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汽车防碰撞预警执行系统的设计,汽车,碰撞,预警,执行,系统,设计
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北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告(论文)报告(论文)题目: 汽车防碰撞预警执行系统的设计摘要为减少汽车的交通事故特别是最易发生的追尾事故,设计出一种基于超声波测距,以单片机为 CPU 的汽车防碰撞预警执行系统,本系统包括传感器测距发散接受装置,CPU 中央处理装置,执行制动装置,通过传感器的实时数据传送 CPU 作出相应的预警或制动。本产品设计理念:简单、方便、易通用化。关键词汽车碰撞防撞预警超声波微处理器行车安全AbstractTo reduce car traffic accidents, especially the most frequent rear-end accident, ananti-collision early warning execution system based on ultrasonic ranging and single-chip CPU is designed. The system includes sensor ranging divergence receiving device, CPU central processing unit , The implementation of the brake device, through the sensors real-time data transfer CPU to make the appropriate warning or braking. The product design concept: simple, convenient, beautiful, easy to use.Key works:Car crashAnti-collision warningUltrasonicmicroprocessor Driving safety目录摘要.Abstract.目录.第一章绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状11.3 汽车防碰撞预警执行系统的发展趋势2第二章 超声波测距原理32.1 超声波介绍32.2 超声波的测距原理32.3 超声波传感器42.3.1 超声波传感器结构42.3.2 超声波传感器参数选择6第三章 系统硬件设计73.1 总系统73.2 系统各模块电路设计83.2.1 超声波模块设计83.2.2 传感器阵列方式103.2.3 声响报警装置设计103.2.4 单片机控制模块113.2.5 紧急制动模块13第四章系统软件设计184.1 超声波测距程序设计184.2 控制程序设计19致谢20参考文献21附录一22附录二31附录三32北华航天工业学院毕业论文第一章绪论1.1 课题背景中国产业信息网指出:我国在 2005-2014 年汽车销量的年复合增长率为17.5%,2014 年汽车产量占全球产量的 26.43%。目前我国已成为世界第三大汽车消费国,到 2016 年我国的私家车拥有量突破 1.2 亿,日益增加的汽车基数所带来的交通安全也不容小视,尤其在上下班的高峰期中,由于车辆增多导致的长时间堵车容易让人麻痹大意追尾的风险也会随之增加,降低汽车的碰撞率,有效的保护驾驶人及行人的生命安全和财产安全是研究防碰撞执行系统的根本目的。本系统可以更好的辅助驾驶员行驶,在遇到障碍物(其他车辆、行人、树木、以及路边设施等)的同时可以及时的作出警报和采取相应的措施,减少由事故带来的损失和伤害。据以往研究人员统计不同危险工况下驾驶员制动反应时间平均分布在 1.02-1.36s 之间,可见如果可以提前几秒对驾驶员进行危险预警,驾驶员可以提早终止加速,就会大大降低事故的发生1。近几年关于汽车防撞系统的研究已有了很多的方法,市面上已有的防碰撞系统主要有超声波防碰撞和倒车可视雷达等。