基于ARM的汽车主动避撞控制器

重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器目录摘要IABSTRACTII1绪论111课题研究的背景112研究该课题的目的和意义213主动避撞系统的发展史以及国内外发展状况314本课题研究的主要内容815本章小结82汽车主动避撞控制器的原理921汽车主动安全技术922汽车电子控制系统9221电子控制系统的基本原理9222汽车电子控制的基本组成1023汽车主动避撞控制器1024本章小结113系统结构1231系统框图1232系统输入信号1233系统输出部分功能1334系统仿真软件1335本章小结134系统原理设计14重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器41主控芯片的选择1442LPC2124I/O口分配1743电源控制1844晶振模块1945复位模块2046光电耦合模块2147A/D转换模块2148液晶显示模块2349制动电机模块24410声音报警电路28411存储模块29412按键开关模块30413本章小结305系统软件要求3151功能分析3152开发环境3153软件设计思想3254软件设计流程图3255软件抗干扰性和可靠性3456本章小结356总结与展望3661总结3662展望377致谢388参考文献39附录一原理图41附录二程序代码42重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器I摘要随着经济的发展和车辆增多，公路道路交通安全形势越来越严峻，汽车事故中，正面和侧面碰撞事故发生的概率远远高于其他类型的事故。因此，研究交通安全问题、预防和减少交通事故是交通运输行业的一项重大课题，也是我国交通运输事业可持续发展的迫切需要。本文研究了一种基于ARM7的汽车主动避撞控制器，具有速度距离显示，声光报警和紧急制动功能。本文分析了国内汽车主动安全技术的现状，设计了通过一个液晶显示模块来显示检测到的车速和距离；通过控制步进电机来达到对踏板和节气门位置的控制，并且通过扬声器和发光二极管来报警，提醒驾驶员采取措施的控制器，并对原理进行了仿真。给出了硬件电路图和部分程序代码。最后对本文的研究作了一个系统的总结和展望，指出了研究的成果和意义。关键词汽车主动安全防撞预警电路设计ARM重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器IIABSTRACTWITHTHEDEVELOPMENTOFECONOMYANDVEHICLESINCREASED,HIGHWAYROADTRAFFICSAFETYSITUATIONMOREANDMORESEVERE,INACARACCIDENT,POSITIVEANDSIDEIMPACTTHEACCIDENTHAPPENEDPROBABILITYISFARFARHIGHERTHANOTHERTYPESOFACCIDENTSTHEREFORE,STUDYTHETRAFFICSECURITYPROBLEMS,PREVENTANDREDUCETRAFFICACCIDENTSISTRAFFICTRANSPORTATIONINDUSTRYAMAJORISSUE,CHINAISTHETRANSPORTATIONCONTINUABLEDEVELOPMENTOFURGENTNEEDTHISPAPERSTUDIEDAMETHODBASEDONARM7CARACTIVESUSPENSIONWITHSPEEDBUMPCONTROLLER,DISPLAY,SOUNDLIGHTALARMFROMEMERGENCYBRAKEFUNCTIONTHISPAPERANALYSESTHEPRESENTSITUATIONOFCARACTIVESAFETYTECHNOLOGIES,DESIGNTHROUGHALCDMODULETODISPLAYTHESPEEDANDDISTANCEDETECTEDTHROUGHTHECONTROLTOACHIEVESTEPPERMOTORTOPEDALANDTHROTTLEPOSITIONCONTROL,ANDTHROUGHSPEAKERSANDLEDSTOALARM,REMINDDRIVERSTAKEMEASURESOFTHECONTROLLER,ANDPRINCIPLEOFASIMULATIONITALSOPRESENTSTHEHARDWARECIRCUITDIAGRAMANDPARTPROGRAMCODEFINALLYTHERESEARCHONTHISARTICLEMAKESASYSTEMATICCONCLUSIONANDOUTLOOK,POINTSOUTTHERESEARCHACHIEVEMENTANDMEANINGKEYWORDSCARACTIVESAFETYAVOIDBUMPWARNINGCIRCUITDESIGNARM重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器11绪论交通运输的作用是越来越大，影响越来越大，它关系到国家经济发展，影响到每个人的生活，在整个国家正常运转中起着纽带作用，为经济的发展提供了强有力的基础保障。汽车主动避撞系统主要目的是进行避撞安全的预警和执行，它是基于提高车辆的主动安全性来实现在行车过程中，给驾驶员提供便利和安全保障。11课题研究的背景2005年，全国共发生道路交通事故450254起，造成98738人死亡、469911人受伤，直接财产损失188亿元。12006年，全国共发生道路交通事故378781起，造成89455人死亡、431139人受伤，直接财产损失149亿元。