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        基于磁鐵系統(tǒng)的經(jīng)濟型主動式汽車防追尾裝置設(shè)計

        2014-07-08 02:57:55種宏江張文強
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年21期
        關(guān)鍵詞:單片機

        種宏江+張文強(等)

        摘 要:通過對高速公路追尾碰撞事故原因的分析,提出了通過固定于車身頭部與尾部的強磁鐵產(chǎn)生磁場,使前后兩車之間通過排斥力減緩沖力,避免汽車追尾的原理,確定了汽車防追尾系統(tǒng)的設(shè)計方案。整個系統(tǒng)由單片機為控制核心,設(shè)計了由測距模塊、驅(qū)動控制模塊、人機接口和磁鐵模塊等組成的汽車防追尾系統(tǒng)設(shè)計。程序用匯編語言進行編程,而且指令執(zhí)行也更簡單快速。

        關(guān)鍵詞:單片機;強磁鐵;經(jīng)濟型;防追尾

        引言

        高速公路交通系統(tǒng)在我國的興起,正改變著我國陸上交通的格局。然而近年來,道路交通安全形勢越來越嚴(yán)峻,交通事故給家庭、集體和國家都帶來了巨大的損失,已成為世界性的嚴(yán)重問題。這其中自高速公路投入使用以來,事故頻發(fā),已嚴(yán)重影響人們對使用高速公路的信心,據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明,在眾多的高速公路交通事故中,追尾碰撞引起的事故占最多數(shù),特別是夜間長時間駕駛會導(dǎo)致司機判斷力失常,后方車輛司機只是根據(jù)前方車輛的尾燈來判斷它的存在,忽略了對于與前方車輛應(yīng)保持的安全距離。而這時車速往往很快,只要前方車輛稍微出現(xiàn)減速或剎車的情況,后面的車輛已來不及反應(yīng),就會釀成嚴(yán)重的追尾事故。大霧天氣也可能誘發(fā)追尾事故。很明顯,如果能夠有效地控制追尾事故的發(fā)生,那么將大大改善現(xiàn)今的交通狀況,減少傷亡,同時,也給公安交通工作帶來極大的便利!因此開發(fā)一種實用經(jīng)濟的主動型防追尾安全裝置具有十分重要的現(xiàn)實意義。

        1 系統(tǒng)構(gòu)成

        系統(tǒng)主要有測距模塊、驅(qū)動控制模塊、人機接口和磁鐵模塊等組成,系統(tǒng)框圖如圖1所示:在系統(tǒng)中,最主要的就是兩車之間的相對距離,因此,一般情況下在汽車防撞將兩車之間的距離作為檢測的主要對象。

        圖1 系統(tǒng)框圖

        2 硬件設(shè)計

        本設(shè)計著力從經(jīng)濟型、家庭普及適用性角度,具有自動行車安全距離檢測(30~50m)、防碰撞防追尾自動警示等實用功能的防撞主動防追尾電子裝置。

        汽車主動式防撞裝置實際上是一個單片機系統(tǒng),主要包括單片機的主控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)及顯示系統(tǒng)等部分。在數(shù)字控制系統(tǒng)中,單片機是主要的智能單元,控制方案通過軟件來實現(xiàn),利用單片機內(nèi)部的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器存儲程序和數(shù)據(jù)參數(shù)。

        2.1 單片機的選擇

        系統(tǒng)采用與Inte]公司生產(chǎn)的MCS-51完全兼容的AT89C52單片機。AT89C52是一個低功耗,高性能的CMOS 8位單片機,片內(nèi)包含8KBytes ISP(In System Programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器,該元件采用Atmel公司的高精度、非易失性存儲技術(shù)制造而成,兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)以及80C51引腳結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元,功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。具有如下的標(biāo)準(zhǔn)功能: 8k字節(jié)Flash,512字節(jié)RAM,32位I/O口線,內(nèi)置4KB EEPROM,MAX810復(fù)位電路,三個16位定時器/計數(shù)器,一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口。另外 AT89C52可以降至0Hz靜態(tài)邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)進行工作。在掉電保護方式下,RAM的內(nèi)容被保存下來,振蕩器被凍結(jié),單片機的一切工作也停止下來,直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率35Mhz,6T/12T可選。

        2.2 單片機系統(tǒng)設(shè)計

        硬件設(shè)計的核心是單片微型計算機芯片AT89C52.系統(tǒng)主控單元如圖2所示。

        圖2 單片機系統(tǒng)電路圖

        AT89C52單片機的特點如下:

        ·靈活的ISP在線系統(tǒng)編程。只需要一條ISP下載線就可以直接把PC上編譯好的程序?qū)懙絾纹瑱C和程序存儲器中,不需要購買仿真器、芯片適配器等設(shè)備。