对于已有的防碰撞系统其可行性众所周知但对于不同工况车速来说显得就很力不从心了,比如防碰撞系统对于高速道路上行驶时过快的车速起不到太大的作用,以及对于在夜间行驶的驾驶员来说可视倒车雷达作用也不是很大,设计一个更为人性化的防碰撞系统变显得尤为重要,提高汽车智能水平对于将来的汽车驾驶方式起到很大的促进作用。1.2 国内外研究现状汽车防撞预警系统主要分为红外防撞、激光防撞、超声波和可视倒车雷达防撞四种系统。全球每年基本都要对新型汽车进行碰撞试验,European New Car Assessment Programme(欧洲新车安全评鉴协会)还有就是 Institute of Integral Handwriting Studies(美国高速公路安全保险协会)公布的数据是期中比较有公信力两家汽车碰撞试验。这些数据显示了在汽车运行过程中危险因素对于生命的安全。由此可见防碰撞系统还是十分有应用的理由,目前很多汽车厂商将防碰撞系统采用到汽车上。日本的 Smartway 智能公路方案提出,通过 DSRCH 和先进的汽车导航系统来辅佐驾驶员安全驾驶,同时在车辆上采用诸如车道行驶道路稳定、实时转播前方天气状况、车距保持等车辆主动安全技术。Smartway 计划在2015 年将在日本全国范围内应用。美国的 In-VehicleInfotainment 打算联合其它汽车厂商发展自身碰撞预警系统和相应的试验室。欧洲代理基金对于防碰撞技术的研究也持赞同的意见12。9根据美国安全部称:在美国平均每年因汽车追尾导致受伤人数高达五十万人,期中死亡的人数达到一千七百人,当汽车装备防碰撞预警系统后,可以减少百分之八十以上的人员伤亡,为减少追尾事故及人员伤亡,提议各大汽车制造商为所有乘用车和商用车安装防碰撞预警系统。汽车在 21 世纪的概念将是一个根本性的变化。汽车将由原先的以机械为主的机电一体产物向更多的电子设备转换。中国汽车工业将面临巨大的发展机遇和挑战。我国汽车保有量已达到 1.2 亿辆,道路车辆的行驶密度大幅增加,交通事故发生的频率也随之增加,为减少财产损失和人员伤亡,汽车防碰撞系统显得尤为重要,我国的汽车倒车防碰撞系统已经有了很长时间的研究从一开始的汽车倒车喇叭提醒到现在的超声波测距,技术上也达到了一定的可靠性。东风公司的“蓝鸟至尊”采用了更为先进的导航防碰撞系统。目前市场上的倒车雷达品牌主要有跃众、铁将军、豪迪、瑞路、贝奥斯、福莱特、征服者16。国内外对于汽车防碰撞预警的方法一般为雷达防碰撞和后成像技术,两者各有优缺点,前者在测距方面比较有优势但一些坑洼地则会检测不到使驾驶员误判产生很严重的后果比如下大雨后陷入深水区淹没汽车,后者可以很清楚的看到后方的视野但距离就很难测出,如果在能见度低的环境下汽车行驶时突遇危险状况往往来不及躲避,造成非常大的损失。同时如果在有一定的车速下,缺少对障碍物的提前判断,可见对汽车行驶途中遇障碍物减速制动这方面的研究也刻不容缓。1.3 汽车防碰撞预警执行系统的发展趋势汽车的发展往往会体现了一个国家经济的活力水平,而与汽车相关的配套设施则更加表现出人们生活质量的好坏,如今我国的经济发展已处于相对稳定状态人们日益增长的消费需求迫使对于汽车的安全稳定产生了更高的要求,拥有一辆更加安全美观性能强的车是每一个汽车拥有者的心声。并且随着微机技术、先进制造业和控制理论迅猛发展,为防碰撞执行的实现提供了物质基础,预警执行将代替驾驶人自身反应不及时所带来的危害。对该系统的研究需要走理论指导和仿真、实验相结合的道路,但是现在的防碰撞系统还需进一步的创新突破。执行机构更加准确的工作,防碰撞预警系统的价格合理性、可靠性,以及更多高性能电子设备技术应用领域的增加将使汽车防碰撞预警执行系统更有意义。第二章 超声波测距原理2.1 超声波介绍在日常生活中由于物体的振动而产生了声音。声音频率在 20Hz-20000Hz 是人耳可听到,20000Hz 频率以上范围的声音称为超声波2。声波在不同介质之间传递会发生反射、透射和折射现象传递的越远时间越长会使声波的能量越来越小。并且由于声波是一种纵波所以它可以在除真空以外的其它介质中传播并可以传播足够远的距离。根据原理的不同超声波可分为检测超声和功率超声,其应用跨度非常广泛涉及工程、生物、诊断、治疗及其他各个领域。