【正文】 目 前 ， 吉 利 汽 車 公 司 已 成 功 地 申 請 了 汽 車 落 水 自動 打 開 門 鎖 及 車 窗 裝 置 的 專 利 ， 而 針 對 汽 車 水 面 過 高 的 研 究 內(nèi) 容 及 研 究 成 果較 少 ， 且 有 許 多 不 足 之 處 。 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS2 研究現(xiàn)狀與進(jìn)展目前尚無汽車路面水位過高提示裝置的研究，只有車輛落水后主動開啟車窗車門的專利項(xiàng)目。論文主要向大家描述了汽車路面水位過高的設(shè)計(jì)方案及基本結(jié)構(gòu)，根據(jù)調(diào)查結(jié)合實(shí)際需要編寫了仿真程序，在實(shí)現(xiàn)流程后論證了此研究的可行性，設(shè)計(jì)出了汽車路面水位過高提示裝置的理論研究。研究的模擬仿真是在Quartus II平臺上完成的，運(yùn)用 verilog HDL語言編寫相關(guān)程序，通過功能仿真和時序仿真來完成硬件電路和其功能測試。其中，若遇到汽車不慎落入水中的情況，將被視為危急情況，不需要計(jì)數(shù)立刻報(bào)警。LED燈只有在車外水位低于安全臨界時才會停止，這樣是為了防止用戶在停止警報(bào)后不慎打開車窗車門，讓車內(nèi)人員能通過燈亮知曉水位安全與否。如模塊連接框圖所示，如果發(fā)生水位過高現(xiàn)象，那么水位傳感器將信息輸入至信息處理模塊，信息處理模塊是根據(jù)該提示裝置設(shè)計(jì)的，在信息處理完畢后將觸發(fā)報(bào)警裝置和LED燈，按下停止警報(bào)按鈕或者恢復(fù)安全水位就會停止警報(bào)，LED將始終在水位危險時閃爍。在信息處理完畢后，若有警報(bào)將觸發(fā)報(bào)警裝置和提示開啟車窗的LED燈，按下停止警報(bào)按鈕或者恢復(fù)安全水位就會停止警報(bào)。 提示裝置的設(shè)計(jì)方案 汽車路面水位過高的安全隱患每年全國都會遭遇大雨天氣，轎車涉水行駛不僅危及安全，而且往往也會損傷到車輛本身。此類嚴(yán)重的機(jī)械事故時有發(fā)生，各地屢見不鮮。該集氣管位置較低，進(jìn)水機(jī)會多。試想一下汽車行駛途中可能會遭遇水位過高的情況，可能有以下幾種：第一，行駛途中不慎落水；第二，前進(jìn)或后退時意外行駛至水位較深處；第三，大雨甚至暴雨天氣導(dǎo)致路面積水過高；第四，行駛時水花濺起，這也屬于短暫的水位過高情況。是不是會影響汽車的行駛安全，會不會為車內(nèi)人員的逃生帶來阻礙，這些都是需要考慮的問題。蓄電池作為汽車的大容量電容器，在水位未浸沒蓄電池前可以有效向汽車的用電器供電 [3]。 汽車蓄電池作為汽車必不可少的一部分蓄電池起著重要作用。也就是說，汽車蓄電池在起動發(fā)動機(jī)期間，它向起動電機(jī)、點(diǎn)火電子燃油噴射和發(fā)動機(jī)的其它電氣設(shè)備供電。蓄電池是由正負(fù)極板、隔板、殼體、極板聯(lián)條、電解液和電極樁等組成。聯(lián)條的作用是將單格電池串聯(lián)起來，提高蓄電池 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS6的端電壓。 電容式液位限位傳感器電容式液位限位傳感器是電容式液位傳感器的一種，液位的變化能使電容值改變?nèi)缓筮M(jìn)行測量。當(dāng)將探極安裝完成，內(nèi)外將形成垂直的兩根管道，此時兩極板之間就組成了電容的電解質(zhì)。 圖 21 電容式傳感器原理（1 內(nèi)桶 2 外桶） 圖 22 電容式液位限位傳感器電容式液位限位傳感器的優(yōu)點(diǎn)在于，它給出的不是模擬量，而是給出開關(guān)量。正常使用時，當(dāng)水位高于該點(diǎn)后，即可發(fā)出報(bào)警信號和控制信號。安裝于發(fā)動機(jī)排氣岐管和消聲器之間的排氣管，它的結(jié)構(gòu)使整個排氣系統(tǒng)呈撓性聯(lián)接，目的是起到減振降噪、方便安裝和延長排氣消聲系統(tǒng)壽命的作用。因?yàn)榕艢夤苣┒擞邢暺?，消聲器?nèi)有較大空間，如果少量進(jìn)水好比洗車時發(fā)動機(jī)工作會產(chǎn)生的水蒸氣，例如這些情況，一般會通過底下的排水孔漏掉這些少量進(jìn)水；如果大量進(jìn)水，例如涉水倒灌、低洼停車熄火時漫水進(jìn)去，這樣會在消聲器內(nèi)一些死角殘留最終容易出現(xiàn)銹蝕爛穿的情況，但是一般的漫水并不足以使水壓堵住行駛中的排氣管的廢氣產(chǎn)出。