基于单片机的智能刹车系统设计

1、. . 山东农业大学毕 业 论 文基于单片机的智能刹车系统设计 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 2007级交通二班 届 次 2011届 学生姓名 杨晓 学 号 指导教师 吕钊钦 二一一年六月十日装订线. . . 目录摘要IAbstractII0引言10.1背景10.2追尾事故的原因10.3研究目的30.4主要研究内容31系统的一般工作原理31.1超声波测距原理41.2霍尔传感器测速原理41.3报警器工作原理42步进电动机52.1步进电动机简介52.2步进电动机的选择52.3步进电动机与刹车系统的连接63.自动控制系统的硬件设计73.1芯片的选择及简介73.2超声波电路和霍尔传感器电路93

2、.3单片机与LED显示器的接口93.4单片机与报警器的接口103.5单片机与步进电动机的连接114单片机系统的软件设计114.1软件系统的总体设计124.2软件系统的主要模块144.2.1初始化模块144.2.2测距模块144.2.3测速模块164.2.4显示模块174.2.5报警器模块174.2.6步进电动机控制模块185结束语20参考文献21致谢22附录 主要程序清单23ContentsAbstractIIntroductionII0 Overview10.1 Background10.2 The cause of the accident10.3 Research purpose30.4

3、 Reseature congtent31 System of general principle of work31.1 Ultrasonic ranging principle41.2 Hall sensor-based anemometer41.3 Alarm working principle42 Stepper motor52.1 Stepper motor profile52.2 Stepper motor choice52.3 Stepping motor and braking system connection63 Automatic control system73.1 C

4、hip selection and introduction73.2 Ultrasonic circuit and hall sensor-based circuit93.3 Single-chip microcomputer and LED display interface93.4 Single-chip microcomputer and alarm interface103.5 Single-chip microcomputer and stepper motor interface114 MCU systerm software design114.1 The overall des

5、ign of software system124.2 Software systems main modules144.2.1 Initialization module144.2.2 Ranging module144.2.3 Velocimetry module164.2.4 Display module174.2.5 Alarm module174.2.6 Stepping motor control module185 Conclusion20References21Thanks22Appendix23基于单片机的智能刹车系统设计作者：杨晓， 指导教师：吕钊钦（山东农业大学 教授）【

6、摘要】设计了一种用单片机控制的汽车自动刹车系统，分析了系统的软硬件设计。该系统通过超声波测车距，霍尔传感器测车速，并将测量值送入8051单片机，将测量值与事先设定好的车速，安全车距进行比较。汽车车速一定的情况下，当车距不是安全车距时，单片机控制报警器发出警报提醒驾驶员进行刹车，若车速仍不减小，则自动控制刹车系统进行刹车；当车距是安全车距时，不做处理。本系统通过调试能够较好地实现智能刹车，可有效地减少汽车的追尾事故，可使追尾事故率降低23左右。关键词： 单片机 霍尔传感器 报警器 刹车系统Design of Automobile Automotive Braking System Based o

7、n MCUAuthor：Yang Xiao, Supervisor：Lv Zhaoqin （Shandong Agricultural University Professor）Abstract The automobile automotive braking system based on MCU is designed in this thesis. It is expatiated on the systemic principle and the design of software and hardware. The system adopts by the distance an

8、d speed measurement modules to measure the speed of the automobile and distance between cars and then sends the measurement data into 8051 MCU, MCU compares them with data of the speed and security distance between automobiles, when the automobile speed is certain, the automobile is not a safe dista

9、nce from the automobile, MCU controls the alarm equipment and reminds the driver to brake, if the speed does not reduce, MCU would control the automobile braking system to brake, when the automobile is a safe distance from the automobile, it do not deal, so that the automatic brake function is reali