在相同介质中超声波的传播速度相同,空气中的传播速度随着温度的不同而不同常温下的速度为340 米每秒超声波也是声波只是振动频率相对较高可以在介质中传播的。2.2 超声波的测距原理超声波的测距原理为:D=CT/2式中 D为前方障碍物与测试车辆的距离;C为空气中超声波传播的速度;T为超声波从发出到接收时传感器所记录的时间注意:由于超声波在不同温度下的传播速度是不同的,见表一所以这里带入公式C=331+0.6X(X 为驾驶室外的空气温度)表一温度()-30-20-100102030100声速(m/s)313319325323338344349386空间里当有多个声源发声时会产生声源交错的现象这是声学领域的常见现象。理论上当介质不吸收声波的强度时,声波会没有增减的永远传播下去但是实际情况不同,介质之间会吸收掉声波的能量散射折射都有可能。幅值、相位、频率和波长为声波的参数。其用数学公式可以表示为3:P=P asin(t+)2-1式中 Pa为该声波的幅度;角频率;为相位;一个周期内声波的长度为波长有=C0/f2-2式中 f为频率;C0声波传播速度;Pa=A0ex2-3=2f=2/T2-4式中 T为周期;=af22-5式中 为衰减系数;f为振动频率由式 2-4 可看出频率越高衰减系数越大从而导致 P 越小,选择合适的振动频率可以提高数据测量的准确性。鉴于已有的超声波测距系统选择 f=40Hz 的超声波效果较好。2.3 超声波传感器2.3.1 超声波传感器结构我们这里用到的超声波传感器要具备发生和可收到超声波的功能。超声波传感器内部独特的材料使得其具有了将电流转换成声波同时又能将接收到的声压转换成电流的能力。高频振动的压力就会产生高频电流。其产生的高频电流作用在压电陶瓷上便会产生强烈的机械振动也就产生了超声波信号,其独特的机械能与电能相互转换的能力为发生和接收超声波提供了可能4。超声波产生的方法有机械法比如:Siren、Galton 笛;电气法比如压电式、磁伸缩和电伸缩三种;由于产生的方式不相同优缺点也不尽相同,较为常用的是压电式超声波发生器它具有质量轻,比较灵敏、工作频带宽、工作稳定、无测量局限性特点因此其更适用于汽车在多工况下行驶的不同环境中。超声波发生器主要有以下几种参数:压电材料的弹性常数、刚度决定的弹性常数;材料灵敏度的压电常数;机械耦合系数;原始电容与介电常数有关;居里点,开始丧失压电特性时的温度。石英晶体在 573 摄氏度时会完全丧失压电特性。13压电陶瓷可以由内部的晶粒产生电场,忽略外部的磁场时内部晶粒之间相互吸收各自产生的磁场达到稳定的状态。当受到外力作用时,打破内在的平衡,受到外力后产生相应的电荷量,电荷量随外力的减少而减少。q=d33F2-6式中 d33为材料的电荷量系数;F为作用力。压电式超声波传感器构造:双压电晶片,单压电晶片。如果把电压加到压电元件上会使晶片高频率振动,当压电晶片受到高频率振动时产生电位差:超声波传感器原理图如图 2-1 所示图 2-1 超声波传感器原理图超声波传感器的结构如图 2-2;2-3 所示:图 2-2 超声波传感器的结构图 2-3 超声波传感器的结构金属外壳保护内部各个零件不会对传感器正常工作产生影响。锥形共振盘位于金属板中间,锥形共振盘可以很快频率的振动;超声波振动集中于锥形共振片的中心接收超声波时,可以产生输送给微型计算机的高频电位差。52.3.2 超声波传感器参数选择1.中心频率:选择灵敏度最高时的中心频率。一般大于 25000Hz,本文选用中心频率 f=40000Hz 的超声波传感器。2.盲区:对于探头来说就是余震,余震越短越好,一般小于 40000Hz 的探头余震为 2ms 对应 0.34 米的盲区。3.灵敏度:由材料和制造工艺决定,单位为分贝,数值为负。4.工作温度:要保持传感器在正常温度下可以工作。超声波传感器结构多种多样这里不一一详细介绍,市场上通用的超声波传感器为分体式和一体式。一体式即发送器和接收器为一体的传感器,分体式言外之意就是发送器和接收器分开的传感器6。