【毕业学位论文】（Word原稿）车辆超速报警系统设计

车辆超速报警系统 设计 设计了一种利用 8051 单片机对机动车超速行驶情况进行蜂鸣报警和灯光报警的系统 可靠性高 ,操作方便 ,可广泛应用于摩托车、汽车等机动车辆 给出了界面模块与 8051 接口电路 ,最后介绍了软件设计方法及程序流程图 。 汽车电子限速系统设计 当车速大于限速值时，控制触发报警电路和油路控制电路。 车用数字仪表设计 汽车超声波测距显示系统 汽车驾驶模拟器单片机系统设计 引言 汽车驾驶 模拟器 是一种能正确模拟汽车的驾驶操纵动作，获得实车驾驶感觉的仿真系统。目前的汽车驾驶模拟器集合了传感器、计算机三维实时动画、计算机接口、人工智能、数据通信、网络、多媒体等多种先进技术，主要用于驾驶员的培训，也可以对微观交通进行仿真，对汽车的控制特性进行研究 1。汽车驾驶模拟器具有安全性高、再现性好的特点。利用驾 驶模拟器来进行研究和训练，可方便地模拟各种道路环境、天气状况，分析汽车的技术性能指标，从而可以节省大量的自然资源，具有很高的经济价值 2。 在汽车驾驶模拟器中，传感控制系统的性能直接影响到整个汽车驾驶模拟系统的交互性和实时性，是衡量汽车驾驶模拟器实用性能的重要指标。传感控制系统主要由各种传感器、数据采集和处理系统、以及接口电路等组成。其中，数据采集和处理系统是整个传感控制系统的核心。目前，很多汽车驾驶模拟器采用数据采集卡实现操纵数据的采集，这种基于数据采集卡的数据采集和处理系统成本相对较高，采集模拟量 时不是很稳定，必须在仿真程序中采用专门的算法对模拟量进行处理，同时接口的数量也很有限，这为后续的开发带来了一些困难。而基于 单片机 的数据采集系统虽然开发周期较长，但成本相对较低，接口的可扩展性好，同时，模拟量和开关量的预处理工作也可以由单片机来完成，完全可以满足模拟器系统的交互性和实时性要求。下面介绍汽车驾驶模拟器单片机系统的设计思路。 1 系统的工作原理 在模拟汽车运动时， 传感器采集驾驶员的操纵数据，通过接口电路对这些信号进行放大和滤波，并对其中的模拟信号进行 A/D 转换，最后单片机系统将控制信号通过 口传送给主控计算机。在仿真程序中，计算机根据控制信号、汽车的运动状态、驾驶操作规则等来控制视景系统、音响系统、仪表系统、评价系统。利用单片机系统驱动程序中相应的功能函数，可以将单片机系统采集的信号转换为控制汽车运动状态和位置的参数。当驾驶员进行模拟驾驶时，单片机系统采集的数据会根据驾驶员的驾驶操作实时地发生变化，从而实现对驾驶模拟器视景系统中汽车运动状态和位置的控制， 控制系统的精度由仿真程序内部的算法保证。 图 1 系统的工作流程 汽车驾驶过程的基本操纵部件是方向盘、油门、离合器、刹车和档位，另外还有点火开关、转向指示灯等辅助性操纵部件。与实车驾驶相同，这些操纵部件的协同工作可以对虚拟视景中的汽车模型进行控制，驾驶训练者与视景的变化是实时的、交互的。驾驶训练者对操纵部件的操作通过传感器被系统 感知后，系统经过处理和运算得到汽车模型的控制参数，最后根据这些参数控制视景系统的渲染输出，驾驶训练者就在虚拟视景中实时地观察到所驾驶车辆的运行情况。系统的工作流程如图 1 所示。 2 单片机系统的设计 感器的选择 汽车驾驶模拟器主要的控制信号如表 1 所示。 汽车驾驶模拟器主要有方向盘、离合器、制动器、油门、 6 个 挡位、手刹等信号需要采集，使用的传感器包括开关传感器、位移传感器、角位移传感器三类 3。