10、zed. It can very good realize the automatic brake function. It is advantageous in the promotion. It greatly reduces the automobiles rear-end accidents. It can reduce about 23 accidents.Keywords: MCU; Hall sensor; Alarm equipment; Braking 0引言0.1背景由于频频发生的交通事故给我们造成巨大的经济损失甚至人员伤亡，因此汽车行车的安全性受到了极大的关注。其中汽车追

11、尾事故是一种比较常见的、多发的交通事故。为了减少汽车交通事故的发生，多个国家的多个公司企业都在研究开发汽车自动刹车装置。当汽车行驶前方出现障碍物时，汽车自动刹车系统能自动调用刹车系统，避免车祸的发生。目前，各地区的各个公司企业研制的不同类型的汽车自动报警刹车均没有得到广泛的使用。主要原因是目前研制的这些汽车自动报警刹车装置造价过于昂贵。而本文设计的基于单片机的汽车自动刹车实现方案不仅造价成本低廉，而且性能可靠，有利于推广使用。而单片机作为数据采集和处理的核心，因此单片机的选型很重要。在单片机的发展过程1中，Intel公司扮演了重要角色。从1980年以来，Intel公司在MCS-48系列单片机的

12、基础上又推出了MCS-51 8位的高档单片机以及今天的MCS96系列及各种CMOS系列，使单片机技术日趋成熟和完善，编写程序变得游刃有余，同时价格也较便宜，便于实验时使用。目前世界各生产厂家生产的4位、8位、16位、32位通用型以及衍生出的五花八门的系列及型号，使单片机技术的应用已达到了无孔不入的地步。但是在国内，单片机使用量最大的还是8位单片机，应用范围最广的也是8位单片机。另一方面，世界各生产单片机的公司都在努力提高时钟频率，以提高CPU速度;精简指令，采用多级流水线操作方式以提高指令的执行速度，扩大寻址能力:扩大片内程序存储器和数据存储器容量，并在结构上细致化、智能化、密切化，以增加片内

13、功能;尽量减少外部接口芯片，提供与主机的接口，降低单片机的功耗，提高宽电源的适应能力，增加高噪声容限，并使其具有更好的电磁兼容性。面向应用对象的多功能多品种的增强型单片机将不断出现。本系统的主控单元采用了MCS-51系列的8051单片机，主要考虑到这种单片机操作相对简单，而且具有4K的存储单元，可以使编写程序变得游刃有余，同时价格也较便宜，便于实验时使用。0.2追尾事故的原因造成追尾事故有主客观两个方面的原因，但主要还是主观原因造成的。主观方面的原因： （1）疲劳驾驶。疲劳驾驶会使驾驶员的反应速度大大下降，判断能力失常，于是对于与前方车辆应保持的安全距离估计也会失常；甚至有的驾驶员在开车时就睡

14、着了，闭着眼睛、把手放在方向盘上，任意车辆高速行驶，达到这种不可思议的地步，发生追尾事故就再所难免了。 （2）驾车时注意力不集中。由于高速公路路况好，并且是单向通行，造成驾驶员麻痹大意，不集中精力驾车，在高速公路上发生的许多追尾事故，很多是由于驾驶员注意力不集中引起的。如驾驶时闲谈、饮食、吸烟、听歌，高速行车时东张西望，观看电视录像或侧头听别人谈笑等等，这在高速公路上的追尾事故中是屡见不鲜的。 （3）跟车距离太近,不按规定保持安全车距。在高速公路上，车辆的车速都较快，跟车距离过近的话很容易造成追尾事故，因为没有距离，就没有反应的时间，没有逃跑的空间。驾驶员的反应速度就如同足球的守门员守点球一样

15、，驾驶员发现险情直到做出制动这个决定也是需要一定时间的，但由于车速较快，与前车车距过短，往往导致人的反应速度跟不上；同时，在这一反应过程中，汽车已经走出一段距离。根据有关数据显示：一般情况下，车况良好的汽车若以60km/h的速度行驶，在驾驶员发现危险或者紧急情况后，踩下制动踏板前所走过的距离约为26m左右，如上所述如果你当时与前车保持的车距超过26m，那样你有可能避免这次事故，如果车距过短事故就会发生。 客观方面的原因： （1）车辆灯光安全设施不全。特别是在夜间，许多大型货车由于车辆的尾部灯光、反光贴等安全设施不全，或由于线路问题引发短路等，使车后没有尾灯，没有警示标志，再加上高速公路是全封闭