12007年，全国共发生道路交通事故327209起，造成81649人死亡、380442人受伤，直接财产损失12亿元。12008年，全国共发生道路交通事故265204起，造成73484人死亡、304919人受伤，直接财产损失101亿元。12009年我国共发生道路交通事故26_5204起，造成73484人死亡、304919人受伤，直接经济损失101亿元。12010年，全国共发生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、275125人受伤，直接财产损失91亿元。1造成交通事故的原因主要包括超速行驶、疲劳驾驶、占道行驶等。碰撞是交通事故的主要表现形式，其中大部分是车与车碰撞和车与人碰撞。随着我国汽车保有量的迅速增加、高速公路和高等级公路里程的快速延伸，虽然每年的死亡人数和直接经济损失在减少，但是道路交通事故仍然是个急需解决的问题。因此，如何减少交通事故的频发，提高道路交通安全水平已经成为全社会的迫切要求，是保证人民群众生命财产安全的有效措施之一。面对严峻的交通安全形势，2008年2月18日，科技部、公安部、交通部三部委在人民大会堂举行了“国家道路交通安全科技行动计划合作协议签字仪式。他们重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器2期望和决心通过联合行动能形成一批技术水平高、实践效果好、应用前景广、具有自主知识产权的科研成果，积累典型经验，最大限度地预防和减少道路交通事故的发生根据该协议，三部门将建立联合工作机制，成立领导小组和专家组，并安排专项资金和配套资金，围绕“人、车、路”等道路交通安全的影响因素，开展交通安全领域关键技术的研究和开发。1汽车生产商和政府管理部门对汽车安全的期望值也越来越高，传统的汽车被动安全措施，如安全带、安全气囊、保险杠以及针对碰撞后的乘员保护技术和措施已经不能满足现代汽车安全和交通的迫切要求，因此以电子、通讯以及信息技术为基础的主动安全避撞系统的发展为此提供了新的技术支持引起了人们的广泛关注。如果能够给予驾驶员缓解驾驶疲劳并且在事故发生前提醒驾驶员并采取一定的安全措施，对减少交通事故的发生则是非常有用的。汽车主动避撞预警系统正是基于提高车辆的主动安全性来实现在行车过程中，给驾驶员提供必要的技术设施。12研究该课题的目的和意义由于在上面所介绍的背景之下，汽车主动安全技术的研究是十分急迫的。而主动避撞系统是汽车主动安全技术里面很重要的内容。通过对发生交通事故的原因展开统计，我们可以发现，80的交通事故应归结于驾驶员意识到危险太晚，已经不能采取有效的应对措施。在交通事故里面，前后两车追尾占了65。通过调查并分析，指出如果驾驶员能提前感知险情，有效采取相关行动，就可以阻止大多数的碰撞事故。3尽管世界各大国都致力于开发安全可靠的汽车防撞预警系统，但是真正投入市场的实用性防撞预警装置远远不能满足需要。要理想地降低交通事故率还是一个漫长的过程。大力研制汽车防撞预警系统等主动安全驾驶辅助装置，对解决交通安全、提高运输能力、降低恶性交通事故发生率、减少生命财产损失。因此，对该课题的研究对于中国自主的汽车防撞系统无论是在理论研究还是实际应用上都具有较大的价值。我国的人口众多，汽车数量与日俱增，交通事故也是频频发生，造成了巨大的人员伤亡和经济损失。因此我国对汽车主动安全技术是很需要的，然而由于我国对此项技术的发展较晚以及相关技术的不成熟和外国的技术封锁，所以我国在这方面应该积极的研究。汽车主动安全技术是一个很复杂的技术，包含了很多科技与技术，通过对该领重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器3域的研究会有很强的学术意义，如果该技术成熟得运用到了生活中的每辆汽车中的话，将会提高他们的安全性，从而减少了交通事故的发生率，避免了很多不必要的上网和损失，因此具有很强的社会意义。由于汽车现在已经成为人类无法舍弃的交通工具，已经融入了我们日常的生活，因此对它的需求是非常大的，如果有了这项技术的话，对提高社会经济效益来说具有极大的现实意义和广阔的应用前景。13主动避撞系统的发展史以及国内外发展状况国际上对汽车防撞雷达的研究始于20世纪60年代，在此后的10多年内，以德国、美国、日本为代表的主要西方国家内形成了一股研究热潮，众多研究机构和汽车制造厂家合作，有多台样机问世，并有一些相应的实验结果和论文发表，但是，局限于当时的微波理论及器件的发展水平，加上系统其他硬件成本居高不下，导致雷达难于做到结构简单、体积轻巧、成本低廉，些外，汽车防撞雷达的工作环境恶劣，干扰因素众多，科研工作者在实验室制造样机时，对许多因素考虑并不全面，造成在实际应用中，防撞雷达的工作效果并不理想。301986年，奔驰公司发起，包括遍及欧洲的17家主要汽车生产厂和50多个研究所，制订了“PROMTHEUS”计划，将组合传感器、通信、人工智能技术于一个系统中，其目的是改进汽车的安全性、经济性和有效性，其中研制出的性能优良的汽车防撞雷达，帮助驾驶员避免发生交通事故，是该计划的一个重要组成部份，该计划，随着微波器件及其集成技术的高速发展，以及微处理器性能价格比的突飞猛进，使得制造出低成主本、高性能的汽车防撞雷达成为可能，进入90年代后，德国在这方面的研究工作处于领先地位。31我国对于汽车防撞系统的研究较晚，该项研究目前在我国尚处于起步系统所涉及的各项关键技术方面还有许多尚未解决的问题。在雷达测距方面，国外关于车载雷达系统的具体设计参数和实现原理属于技术机密范畴，我们无法获得国外对这些做了相应的技术保密。用在实用的成果很少，大多都还停留在高校和相关机构的理论研究阶段，也有极少数的公司通过自身的条件制造出了能够实用的产品。