智能防尘防雨车衣控制系统设计

题 目 智能防尘防雨车衣控制系统设计 学生姓名 王倩蕾 学号 1213014068 所在学院 物 理 与 电 信 工 程 学 院 专业班级 电子信息工程专业 12级 3班 指导教师 帅春江 _ 完成地点 陕西理工学院 2016年 6 月 5 日陕西理工学院毕业论文 智能防尘防雨车衣控制系统设计作者：王倩蕾(陕西理工学院 物理与电信工程学院 电子信息工程专业 12 级 3 班，陕西 汉中 723000)指导老师：帅春江摘要 目前市面上的车衣大多以手动和半自动为主，收 盖 繁 琐 ， 功 能 单 一 。 为 了 实 现 车 衣 的 智 能 化 ， 解 决 传 统车 衣 存 在 的 弊 端 。 所 以 本课题设计了一款基于 MC9S12XS128 单片机的智能车衣。车衣由信息采集系统、中控系统、显示系统、报警系统、机械系统组成。实现了车衣在有人时第一系统手动打开，无人且车内温度高于 30 度时第二系统自动展开，车衣收、盖遇到故障时，检测系统报警并指示灯提示等功能。电路结构新颖元件不多、调试简单，可供小型企业工程技术人员开发设计参考。该装置不仅使用便捷、节约养车成本，而且操作更趋于人性化，达到真正的智能。关键词 智能化；实用化；人性化；单片机；陕西理工学院毕业论文 The design of intelligent vehicle control system of dustproof and rainproof clothesAuthor：Wang Qianlei(Grade 12, Class 3, Major of Electronic information engineering, Institute of Ohysics and Telecommunication Engineering ,Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000, Shaanxi)Tutor: Shuai ChunjiangAbstract： At present, most of the clothes on the market are mainly manual and semi-automatic, the cover is complicated, and the function is single. In order to realize the intelligent vehicle clothing, solve the shortcomings of traditional clothing. So this topic designed a smart car based on MC9S12XS128 mcu. Information collection system, central control system, display system, alarm system, mechanical system. To achieve the car in the first manual system when the system is open, no one and the temperature is higher than 30 degrees when the second system automatic expansion, car cover, cover when the failure, the detection system alarm and indicator lights and other functions. Circuit structure of the new components are not many, debugging is simple, can be used for small business engineering and technical personnel development and design reference. The device is not only convenient to use, save the cost of the car, but also tend to be more humane operation, to achieve real intelligence. Keywords： Intelligent; practical; humanization; single chip microcomputer陕西理工学院毕业论文 目录1引言 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 课题研究的现状及发展趋势 .11.3 课题研究的内容 .12系统总体方案设计 .22.1 设计要求 .22.2 系统基本方案选择和论证 .22.2.1 控制系统 .22.2.2 信息采集系统 .22.2.3 显示系统 .22.2.4 机械系统 .23系统硬件设计 .43.1 硬件电路设计 .43.1.1 单片机控制模块 .43.1.2 信息采集模块 .43.1.3 报警模块 .83.1.4 显示模块 .83.1.5 电源模块 .83.2 机械结构设计 .94系统仿真 .114.1 仿真工具简介 .114.1.1Altium designer 软件介绍 .114.1.2code warrior 软件介绍 .114.2 主要设计流程 .114.3Altium designer 仿真 .125系统的安装与调试 .135.1 硬件安装 .135.2 系统调试 .135.3 功能实现 .136 总结 .17致谢 .18参考文献 .19附录 A外文文献 .20附录 B中文译文 .25附录 C系统原理图 .28附录 D实物图 .29附录 E元器件清单 .30附录 F 程序 .31陕西理工学院毕业论文 第 0 页 共 38 页1引言1.1 课题研究的背景及意义随着科技的进步，社会的发展，人们的生活日渐美好，对车的需求也愈来愈强烈，有车一族也越来越多，预计在 2020 年汽车总保有量将达到 14500-15000 万辆，而家用轿车保有量将达到7200.17 万辆之多。车辆已经逐渐成为了我们生活中不可分割的一部分，所以我们需要保养好自己的爱车。比如雨雪风尘天气下乃至平常行驶时，常使轿车变得不干净，不得不去洗车，这样既费时费钱而且又大量的浪费水资源；而且当轿车放在高温天气下暴晒时，会产生大量的甲醛等有毒气体，严重危害人体健康；在雨后如果没有车衣遮住汽车，或者即使擦掉车身的雨滴时，轿车车身的小水滴会在暴日下由放大镜的原理而灼伤车身出现黑斑。在车库紧缺的情况下，我们只能用车衣来保护我们的爱车，使它们不受骚扰。而在目前的市面上的车衣鱼目混杂，主体的还是以手动车衣为主，用起来不方便，必须两三个人才能收放，而且重复使用率也特别低，浪费资源会对环境造成伤害；当然还有一些少见的智能车衣，它也仅仅是自动打开和收起的半自动车衣，还不能真正的成为智能车衣，基于以上分析与市场需求，我们拟开发一种真正意义上的智能车衣，它不仅使用便捷、节约养车成本，而且操作更趋于人性化，达到真正的智能。在体现智能化的同时，对车也起到了更好的保养，并且车衣在展开时大大降低了车内温度，对人体的健康有极大帮助，也减少了因为大量使用空调的油耗，有利于环保。1.2 课题研究的现状及发展趋势中国汽车产业连续十年井喷势头的消费热潮，引发汽车后市场服务业掘金良机。全新统计表明，根据公安部通报：至 2015 年底，全国机动车保有量已达 2.64 亿辆，机动车驾驶人数量已达 3 亿人。相当于全国人口的 1/6，如此庞大的人群蕴含的财富商机将价值 4000 亿。用户在增长，我国是大车市，汽车驾驶者已达 2.6 亿人，这个数字还在以每天 53200 人的速度在不断激增!需求在增长，专家预计，中国汽车用品市场 2015 年规模将超 5000 亿!市场需求每年递增 200%!智能车衣能够有效地对爱车进行全方位保护，防水、防尘、防刮、防晒、防冻、防盗等，满足我国 3 亿司机对爱车的呵护需求。从而构成一个 1000 亿市场份额和 600 亿市场红利的全新大产业，有望成为 2016 年汽车用品消费的黄金爆发点1.3 课题研究的内容通过对市场现有车衣进行分析，提出了以 MC9S12X128 单片机为控制中心，人体红外模块、报警模块、温度检测模块等为检测模块，OLED 为显示模块进行智能控制的车衣。mc9S12XS128 单片机作为硬件核心，具有速度快、功能强、成本低、功耗低等特点，128 KB 程序 Flash 和 8 KB DataFlash，用于实现程序和数据存储。显示部分采用 OLED，OLED 具备自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单的特点，显示功能强大，可显示大量文字、图形，显示多样，清晰可见。陕西理工学院毕业论文 第 1 页 共 38 页2系统总体方案设计2.1 设计要求设计一种智能控制的防尘防雨车衣，该装置能独立完成以下主要功能：（1）开启系统：分为手动开启和自动开启两个系统。自动开启系统，根据车门锁发出的状态来开启车衣第一系统的工作；夏日炎炎车内温度升高时，温度传感器将信号传至控制系统开启车衣第二系统；若为短时间锁车状态时，可拨至手动控制来决定是否开启及开启车衣第一或第二系统。（ 2） 中控系统：将检测的信号进行分析处理，然后通过单片机来控制车衣的工作状态：长时间车内无人时，车衣系统自动开启，车体全覆盖；当停车后车内有人等待时车衣系统手动开启，覆盖车顶部分。车内有人时可拨至手动控制系统决定是否开启及开启车衣第一或第二系统。（ 3） 故障检测系统：当车衣收、盖遇到故障时，检测系统报警并指示灯提示。（ 4） 显示系统：显示车内温度，车衣系统所处的状态，以及有无故障显示。2.2 系统基本方案选择和论证2.2.1 控制系统控制系统主要由单片机组成。方案一：选择 STC89C51 单片机，但其能预留的 IO 口太少，不能满足项目后续的需求，且其产生 PWM 波需要用到定时器。方案二：选择 IO 口较多的 mc9S12XS128，其固定管脚可以产生 PWM 波。综合各方面性能选择了方案二。2.2.2 信息采集系统 （1)人体红外感应模块：方案一：采用 HC-SR501 模块，但经实际测量发现人靠近和离去的瞬间输出高电平。