16、的道路，货车的行驶速度较慢，而小型车的速度较快，在公路上行驶时很难发现前方车辆，特别是在前方无尾灯的货车正在超车时，极易发生追尾事故。 （2）车辆超载。这也是引发追尾事故的主要原因之一。比如，许多核载只有5吨的车辆，经过一些人的改装或改型，实际载重量能达到20吨以上。由于这些车辆严重超载，使车辆的各种安全性能都下降，原来的动力都难以保证车辆在超载状态下按正常的时速行驶，如果遇到一些上坡处，时速通常只有1020KM/H，远远低于目前国家规定的高速公路的最低时速（60KM/H）；并且，由于这些车辆前行非常的吃力，车辆尾部还会排出浓浓的黑烟。这样的车辆对于后方正以每小时100公里（而在实际中80%以

17、上的小型轿车的行驶速度均超过这个标准）的速度行驶的车辆来说，几乎是处在浓烟中的静止物体；特别是在夜间，这种情况就更增大了后面车辆的行车危险系数，既使前车亮着后尾灯，对后来说也相当于看不见。 （3）在高速公路上不按规定停车。在夜间发生在高速公路上的追尾事故，有相当一部分是因为车辆停车造成的。在高速公路行驶中遇到意外情况，车辆就随意停在路面或路边，即不开启报警闪光灯，也不设置警告标志牌，这无疑就为后方的来车设下一枚地雷从驾驶员主观方面来着手是预防追尾交通事故的主要措施。只要驾驶员在驾驶车辆时保持旺盛的精力、清醒的头脑、注意力集中、不开超速车、带“病”车、不疲劳驾驶就可以了，但在现实中，大多数驾驶员

18、很难达到以上要求，所以我们可以从改进汽车刹车系统来减少追尾事故的发生。0.3研究目的当驾驶员疲劳或注意力被其他事物吸引时，避免因其反应迟钝或无反应导致的交通事故，尤其是追尾事故的发生，从而进行自动刹车系统的研究。为了提高驾驶的安全性，减少事故发生，减轻人们可能遭受的财产损失和身体损伤，使我们无论是驾车还是在路上行走更加的安全。0.4主要研究内容自动刹车系统的总体设计结构；系统的有关部件的工作原理和硬件连接图；单片机控制系统的刹车程序设计，主要包括测速、测距程序，报警，刹车程序。1系统的一般工作原理自动刹车系统的结构如图1-1超声波测距霍尔传感器测速步进电动机8051单片机LED数码管报警器刹车

19、系统放大A/DD/A整形图1-1 自动刹车系统框图系统是通过超声波来测量汽车之间的距离，同时，汽车的速度也通过霍尔传感器间接测出，把测量的结果通过单片机输出到LED数码管显示出来。查阅资料，可以根据车速和刹车所需的时间可以确定车速和安全车距的一个对应关系，即车速在一定的范围内，安全车距有个范围，如果实际的车距小于安全车距时，那么就通过单片机使报警器响，并有发光二极管闪烁，提醒驾驶员进行减速或刹车等措施，若驾驶员不采取措施，车速仍不减小，就通过单片机发出脉冲经步进电机拉动制动踏板，从而控制汽车的刹车系统，实现自动减速。这样，就可以有效的防止汽车追尾事故的发生。1.1超声波测距原理超声波测距的原理