90年代中期，我国以清华大学为代表的科研院所开始致力于汽车防撞预警控制系统的研究。与国外机构的高投入、系统性的研发相比，国内在这方面还相对比较落后，重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器4传感器性能较差，虚警率较高，性价比低等问题需要进一步解决。2008年我国首个汽车主动防碰撞系统通过技术鉴定，实现汽车“智能化”主动避险。由南京理工大学和安徽凤阳金星实业有限公司合作研发的高科技民品项目“激光探测汽车主动防碰撞智能安全系统”通过专家鉴定，填补了我国在这一领域内的空白，为实现汽车“智能化”主动避险、开辟我国交通安全新模式奠定了坚实的基础。目前已经完成了样机研制和道路行驶试验。其研究出发点是改变传统的交通安全概念，变常规的如何在发生碰撞事故时尽力保护驾驶者和乘员安全的“被动型保护”为如何提前避免或减少碰撞事故的“主动型防御”。在举行的鉴定会上，以中国工程院院士刘怡昕为首的专家组一致认为，此次评审的“激光探测汽车主动防碰撞智能安全系统”在国内属首次研制成功，它由高频高精度激光测距组件、多维信息综合处理组件以及汽车自动控制组件等组成，实现了目标自动识别、汽车自动减速和紧急制动的一体化和智能化。2同时，专家指出，项目组还研制出了具有自主知识产权的汽车防撞紧急制动装置，把传统的行车安全由驾驶员一人掌控变成由智能安全系统辅助掌控，为我国交通安全技术开辟了主动智能安全的新模式，也为安全行车提供了有效而重要的保障，具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。整体技术达到国际先进水平。2011年04月18日，在香港生产力促进局、汽车零部件研究及发心、香港理工大学和南京理工大学研究生院联合举办的“影像处理技术及其车辆应用研讨会”上，专家们对这种影像处理技术以及汽车先进辅助驾驶系统的应用前景普遍充满了信心，并希望能尽快投入实际运用中。据了解，早在2009年6月，南京理工大学计算机学院就已经与同香港生产力促进局合作开展了ACAS与ILAS两个项目的研发工作，今年2月完成了相关技术产品的测试。1据南京理工大学计算机学院院长唐振民介绍，所谓ACAS，中文全称“开发先进汽车防撞系统”，主要是在汽车周边安装摄像头和毫米波雷达两类传感器，在行驶过程中同时对汽车的前方障碍物进行检测，在汽车与障碍物具有发生碰撞危险的情况下进行报警，以便让驾驶员采取相应的措施，避免追尾碰撞和侧刮等交通事故的发生。而ILAS，中文全称则是“行车道检测及切线辅助系统”，主要通过视觉传感器获取车外环境信息，特别是车前大约80度视角区域，及车两侧后视大约60度视角区域，针对汽车行驶过程中可能出现的车辆偏离行车道的危险以及变道时盲区车辆接近的碰撞危险进行及时预警，重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器5从而保障驾驶员的安全，大幅度减少因此类情况而导致的交通事故。2纵观国内汽车防撞系统技术这一块领域还比较少，目前市场上研发经营的主要有两家公司泰远和超越，而两家公司的产品其实有很多相似之处，超越公司的老总之前原是泰远公司的技术总监，因此产品的理念几乎相同。泰远牌汽车自动防撞器目前是国内防撞系统最先进的产品，其自动防撞器自动刹车平稳，不甩尾、不掉头、不侧翻，是当今最为理想的安全防撞系统。既能减轻司乘人员的心理负担，又能保护人车安全。一般情况下，防撞器自动刹车前，后刹车灯会提前一秒钟点亮，以提醒后车注意。倒车防撞器能在安全距离自动刹车停稳，且有语音提示。手动档、自动档车辆均可安装防撞器，手动档安装防撞器后自动刹车时不会熄火。离前车的自动刹车距离是一个变数，它是根据本车和前车速度由防撞器智能系统自动确定的。一般会在保障安全时刹车。防撞器自动刹车的前提是雷达要探测到前方一定距离内的障碍物。若雷达没有探测到前方障碍物则不会自动刹车。使用防撞器超车时打开转向灯开关，防撞功能自动解除，即可正常超车。时速35公里内不容易出现恶性撞车事故，因此，防撞功能自动解除,方便城区行驶。安装防撞器的车辆能在各种弯道上正常行驶，探测到拦板或山体也不会自动刹车。车辆在停止或行驶中都可以随时打开或关闭防撞器开关。防撞器上设有记录仪，能够自动记录防撞器相关工作状态。若车辆发生意外撞车事故，将此记录仪送给交管部门就能分清责任。比如行车时是否打开防撞器开关等等。防撞器对探测到的前方车辆或其它障碍物，在显示屏上会出现其距离数据。连接防撞器的线路出现问题或防撞器电子出现故障等，显示屏会提示。探测雷达的镜片被泥浆等遮盖后会影响防撞器正常工作，显示屏上会有提示。技术含量已位列世界先进技术行列。2国际上如德国、日本、美国等先进的汽车生产国，在很以年前已经开始了主动防撞安全装置的研究与开发。戴姆勒克莱斯勒公司和沃尔沃公司在汽车防撞器方面走在世界前列。美国的大众机械师杂志介绍了戴姆勒克莱斯勒公司汽车防撞器的研究情况。该防撞器结构主要是两个测距仪和一个影像系统，能够测出安全距离，如果发现车前有障碍物，计算机能够自动引发刹车装置。这个系统的特点是（1）能够自动测出前方障碍物的速度和距离；（2）执行机构能够自动启动刹车装置，自动关闭车的侧窗、天窗，自动调整座椅位置。当乘客遭受撞击时，最大限度受到气囊的保护；（3）能够感知车的行驶状态，如果传感器感到车在左右摇摆，或者重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器6感到车内的酒精浓度过高，它能够自动刹车或者自动锁死方向盘。2002年7月5日的参考消息介绍了沃尔沃公司的智能技术。