这里使用由 risym(深圳市科比商贸有限公司)生产的 16MM 防水型超声波传感器,其收发器为一体结构,其参数如下:频率为 40 0.5KHz 灵敏度为-7.5pa,方向为 45 度,电容 0.33.5M,最大输入电压140vp-p(10%工作周期),长时间工作稳定温度-4080,正常工作温度-3580,选取金属铝作为外壳材料,考虑到汽车在行驶过程中遇到的障碍物方向不确定性所以应在前方后方个安置 4 个传感器,左侧右侧根据不同车型的纵长度安置 2 到 3 个传感器,每个传感器可独立工作遇障碍物警报。第三章 系统硬件设计3.1 总系统整个系统总体分为:超声波测距模块,声响报警装置,控制模块,紧急制动模块由于汽车行进过程中会遇到很多工况如:怠速,匀速,加速,减速,城市驾驶,高速驾驶,上下坡等工况所以这些不同运行工况中遇到障碍物的处理情况也就大不相同,这里由于设备条件有限且制作过程需要耗费相当人力物力,由于城市内汽车保有量基数大且碰撞事故往往发生在上下班的高峰期以及有红路灯的十字路口本设计只目前着重针对于怠速和城市内运行工况,在以后的时间里会继续投入时间精力来完善本设计。系统结构框图如 3-1 所示:图 3-1 系统结构框图对于防碰撞系统预警执行可分为两个阶段即:第一阶段预警阶段,当超声波测距模块测得障碍物以到达预警距离时会将信号传递给声响报警装置,该装置随即产生警报提醒驾驶员前方或者后方即将进入危险区域,同时该信号也会传递给汽车的 cpu,使 cpu 控制燃油喷射量进而利用发动机来减速,此时燃油喷射系统会以怠速时的燃油喷射量为准,避免了由驾驶员误踩加速踏板而造成的危险隐患。第二阶段紧急制动阶段,当超声波测距模块测得危险物以到达危险距离时会将信号传递给紧急制动模块,紧急制动模块作出相应反应使刹车系统工作,由于驾驶员紧急制动时会存在判断反应时间,距相关研究表明一般驾驶员反应时间在1.5 秒以内,有一定驾龄且反应灵敏着为 0.4 到 0.6 秒7。这段时间看似很短其实不然举例说明:假如一辆汽车以 40km/h 的速度行进,当遇到障碍物时,反应灵敏者在经过到 4 到 6 米后才会作出紧急制动措施,而绝大多数驾驶员已经开出16 米之外,期中还有因过于惊吓而作出误踩油门的可能,对于许多的突然时间, 可能就会猝不及防了,可见将反应时间做到最小可以对结果产生另一面的变化将危险系数做到最小的程度是安全驾驶的重中之重,由于电信号处理的速度是人的几十倍所以将反应时间交给制动系统制动距离的缩短也就显得相当乐观了。这对于减少追尾的交通事故前景广阔。3.2 系统各模块电路设计3.2.1 超声波模块设计超声波发射:传感器硬件发射电路如图 3-2 所示:工作原理:图 3-2 传感器硬件发射电路硬件发生装置原理比较简单即为三极管的开关控制超声波发生器的开关。此电路成本较低且易于调节,可以和不同的换能器连接使用。但其触发脉冲电路设计和发射脉冲电路设计较为复杂。超声波软件发生电路如图 3-3 所示:工作原理:图 3-3 超声波软件发生电路软件编程使单片机端口发出的超声波脉冲信号,加到变压器的初级。虽然应用到软件编程但减少了硬件设计上的复杂。故本设计采用软件发射法。超声波接收:接收到的信号由于存在干扰需要进行滤波去除杂乱信号,同时需要放大电路将信号放大到单片机可以处理的信号。对于放大电路一个三极管即可完成,设计的时候考虑到保护电路需要给电路串联一个电阻保护三极管的正常工作其设计电路如图 3-4 所示:图 3-4 放大电路当距离较远时回波信号经过放大才能使接收器对信号很好的识别,但同时也会存在干扰信号这就需要滤波器来出去干扰信号以防止对超声波接收器对于回波信号的误识别。滤波有低通、高通、带阻、带通滤波方式8。由于需要滤波的为低于 40kHz 的低频噪声和高于 40kHz 的高频噪声,可选用 NE5532 运算放大器。改进后接收信号如图 3-5 所示:图 3-5 带滤波的放大电路3.2.2 传感器阵列方式当安装在车身的超声波传感器同时以相同的周期触发时,接收到的信号之间会产生很大的干扰,严重的将会导致系统对于前方障碍物的误判使系统的准确性大打折扣。同时由于存在时域信号盲区信号实时更新较慢,且发射超声波时传感器的工作电流往往是平时 10 倍,导致电路的波动较频繁。为此本设计采用单个传感器触发方式即触发第一个发射器后过一段时间在触发下一个发射器如图 3-7所示:图 3-7 传感器触发方式DT 的大小由超声波发生器轴线夹角决定。