方向盘采用角位移传感器；离合器、刹车、油门采用位移传感器；点火、手刹、换档等采用开关传感器。 经过综合考察与比较后，选用 直流位移传感器、 角位移传感器、 对射式光电开关分别作为线位移量、角位移量以及开关量传感器。其中， 直流位移传感器的分辨率为10m， 角位移传感器的分辨率为 对射式光电开关的响应时间为 20s。实践证明，所选的 传感器完全满足了汽车驾驶模拟器的控制要求，取得了较好的效果。 件电路的设计 汽车驾驶模拟器传感控制系统需要完成开关量和模拟量的采集与处理，指示灯与仪表的显示控制，以及与主控计算机之间进行数据传输等功能。根据以上要求，主控芯片选用 司生产的 一种低电压，高性能的 位单片机，与标准 品的引脚和指令系统完全兼容 4。 内含 8K 的闪烁可编程可擦除只读存储器（ 256 B 的内部随机数据存储器(已经可以满足本系统程序设计的需要，因此不需要进行外部程序存储器和数据存储器的扩展。 由于本系统中需要处理的开关量和模拟量较多，因此选用 8255 对输入输出接口进行了扩展。将 作为 A/D、 D/A 转换接口，用于模拟量的输入和输出， A/D、 D/A 转换芯片分别选用 选信号由高位地址线 提供。 8255 的扩展接口用作开关量的输入和输出，8255 的端口选择和片选信号由经 74存后的低位地址线提供。 另外， 提供了一个具有多级 通讯功能的全 双工串行接口，可以用作与主控计算机之间进行通讯。由于 行通信端口是 的标准接口，而且 作双向数据通信时接线十分简洁，因此选用 为通讯接口 4。但是， 输出信号不但有正电压，还有负电压，所以选用半导体公司的 口芯片 现信号转换。图 2 为汽车驾驶模拟器单片机系统硬件电路简图。 图 2 系统硬件电路简图 件系统的设计 汽车驾驶模拟器单片机软件系统需要完成模拟量和开关量的采集和处理、串行数据的发送与接收、控制信号的输出与显示、故障的监控与保护等功能。软件采用模块化设计思想，通过汇编语言编制而成，主要由主程序、定时器中断服务程序、串行口中断服务程序、数据采集和处理程序、信号的输出与显示程序等几部分构成。 图 3 软件系统程序流程图 主程序主要完成系统的初始化工作；定时器中断服务程序主要完成看门狗功能，在单片机发生异常情况时，能使程序及时复位，保证单片机系统能够正常工作；串行口中断服务程序主要实现单片机与主控计算机之间的通讯；数据采集和处理程序主要完成模拟量和开关量的采集，获取驾驶员的操控数据；信号的输出与显示程序将主控计算机的控制信息传送给单片机，用于控制指示灯和仪表的显示输出。图 3 为汽车驾驶模拟器单片机软件系统的程序流程图。 3 结论 基于单片机的数据采集系统成本相对 较低，接口的可扩展性好，同时，模拟量和开关量的预处理工作也可以由单片机来完成。系统完全可以满足汽车驾驶模拟器的交互性和实时性要求，已在所开发的汽车驾驶模拟器中得到了应用，取得了较好的效果。 基于 片机的汽车故障诊断仪的研究 20098:42:02 作者：贾文超、王立娟、王鑫 来源： 电子测量技术 关键字： 故障 诊断 电子控制 电路 模块 设计 引言 随着我国经济建设的不断 发展，装有计算机控制系统的新型汽车已越来越多的应用于人们的日常生活中，这使得汽车的动力性，经济性，安全性，可靠性等有了极大的提高。但同时也使得汽车的结构复杂多了，也使一般汽车维修诊断与排除汽车故障困难多了，而利用汽车电脑存储的信息，诊断与排除汽车故障的方法也应运而生。仪器诊断是在经验的基础上发展起来的现代检验方法。