【文章內(nèi)容簡介】 “ 1”兩個狀態(tài)的信號通過并行芯片進(jìn)行并行和串行的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的串行信號送給單片機(jī)處理。開關(guān)信號主要包括剎車、喇叭、左右燈、大燈、氣壓、 1號和 2號門、報警器等。為了獲取穩(wěn)定的開關(guān)量，減少誤差，提高系統(tǒng)的抗干擾性，系統(tǒng)中可以采用具有置位和清零的 D觸發(fā)器，這樣可以消除因外界 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 16 頁 共 52 頁 干擾而引起觸發(fā)器的誤動作。 該模塊利用 74LS165型并行輸入 8位移位寄存器 作為輸入口，其硬件電路如圖 29所示利用單片機(jī)的 3根 I/O口線擴(kuò)展為 8位的輸入口線，圖 29中 74LS165作為 8位的輸入線，CLK為時鐘脈沖輸入端， D0～ D7為并行輸入端，在系統(tǒng)中就是 8位開關(guān)量。 S/L為低電平時，允許并行置入數(shù)據(jù)， S/L為高電平時允許串行移位。這樣剎車、喇叭、左右燈、大燈、氣壓、 1號和 2號門、報警器等 8路開關(guān)量經(jīng)過 D觸發(fā)器后并行輸入到 74LS165，再經(jīng)74LS165轉(zhuǎn)換后，串行輸入給單片機(jī)進(jìn)行處理。 圖 29 開關(guān)信號電路接口 開關(guān)信號主要包括剎車、喇叭、左右燈、大燈、氣壓、 1號和 2號門、報警器等共 8路信號。開關(guān)量采集模塊電路如圖 210所示 [9]。 圖 210 開關(guān)量采集電路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 17 頁 共 52 頁 圖 210給出的是一路開關(guān)信號的采集電路圖，其它開關(guān)量信號的采集與此相同，這里不一一畫出。開關(guān)信號經(jīng)過光電隔離處理后直接輸入到 D觸發(fā)器集的 D0～ D7口。 顯示電路 選擇 LED顯示器時考慮到功耗要低，發(fā)光效率要高，同時體積要小，兼顧以上特點我們選用高亮度的 LED顯示器，這樣可以避免汽車在白天行駛時，因光線太足而使得顯示器上的字跡模糊不清。 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計 對于安裝在車體中的記錄儀主 機(jī)，難免受到各種干擾的影響。干擾可以使電子元器件性能降級或失效，使單片機(jī)硬件工作失常；同時可能使采集的信號發(fā)生偏移或嚴(yán)重失真，導(dǎo)致測量誤差，因此其抗干擾設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容之一。 系統(tǒng)可能存在的干擾 記錄儀主機(jī)的干擾源主要來自內(nèi)部和外部兩個方面。內(nèi)部干擾源有： 1）信號線之間的串?dāng)_； 2）相鄰回路耦合造成的干擾； 3）元器件布局不合理造成的干擾； 4）寄生振蕩等。 外部干擾源主要有電磁干擾、電源波動造成的干擾以及環(huán)境干擾等。在本記錄儀中主要表現(xiàn)為： 1）空間干擾，即場干擾，通過電磁波輻射竄入系統(tǒng) 。其中通過電場途徑干擾的實質(zhì)是電容耦合干擾，干擾信號通過導(dǎo)線或電路的分布電容進(jìn)入系統(tǒng)；而通過電磁場途徑干擾的實質(zhì)是互感性耦合干擾，干擾信號通過導(dǎo)線或回路的互感耦合進(jìn)入系統(tǒng)； 2） 通道干擾，即通過與主機(jī)相連的前向通道、后向通道已經(jīng)與其他主機(jī)的通道進(jìn)入的干擾； 3） 電源干擾，由于車載蓄電池與汽車交流發(fā)電機(jī)、起動機(jī)、點火線圈相連，不僅電壓波動很大，而且含有尖峰脈沖，此外在汽車行駛中，由于現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣所造成的電源噪聲等。 硬件抗干擾設(shè)計 針對本系統(tǒng)可能存在的上述干擾，本文采取了以下硬件措施，盡量減少干擾 。 1） 通道干擾的隔離措施 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 18 頁 共 52 頁 目前在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，最廣泛使用的是光電隔離技術(shù)，它能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使通道的信噪比大大提高。這是由于發(fā)光二極管只是在通過一定的電流時才能發(fā)光，而干擾即使電壓較高，由于沒有足夠的能量，不能使發(fā)光二極管發(fā)光，從而有效地隔離了干擾進(jìn)一步傳播。 