它随着发生器轴线的减小而增大,但夹角过大时,盲区也会增大。经试验当DT 大于 24ms 时,不在产生交错现象, 所以DT =25ms, T =100ms3.2.3 声响报警装置设计此设计模块在行进过程中或倒车状态时,实时监测车辆前后方是否有障碍物,当达到预警距离时蜂鸣器发出响声预警,该控制电路可直接由单片机控制。电路图如图 3-8 所示:19图 3-8 响声预警装置D1 为 LED 灯当预警时灯亮可提醒驾驶员注意危险。3.2.4 单片机控制模块利用单片机计算传感器实时传送的信号,当所测距离到达报警距离时,单片机控制紧急制动模块,由紧急制动模块控制燃油喷射系统和刹车系统。单片机选用最常见的 51 单片机就可,本设计采用 STC89C52 单片机由 STC(Science & Technology Consulting)公司生产的的 8051 单片机,主要特性有:(1)内部含 Flash E2PROM 存储器,(2)存储空间为 8KB,(3)单片机内部存储空间为 512B,(4)芯片外部晶振40MHz,(5)选用 A 产品级别,温度范围为-40+125(6)双列直插式。其引脚分配图和功能模块图如图 3-9 和图 3-10 所示:图 3-9 引脚分配图图 3-10 功能模块图单片机各引脚功能介绍:(1)时钟和电源引脚。XTAL1、XTAL2、Vcc、GND、Vcc 第 40 引脚、GND 第 20 引脚。单片机电源引脚电压为 3.35V,XTAL2(18 脚)、XTAL1(19 脚)、外接时钟引脚,片内震荡电路的输出端为 XTAL2,片内震荡电路的输入端为 XTAL19。(2)编程控制引脚。RST、 PSEN、ALE/ PRNG、 EA /Vpp RST(9 脚)复位引脚。ALE/ PROG(30 脚),ALE 实现低位地址和数据的不相干扰,用于单片机扩展外部 RAM 时。 EA/Vpp(31 脚),单片机读取内部程序存储器。当扩展有外部 ROM 时,遵循先内后外的原则。设计使用时接高电平。(3)I/O 口引脚。P0、P1、P2、P3,4 组 8 位 I/O 口。P0 口(39 脚32 脚)双向 8 位三态 I/O 口,没有上拉电阻,可以单独使用每个口,一般状态为高阻,需要外接电阻使用,一般选取 10k W 。P1 口(1 脚8 脚) 准双向 8 位 I/O 口,每个口之间没有联系可作为独立的端口与其它零件使用,不是真的 I/O 口。要先向该口进行写 1 操作,才可以使用。P2 口都为准双向 8 位 I/O 口与 P1 口相似。P3 口也都为准双向 8 位 I/O 口,与 P1 口相似,但每个口具有另一个功能,P3.7 RD 外部数据存储器读脉冲、P3.2 INT0 外部中断 0, P3.0RXD 串行输入口, INT1外部中断 1,P3.4T0 定时器/计数器 0 外部输入端, P3.6WR外部数据存储器写脉冲,P3.1TXD 串行输出口,P3.5T1 定时器/计数器 1 外部输入端。3.2.5 紧急制动模块电控单元(ECU)电子控制系统的主要控制中心是电控单元。针对各种传感器输入的信号先要进行运算、处理然后根据其内部存储的信息和数据进行判断最后向喷油器等执行元件发出指令,提供电脉冲信号控制喷油的多少14。电控单元一般由中央处理器 CPU,不但可以控制喷油器的喷射量,还可以控制点火、怠速、废弃再循环等,只读存储器 ROM,控制底盘中的自动变速器、制动防抱死系统、悬架高度调整系统、转向助力系统及车身控制系统等。电控系统功能框图如图 3-11 所示:图 3-11 电控系统功能框图怠速控制阀怠速控制阀受步进电机影响,步进电机受电控单元发出的脉冲信号控制,在驾驶员驾车行进的过程中当遇到紧急情况需要进行怠速时电控单元向怠速控制阀发出脉冲信号,控制步进电机前进和后退运动,进而改变进气量的多少。在怠速运动时驾驶员不会因为错踩油门踏板而影响控制阀的开度,利用步进电机的转动,改变阀的位置来控制空气的进入量10。其结构图如图 3-121.连接进气歧管 2.接空气滤清器 3.阀轴4.线圈 5.阀门 6.弹簧图 3-12 怠速控制阀结构图喷油器是执行元件根据电控单元传递过来的脉冲信号喷射出相应的雾状燃油。其工作过程为:电磁线圈接通电压后,产生磁场。