【正文】 . 5 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn) ............................................................................................... 9 本章小結(jié) ....................................................................................................... 9 第三章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的原理介紹 ..............................................................11 檢測(cè)原理介紹 ..............................................................................................11 汽車轉(zhuǎn)彎性能研究 ..................................................................................... 14 本章小結(jié) ..................................................................................................... 17 第四章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................................. 18 系統(tǒng)總體硬件框圖 ..................................................................................... 18 ATmega16 單片機(jī)介紹 .............................................................................. 18 單片機(jī) ADC 轉(zhuǎn)換原理 ............................................................................... 19 檢測(cè)環(huán)節(jié)硬件設(shè)計(jì) ..................................................................................... 20 系統(tǒng)的硬件抗干擾技術(shù) ............................................................................. 25 本章小結(jié) ..................................................................................................... 27 第五章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................................. 28 AVR 單片機(jī)軟件開發(fā)環(huán)境介紹 ................................................................ 28 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目 錄 IV 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................................. 28 軟件抗干擾技術(shù) ......................................................................................... 35 本章小結(jié) ..................................................................................................... 37 第六章 總結(jié)與展望 ................................................................................................. 38 總結(jié) ............................................................................................................. 38 研究展望 ..................................................................................................... 38 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 40 致 謝 ......................................................................................................................... 41 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 課題研究背景 及意義 自從 1886 年第一輛機(jī)動(dòng)汽車誕生以來(lái)，汽車一直作為人類最重要的交通工具。 方向盤是汽車轉(zhuǎn)向的直接操縱桿，其轉(zhuǎn)動(dòng)位置直接影響著汽車轉(zhuǎn)向時(shí)的安全。中國(guó)將成為繼美、日、歐之后的第四大汽車市場(chǎng)。我國(guó)汽車電子企業(yè)中，70%以上為中外合資企業(yè)，然而國(guó)內(nèi)企業(yè)并沒有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和獨(dú)立的產(chǎn)品研發(fā)能力。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括檢測(cè)電路、 AD 轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)外圍電路、角度顯示 ，報(bào)警 電路等。 按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求， 可將方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)分為硬件和軟件兩部分，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電量測(cè)量技術(shù)已經(jīng)非常成熟，因此，可以通過(guò)電量的測(cè)量間接測(cè)量方向盤的角位移信號(hào)。（ 10 圈），而一般汽車的方向盤最大轉(zhuǎn)角為 1440176。 由此可知，電位器接入電路中的電阻 Rx 的大小與接入電路 中 的電阻 絲的 長(zhǎng)度 L 成正比關(guān)系。 本電位器采用垂直安裝方式 ， 在電位上連接 一重物，重物一端固定在電位器的旋轉(zhuǎn)軸上，另一端為自由端，就如單擺一樣。 現(xiàn)在速度測(cè)量的傳感器，大部分選用旋轉(zhuǎn)編碼器。 圖 24 編碼器外形尺寸圖 控制模塊設(shè)計(jì)方案 控制系統(tǒng)作為系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、控制實(shí)時(shí)性等問(wèn)題。其專利是 利用兩節(jié)相互嵌套的齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn) 方向盤 4圈的 角度檢測(cè) 。 本章小結(jié) 本章首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，介紹了系統(tǒng)的構(gòu)建，然后詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案， 對(duì)系統(tǒng)的三個(gè)模塊：檢測(cè)模塊、控制模塊及顯示模塊分別進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。~+720176。 為配合 ATmega16 單片機(jī) ADC 轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)電位器的最大輸出電壓應(yīng)為。 2 . 5 6 1 . 2 8360Vout ? ? ? (33) 即 360 ( 1 .2 8 )2 .5 6 Vout? ?? (34) 其中， Vout ：電位器采集的電壓值； ? ：路面的傾角值。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第三章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的原理介紹 14 圖 36 單路輸出編碼器輸出脈沖波形 編碼盤有多少 透光的縫隙，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，便會(huì)產(chǎn)生多少個(gè)脈沖。 方向盤轉(zhuǎn)角與車輪 轉(zhuǎn)角 之間的關(guān)系 汽車方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍一般為 720176。 