沃尔沃公司在轿车上加装了夜视仪，夜视仪能够显示前灯照射距离以外的物体，显示车的前照灯与车前障碍物的距离，提示司机刹车，但是没有介绍沃尔沃公司的防撞器能不能自动刹车，能不能自动关闭天窗。戴姆勒克莱斯勒公司以及沃尔沃公司的防撞器也有一些缺点不能防止误操作，如你要超车，车的自动防撞器测出两车的间距小于安全距离，自动防撞器就要自动刹车。最近市场上高端奔驰也配备了自动刹车系统，该自动刹车系统遇到前方险情加大，能够自动报警，锁定行车速度，时速50公里防追尾准确率达到75。31美国防撞雷达的研究相对于欧洲和日本来说起步较晚，但目前美国的汽车防撞技术己经处于世界领先水平。主要代表有福特和EATONORAD公司开发的汽车防撞雷达系统，其前方探测距离106米，可在探测范围内跟踪20多个目标，工作频率24725GHZ。2007年美国洛杉矶一个废弃的军事基地内3号举行了一场名为“城市挑战”的无人驾驶汽车大赛。由美国国防部主办的这项赛事始于2004年，起初是一项名为“大挑战”的穿越沙漠赛。“城市挑战”无人驾驶汽车大赛模拟城市交通路况，要求参赛的无人驾驶汽车从复杂路况中自行选择行进方向，并在六小时内走完100公里赛程，而且必须遵守交规。参赛的无人驾驶汽车装备有人工智能系统，借助卫星导航、摄像机、雷达和激光探测器等设备，进行定位并选择前进方向，然后把指令传送给驱动系统。还能通过遥控刹车系统，避免撞车和堵车。“城市挑战”大赛不仅考察速度，还考察无人驾驶汽车的安全性和稳定性。最终，11辆赛车中只有6辆跑完了全程，最高时速达到48公里。来自卡耐基梅隆大学的参赛车辆第一个抵达终点，获得了200万美元的奖金。无人驾驶汽车大赛由美国国防部高级研究计划局主办。创办这项赛事目的是鼓励开发无人驾驶汽车，以替代美国士兵在作战地区执行运输任务。美国军方计划在2015年前实现三分之一的军用地面车辆无人驾驶。而汽车制造商认为，无人驾驶汽车将影响人们的生活，甚至有可能最终把人们从方向盘边解放出来。美国五角大楼创办这项赛事的目的是鼓励美国大学、公司的科研机构开发无人驾驶的人工智能汽车，以替代美国士兵在作战地区执行任务。2国内对汽车防撞装置的研究相对比较晚，整体水平也相对较低。具有代表性是有上海汽车电子工程中心研制的SAE100型毫米波汽车防撞雷达样机，采用LFMCW制式，工作频率35GHZ，测距范围大于100米，测速范围大于100KM/H采用增益为26DB的喇叭天线，发射功率405MW，以DSP为中央处理器。6重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器7德国等欧国家均对毫米波雷达防撞技术进行了研究，特别是奔驰、宝马等著名汽车生产厂商，其雷达选用的方式为调颇毫米波雷达FMCVBFREQUENCYMODULATIONCONTINUOUSWAVE频段主要选择7677GHZ。如奔驰公司禾英国劳伦斯电子公司联合研制的汽车防撞报警系统，探测距离为150米，当测指的实际车间距离小于安全车间距离时，发出声光报警信号。该装置目前己经安装在小汽车、客车和卡车上试用多年，性能良好。31在最近的一次“梅赛德斯奔驰安全技术全球巡演”中，奔驰展示了他们最新的ADAS系统一能够自动刹车的奔驰。奔驰公司与博世公司携手合作，为奔驰车量身打造了一套集多种电子控制模块的安全系统，应用多个传感器，甚至雷达系统，使奔驰车能在危险情况出现之前，由车辆本身发出警告和一系列预防危险发生的措施，尽可能避免或者减少危险状况的发生或者使事故的危害下降。290年代以来，日本的12家大的汽车生产厂商均参与了运输省提出的称为先进安全汽车ASVADVANCEDSAFETYVEHICLE的计划。日本在制定未来汽车发展计划中也明确地把开发更复杂的智能汽车和安全驾驶支持系统作为交通安全的关键技术之一。1995年，丰田汽车公司研制了主动预防安全系统三菱和日立公司在毫米波雷达防撞技术方面也做了大量的研究，其雷达选用的方式为FMCW中心频率主要选择6061GHZ或7677GHZ，探测距离为120米。31尽管世界各大国都致力于开发安全可靠的汽车防撞预警系统，但是真正投入市场的实用性防撞预警装置远远不能满足需要。要理想地降低交通事故率还是一个漫长的过程。大力研制汽车防撞预警系统等主动安全驾驶辅助装置，对解决交通安全、提高运输能力、降低恶性交通事故发生率、减少生命财产损失及提高社会经济效益来说具有极大的现实意义和广阔的应用前景。因此，对该平台的研究对于中国自主的汽车防撞系统无论是在理论研究还是实际应用上都具有较大的价值。现在在国外已经基本能实现雷达和传感器对信息的采集，并且能进行相应的报警，并在高档的轿车上安装了此类系统。然而任然存在着很多的缺点和有待改进的地方，主要的不足就是1冗余报警某些情况（如低速的道路状况），交通比较拥挤，驾驶员警惕性很高，这时的报警，就显得多余。2误报对于非危险障碍物的干扰（如汽车转弯时路边的路标，栅栏，建筑物，相邻的车）造成的干扰信号，这些就是属于误报的范畴。另外，在汽车行驶过程中，雷达检测到的多目标存在相互干扰，会使测量数据发生突变，触重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器8发报警,并且国内的雷达技术还不先进，探测的距离与国外差距还很大。3驾驶员个体差异由于驾驶员自身的差异性，报警系统应该考虑驾驶员的主关感受，使报警系统适合驾驶员的个体行为特征。4214本课题研究的主要内容（1）研究国内外汽车防撞系统研究现状及发展历史，理解本课题研究的目的和意义。（2）分析汽车主动防撞系统的基本原理和优缺点。（3）在允许的情况下，提出改进汽车防撞系统的对策。（4）设计一种汽车防撞控制器，并对该原理进行了仿真。（5）汽车主动避撞技术的发展趋势和展望。