它是与车载故障自诊断系统配套使用的，从本质上看，它相当于自诊断系统的终端设备，起到人机交互的作用。该方法可在汽车不解体的情况下，用仪器或设备测试汽车性能和故障参数，曲线或波形，甚至能自动分析和判断 汽车的技术状况。随着电喷发动机汽车的普及，汽车故障诊断仪已作为一种必备的维修工具被大多数行业人士所接受。 本文设计的汽车故障诊断仪采用的是 8051有数据存储，通讯以及 示等各种功能。该仪器具有低功耗，高精度，携带方便适用于多种场合等特点。 1、诊断仪原理与功能 件原理及作用 （ 1）诊断电子控制系统的传感器、执行器状态以及 工作是否正常。通过判断输入、输出电压是否在规定的范围内变化时，可以判断电子控制系统工作是否 正常。 （ 2） 当电子控制系统中的某一电路出现超出规定的信号时，该电路及相关的传感器反映的故障信息以故障代码的形式存储到 修人员可利用该诊断仪来读取故障码，使其显示出来。 件支持的主要功能 （ 1） 通过 信模块可以实现与车载内各电子控制装置 间的对话，传送故障代码以及发动机的状态信息。 （ 2） 通过单片机的同步 /异步收发器可以与 进行串行通信从而完成数据交换，下载程序，以及诊断仪升级等功能。 （ 3） 通过液晶显示器来显示汽车运行的状态数 据及故障信息。 （ 4） 通过键盘电路来执行不同的诊断功能。 （ 5） 通过一种具有串行接口的大容量 储器来保存大量的故障代码及其测量数据。 2、硬件电路及接口电路的设计 件电路的总体框架 该诊断仪硬件系统主要包括以下模块： 理器及其外围扩展电路模块，键盘、液晶显示模块，外扩存储器模块， 信模块；与 外还有电源电路以及系统复位电路。总体框图如图 1 所示。 图 1 系统电路图 8051片机电路 设计中 择的是 司的 片机，它采用具有与 司的专利 处理器内核 ,峰值速度可达 25且在一个芯片内集成了单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟和数字外设及其他功能部件 (包括 压比较器、电压基准、温度传感器、 2C、时器、可编程计数器 /定时器阵列、内部振荡器、看门狗定时器及电源监视器等 )。 而大大提高了指令运行速度。另外 引入了数字交叉开关。允许将内部数字系统资源映射到 3 的端口 I/O 引脚，同时 在内部增加了复位源 ,从而大大提高了系统的可靠性，完全可以满足诊断仪的功能要求。 线接口电路的设计 线接口电路 信控制器与微处理器之间和 动芯片 接口电路如图（ 2）所示本设计选取 司的 制器以及 82线收发器。电路中是一个总线接口芯片，通过它实现 微处理器之间的数据通信。该电路的主要功能是完成 线与单片机之间的通信。 制器和物理总线之间的接口，它可以提供向总线的差动发送能力和 制器的差动接收能力， 脚分别发送经过驱动后的发送和接收信号。具体连接如图 2 所示。 图 2 线与单片机接口电路 信模块的设计 线收发器选用 司的 直接与单片机的串口相连，电路连接图如图 3， 发器是一个物理媒体连接 ,适合用于最高 20输速率 ,它的引脚 小了输入阀值 , 输出引脚 漏极开路 . 因此它可以和使用 5V 电源的微控制器兼容 , 而且收发器本身不需要额外的 为使引脚 当微控制器的端口引脚没有集成上拉电阻时 ,要加外部上拉电阻 . 微控制器由 脚发送数据 ,送数据。 发器的睡眠控制输入 以通过微控制器的端口引脚来控制。 