        ·32個可編程的I/O口線。提供了豐富的I/O口資源。

        ·6個中斷源。

        ·3個16位定時/計數(shù)器。

        ·256字節(jié)內(nèi)部RAM。

        ·全雙工串行UART通道。

        ·1000次可重復(fù)擦寫周期。

        ·引腳功能說明如下:

        ·輸入/輸出引腳(I/O口線)

        P0.0~P0.7:P0口8位雙向I/O口,占39~32腳;

        P1.0~P1.7:P1口8位準(zhǔn)雙向I/O口,占1~8腳;

        P2.0~P2.7:P2口8位準(zhǔn)雙向I/O口,占21~28腳;

        P3.0~P3.7:P3口8位準(zhǔn)雙向I/O口,占10~17腳;

        ·控制口線

        PSEN(29腳):外部程序存儲器讀選通信號。

        ALE/PROG(30腳):地址鎖存允許/編程信號。

        EA/VPP(31腳):外部程序存儲器地址允許/固化編程電壓輸入端。

        RST/VPD(9腳):RST是復(fù)位信號輸入端,VPD是備用電源輸入端。

        ·電源及其它

        Vcc(40腳):電源端+5V。

        GND(20腳):接地端。

        XTALl、XTAL2(19~18腳):時鐘電路引腳。當(dāng)使用內(nèi)部時鐘時,這兩個引腳端外接石英晶體和微調(diào)電容。當(dāng)使用外部時鐘時,用于外接外部時鐘源。

        2.3 超聲模塊

        在城市擁擠路面上,很多駕駛員都會關(guān)閉安全系統(tǒng),這時系統(tǒng)的雷達測距功能就被浪費了。因此本設(shè)計采用超聲波模塊。超聲波是一種聲波,具有聲波的所有基本物理特性如:反射、折射等,超聲波測距也是利用其反射特性,發(fā)射模塊發(fā)射出某一頻率的超聲波,遇到目標(biāo)后反射回來,接收模塊接收到反射信號,通過發(fā)射波和反射波的時間差,用聲速乘以時間差的1/2即可求出目標(biāo)距離。endprint

        人機接口包括按鍵和液晶顯示。測距模塊將超聲波信號經(jīng)過計算得出相對距離信號送給單片機,單片機經(jīng)分析判斷發(fā)出聲光報警,駕駛員也可以通過顯示器來調(diào)整安全距離。

        如圖3所示,本裝置置于汽車駕駛座后臺,可用于提醒后車司機注意與本車保持距離防止追尾。將傳感器面朝后車,當(dāng)與本車距離小于安全距離時,前車尾部將開啟磁鐵系統(tǒng),增大前后車距離,以此達到主動防止被動追尾的效果。

        圖3 超聲測距原理圖

        2.4 磁鐵系統(tǒng)

        本系統(tǒng)由隔離裝置、強磁鐵、屏蔽罩構(gòu)成;隔離裝置將車身內(nèi)部零件與強磁鐵產(chǎn)生的磁場相隔離;強磁鐵固定在隔離裝置表面并分布在車身頭部與尾部,在前車尾部加載可動磁力盒,可實現(xiàn)90度的旋轉(zhuǎn)(通過程序?qū)崿F(xiàn)),在后車前端固定同樣的磁力盒。兩個磁力盒位置應(yīng)相對。

        a.兩車距離處于安全距離時,兩個磁力盒不正對。

        b.當(dāng)后車距離前車的距離超出安全距離時,前車尾部的超聲波測距模塊可將信號傳輸給CPU,CPU通過控制與可動磁力盒相連的電機帶動磁力盒轉(zhuǎn)動,使前后兩車磁力盒同極相對,此時于前車尾部與后車頭部的強磁鐵產(chǎn)生磁場,使前后兩車之間通過排斥力減緩沖力,主動避免后車追尾,緩解交通壓力。此系統(tǒng)設(shè)計提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉的防止汽車追尾裝置。

        2.5 總PCB圖

        圖4 總PCB圖

        3 軟件流程圖

        本系統(tǒng)的程序軟件總體包括:人一機接口程序,測距系統(tǒng)設(shè)計、人一機接口。測量執(zhí)行系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理程序。軟件流程圖結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

        圖5 軟件流程圖

        4 結(jié)束語

        根據(jù)試驗結(jié)果歸納如下:

        4.1 能夠很好地把握行駛中或停車時的車間距。因為人的眼睛是有誤差的,因此,即使規(guī)定了車間距離,也會產(chǎn)生30%以上的誤差。而此裝置可以幫助人們提高掌握車間距的精確程度。