15本章小结本章介绍了我国的交通安全状况，提出了汽车主动避撞器，并说明了研究该课题的目的和意义，同时介绍了该技术的发展和国内外状况。最后列出了本文研究的主要内容。重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器92汽车主动避撞控制器的原理21汽车主动安全技术为预防汽车发生事故，避免人员受到伤害而采取的安全设计，称为主动安全设计。现代汽车主动安全性电子技术有代表性的电控装置有防抱死制动系统（ABS）、电子制动力分配装置（EBD）、驱动防滑系统（ASR）、电子稳定程序系统（ESP）、电控悬架系统、电控动力转向系统、主动避撞系统、车辆动力学控制系统（VDC）、信息显示系统等。1422汽车电子控制系统221电子控制系统的基本原理从本质上看，该系统的控制原理可归纳为以下3个步骤（1）实时数据采集对来自传感器的瞬时值进行检测和输入。（2）实时控制决策对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将采取的控制行为。（3）实时控制输出根据控制决策，实时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。给定值被控参数图21电子控制系统的基本框图9控制器D/A转换器A/D转换器传感器执行机构被控对象重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器10222汽车电子控制的基本组成汽车计算机系统称为电子控制单元ECUELECTRONICCONTROLUNIT。控制系统由传感器、ECU和执行机构组成。该系统工作原理如下（1）检测汽车各部位的传感器检测不断变化工作状况信息、环境信息提供给ECU，并进行显示。（2）判断汽车电子控制系统根据检测的工作状况信息用预先存放在ECU中的指令程序控制算法发出控制信号。（3）执行通过执行机构对汽车的工作状况进行报警和控制。输入接口计算机输出接口图22汽车电子控制系统的基本组成1423汽车主动避撞控制器汽车主动避撞系统是辅助汽车驾驶者对影响公路交通安全的人、车、路环境进行实时监控，在危急情况下由系统主动干涉驾驶操纵、辅助驾驶者进行应急处理、防止汽车相撞事故的发生，保障了汽车行车安全。主动避撞控制器是汽车主动避撞控制系统的一部分，它主要是由主控模块，显示模块，声光报警，制动电机组成。输入的信号有汽车自身速度、与前车的距离、路面的倾角、节气门位置的夹角、点火开关信号。输出的有对电机模块、声光报警、液晶显示、喷油器进行控制的信号。之所以能主动避撞，就是传感器A/D转换器数字输入存储器输入端口CPU存储器输出端口驱动电路执行机构重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器11该控制器能够根据设定的程序和规律实时地对车况进行判断，当有危险的时候进行报警，并且能够自动的制动，避免发生碰撞事故。该控制器就是一种汽车电子控制系统。它的结构满足一般的电子控制系统。主控部分是选取的LPC2124作为主控芯片。通过以上模块的正确工作就将达到主动避撞的效果。24本章小结本章主要是介绍了一般的电子控制系统和汽车电子控制系统。最后将了该课题所具体研究的汽车主动避撞控制器，一步一步的介绍了该课题的原理。重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器123系统结构31系统框图图31系统设计框图汽车主动避撞控制器的结构示意图，整个系统由传感器感知、中央处理以及存储器，输出模块构成。中央处理子系统由信息存储单元与主控制单元组成，用于评估车辆行驶的安全状态信息输出子系统由声光报警模块，显示模块组成，电机制动模块，喷油器。该系统要实现的功能是在汽车启动后，在行车过程中能够显示自身的车速和与前车的距离；并且用存储器对数据进行存储。在没有危险的时候无操作，在判断有危险时，如果是纵向的则进行报警和紧急制动，如果是侧向危险，则只进行声光报警。本课题就是根据以上设计，来实现汽车主动避撞控制器的硬件设计和原理仿真。32系统输入信号1车距可以选用毫米波雷达作为车用测距传感器来获得。2车速霍尔轮速传感器具有精度高、灵敏度高、线性度好、体积小、频率响应宽、无触点、抗电磁干扰能力强等优点，本系统选用了霍尔轮速传感器来测量车速。3节气门位置可用节气门位置传感器测得该信号。4倾角可以用倾角传感器获得。测距传感器车速传感器倾角传感器开关量输入输入电路MCU存储器输出电路液晶显示制动执行机构（电机）声光警报喷油器节气门传感器重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器135开关量驾驶员课根据开关按钮输入天气状况。33系统输出部分功能（1）声光报警模块在避撞预警中，提醒驾驶员采取减速、制动、转向等措施以避免碰撞的报警装置。（2）紧急制动执行模块当驾驶员未对危险情况做出及时处理，且为了避免碰撞所设置的实现自动制动作用的执行机构。（3）液晶显示模块显示自身车速、与前车的车距。（4）电喷器执行模块在遇险采取紧急制动时，减少供油量使汽车更快减速。34系统仿真软件由于本课题要对原理进行仿真，本课题在设计过程中使用了PROTEUS和KEILUVISION两款仿真软件。PROTEUS可以和KEILUVISION配合使用，在PROTEUS里面画原理图，在KEIL里面编写C语言程序，协同仿真调试。35本章小结本章介绍了本课题要完成的任务，以及具体的设计框图，并且交代了在该课题中具体要完成的模块和条件。重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器144系统原理设计41主控芯片的选择目前汽车ECU的微处理器一般采用的是8位或者16位的单片机，此类单片机应用广泛，价格相对较低，发展也较成熟，是低端方案的首选。