排氣管進(jìn)水仍然有可能導(dǎo)致三元催化器損壞，為了以防萬一，比較保守的方法是，在通過漫水處時車輛采取掛低檔大油門平穩(wěn)行駛通過涉水區(qū)，因?yàn)槿绻咚偻ㄟ^則會出現(xiàn)因前輪及保險杠、前臉格柵等造成水花飛濺到發(fā)動機(jī)艙打濕高壓線等導(dǎo)致熄火；或者水流涌上進(jìn)入進(jìn)氣管空氣濾芯、最終進(jìn)入發(fā)動機(jī)造成憋死熄火。如圖 23 所示，IC 1 及 RC 1 組成一個延時開關(guān)電路，IC 2 及 RR C 2 組成一個頻率為 800Hz 左右的多諧振蕩器。隨著電源對 C1的充電，當(dāng) IC1 的 6 腳的電位下降至三分之一 VDD 時，電路翻轉(zhuǎn)，3 腳變?yōu)楦唠娖?，這段充電延遲時間約為 8 秒。蜂鳴器本質(zhì)上是一個感性元件，其電流不能瞬變，因此必須有一個續(xù)流二極管提供續(xù)流，D 2 作用就是為了防止蜂鳴器兩端產(chǎn)生幾十伏特的尖峰電壓，防止損壞三極管，保護(hù)整個電路系統(tǒng)的其它部分不被干擾。另外，車內(nèi)人員能夠通過聲音的強(qiáng)弱判別此時車外持續(xù)高水位時間的長短，即使在駕車無暇顧及 LED 閃爍情況，仍能隨時通過聲音信號知曉當(dāng)前水位持續(xù)時間的長短，來判別當(dāng)前是否危險。報(bào)警裝置將采用漸響式蜂鳴器。停止警報(bào)按鈕直接控制報(bào)警裝置，一旦按下停止警報(bào)按鈕則終止蜂鳴器鳴響，并且清除各種寄存器內(nèi)的值，初始化程序。 程序流程的介紹 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS11圖 24 程序運(yùn)行流程圖該報(bào)警研究裝置將利用Verilog HDL仿真程序來完成。其它情況下如觸發(fā)警報(bào)，那么將會有延遲效果可能觸發(fā)報(bào)警，也就是說，只有當(dāng)觸發(fā)的高電平持續(xù)到一段時間才可能致使警報(bào)觸發(fā)。把發(fā)生四個輪子同時浸入水中的情況出現(xiàn)，視為最緊急的一種狀態(tài)。車外局部水位過高會導(dǎo)致各種危險情況，有可能致使線路進(jìn)水從而導(dǎo)致車內(nèi)中控車鎖鎖死。與此同時，控制蜂鳴器和車窗提示燈的寄存器接受到輸入的高電平后也將輸出高電平至蜂鳴器和提示打開車窗車門的指示燈，產(chǎn)生漸響的警報(bào)鈴聲。而且一旦水位持續(xù)不退或者繼續(xù)升高，兩種警報(bào)觸發(fā)電路表示滿足了 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS13延遲報(bào)警時間則視為不安全，與或門連接的寄存器會翻動到報(bào)警狀態(tài)。Quartus II 可以在 XP、Linux 以及 Unix 上使用，除了可以使用 TCL 腳本完成設(shè)計(jì)流程外，提供了完善的用戶圖形界面設(shè)計(jì)方式。此外，Quartus II 通過和 DSP Builder 工具與Matlab/Simulink 相結(jié)合，可以方便地實(shí)現(xiàn)各種 DSP 應(yīng)用系統(tǒng)；支持 Altera 的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）開發(fā)，集系統(tǒng)級設(shè)計(jì)、嵌入式軟件開發(fā)、可編程邏輯設(shè)計(jì)于一體，是一種綜合性的開發(fā)平臺。Altera Quartus II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計(jì)環(huán)境, 由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的歡迎。最大的特點(diǎn)在于，對設(shè)計(jì)者的編寫經(jīng)驗(yàn)要求低，保密性強(qiáng)和集成度高。進(jìn)行功能仿真就是直接對Verilog HDL 和原理圖描述進(jìn)行模擬測試。最后為了對設(shè)計(jì)工程進(jìn)行硬件測試，應(yīng)將其輸入輸出信號鎖定在芯片確定的引腳上，將下載或配置文件通過編程電纜向FPGA或CPLD 進(jìn)行下載，以便進(jìn)行硬件調(diào)試和驗(yàn)證。