衔铁由于磁场的产生向上运动同时会带动针阀上升与其底座产生一定的距离,燃油从精度很高的间隙中流出,针阀前段的喷油轴针可以使流出的燃油充分雾化11。刹车系统通过制动器的制动可以使汽车停止。是刹车系统的主要部件,目前,汽车所使用的制动器有鼓式制动器其工作面是内部的圆柱面制动鼓是鼓式制动器摩擦副中的旋转元件鼓式制动器按其结构和工作方式不同分为双领蹄式与双从蹄式制动器、领从蹄式制动器、自增力式制动器和双向双领蹄式制动器15;盘式制动器其主要靠摩擦块的工作区域及其制动块来进行固定,每个制动器的制动块不同有两块到四块。这些刹车片及其执行器安装在夹具支架两侧的制动盘上,统称为制动钳,钳盘式制动器进一步分为浮钳盘式制动器和定钳盘式制动器。如下图 3-13 所示可看出制动钳体安装在在车桥上,制动钳体两侧都有制动轮缸和活塞。制动时,由制动总泵泵来的油液经油口进入制动钳体中的液压缸中这两个液压缸是互通的,通过活塞将摩擦块压在制动盘上,使车轮减速直至停车。图 3-13 钳盘式制动器示意图总体方案: 怠速控制模式当 ECU 通过超声波测距模块检测出前方障碍物以到达危险距离后控制怠速控制阀工作,进行强制怠速,节气门关小,停止向发动机供油,当汽车减速直至停车后,进行一般怠速控制。此方案更适应于低速行驶,适合上下班交通堵塞车辆走走停停或者红路灯区域。刹车控制模式其判断是否到达危险距离与怠速控制模式相同,刹车控制模式主要应对于城市道路上行驶,车速一般在 50km/h 上下,当 ECU 通过超声波测距模块检测出障碍物到达预警距离和危险距离时刹车控制模块启动,通过液压系统控制制动器工作,由于在市面上行驶的汽车制动器种类很多这里就以定钳盘式制动器为例本设计在原有的定钳盘式制动器结构的基础上添加一个电磁控制机构,当 ECU 判断出需要制动器工作时,通过单片机控制步进电机的旋转达到制动的目的步进电机的输出轴上有一小孔,当与油液平行时可使液压油进入液压缸推动活塞达到制动的效果,此机构不会影响汽车的驻车刹车系统,其只在道路行驶中突遇到障碍物时启动,其它情况处于关闭状态不会影响汽车的正常行驶,其改进的工作原理图如图 3-14 所示:由于此结构制作需要一定的设备支持目前尚处于理论阶段无法进行道路实际测试。图 3-1 带步进电机的钳盘式制动器示意图第四章系统软件设计4.1 超声波测距程序设计系统控制器开始系统初始化后检查超声波传感器是否正常,正常则开始测距,各个探头开始工作实时测量与前方障碍物的距离,并将测得的数据发送到单片机系统计算出四组数据中较短的数据并挑出,与设定的危险距离比较后大于则不报警继续测量,等于或小于则发出报警启动相应的警报和启动紧急制动模块。设置测距的周期一路信号的工作周期为 100ms 时超声波之间的干扰系数较小,以车头为例即整个系统检测周期为 400ms。图 4-1 测距示意图在周期为 400ms 的定时器中断服务中,通过单片机 P2.3,P2.4 脚编程控制, 并通过对 P2.5 的控制和延时,输出频率为 40kHz 的超声波脉冲,并启动 T0 计时器,等待回波。发出的超声波在 28ms 内如果出现回波信号,声响报警装置发声同时判断14ms 有无回波则,如果有回波强制怠速启动。随后判断速度是否在 4m/s 是则停止 T0 计时器计时,并算出障碍物的实际距离,记录这是哪一个传感器的信号, 如果距离小于 0.4 米则会启动紧急制动模块。一旦接收的信号为低电平,进入中断程序。计时器 T0 关闭停止计时。当计时器时间超出预定值未检测到回波信号, 则代表本次未测出前方障碍物,进行下一次测距。4.2 控制程序设计控制程序的作用是通过从测距模块和距离计算后处理的分析判断出系统此时应当反应的状态具体流程图如图 4-2 所示:图 4-2 控制程序流程图致谢本设计是在北华航天工业学院机电工程学院培养下完成的,在写设计的过程中得到了很多老师和同学的帮助,在此由衷的感谢我的老师和同学们的帮助。感谢我的指导老师许文娟老师,在她的帮助下使我学到了很多,受益匪浅, 她让我对于汽车防碰撞设计的理解更进一步,使我的设计能在规定的时间内完成,我相信在接下来的时间里我一定会将此设计做的更加完善。29参考文献1 吴妍.汽车倒车雷达预警系统研究D.