低端方案虽然能够实现系统的基本功能，但是却不能保证系统对实时性、大量数据的处理能力、扩展接口、功能完善和丰富等各方面的要求，故考虑采用高端方案使用32位ARM处理器，以ARM7为内核的LPC2124。以下是根据系统各方面指标要求对MCS51单片机和ARM处理器的比较8位或者16位的单片机架构相对简单，硬件资源相对较少，适合于一般的应用。本系统信号众多，处理数据庞大，流程复杂，用ARM处理器可以很方便地解决这些复杂问题。8位或者16位的单片机许多采用汇编语言，而ARM可以使用C语言直接编写，提高了代码的编写速度、可读性、可移值性。本系统需要处理的数据众多，且处理的实时性要求较高，这些指标对于处理位数只有8位或16位的单片机而言，无疑是很难达到的。但是，32位ARM处理器却能够驾轻就熟。本课题需要扩展的外围电路较多，8或16位单片机显然很难满足这么多接口的需要，而不少ARM处理器芯片具有上百个管脚，内置接口丰富，因此很容易满足各类扩展需求。本系统对MCU性能要求相对较高，ARM处理器内部寄存器很多，可用于存放中间数据和优化对操作数的访问，这对于提高处理器的性能以及进行实时控制机器代码很有用。ARM处理器芯片虽然价格较高，但是由于它内置了许多功能部件和接口，所以从整体上来说性价比还是不错的。ARM处理器的高性能、低功耗设计非常好，处理器制造厂商也能提供评估板，因此能加速产品的开发，加快系统的实现速度。并且能提供可靠性的保障。本课题选择的LPC2124是PHILIPS公司生产的单片32位ARM微控制器，是基于一个支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMISCPU，并带有256KB的嵌入的高速FLASH存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用16位THUMB模式将代码规模降低超过30，而性能的损失却很小。39重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器15由于LPC2124非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、PWM输出、46个GPIO以及多达9个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机POS。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。27PROTEUS里的LPC2124截图XTAL162XTAL261P00/TXD0/PWM119P01/RXD0/PWM321P02/SCL/CAP002P03/SDA/MAT00/EINT126P04/SCK0/CAP0127P05/MISO0/MAT0129P06/MOSI0/CAP0230P07/SSEL0/PWM2/EINT231P08/TXD1/PWM43P09/RXD1/PWM6/EINT334P010/RTS1/CAP1035P011/CTS1/CAP1137P012/DSR1/MAT1038P013/DTR1/MAT1139P014/DCD1/EINT141P015/RI1/EINT245P016/EINT0/MAT02/CAP0246P017/CAP12/SCK1/MAT1247P018/CAP13/MISO153P019/MAT12/MOSI154P020/MAT13/SSEL1/EINT35P021/PWM5/CAP131P022/CAP00/MAT002P0233P0245P0259P027/AIN0/CAP01/MAT011P028/AIN1/CAP02/MAT0213P029/AIN2/CAP03/MAT0314P030/AIN3/EINT3/CAP0015V323RST57V3A7V1817V18A63VSS6VSSA59VSSA_PL58P116/TRACEPKT016P117/TRACEPKT112P118/TRACEPKT28P119/TRACEPKT34P120/TRACESYNC48P121/PIPESTAT04P122/PIPESTAT140P123/PIPESTAT236P124/TRACECLK32P125/EXTIN028P126/RTCK24P127/TDO64P128/TDI60P129/TCK56P130/TMS52P131/TRST20V343V351VSS18VSS25VSS42VSS50V1849U1LPC2124图41LPC2124重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器16封装图图42LPC2124芯片图27LPC2124特性16/32位ARM7TDMIS核，超小LQFP64封装；16KB片内SRAM；256KB片内FLASH程序存储器，128位宽度接口/加速器可实现高达60MHZ工作频率；可加密全球首个实现可加密的ARM微控制器；通过片内BOOT装载程序实现在系统编程ISP和在应用编程IAP。512字节行编程时间为1MS。单扇区或整片擦除时间为400MS；EMBEDDEDICE可实现断点和观察点。当使用片内REALMONITOR软件对前台任务进行调试时，中断服务程序可继续运行；嵌入式跟踪宏单元ETM支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪；4路10位A/D转换器，转换时间低至244S；2个32位定时器带4路捕获和4路比较通道、PWM单元6路输出、实时时钟和看门狗；多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、高速I2C接口400KHZ和2个SPI接口；通过片内PLL可实现最大为60MHZ的CPU操作频率；向量中断控制器。