图 3 线与单片机的接口电路 行总线接口电路的设计 行通讯采用全双工的模式，系统中配置一条数据发送线。在同一时刻系统既可以发送数据也可以接收数据。图（ 4）给出了串行通信电路连接图。通过交叉开关把片机的 置为 辑电平对地是对称的，与辑 “1”电平为 5 15，逻辑 “0”电平为 5 15 之间，其与单片机的逻辑电平不一致，必须进行电平转换，图 4 采用 换器实现 平互相转换。 图 4 串行总线接口电路 盘显示及存储器电路 本设计主键盘采用 4盘输入模块，其驱动模块采用的是 是福州贝能科技有限公司推出的采用 核的键盘控制器。该芯片采用 4 线串行接口，可与任何种类的单片机接口；它具有按键有效指示输出，可用中断方式管理键盘；其行线 列线 构成 44 键盘矩阵； 16 键键盘控制器内含去抖动处理电路，因而可直接输出键值，并采用串行方式与单片机或微处理器进行接口。系统设计的功能键采用中段方式输入，整个工作流程通过不断 的扫描按键的状态，判断是否有健按下，当有任意键按下时，即产生中段， 行相应的中段子程序，若没有健按下时，继续扫描键盘的状态，直到有健按下，用键盘中断处理程序完成一切和用户之间的的信息交流。 显示电路选用的 16080 点阵的中文图文液晶图形显示器模块。该模块的内部由于含有国标一级简体字库，使得汉字的显示异常方便；同时，该模块与单片机的硬件接口除数据总线外，仅使用了 根握手信号线，简化了与单片机的硬件接口电路设计。上述特点对软件、硬件资源均十分紧张的单片机系统 来说是十分重要的。 由于诊断系统中将涉及大量的故障代码，传感器信息，执行起信息等一些数据信息，需要较大的存储空间。因此，系统扩展了一片大容量的 83、系统的软件设计 本系统的软件采用模块化的设计方法，整个程序包括主程序、初始化程序、定时器中断程序、诊断协议程序、串行通讯程序、键盘显示程序、存储器读写程序。所有的程序均采用 C 语言编写，可以很方便的调试和下载程序代码。限于篇幅，本文只给出主程序的流程图，如图 5 所示。系统的主程序主要完成 片机系统的初始化、设置系统时钟和功能寄存器，调用键盘处理程序，完成不同的功能，如根据不同的按键转入相应的服务程序，完成不同的功能。 图 5 系统的软件设计流程图 件抗干扰设计 (1) 系统设计中对电源电路及 系统中电源地线、围电路地线、信号地线采用单点接地的方法可靠接地，以减少不等位电势的干扰。 (2) 硬件滤波 ,此方法对串模干扰有很好的抑制作用，常用 通滤波器接在一些低频信号输入电路中，可大大消弱高频干扰信号。 (3) 印刷 电路板设计时 ,数字电路与模拟电路隔离 ,数字的和模拟的仅在一点相连 ,有效地防止了数字电路对模信号的影响。 (4) 为了防止电路模块间的相互干扰 ,在电路板的设计中采用金属机壳有效地屏蔽外界射频信号的干扰 . 件抗干扰设计 (1)数字滤波。在软件设计时 ,考虑了数字滤波程序的设计 ,有效地排除了随机干扰。 (2)设置冗余指令和软件陷井。通过应用软件陷阱法和数据冗余法有效的抑制了由于外部干扰、震动或瞬间故障引起的系统瘫痪和程序跑飞。 (3)软件看门狗。为防止程序运行进入死循环 ,而不能被软件陷井捕 获到 ,在系统软件设计时 ,设计了 “软件看门狗 ”程序 ,有效地防止了死循环造成的系统瘫痪。 4、结论 本文以 片机为核心开发了 障诊断仪，该诊断仪能够实现参数测量，在线故障诊断和执行器测试等功能，具有结构简单、成本低、体积小和性能可靠等优点，经实验证明：该诊断仪工作稳定，操作方便，抗干扰能力强。