武汉:武汉理工大学.20072 T.Bosch and M.Lescure, Editors. Selected Papers on Laser Distance Measurement, Volume MS 115 of SPIE Milestone. 19953 韩赞东.超声定位技术在汽车安全预警系统中的应用J.测控技术2002.21 卷.8 期:1000 -8829(2002 )08-0010-034 苗汇静,唐诗,韩博学.超声波汽车倒车报警器的设计D.山东理工大学学报(自然科 学版).20055 Rangwala S, Dornfeld D A. Sensor Integration Using Neural Networks for Intelligent Tool Condition Monitoring. Trans of ASME, Journal of Engineering for Industry, 19906 黄丽萍.车载可视倒车雷达预警系统的研制D .哈尔滨:哈尔滨工业大学 .20097 张伟伟.基于激光测距技术的汽车防追尾预警控制系统的研究D .江苏:江苏大学 .20118 王治修.一种新型的倒车多媒体可视测距终端技术的研究D.科技论坛.2007:249 张培仁基于 c 语言编程 MCS 一 51 单片机原理与应用M北京:清华大学出版社,200310 张翠平.电控汽油机燃油喷射及点火控制系统的设计与实验研究D.太原: 太原理工大学,200711 王彦苏.汽油机 16 位 ECU 的设计研究D.太原:太原理工大学,200212 郝小林.高速公路汽车防碰撞安全距离模型的仿真研究D.安徽:安徽工业大学.201413 刘玲.空间网壳结构作动杆元动力稳定性的理论与试验研究D.西安建筑科技大学.201114 王克朋. 汽油机 ECU 监控系统的设计与实现D.长安大学.201315 潘金坤.基于 iSIGHT 的鼓式制动器多目标优化设计J. 制造业自动化,2011(9):120-122.16田颖常明.汽车防碰撞报警系统的发展现状J. 汽车运用, 2006(5):17-17.附录一主要程序超声波主要程序引脚设定:#include#include#define uchar unsigned char#define unit unsigned int sbit Buzzer=P3.7;sbit TX=P2.3 sbit RX=P2.4const unsigned char on=0,off=1#define LCD_BUS P0 sbit RS=P2.5;sbit RW=P2.6; sbit EN=P2.7;sbit SetKey = P2.2; sbit UpKey= P2.1; sbit DnKey= P2.0; sbit BEEP= P3.7;sbit a=P1.4; sbit b=P1.5; sbit c=P1.6; sbit d=P1.7; sbit a1=P1.0; sbit b1=P1.1; sbit c1=P1.2; sbit d1=P1.3;unsigned char Count=0; unsigned int time=0;bit flag=0;unsigned int Dis=0,bDis=1; unsigned char AlarmDis=50,Set=0;void KeyFun(void);单片机 I/O 口初始化程序设计void MCU_Initial(void)unsigned char i=0; P1=0X0f;P2=0xff; P3=0x05; TX=0;RX=1;延时子程序为:/延时 指定 ms void delayms(uintms)uchar i; while(ms-)for(i=0;i=400)|flag=1) /超出范围显示“ ”flag=0; /超出标志清零BEEP=0;else /正常范围内,正常显示i1=Dis%1000/100;/计算距离的百位数据i3=Dis%1000%100/10;/计算距离的十位数据i4=Dis%10;/计算距离的个位数据writeChar(4,1,i1+0);writeChar(5,1,.);writeChar(6,1,i3+0);writeChar(7,1,i4+0);/显示百十个位数据LCD 