可配置优先级和向量地址；多达46个通用I/O口可承受5V电压，9个边沿或电平触发的外部中断引脚；片内晶振频率范围1025MHZ；2个低功耗模式空闲和掉电；通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒；双电重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器17源（1）CPU操作电压范围165195V18V015V；（2）I/O操作电压范围3036V30V10，可承受5V电压。2342LPC2124I/O口分配LPC2124单片机可供分配的I/0资源分为P0和PL共有46个管脚,具体分配如下。步进电机驱动信号PO27PAPO28PBPO29PCPO30PD存储器信号PI30SCKPI31SDA天气选择信号PO18KEY1PO19KEY2PO20KEY3显示器信号PO8LCDRSPO9LCDRWPO10LCDENPO0LCDDOPO1LCDD1PO2LCDD2PO3LCDD3PO4LCDD4PO5LCDD5PO6LCDD6重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器18PO7LCDD7声音报警接口PO23SPO24GA/D转换信号PI19D3PI20D4PI21D5PI22D6PI23S伺服电机的速度过高，必须使用减速器传动。并且伺服电机造价很高。步进电机的缺点是同样功率下的重量比伺服电机大，体积也大。但步进电机是开环控制，无需测速器重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器25件，也不需要减速器，减少了机构的复杂性。本文选择电机的时候考虑了功重比、外形尺寸、力矩、购买的方便程度等多重因素，最后选择步进电机做为执行机构的驱动电机。由于在遇到紧急状况时，要通过电动机来控制踏板和节气门的位置，来使汽车减速制动避险，驱动电机的方法很多，主要有集成式和驱动控制与驱动器组合式两种，前种可能方便一些，但价格可能要高一些。本系统选用后种方式，即L297加L298的组合方式。L297是意大利ST半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单极步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。芯片内的PWM调波器电路可在模式下调节步进电机绕组中的电流。使用5V的电源电压，全部信号的连接都与TTL/CMOS或集电极开路的晶体管兼容。L297的芯片引脚特别紧凑，采用双列直插20脚塑封封装。L297只需要时钟、方向和模式输入信号。相位是由内部产生的，因此可减轻微处理机和程序设计的负担。13图49L297内部框图13所示的L297的内部方框图（图49）中。变换器是一个重要组成部分。变换器由一个三倍计算器加某些组合逻辑电路组成，产生一个基本的八格雷码。由变换器产生4个输出信号送给后面的输出逻辑部分，输出逻辑提供禁止和斩波器功能所需的相序。为了获得电动机良好的速度和转矩特性，相序信号是通过2个PWM斩波器控制电动波器包含有一个比较器，当电压达到UREF时UREF是根据峰值负载电流而定的，将触发器重置，切断输出，直至第二个振荡脉冲到来、此线路的输出即触发器Q输出是一恒定速重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器26率的PWM信号，L297的CONTROL端的输入决定斩波器对相位线A，B，C，D或抑制线INH1和INH2起作用。CONTROL为高电平时，对A，B，C，D有抑制作用；为低电平时，则对抑制线INH1和INH2有抑制作用，从而可对电动机和转矩进行控制。以下为L297的管脚功能说明1脚SYNG斩波器输出端。如多个297同步控制，所有的SYNC端都要连在一起，共用一套振荡元件。如果使用外部时钟源，则时钟信号接到此引脚上。2脚GND接地端。3脚HOME集电极开路输出端。当L297在初始状态ABCD0101时，此端有指示。当此引脚有效时，晶体管开路。4脚AA相驱动信号。5脚INH1控制A相和B相的驱动极。当此引脚为低电平时，A相，B相驱动控制被禁止，当线圈极断电时，双极性桥用这个信号使负载电源快速衰减。若CONTROL端输入是低电平时，用斩波器调节负载电流。6脚BB相驱动信号。7脚CC相驱动信号。8脚INH2控制C相和D相的驱动级。作用同INH1相同。9脚DD相驱动信号。10脚ENABLEL297的使能输入端。当它为低电平时，INH1,INH2,A,B,C,D都为低电平。当系统被复位时用来阻止电机驱动。11脚CONTROL斩波器功能控制端。低电平时使INH1和INH2起作用。高电平使A，B，C，D起作用。12脚VCC5V电源输入端。13脚SENS2C相、D相绕组电流检测电压反馈输入端。14脚SENS1A相、B相绕组电流检测电压反馈输入端。15脚VREF斩波器基准电压输入端。加到此引脚的电压决定绕组电流的峰值。16脚OSC斩波器频率输入端。一个RC网络接至此引角以决定斩波器频率，在多个L297同步工作时其中一个接到RC网络，其余的此引角接地，各个器件的脚ISYNC应连接到一起这样可杂波的引入问题如图5所示。17脚CW/CCW方向控制端。步进电机实际旋转方向由绕组的连接方法决定。