20、2是测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离。即超声波发生器在某一时刻发生的一个超声波信号，当超声波遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器所接收。这样只要计算出发出信号到接收返回信号所用的时间，就可算出发生器与反射物体的距离。具体的计算公式为：s=(CT)2 （1-1）其中S为超声波发生器与反射物体的距离，m; C为超声波的速度，m/s; T为超声波往返所用的时间,s。另外，超声波速度C与温度有关，如温度变化不大，可认为是基本不变的，常温下取344m/s。1.2霍尔传感器测速原理霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，常用于开关信号采集的有C

21、S3020、CS3040等，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。3根引脚分别是Vcc、GND、975输出。我们用霍尔传感器来测速3必须用一个铁质的测速齿轮配合使用。将该齿轮固定在汽车车轮的转轴上，将霍尔传感器固定在距齿轮外圆1mm的探头上，霍尔传感器的对面黏贴小磁钢，当测速齿轮随着车轮转动时，就改变了磁通密度，霍尔传感器就输出一个脉冲信号。我们就可以通过测量脉冲的频率（即汽车车轮的转速）来测量汽车的车速。具体计算公式为：V=dn （1-2）其中，V为汽车的车速，m/s; d为汽车车轮的周长，m

22、，可以通过测量车轮的半径求出其周长；n为汽车车轮的转速，即霍尔传感器输出的脉冲信号的频率，转/s。1.3报警器工作原理当测得的车距小于安全车距时，就通过单片机器打开报警器，使蜂鸣器发出警报，同时和蜂鸣器并联的发光二极管就通过正向电流，发光闪烁，两者共同提醒驾驶员刹车减速。2步进电动机在此系统中，步进电动机是与刹车系统的刹车踏板间有拉线相连接，通过步进电机的双向转动来控制是否将踏板拉下，根据情况进行制动。2.1步进电动机简介步进电动机4又称脉冲电动机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其特点是输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距角。转子角位

23、移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向，很容易用微机实现数字控制。步进电动机有两个转动方向，改变通电顺序，步进电动机就会沿相反的反向转动。步进电动机具有以下特点：（1）步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等）的影响，只要在它们的大小未引起步进电动机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作；（2）步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差为“零”，不会长期积累；（3）控制性能好

24、，在起动、停止、反转时不易“丢步”。因此，步进电动机被广泛应用于开始结构的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。步进电动机的种类很多，有旋转式步进电动机，也有直线步进电动机，从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电动机。就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为可变磁阻型、永磁型、混合型三种。2.2步进电动机的选择选用永磁感应式（混合式）步进电动机，其性能指标如表2-1所示。表2-1 永磁感应子式步进电动机技术性能指标参数型号相数步距角/（）电压/V相电流/A最大静转矩/Nm空载起动频率/(步/s)最高运行频率/(103步/s)分配方式90BYG5200B50.

25、09/0.185035.06000504-5/4-42.3步进电动机与刹车系统的连接车辆的制动系统由步进电动机、减速器、钢丝绳以及原车的制动系统组成。钢丝绳的一端与原车的制动踏板相连，另一端与减速器的输出轴端相连，通过电动机控制连接在制动踏板上的钢丝绳实现整车的制动。8051单片机123456ABC1-步进电动机（三相） 2-蜗轮蜗杆减速器 3-角度传感器 4-拉力传感器5-钢丝绳 6-制动踏板连杆图2-1 步进电动机与制动系统连接示意图如图2-1，其工作原理是：在自由状态下，如果步进电动机以一定的速度旋转，经蜗轮蜗杆减速器带动线轮顺时针旋转，拉紧连在制动踏板上的钢丝绳，实现自动刹车。当电动机

26、反向旋转时，松开拉线，制动踏板回到自由状态。制动动作时，可以通过角度传感器来控制电机的旋转角度。踏板以下的刹车系统5不变，仍采用液压制动系统6，可参看图2-2。图2-1 液压制动系统工作原理示意图其工作原理为：制动鼓以内表面为工作表面，固定在车轮轮毂上，随车轮一同旋转。在固定不动的制动底板上有两个支承销，支承着两个弧形制动蹄的下端。制动蹄的外圆柱面上装有摩擦片。制动底板上还装有液压制动轮缸，用油管与装在车架上的液压制动主缸相连通。主缸活塞可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。制动系统不工作时，制动鼓的内圆柱面与制动蹄摩擦片的外圆之间保持一定的间隙，使车轮和制动鼓可以自由旋转。3自动控制系统的硬件设