        4.2 車輛接近將要發(fā)生危險時啟動磁鐵系統(tǒng),通過控制與可動磁力盒相連的電機帶動磁力盒轉(zhuǎn)動,使前后兩車磁力盒同極相對,此時于前車尾部與后車頭部的強磁鐵產(chǎn)生磁場,使前后兩車之間通過排斥力減緩沖力,主動避免后車追尾。

        4.3 精神方面的支柱。由于能主動避免后車追尾,因此駕駛員有一種安全感,緊張狀態(tài)緩和,注意力分配均勻,駕駛起來很沉著。

        由于該裝置是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉的主動式防撞系統(tǒng),可以有效地防止汽車追尾碰撞事故的發(fā)生,該系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將會相當(dāng)流行,所能帶來的經(jīng)濟效益和社會效與益將會相當(dāng)可觀。

        參考文獻

        [1]何立民.MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1990.

        [2]張福學(xué).傳感器應(yīng)用及其電路精選[M].北京:電子工業(yè)出版社,1993.

        [3]董子和,等.超聲波測距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].汽車電器.

        [4]程俊紅.基于單片機的汽車防追尾系統(tǒng)設(shè)計[J].中外企業(yè)家,2013(446):224.

        [5]王潔.汽車防撞雷達測距性能分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2007(7).

        [6]趙晶.電路設(shè)計與制版Protel99高級應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2000.

        作者簡介:帥春江(1979-),男,江西宜春,碩士,講師,電子技術(shù)。endprint

        人機接口包括按鍵和液晶顯示。測距模塊將超聲波信號經(jīng)過計算得出相對距離信號送給單片機,單片機經(jīng)分析判斷發(fā)出聲光報警,駕駛員也可以通過顯示器來調(diào)整安全距離。

        如圖3所示,本裝置置于汽車駕駛座后臺,可用于提醒后車司機注意與本車保持距離防止追尾。將傳感器面朝后車,當(dāng)與本車距離小于安全距離時,前車尾部將開啟磁鐵系統(tǒng),增大前后車距離,以此達到主動防止被動追尾的效果。

        圖3 超聲測距原理圖

        2.4 磁鐵系統(tǒng)

        本系統(tǒng)由隔離裝置、強磁鐵、屏蔽罩構(gòu)成;隔離裝置將車身內(nèi)部零件與強磁鐵產(chǎn)生的磁場相隔離;強磁鐵固定在隔離裝置表面并分布在車身頭部與尾部,在前車尾部加載可動磁力盒,可實現(xiàn)90度的旋轉(zhuǎn)(通過程序?qū)崿F(xiàn)),在后車前端固定同樣的磁力盒。兩個磁力盒位置應(yīng)相對。

        a.兩車距離處于安全距離時,兩個磁力盒不正對。

        b.當(dāng)后車距離前車的距離超出安全距離時,前車尾部的超聲波測距模塊可將信號傳輸給CPU,CPU通過控制與可動磁力盒相連的電機帶動磁力盒轉(zhuǎn)動,使前后兩車磁力盒同極相對,此時于前車尾部與后車頭部的強磁鐵產(chǎn)生磁場,使前后兩車之間通過排斥力減緩沖力,主動避免后車追尾,緩解交通壓力。此系統(tǒng)設(shè)計提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉的防止汽車追尾裝置。

        2.5 總PCB圖

        圖4 總PCB圖

        3 軟件流程圖

        本系統(tǒng)的程序軟件總體包括:人一機接口程序,測距系統(tǒng)設(shè)計、人一機接口。測量執(zhí)行系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理程序。軟件流程圖結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

        圖5 軟件流程圖

        4 結(jié)束語

        根據(jù)試驗結(jié)果歸納如下:

        4.1 能夠很好地把握行駛中或停車時的車間距。因為人的眼睛是有誤差的,因此,即使規(guī)定了車間距離,也會產(chǎn)生30%以上的誤差。而此裝置可以幫助人們提高掌握車間距的精確程度。

        4.2 車輛接近將要發(fā)生危險時啟動磁鐵系統(tǒng),通過控制與可動磁力盒相連的電機帶動磁力盒轉(zhuǎn)動,使前后兩車磁力盒同極相對,此時于前車尾部與后車頭部的強磁鐵產(chǎn)生磁場,使前后兩車之間通過排斥力減緩沖力,主動避免后車追尾。

        4.3 精神方面的支柱。由于能主動避免后車追尾,因此駕駛員有一種安全感,緊張狀態(tài)緩和,注意力分配均勻,駕駛起來很沉著。

        由于該裝置是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉的主動式防撞系統(tǒng),可以有效地防止汽車追尾碰撞事故的發(fā)生,該系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將會相當(dāng)流行,所能帶來的經(jīng)濟效益和社會效與益將會相當(dāng)可觀。

        參考文獻

        [1]何立民.MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1990.