当改重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器27变此引脚的电平状态时步进电机反向旋转。18脚CLOCK步进时钟输入端。该引脚输入负脉冲时步进电机向前步进一个增量。该步进是在信号的上升沿进行。19脚HALF/FULL半步、全步方式选择端。此引脚输入高电平时为半步方式四相八拍，低电平时为全步方式。如选择全步方式时变换器在奇数状态，会得到单相工作方式单四拍。20脚RESET复位输入端。此引脚输入负脉冲时，变换器恢复初始状态（ABCD0101）。13L298N为SGSTHOMSONMICROELECTRONICS所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片DUALFULLBRIDGEDRIVER，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个HBRIDGE的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的I/O端口来提供模拟时序信号，但在本驱动电路中用L297来提供时序信号，节省了单片机I/O端口的使用。L298N之管脚如图410所示，PIN1和PIN15可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUTL、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个步进电机；INPUT1INPUT4输入控制电位来控制电机的正反转；ENA和ENB接控制使能端，控制电机停转。重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器28图410L298管脚图13L297加驱动器L298组成的步进电机控制电路具有以下优点（1）使用元件少、组件的损耗低、可靠性高，体积小、开发简单。（2）L297与L298配合使用控制双极步进电机工作电流可达25A。L297的特性是只需要时钟、方向和模式输人信号,相位是由内部产生的，因此可减轻单片机和程序设计的负担；L298芯片是一种高压、大电流双H桥式驱动器。（3）L297L298的设计具有外围元件简单，工作稳定性好的特点。L297L298集成块是专为步进电机驱动而设计。L298是双H桥式驱动器,内含的功率输出器件。因为L298选用了接插件的形式，该元件使用的缺点是，如果置于振荡强度过高的场合，会出现驱动错误。重庆理工大学毕业论文汽车主动避撞控制器29RESTH/FCWD76LK52912D1LEDRMD2LEDRMD3LEDRMD4LEDRMD5LEDRMD6LEDRMD7LEDRMD8LEDRMIN15I27ENA6OUT12OUT23B1OUT313OUT414IN310I412SENSA1B15GND8VS4VC9U3L298125C410NFC510NFHALF/UL19CW/CW17LOK18HOME3REST20A4B6C7D9INH15I28NABLE10SYNC1CONTROL1OSC16VREF15SENS114213VC12GND2U2L297R210RR310RR42KC63NRV110K5U2AI00246913B2I0829813V3V3VLCD显示模块电机驱动模块图411电机驱动模块410声音报警电路该模块是在系统检测到危险时起到报警的作用，在纵向和侧向遇险是都要进行报警，提醒驾驶员采取措施。本文采用的是扬声器和发光二极管作为声光报警，当中央处理单元通过信息处理、分析，发现有碰撞隐患时，便向I/O口送出高电平，经过三极管后触发扬声器，和发光二极管。扬声器发出声音，发光二极管不停的闪烁，从而达到了提醒驾驶员的目的。SGPOWERGNDXTAL62XTAL61P00/TXD0/PWM19P01/RXD0/P321P02/SCL/CAP002P03/SDA/MAT00/EINT16P4/SCK0/CAP0127P5/MISO0/MAT0129P06/SI0/CAP0230P07/SEL0/PWM2/EINT231P08/TXD1/PWM43P09/RXD1/PWM6/EINT334P010/RTS1/CAP1035P01/CTS1/CAP1137P012/DSR1/MAT1038P013/DTR1/AT1139P014/DCD1/EINT141P015/RI1/EINT245P016/EINT0/MAT02/CAP0246P017/CAP12/SCK1/MAT1247P018/CAP13/ISO153P019/MAT12/MSI154P020/MAT13/SEL1/EINT35P021/PWM5/CAP131P02/CAP00/MAT002P0233P0245P0259P027/AIN0/CAP01/MAT011P028/AIN1/CAP02/AT0213P029/AIN2/CAP03/MAT0314P030/AIN3/EINT3/CAP0015V323RST57V3A7V1817V18A63VS6VSA59VSA_PL58P116/TRACEPKT016P117/TRACEPKT112P118/TRACEPKT28P119/TRACEPKT34P120/TRACESYNC48P121/PIPESTAT04P12/PIPESTAT140P123/PIPESTAT236P124/TRACECLK32P125/EXTIN028P126/RTCK24P127/TDO64P128/TDI60P129/TCK56P130/TMS52P131/TRST20V343V351VS18VS25VS42V