27、计3.1芯片的选择及简介选择8051单片机7作为控制芯片，其系统时钟为6MHz。8051单片机是一种低耗能，高性能，小体积，轻重量，工作可靠，抗干扰能力强的8位处理芯片。它有128B的片内数据存储器，4KB的片内程序存储器，有32条I/O口线，两个16位定时器，一个五源两级中断结构和一个全双工串行口。它可以扩展64KB的外部程序存储器和64KB的外部数据存储器，使用非常方便，广泛应用于各个领域。8051单片机其各引脚的名称及排列方式8如图3-1，下面简要介绍一下各引脚的功能。图3-1 8051单片机引脚图XTAL1、XTAL2：时钟引脚。当使用内部时钟时，这两个引脚跨接石英晶体振荡器（简称晶振

28、）和微调电容，晶振频率通常是在1.2MHz-12MHz之间，电容通常选30pF左右。使用外部时钟时，XTAL1接地，XTAL2直接接到内部时钟发生器的输入端。RST/VPD：RST是复位信号输入端，高电平有效。VPD是此引脚的第二功能，即备用电源的输入端。当主电源发生故障，降低到某一规定值的的低电平时，将+5V的电源自动接入RST端，以提供备用电源。ALE/：ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机正常工作后，ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳沿用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。为第二功能，在对片内EPROM型单片机编程写入时

29、，作为编程脉冲输入端。：程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，它输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。接外部程序存储器的端。/VPP:为内外程序存储器的选择控制端。当为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（对于8051）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当为低电平时，单片机则只访问外部程序存储器。VPP为第二功能，在对EPROM型单片机8751片内EPROM固化编程时，用于施加较高的编程电压。P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。有一个多路转接开关MUX，开关的1个输入来

30、自锁存器，另一个输入为“地址/数据”。由MUX可实现锁存器输出和地址/数据线之间的接通转换。也可作为通用的I/O口使用。P1口：8为准双向I/O口，可驱动4个LS型TTL负载。只能作为通用的I/O口使用，没有多路转接开关MUX。P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可驱动4个LS型TTL负载。有一个多路转接开关MUX，但MUX的一个输入端是“地址”。P3口：8为准双向I/O口，双功能复用口，可驱动4个LS型TTL负载。既可以作为通用I/O使用，又可根据需要，使用它的第二功能。3.2超声波电路和霍尔传感器电路超声波发射电路9由单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号经过三极管

31、功率放大器放大，推动超声波换能器工作，发出超声波，经前方汽车反射后，到达超声接收器。超声波接收电路是以集成电路CX20106A为核心，将超声接收器输入的超声波电信号进行放大、整形、输出。集成电路CX20106A为一款红外线检波接收的专用芯片，接收的信号频率为38kHz，与超声波40kHz频率比较接近，完全可以用于超声波的接收。霍尔传感器测速电路10主要是由霍尔传感器的输出端和单片机连接组成的。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，采用CS3020传感器，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，输出通常是集电极开路（OC）门输出，工作电压范围宽，使用非常方便。VCC接电源，GND接地，输出端接单

32、片机的P3.3引脚，就可以用INT1计数器进行对脉冲的计数，从而可以计算出汽车的速度。3.3单片机与LED显示器的接口LED显示电路由单片机的P0口控制7407同相驱动器，P2.7P2.4引脚控制75452反相驱动器驱动LED显示器11，这里用四位数码管显示，用前两位显示车距和后两位显示车速采用的LED是共阴极的数码管。其接口电路如图3-2。74071111P2.7 P2.6 p2.5 p2.4 P0.7 .P0.0 +5V754528051共阴极图3-2 LED显示器与8051的接口电路3.4单片机与报警器的接口当在车速一定时，测得的车距小于设定的安全车距，单片机就要出发报警器，发出报警信号