2） 印制電路板的抗干擾設(shè)計 （ 1） 電源線與地線應(yīng)盡量加粗，所以未使用空間都設(shè)計成地線平面，以減少地線阻抗。數(shù)字系統(tǒng)的每條信號線應(yīng)盡量靠近地線，以減少噪聲干擾。 （ 2） 信號走線盡量與電源、地線相一致，信號走線不要形成環(huán)路，以減少輻射或接收能力 ；也不要形成分支，以防止反射和產(chǎn)生諧波。 （ 3） 按最短距離原則布線，盡量保證線跡阻抗的連續(xù)性，線跡不得直角轉(zhuǎn)向，應(yīng)采用 45176。線過渡。 （ 4） 配置去耦電容，電源的輸入端跨接 10 F? 的電解電容。每個集成電路芯片旁都安置一個 F? 陶瓷電容，電容的引線盡量短。 3） 電源干擾的抑制 微機(jī)系統(tǒng)的供電采用 DCDC 變換模塊，單獨(dú)對系統(tǒng)進(jìn)行供電，從而減少公共阻抗的互相耦合，大大提高了供電的可靠性。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 19 頁 共 52 頁 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序設(shè)計 系統(tǒng)主程序框圖如圖 31所示，主控制模塊首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，包括對時鐘芯片，串行口，中斷、定時器等接口芯片的設(shè)置，初始化完成后即進(jìn)入主程序，主程序形成一個高速運(yùn)行的循環(huán)，為了保證異常情況下導(dǎo)致的程序跑飛或卡死時能夠得到及時的復(fù)位，在各個軟件模塊中設(shè)置了喂狗操作 [10,11]。 圖 31 主控模塊程序框圖 信號采集子程序設(shè)計 信號采集子程序 信號采集子程序主要完成的功能是對車速信號的采集，開 關(guān)量的采集只需要定時讀取 8031的 P1口的狀態(tài)即可，而時鐘信號是與采集的車速信號和開關(guān)量信號所形成的數(shù)據(jù)一起形成各種記錄，無需單獨(dú)采集。車速信號的采集主要是通過外部中斷 INT1捕捉車速脈沖，而由定時器記錄脈沖的輸出間隔，從而計算出里程、車速等實時數(shù)據(jù)。 INT1中斷初始化 是否已到 1ms？ 是否已 到 50ms？ 是否已到 200ms？ 通訊結(jié)束否？ 延時子程序 數(shù)據(jù)采集子程序 數(shù)據(jù)存儲子程序 通訊子程序 開始 Y Y Y Y N N N N 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 20 頁 共 52 頁 處理程序框圖如圖 32所示。 圖 32 中斷處理框圖 信號處理 信號的處理主要是用已有的數(shù)據(jù)來判斷汽車是否處在危險狀態(tài)中或者發(fā)生了事故。由于本黑匣子系統(tǒng)為低成本型，本系統(tǒng)使用的器 件較少，因而也只有有限的數(shù)據(jù)資源及用軟件的方法來為事故判斷服務(wù)。但如果轎車上裝有安全氣囊爆炸裝置，那么判斷事故的發(fā)生將是十分的簡單，因為一旦安全氣囊爆炸，絕大多數(shù)情況就是發(fā)生事故。此時，為了判斷事故的發(fā)生，只需判斷安全氣囊爆炸裝置里的傳感器是否發(fā)出了信號。因為安全氣囊爆炸裝置現(xiàn)已是一項很成熟的技術(shù)，其可靠性足以滿足要求，而且利用安全氣囊爆炸裝置能大大減少黑匣子系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。 由于以上事實的存在，本人在設(shè)計黑匣子系統(tǒng)的單片機(jī)程序時至少考慮了這兩方面的情況。本人首先判斷安全氣囊爆炸裝置發(fā)出的信號。這對于裝 有安全氣囊爆炸裝置的轎車有效。程序如下： ?? 。主程序的其他部分 MOV A,51H 。51H單元的第一位表示氣囊爆炸信號 ANL A,01H JNZ D1 。氣囊爆炸 開 始 N Y 中斷現(xiàn)場保護(hù) 計算車速脈沖的輸出間隔 計算車速 計算里程 中斷現(xiàn)場恢復(fù) 返 回 判斷車輛是否停車？ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 21 頁 共 52 頁 LJMP D2 D1:LJMP BREAK D2:NOP ?? 。主程序的其他部分 接著本人用軟件來處理數(shù)據(jù)，并利用諸如剎車狀態(tài)、加速度及車體角度等各種可以利用的數(shù)據(jù)來判斷事故的是否發(fā)生。 1) 首先判斷車體傾角。如果車體傾角不小于 90度時，判斷 車子翻，從而進(jìn)入事故處理程序。以防有這樣一種情況，車子已經(jīng)翻了，車速必然為 0，但發(fā)動機(jī)還轉(zhuǎn)。 MOV A,55H 。