从而说明了该诊断仪软硬件设计比较合理，具有广阔的应用前景。是维修人员的地得力助手，完全具有生产应用的价值。 参考文献 1 Z. 002. 2 潘琢金 速 M北京航天航空大学出版社 ,2002. 3 卓斌，刘启华 M械工业出版社， 2001. 4 陆前锋 线智能控制系统设计 J 2003,(1):615 崔代福，魏学 哲，孙泽昌，等 . 议及其在轿车车身控制中的应用 J2002， 17（ 6）： 46 2252Z002. 7 s 8 of 1939s9 多功能汽车行驶状态记录仪的设计 时间： 20090:08 文字选择： 大 中 小 来源： 芯网 随着飞机飞行数据记录仪在空运管理方面的成功运用，汽车行驶状态记录仪已陆续在许多国家和地区大量使用。早在 1990 年以前，欧共体就通过了在汽车上安装行驶状态记录仪的立法，并具体规定了商用车必须安装行驶状态记录仪。这一立法要求其欧洲的 15 个成员国在十年 内给在用的 900 万辆商用车安装这一装置。美国、日本、马来西亚及香港等国家和地区也相继广泛使用了汽车行驶状态记录仪。统计资料表明，汽车行驶状态记录仪的使用，使交通事故率降低了 37 52，大大减少了人员伤亡和财产损失，产生了显著的社会效益和经济效益。可见，准确记录运行过程，对事故防患于未然是极为重要的。 该汽车行驶状态记录仪在发生交通事故时，能客观、全面地记录交通事故发生时车辆行驶的各种状态和司机的操作行为，为交通事故分析提供真实、有效、科学的有关车辆行驶的原始数据，并可提供事故分析功能，帮助有关部 门快速确定事故原因，以保障事故双方 (或几方 )的合法权益；在正常营运中，又是管理部门加强监督和管理的强有力工具，帮助管理人员全面了解汽车的运行情况；在车辆发生故障时，它又可提供故障诊断功能，为维修人员判断故障提供可靠、准确的科学依据。汽车行驶状态记录仪的推广，将在遏止疲劳驾驶、车辆超速等严重交通违章、约束驾驶人员驾驶行为、预防道路交通事故、保障车辆行驶安全、提高营运管理水平等诸多方面发挥重要作用。 1 系统组成及主要功能 汽车行驶状态记录系统主要由汽车行驶状态记录仪、手持读码器和管理计算机组成。记录仪 安装于汽车上，实时监测并记录车辆的行驶数据；手持读码器由掌上电脑和应用软件组成，用于控制和操作记录仪的运行及通过 行口对记录仪进行数据读取；管理计算机用于对原始记录数据进行统计、报表、存储及查询。 记录仪是整个系统的核心，其主要功能如下： (1)可实时监测并记录汽车行驶的各种状态信息如时间、车速、怠速、超速、里程、车门开关、刹车状态、方向灯状态、近远光灯、引擎转速、引擎异常、机油压力、温度等。 (2)运行数据存储在大容量串行 储器中，即使掉电，数据也不丢失。 (3)具有超时 (疲劳 )报警及记录功能，从而有效遏制司机疲劳行车，保证长途运输行车的安全。 (4)分级超速报警功能。用户可按需求设置三级限速，当车辆超速时，会接不同限速分级声光报警，从而有效遏制超速行车，保证行车安全。 (5)车牌号、车型号、限速值等数据可方便地通过手持读码器在线写入或修改。 (6)备有 口，可方便地扩展 时、通信、定位、信息服务等功能。 (7)具有与手持读码器和管理计算机通信的标准 口。 (8)管理软件可统计分析任何时段的行车速度、行驶里程、停车次数、停车时间、超速次数、超速时间以及收、发车 时问等，提供给管理人员关心的各种数据。 2 记录仪硬件设计 根据记录仪功能要求和工作特点 录数据准确性及数据存储容量三方面考虑。