33、，提醒驾驶员刹车减速。我们采用FMQ27型超薄短声蜂鸣器构成报警电路12，它具有体积小，重量轻，结构简单，声音响亮，价格适中等特点。如图3-3所示，用单片机的P3.1口提供报警控制信号，经三极管9031放大后驱动蜂鸣器和发光二极管工作。+5VP3.190311FMQ-2710k10k5k图3-3 单片机与蜂鸣器接口电路3.5单片机与步进电动机的连接对于步进电动机的控制，我们选用串行控制方式，具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间具有较少的连线，将信号送入步进电动机驱动电源的环形分配器，所以在这种系统中，驱动电源中必须含有环形分配器。这种控制方式的示意图如图3-4所示。环形分配器功

34、率放大电路步进电动机P1.1P1.2P1.38051CP脉冲方向信号方式信号90BYG5200B图3-4 步进电动机串行控制示意图当P1.2为高电平时，步进电动机正向转动，通过钢丝绳拉下制动踏板使汽车制动，当P1.2为低电平时，步进电动机反响转动，汽车不自动制动，不影响车速。P1.3为高电平时选择4-4的方式工作。4单片机系统的软件设计要使系统能正常工作实现设计的功能，就需要有相应的软件系统与硬件相配合。所以，必须要有一套与硬件相对应的程序，来驱动各设备，并作出正确的判断和处理。这部分也是本文的重点部分。程序需要使系统完成以下功能：（1）实时测量车距；（2）实时测量车速；（3）将测得的车距和车

35、速通过LED显示器显示；（4）比较测得的车距是否小于等于此车速下的安全车距，若小于则发出报警信号，此时若车速仍不减小，则启动步进电动机进行自动刹车。4.1软件系统的总体设计由图4-1系统软件的总框图可以看出，系统上电或按键复位后，先运行初始化程序13，为系统正常运行做好初步准备。然后运行测距和测速程序，并将其值通过LED显示器显示，然后再由单片机对其进行比较、处理。本系统中还用到了INT0、INT1中断，定时器/计数器T0、T1。超声波测距开始初始化霍尔传感器测速显示车距显示车速车距是否大于安全车距？报警器响车距是否大于安全车距？不做处理YNYNP1.2控制步进电动机正向转动自动刹车P1.2控

36、制电动机反向转动结束图4-1 系统软件的总框图4.2软件系统的主要模块在单片机系统的软件设计中，我们采用了将部分程序模块化。本系统主要包括以下几个程序模块：（1） 初始化模块；（2） 测距模块；（3） 测速模块；（4） 显示模块；（5） 报警器模块；（6） 控制步进电动机模块。各模块中，有的程序段需要反复的多次使用，为了使程序尽量简化，提高效率和节省单片机的存储空间，将部分程序编成子程序来进行调用，详细介绍参看下面的模块介绍和附录中的程序。4.2.1初始化模块初始化是为了让系统正常运行，而给一些变量参数赋以初值的程序。我们初始化程序主要包括以下内容：指定堆栈指针（SP）初值，对内部RAM清零，

37、清显示器，给控制通道选择和赋以提示的变量初值等。4.2.2测距模块单片机通过P1.0引脚接反相器14来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当外部中断INT0引脚（即P3.2引脚）的电平由高电平变为低电平时，即当外部中断0发射跳沿中断时，就认为超声波已经返回。内部定时器T0工作在定时方式，T0在超声波发射时开始计数，当INT0引脚变为低电平后，停止计数，T0所计时间即为超声波往返传输时间，单片机对该数据进行处理，即可测出距离。发射超声波P1.0清0INT0的初始化设定T0的初始化设定INT0中断？T0计数中断服务程序TIN0返回YN图4-2 超声波测距程序框图中断服务程序TIN0