        [2]張福學(xué).傳感器應(yīng)用及其電路精選[M].北京:電子工業(yè)出版社,1993.

        [3]董子和,等.超聲波測距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].汽車電器.

        [4]程俊紅.基于單片機的汽車防追尾系統(tǒng)設(shè)計[J].中外企業(yè)家,2013(446):224.

        [5]王潔.汽車防撞雷達測距性能分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2007(7).

        [6]趙晶.電路設(shè)計與制版Protel99高級應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2000.

        作者簡介:帥春江(1979-),男,江西宜春,碩士,講師,電子技術(shù)。endprint

        人機接口包括按鍵和液晶顯示。測距模塊將超聲波信號經(jīng)過計算得出相對距離信號送給單片機,單片機經(jīng)分析判斷發(fā)出聲光報警,駕駛員也可以通過顯示器來調(diào)整安全距離。

        如圖3所示,本裝置置于汽車駕駛座后臺,可用于提醒后車司機注意與本車保持距離防止追尾。將傳感器面朝后車,當(dāng)與本車距離小于安全距離時,前車尾部將開啟磁鐵系統(tǒng),增大前后車距離,以此達到主動防止被動追尾的效果。

        圖3 超聲測距原理圖

        2.4 磁鐵系統(tǒng)

        本系統(tǒng)由隔離裝置、強磁鐵、屏蔽罩構(gòu)成;隔離裝置將車身內(nèi)部零件與強磁鐵產(chǎn)生的磁場相隔離;強磁鐵固定在隔離裝置表面并分布在車身頭部與尾部,在前車尾部加載可動磁力盒,可實現(xiàn)90度的旋轉(zhuǎn)(通過程序?qū)崿F(xiàn)),在后車前端固定同樣的磁力盒。兩個磁力盒位置應(yīng)相對。

        a.兩車距離處于安全距離時,兩個磁力盒不正對。

        b.當(dāng)后車距離前車的距離超出安全距離時,前車尾部的超聲波測距模塊可將信號傳輸給CPU,CPU通過控制與可動磁力盒相連的電機帶動磁力盒轉(zhuǎn)動,使前后兩車磁力盒同極相對,此時于前車尾部與后車頭部的強磁鐵產(chǎn)生磁場,使前后兩車之間通過排斥力減緩沖力,主動避免后車追尾,緩解交通壓力。此系統(tǒng)設(shè)計提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉的防止汽車追尾裝置。

        2.5 總PCB圖

        圖4 總PCB圖

        3 軟件流程圖

        本系統(tǒng)的程序軟件總體包括:人一機接口程序,測距系統(tǒng)設(shè)計、人一機接口。測量執(zhí)行系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理程序。軟件流程圖結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

        圖5 軟件流程圖

        4 結(jié)束語

        根據(jù)試驗結(jié)果歸納如下:

        4.1 能夠很好地把握行駛中或停車時的車間距。因為人的眼睛是有誤差的,因此,即使規(guī)定了車間距離,也會產(chǎn)生30%以上的誤差。而此裝置可以幫助人們提高掌握車間距的精確程度。

        4.2 車輛接近將要發(fā)生危險時啟動磁鐵系統(tǒng),通過控制與可動磁力盒相連的電機帶動磁力盒轉(zhuǎn)動,使前后兩車磁力盒同極相對,此時于前車尾部與后車頭部的強磁鐵產(chǎn)生磁場,使前后兩車之間通過排斥力減緩沖力,主動避免后車追尾。

        4.3 精神方面的支柱。由于能主動避免后車追尾,因此駕駛員有一種安全感,緊張狀態(tài)緩和,注意力分配均勻,駕駛起來很沉著。

        由于該裝置是一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本低廉的主動式防撞系統(tǒng),可以有效地防止汽車追尾碰撞事故的發(fā)生,該系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將會相當(dāng)流行,所能帶來的經(jīng)濟效益和社會效與益將會相當(dāng)可觀。

        參考文獻

        [1]何立民.MCS-51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1990.

        [2]張福學(xué).傳感器應(yīng)用及其電路精選[M].北京:電子工業(yè)出版社,1993.

        [3]董子和,等.超聲波測距系統(tǒng)的建立及其在汽車防撞系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].汽車電器.

        [4]程俊紅.基于單片機的汽車防追尾系統(tǒng)設(shè)計[J].中外企業(yè)家,2013(446):224.

        [5]王潔.汽車防撞雷達測距性能分析[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟,2007(7).

        [6]趙晶.電路設(shè)計與制版Protel99高級應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社,2000.

        作者簡介:帥春江(1979-),男,江西宜春,碩士,講師,電子技術(shù)。endprint

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