记录仪结构框图如图 1 所示，主要包括单片机及其外围电路、电压量、电阻量、脉冲量及开关量采样电路、实时时钟电路、数据存储电路、声光报警电路、 信接口电路及各种车用传感器等。 片机 采用 司生产的 片机作为控制核心。在该记录仪中， 时器阵列完成 V/F 变换脉冲计数； 2 个电压比较器实现蓄电池过压、欠压检测；利用片内温度传感器实现温度检测； I/0 口实现开关量检测； 口控制 16 芯片完成语音报警、实时时钟芯片 读写；片内 将记录数据上传到上位机。由此可见，采用 片机单个芯片即可完成系统的控制和检测，大大简化了系统硬件设计，显著降低了系统成本。 感器选择 汽车内传感器的工作环境十分恶劣，因此对传感器的要求也十分严格。这些传感器必须要经受住从一 40 +150 的温度变化，而且要求精度高、可靠性好、反应快、抗干扰和抗振动能力强，才能准确地实时检测汽车运行的有关状态，并将这些状态转换成电信号供给单片机处理。 号检测 汽车传感器输出信号一般为电压、电阻、脉冲信号及开关量等，下面分别介绍这些信号的检测方法。 压信号 为了提高抗干扰能力和检测精度，先将电压信号经信号调理电路变换为 05V 的标准信号，再经 V/F 变换转换为脉冲量，经光耦隔离后通过 列计数处理。 V/F 转换器的应用电路如图 2 所示，其中，将有源时钟振荡器输出的 3冲信号经 74分频后作为 外部时钟源。 阻信号 电阻信号先经惠斯通电桥转换为 05V 的标准信号，再经 V/F 变换转换为脉冲量，经光耦隔离，最后通过 片机的 列计数处理。 冲信号 经光耦隔离后的脉冲信号直接通过 片机的 列计数处理。 关信号 开关量采集原理图如图 3 所示。当刹车和转向灯等工作状态发生改变时，其辅助接点将接通 路的 +12V 电源，此时光耦导通，其输出状态发生改变，在单片机定时中断服务程序内通过 I/O 口读取该状态即可，其动作分辨率可达 音报警 当系统有超速行驶报警时，高亮度红色 光管闪亮，同时启动语音报警功能，发出 “超速行驶，请注意 ”的警告语音。 该记录仪采用了单片语音录放电路 为放音芯片。 片录放时间为 16 分钟，最多可分 2400 段，音质好，适用于移动电话及其他便携式电子产品中。芯片采用 术，内含振荡器、防混淆滤波器、平滑滤波器、音频放大器、自动静 噪及高密度多电平闪烁存储阵列。芯片设计是基于所有操作必须由单片机控制，操作命令可通过串行通信接口入；同时采用多电平直接模拟量存储技术，每个采样值直接存储在片内的闪烁存储器中，因此能够非常真实、自然地再现语音、音乐、音调和效果声，避免了一般固体录音电路因量化和压缩造成的量化噪声和 “金属声 ”；内信息存于闪烁存储器中，可在断电情况下保存 100 年 (典型值 )，反复录音 10 万次。 在该记录仪中，将语音报警内容分为 64 段，在放音时可进行自由组合。 时时钟 为了能准确记录数据的采样时间，该记录仪采用了具有 口的串行时钟芯片 工作在 +2V+宽电源范围内，封装为内具有 31B 有体积小、外围电路简单、运行稳定性好、精度高、功耗低等优点，可满足记录仪对时间的要求。 据存储 由于要记录的数据量比较大，因此记录仪要求具有掉电记忆的大容量存储器。通过比较采用了 司生产的 储器 串行接口；采用 口的 03 方式与片机进行通信，几乎无需外接元器件，集成度高，数据存储量大，数据掉电保存；工作电压为 作电流为 4机状态下仅为 2A)；其主存共 4096 页，每页 264B，总容量为 1056合