38、的程序框图如图4-3所示：中断服务程序TIN0T0重装初值计算车距返回图4-3 中断服务程序TIN0的程序框图INT0的初始化设定包括：INT0工作在跳沿触发方式，开中断。T0初始化设定包括：T0工作在定时方式，开中断，赋以初值0。设T0计数值为a。因为单片机为6MHz，所以机器周期为2微秒。超声波在空气中的传播，在常温25时，传播速度约为350m/s,所以套用车距计算公式（1-1)：s=（vc）/2，得车距：s=(350a210-6)/2 （4-1）4.2.3测速模块测速模块是通过单片机外部中断接口INT1引脚（即P3.3引脚），接霍尔传感器的输出，车轮每转一圈，外部中断INT1产生一次中断

39、请求，单片机对INT1在1s内产生中断请求的次数进行计数，即得汽车的转速r/s。内部定时器T1工作在定时方式，定时时间为1s，并将在1s内的计数值转换成汽车的车速，送至显示缓冲区以供显示程序调用。测速的程序框图如图4-4所示。使用的汽车车轮的直径为600mm，运用车速的计算公式（1-2）: v=0.6n5/18=n/6 （4-2）T1初始化开中断P3.3是否为高电平？P3.3是否为低电平？脉冲数加1是否到1s？返回YNNNYY图4-4 测速模块的程序框图其中T1初始化包括：T1工作方式的选择作方式1的定时器；T1的赋初值（TH1=3CH，TL1=0B0H），T1每隔100ms中断1次，中断10

40、次为1s。开中断包括：T1开中断；INT1开中断；中断允许总控制开中断。4.2.4显示模块由主程序框图可将该模块分为两个子程序：车距显示子程序和车速显示子程序。结合上面的图3-2的硬件电路图，可得出显示器15的程序框图如图4-5，图4-6。其中4个LED显示器都为共阴极的，它们通过P2.7P2.4引脚对LED进行片选，当某一个为高电平时（因为75452为反向驱动器），就选中相应的LED，将相应的数值（车距或车速）赋于P0口，使LED显示出车距/车速。P2=80H将车距的高位数值赋给P0口P2=60H将车距的低位数值赋给P0口开始返回开始P2=80HP2=20H将车速的低位数值赋给P0口将车速的

41、高位数值赋给P0口返回图4-5 车距显示器的程序框图 图4-6 车速显示器的程序框图4.2.5报警器模块报警器部分比较简单，单片机将测得的车距与安全车距进行比较后，若小于安全车距，将P3.1置为高电平将蜂鸣器打开，同时发光二极管发光闪烁。其程序框图如图4-7所示。开始测得车距大于安全车距？P3.1=1报警器打开返回YN图4-7 报警器模块的程序框图4.2.6步进电动机控制模块当需要自动刹车时，P1.1置1发出CP脉冲，同时步进电动机要正向转动，置P1.2为高电平，当车距达到安全车距时，P1.2清零，步进电动机反向转动，不刹车。当不需要自动刹车时，P1.1为低电平，步进电动机不转动。所以，步进电

42、动机的控制程序框图如图4-8所示。该部分程序与车距是否为安全车距有很大关系，所以需要承接上面的报警器程序，详细的程序见附录。P1.2=0Y报警器响车距大于安全车距？P1.1=1P1.2=1车距大于安全车距？NNP1.1=0Y返回图4-8 步进电动机的控制程序框图5结束语设计了一种用8051单片机控制的汽车自动刹车系统，分析了系统的软硬件设计。该系统通过超声波测距和霍尔传感器测速模块分别来测量汽车的实时车距和车速，再把测量的数值送入8051单片机。由8051单片机把测量的数据与事先设定好的车速和安全车距进行比较，当汽车车速一定的情况下，车距不是安全车距时，单片机就控制报警器响，车速仍不减小，就通