发生控制指令void command(uint com)/LCD 写指令RS=0;LCD_BUS=com;/装载指令delayms(5);/ 延 时 5ms EN=1;/LCD 使能delayms(5);/延时 5msEN=0;/LCD 不使能void write_dat(uchar dat)/LCD 写数据RS=1;LCD_BUS=dat;/装载数据delayms(5);/ 延 时 5ms EN=1;/LCD 使能delayms(5);EN=0;/LCD 不使能void writestring(uchar x,uchar y,uchar *s) /LCD 显示字符串if (y = 0)command(0x80 + x);/表示第一行elsecommand(0xC0 + x);/表示第二行while (*s)/判断是否字符串的结尾write_dat( *s);/显示当前字符s +;/字符串地址加 1void writeChar(uchar x,uchar y,uchar s) /LCD 显示单个字符if (y = 0)command(0x80 + x);/表示第一行elsecommand(0xC0 + x);/表示第二行write_dat( s);/显示当前字符void LCD_Initial()/LCD 初始化EN=0;/LCD 不使能RW=0;/RW 为 0command(0x38);/发送初始化指令command(0x0c);command(0x06); command(0x01);command(0x80+0x02);/发送 LCD 初始位置定时器 0 中断子函数,计算距离溢出处理void Timer0( interrupt 1)/T0 溢出中断,超过测距范围flag=1;/中断溢出标志定时器 1 中断子函数,用来产生蜂鸣器报警声void Timer1(interrupt 3) /T1 中断用来计数器溢出Buzzer=!Buzzer;/蜂鸣器响voidStartModule(void)/启动模块TX=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); /空操作指令_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); TX=0;void idle(char z) /怠速控制步进电机while(z-)/通过改变 z 的取值,控制步进电机旋转一定角度 a1=1;delay(10);/延时 10ms a1=0;b1=1;delay(10); b1=0;c1=1;delay(10); c1=0; d1=1;delay(10); d1=0;void Max(char t) /制动控制步进电机while (t-)/通过改变 t 的取值,控制步进电机旋转一定角度 a=1;delay(10); a=0;b=1;delay(10); b=0;c=1;delay(10); c=0;d=1;delay(10); d=0;获得距离参数void GetDis(void)StartModule();/启动模块while(!rxd)if(P2&0x07)!=0x07) break; /当 rxd 为零时等待,同时判断按键if(P2&0x07)=0x07) TR0=1;/开启计数while(rxd)if(P2&0x07)!=0x07) break; /当 rxd 为 1 计数并等待,同时判断按键if(P2&0x07)=0x07)/按键没按下TR0=0;/关闭计数Conut();/计算距离if(Dis=AlarmDis)idle(8);TR1=1;/距离小于设定距离,启动报警else TR1=0;Buzzer=0;idle(0);/距离大于设定距离,关闭报警delayms(80);/延时 80msif(Dis=AlarmDis-20) Max(8); else Max(0);else/按键按下,重新测距TR0=0;/关闭计数TH0=0;
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