55H單元為車體傾角數(shù)據(jù) ANL A,7FH 。取絕對值 CLR C SUBB A,90D 。判斷車體傾角是否不小于 90度 CPL JC DONEXT1 。沒有翻車 LJMP BREAK 。翻車 2）接下來是判斷加速度。分別說明如下： 當(dāng)加速度大于 (負(fù)的 )60(公里 /小時 )時，不管車子是否剎車，肯定有撞車事件發(fā)生，因為正常剎車不可能達(dá)到這樣 的加速度； 檢查加速度是否大于 60 …… 。接前面的判斷 MOV A,0F1H 。F1H為此時的車速 CLR C 。F0H為上次的車速 SUBB A,0F0H ?，F(xiàn)在 A是車的加速度了 JNC DONEXT 。車速沒有下降，不用再做相關(guān)判斷 CLR C；車速下降，進(jìn)一步判斷 ANL A,7FH 。取絕對值 MOV R5,A 。把 A的值存在 R5中 SUBB A,60 。計算加速度 JC DONEXT 。加速度 60 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 22 頁 共 52 頁 LJMP BREAK 。加速度 60，撞車事故發(fā)生 DONEXT:NOP 。繼續(xù)其他操作 而加速度小于 60時，要分別處理剎車和不剎車的狀態(tài)。根據(jù)經(jīng)驗，如果是不剎車，當(dāng)加速度在 60到 20之間時，撞車事件必然發(fā)生，因為上坡的自然減速不可能達(dá)到那么大。 檢查加速度是否在 20與 60之間 MOV A,R5 。R5存有原來的加速度 CLR C SUBB A,20 JC NATUAL 。加速度 20，轉(zhuǎn) NAYUAL NOP MOV A,51H 。51H的第二位為剎車信號 ANL A,02H JNZ BAK_YES1 。加速度（ 20a60） +剎車 LJMP BREAK 。加速度（ 20a60） +不剎車 BAK_YES1:NOP 或者，當(dāng)加速度在 60到 30之間，既使剎車，但如果此前已是方向盤亂轉(zhuǎn)，那么撞車事件也會發(fā)生，因為當(dāng)加速度在 60到 30之間時，當(dāng)時車速必然相當(dāng)高，如果在達(dá)到這么大的加速度前 方向盤亂轉(zhuǎn)，而且剎車時，必然會導(dǎo)致車子因車的慣性等原因而使車的方向不受司機(jī)的控制，而后來的加速度如此大，說明撞車事件發(fā)生了。 加速度在 30與 60之間時，檢查是否剎車并且方向盤亂轉(zhuǎn) BODY:NOP MOV R7,04H 。比較 4次方向盤角度差 MOV R0,0E0H 。R0， R1包括相鄰兩次方向盤的角度 MOV R1,0E1H DIRECTION:CLR C MOV A,@R0 MOV R2,A MOV A,@R1 CLR C 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 23 頁 共 52 頁 SUBB A,7FH 。取絕對值 CLR C SUBB A,20D 。方向盤角度差大于 20度 JC NOT1 。在此 4次比較中，有一次不符時退出比較 YES1: NOP 。此次比較符合，比較下一次 INC R0 INC R1 。R0， R1指向下兩次方向盤角度 DJNZ R7,DIRECTION MOV R0,0E1H MOV 0E0H,R0 。把方向盤角度數(shù)據(jù)往后移一次 MOV R0,0E2H MOV 0E1H,R0 MOV R0,0E3H MOV 0E2H,R0 MOV R0,0E4H MOV 0E3H,R0 MOV 0E4H,00H MOV A,R5 CLR C SUBB A,30 JNC BREAK 。加速度（ 60a30） ,剎車并且方向盤亂轉(zhuǎn) NOT1: MOV R0,0E1H MOV 0E0H,R0 MOV R0,0E2H MOV 0E1H,R0 MOV R0,0E3H MOV 0E2H,R0 MOV R0,0E4H MOV 0E3H,R0 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 24 頁 共 52 頁 MOV 0E4H,00H …… 最后是檢查車是否停了。但不能只簡單地靠車速為 0來判斷車是停了，因為有可能是車速為 0但發(fā)動機(jī)還在轉(zhuǎn)，即車只是暫時停而己。而一旦發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為 0，車必然停。 檢查是否車停 MOV R6,53H 。53H為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的高位 MOV R7,54H 。54H為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的低位 CJNE R6,00H,NEXT33 CJNE R7,00H,NEXT33