方案二：采用 HC-SR505 模块，该模块人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。综合后期考虑选择方案二。（2）测温模块:方案一：采用温度传感器 18B20。方案二：采用温湿度传感器 DHT11，可以同时检测温度和湿度，下雨天也可以更好保护车衣。综合后期考虑选择方案二。（3）遥控模块：方案一：采用红外遥控，通过红外线二极管产生光波来进行控制。方案二：采用无线电遥控，通过高频电路发射无线电高频信号，无线电经接收器将收到的信号变成对应电信号，经处理器进行解码，解调出相应指令来控制设备完成所需要的操作要求。综合后期考虑选择方案二。2.2.3 显示系统方案一：采用 LED1602，但其只能显示数字和字母，不能显示汉字，并且显示的字符比较少，不能满足我们的要求。方案二：采用 OLED 屏，体积小、功耗低并且显示屏也可以显示汉字。综合后期考虑选择方案二。2.2.4 机械系统方案一：采用直流电机，用电压、电流量来控制转速，但是直流电机控制误差稍微有点大。方案二：采用 42 步进电机，用脉冲来控制角位移，功耗低、体积小、控制精确。综合后期考虑选择方案二。综上各方案所述，系统框图如图 2.1 所示。陕西理工学院毕业论文 第 2 页 共 38 页图 2.1 系统框图陕西理工学院毕业论文 第 3 页 共 38 页3系统硬件设计3.1 硬件电路设计3.1.1 单片机控制模块（1）MC9S12XS128 的简介MC9S12XS128 是一款针对汽车电子市场的高性能单片机，具有速度快、功能强、成本低、功耗低等特点，总线速度高达 40 MHz，由 16 位中央处理单元（CPU12X）、128KB 程序 Flash(P-lash)、8KB RAM、8KB 数据 Flash(D-lash)组成片内存储器 【5】 。（2） MC9S12XS128 芯片的管脚、引线与功能表 3.1 MC9S12XS128 单片机的电源引脚汇总引脚名称（17） 额定电压/VVDDR 5.0VSSR 0外部电源，为内部电压调节器供电VDDX2、VDDX1 5.0 外部电源和地，为 I/O 口供电VSSX2、 VSSX1 0 /VDDA 5.0VSSA 0A/D 转换器工作电源和地，为内部电压调节器提供参考电源，允许单独为 A/D 提供工作电压VRH 5.0VRL 0 A/D 转换器参考电源和地 VDD 1.8VSS1、VSS2、VSS3 0内部电源和地，由内部调节器为内核供电 VDDF 2.8 内部电源和地，由内部调节器为内部 NVM 供电 VDDPLL 1.8VSSPLL 0为锁相环（PLL）提供工作电源和地，由内部电压调节器产生。允许单独为 PLL 提供工作电压（3）工作原理通过对单片机管脚进行定义与编程完成采集与控制工作 【6】 ，DHT11 接 B1、人体红外模块接B0、震动模块接 B1、蜂鸣器报警接 E4、TB6600 分别接 M0-M4，OLED 屏分别接 A0-A4。3.1.2 信息采集模块（1）人体红外感应模块人体红外传感器和菲尼尔透镜组成人体红外感应模块，它采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。如图 3.1 所示为人体红外传感器：陕西理工学院毕业论文 第 4 页 共 38 页图 3.1 红外传感器管脚图1） 模块的特点：全自动感应:人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。超小体积。可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的工作电压范围宽：默认工作电压 DC4.5V-20V。微功耗:静态电流50 微安，特别适合干电池供电的自动控制产品。输出高电平信号：可方便与各类电路实现对接2)模块详情：图 3.2 红外模块工作原理图菲涅尔透镜：透镜的作用是将人体辐射的红外线聚焦，集中，以提高探测的灵敏度。在不用菲涅尔透镜时，探测距离只有 1-2 米，使用后探测距离能达到 10 米以上，因此，菲涅尔透镜的作用是提高探测距离。热释电传感器：传感器的功能是将人体辐射出来的特定波长的红外线检测到，并产生微弱的信号。带通放大器：由于热释电传感器输出的电脉冲信号幅度很小（仅 1mv 左右），其频率约在0.3-10HZ 左右（该频率视人体移动的速度而定）是超低频信号。因此，要高增益低噪声、低频带通放大器进行高增益放大处理后，才能送到下一级电路。放大器的增益约在 70-75db 数量级。比较器：为了有效抑制噪的声干扰，提高模块工作可靠性，降低误动作的概率，感应模块内设置了电压比较器。电压比较器一般采用双限窗口比较器，它有一个门限电压，一般设为静态噪声的 5 倍。此值越大抗干扰能力越强。但灵敏度随之下降；此值小，易受干扰动作而产生误动作。当陕西理工学院毕业论文 第 5 页 共 38 页放大器的输出信号到比较器，其幅度达到电压的门限值时，比较器输出脉冲信号，去触发延时单稳态电路。这种比较器的设置，可以有效防止噪声信号及电源网络干扰造成的误动作。3)工作原理人体红外检测模块输出为数字信号，当检测到有人时输出高电平，当检测无人时输出低电平。（2）遥控模块1）模块简介遥控器是一种无线发射装置，