圖 37 汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角與方向盤 轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系 車輪轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)彎半徑之間的關(guān)系 汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)都有轉(zhuǎn)彎半徑，由于轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角大小不一樣，轉(zhuǎn)彎時(shí)的轉(zhuǎn)彎半徑也不一樣。 比較小，因此當(dāng)， 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)向角為 ? 時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑可近似由公式 (38)得出 。 汽車所受重力由公式 (310)所示。一般晴天時(shí)，路面摩擦系數(shù) ? 為 左右，下雨天為 左右，下雪天為 左右。方向盤角度檢測(cè)模塊和路面傾角檢測(cè)模塊都采用電位器的分壓原理，電位器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)處理傳送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)采樣保持電路及自身集成的 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而為單片機(jī)控制所用 ，通過(guò)方向盤轉(zhuǎn)角和地面傾角就可以確定理論上的最大車速 。 圖 42 ATmega16的引腳圖 本設(shè)計(jì)方向盤角度檢測(cè)環(huán)節(jié)采用單片機(jī)的 PA0 口，路面傾角檢測(cè)環(huán)節(jié)采用單片機(jī)的 PA1 口。 本設(shè)計(jì)采用單端輸入電壓進(jìn)行采集的方式，其 電路 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，轉(zhuǎn)換方便。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 21 圖 43 檢測(cè)模塊電路原理圖 圖中 R 為多圈電位器，通過(guò)分壓原理進(jìn)行電壓采集。 通過(guò)單位時(shí)間內(nèi) 的計(jì)數(shù)值，就可以知道編碼器單位時(shí)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，通過(guò)計(jì)算求得車速 。如果 角度為正（中心位置偏右），則符號(hào)位顯示 “ 0” ，如果 角度為負(fù)（中心位置偏左），則符號(hào)位顯示 “ ” 。 顯示模塊 的硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖 45 所示。 ATmega16 的工作電壓為 ～ ，可利用 +5V 的 穩(wěn)定直流電壓供電給單片機(jī)。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用外接 4MHz 晶體與芯片內(nèi)部的振蕩電路組成時(shí)鐘電路，產(chǎn)生 4MHz 的脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)，系統(tǒng)此時(shí)單條指令的執(zhí)行時(shí)間為 。 本設(shè)計(jì)中還可應(yīng)用兩路輸出的電位器，通過(guò)信號(hào)廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第四章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 26 的互補(bǔ)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。 3. 設(shè)計(jì) 硬件監(jiān)控電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行，增強(qiáng)抗干擾能力，需要配置硬件監(jiān)控電路，硬件監(jiān)控電路從功能上包括以下幾個(gè)方面： 1) 上電復(fù)位：保證系統(tǒng)加電時(shí)能正確地啟動(dòng)。 c：對(duì)于模擬地，數(shù)字地都要匯集到接地點(diǎn)上來(lái)。 與其他的 C 語(yǔ)言開發(fā)平臺(tái)相比， CVAVR 對(duì)位變量的支持，對(duì)大量的擴(kuò)展的、一些標(biāo)準(zhǔn)外部器件的支持和接口函數(shù)（如標(biāo)準(zhǔn)字符 LCD 顯示器、 SPI接口、延時(shí)函數(shù)、 BCD 碼與格雷碼轉(zhuǎn)換等）， 以及方便地對(duì) EEPROM 操作的功能等特點(diǎn)更適合一般人員的學(xué)習(xí)和使用。初始化 的廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第五章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 29 作用就是設(shè)定 處理器 工作中所應(yīng)用的參數(shù)的初值。電位器輸出的電壓信號(hào)需要經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換才能被單片機(jī)識(shí)別。輸出電壓經(jīng)過(guò) AD 轉(zhuǎn)換后，送入 單片機(jī) 系統(tǒng)進(jìn)行 處理， 將檢測(cè)來(lái)的電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換 為角度數(shù)值存儲(chǔ)，進(jìn)一步顯示。 圖 55 路面傾角檢測(cè)模塊 子 程序流程圖 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第五章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 33 車速檢測(cè)子程序 采用 T/C0 的計(jì)數(shù)功能對(duì)光電編碼器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，采用 T/C1的定時(shí)功能產(chǎn)生 的定時(shí)中斷。當(dāng)車速接近轉(zhuǎn)彎允許的最高車速時(shí)，需要及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提示駕駛員安全駕駛。 2. 主動(dòng)初始化 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第五章 方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 36 程序一經(jīng)運(yùn)行，單片機(jī)系統(tǒng)的各種功能、端口、方式、狀態(tài)都被初始化。 消抖濾波法 ： 設(shè)置一個(gè)濾波計(jì)數(shù)器將每次采樣值與當(dāng)前有效值比較 ，如果采樣 值等于 當(dāng)前有效值，則計(jì)數(shù)器清零如果采樣值 不等于 當(dāng)前有效值 ，則計(jì)數(shù)器 加 1， 并判斷計(jì)數(shù)器是否 大于 上限 (溢出 )，如果計(jì)數(shù)器溢出 ， 則將本次值替換當(dāng)前有效值 ， 并清 空 計(jì)數(shù)器。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。 本設(shè)計(jì)提出了一種汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的安全電子輔助設(shè)備設(shè)計(jì)方法，為汽車安全系統(tǒng)的研究和發(fā)展提供了一種新的思路，并且在研究中收集分析了大量的資料，本設(shè)計(jì)中許多獨(dú)特的設(shè)計(jì)思想可為其他的電子設(shè)計(jì)和研究提供參考。 3. 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā) 展和成熟，方向盤角度檢測(cè)系統(tǒng)的一些硬件可以做進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn) 。 海老師不僅在學(xué)習(xí)上幫助我們，指導(dǎo)我們， 更教會(huì)了我們很多做人做事的道理，對(duì)我們以后的生活和工作有很好的 指導(dǎo)作用。在本課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，海老師給了我非常巨大的幫助?？梢钥隙?，隨著人們對(duì)汽車安廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第六章 總結(jié)與展望 39 全性能要求的不斷提高，汽車電子安全輔助裝置將成為汽車系統(tǒng)必不可少的一部分。 4. 應(yīng)用 ATmega16 單片機(jī)作為裝置控制中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、 A/D 轉(zhuǎn)換 、脈沖檢測(cè) 以及數(shù)據(jù)處理 等 。如果程序跳到這些未用區(qū)域，就會(huì)執(zhí)行無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令