如果是駕駛車輛不慎落入水中，那么在掉入水中之后車輪馬上浸沒，理論上此位置的四個水位傳感器在非常短的時間內(nèi)就能感應(yīng)到高水位，而蓄電池位置的水位傳感器由于設(shè)立在車身內(nèi)且在較高位置。如果在行駛中水花濺起造成短暫的水位過高情況，這是應(yīng)該要避免的，延時的功能也在此體現(xiàn)。 設(shè)計(jì)步驟 新建 Verilog HDL 文件，輸入 Verilog HDL 代碼如圖 32 所示： 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS17圖32 Quartus II Verilog代碼對應(yīng)程序模塊生成各個模塊原件圖，如圖 33 所示：圖33 各個功能原件圖如上圖所示，生成計(jì)數(shù)比較模塊、報(bào)警模塊與 LED 報(bào)警燈模塊。計(jì)數(shù)器可以自行設(shè)定位寬，本次實(shí)驗(yàn)下設(shè)置了六位，最高計(jì)數(shù)到 32。但如果未達(dá)到此要求，即未達(dá)到連續(xù)采樣時間，或當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時則不向報(bào)警模塊輸入高電平。當(dāng)信號處理模塊輸出信號表示采樣滿足延遲報(bào)警時間，出現(xiàn)水位過高現(xiàn)象，需要報(bào)警，那么 alarm 寄存器置 1，此時若按下停止警報(bào) button 鍵，button_reg 一旦有上升沿觸發(fā)，alarm 歸零、采樣點(diǎn)歸零，停止警報(bào)。LED_on 寄存器值置 1，同時 LED 燈點(diǎn)亮。報(bào)警模塊的系統(tǒng)輸入端同樣是系統(tǒng)的時鐘信號和復(fù)位信號，另外連接了外部 button 鍵作為控制按鈕， 信號處理模塊的輸出端和LED_on 接入報(bào)警模塊的目的是供報(bào)警模塊辨別是否應(yīng)該報(bào)警，最終輸出漸響式蜂鳴器和提示打開車窗的 LED 燈。除特殊情況，如計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至32時，總計(jì)2秒，則觸發(fā)警報(bào)，警報(bào)使用555組成的漸響式警報(bào)器，它發(fā)出由弱至強(qiáng)的警報(bào)聲。LED燈 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS22始終與水位檢測點(diǎn)的水位是否安全有關(guān)，只有alarm和LED_on受按鍵Button控制，這樣既保證了及時報(bào)警，又能提示用戶當(dāng)前水位狀況。第三次，警報(bào)觸發(fā)，但是漸鳴器只發(fā)出了微弱的聲響。但是當(dāng)面對種種災(zāi)難的時候，往往就需要這種能夠提示的報(bào)警裝置，因?yàn)闊o論以何種方式逃離車廂，逃脫時一分一秒的時間都非常寶貴。汽車路面水位過高車窗開啟提示裝置雖然不是具有主動安全防護(hù)的裝置，但是相比其它落水逃生裝置仍然有許多的優(yōu)點(diǎn)。在排除可能是錯誤警報(bào)的同時，遇到危急情況也能即刻報(bào)警。還有許多課題需要廣大研究人員堅(jiān)持不懈的努力。從選擇課題到搜集資料，從開題報(bào)告、寫初稿和反復(fù)修改，中期答辯，到最終論文的完成都給了我正確的指引和無私的幫助支持。還要感謝所有在大學(xué)期間教過我的老師，每一位導(dǎo)師的悉心授教都讓我為論文打下了基礎(chǔ)。我們不僅討論學(xué)術(shù)上的問題，還一起探討工作和生活，在釋放壓力的同時，也讓我調(diào)整好了自己的心態(tài)來面對各種挑戰(zhàn)。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS311）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它。：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件） 。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS27作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 BACHELOR ’S THESIS28