43、过步进电动机控制汽车的刹车系统进行刹车，当车距是安全车距时，就不做处理，从而实现了汽车自动刹车的功能，通过调试能够很好地实现自动刹车的功能，不仅有利于推广，而且可以大大减少汽车的追尾事故。本研究的特点和创新在于利用单片机实现了车距的智能监控，进行自动的刹车控距，利用的芯片价格便宜，系统比较经济。可以大大地减少追尾事故的发生，提高车辆行驶中的安全性。本文所研究的内容在原理上是可行的，但在实际设计中还存在一些不足，仍需要进一步的改进以取得更大的研究成果。另外，本次设计的自动刹车系统使我对所学的汽车、单片机等方面的知识有了更深刻的了解，锻炼了我的设计思维和所学科目的综合运用能力，同时也发现了自己的许

44、多不足，我需要继续努力丰富自我。参考文献1 张毅刚主编.单片机原理及应用.高等教育出版社，2003：34.2 符艳辉,李爱芹. 基于单片机控制的超声波测距仪的设计J,2008（2）：5354.3 石英春，陈特放，等.霍尔传感器在机车测速中的应用研究J，2006（5），信息技术：138140.4 机械设计手册编委会.机械设计手册.机电一体化系统设计.北京：机械工业出版社，2007：5966.5 Rudolf Limpert. BRAKE DESIGN and SAFETY. Warrendale, PA 15096, USA: SAE, Inc., 1992：4650.6 陈家瑞主编.汽车构造.

45、北京：机械工业出版社，2009：283284.7 Intel. Microcontroller Handbook, 1988:2022.8 张毅刚主编.单片机原理及应用.高等教育出版社，2003：1315.9 常昭全.基于单片机和SMC1602的超声波测距系统设计J，2008（2），电子元器件应用：3335.10 石英春，陈特放，等.霍尔传感器在机车测速中的应用研究J，2006（5），信息技术：138140.11 张毅刚.新编MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003：1819.12 张毅刚.自动测试系统.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001：2528.13 J. R

46、eimpell, H. Stoll. The Automotive Chassis: Engineering Principles. Warrendale, PA 15096, USA, SAE, 1996：7175.14 张毅刚.MCS-51实用汇编子程序设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003：6164.15 李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1993：8386.致谢首先要特别感谢我的导师吕钊钦老师，在我作毕业设计期间给我以认真仔细的指导，使我少走了很多弯路，在我不太了解的方面耐心地给我讲解，引导我分析它们的可行性，进行不同思路的设计修改。在论文基

47、本完成后，吕老师又对我的论文进行了详细地阅读，指出了其中的错误和不足，以及修改的方向，使我能及时的修改论文。其次，感谢我的同学从不同方面对我提供的帮助和对论文的一些写作意见，在与他们的交流探讨中，使我的论文能够这么快的完成。另外，我还要感谢互联网这个“老师”，它浩瀚的知识以及便利的查询方式，使我能很快的找到我需要的参考资料，对我的设计起到了非常大的帮助。在此，我仅向所有给予我帮助的人表达自己最诚挚的谢意。在山东农业大学学习的四年是我人生中最难忘的一段美好时光，在这里结交的良师益友是我宝贵的财富，在未来的学习、工作中，我都会奋力前进，取得更好的成绩，为农大争光，以此感谢母校对我的培养。杨晓201

48、0年6月10日附录 主要程序清单ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP TIN0ORG 0013HLJMP TIN1ORG 001BHLJMP DT1ORG 0100HMAIN: SETB IT0MOV R0， #0MOV R1，#0AHMOV SP，#60HMOV TMOD，#11HMOV TH0，#0MOV TL0，#0MOV TH1，#3CHMOV TL1，#0B0HSETB EASETB EX1SETB ET0SETB ET1SETB TR0SETB TR1CLR P1.0SETB TR0HERE：SJMP HEREORG 1000HTIN0：CLR TR0LCALL JSCJ ；调用计算车距子程