【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 “ 1”兩個(gè)狀態(tài)的信號(hào)通過(guò)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(hào)送給單片機(jī)處理。開(kāi)關(guān)信號(hào)主要包括剎車(chē)、喇叭、左右燈、大燈、氣壓、 1號(hào)和 2號(hào)門(mén)、報(bào)警器等。為了獲取穩(wěn)定的開(kāi)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(jì) 第 16 頁(yè) 共 52 頁(yè) 干擾而引起觸發(fā)器的誤動(dòng)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(xiàn)擴(kuò)展為 8位的輸入口線(xiàn)，圖 29中 74LS165作為 8位的輸入線(xiàn)，CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端， D0～ D7為并行輸入端，在系統(tǒng)中就是 8位開(kāi)關(guān)量。 S/L為低電平時(shí)，允許并行置入數(shù)據(jù)， S/L為高電平時(shí)允許串行移位。這樣剎車(chē)、喇叭、左右燈、大燈、氣壓、 1號(hào)和 2號(hào)門(mén)、報(bào)警器等 8路開(kāi)關(guān)量經(jīng)過(guò) 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(kāi)關(guān)信號(hào)電路接口 開(kāi)關(guān)信號(hào)主要包括剎車(chē)、喇叭、左右燈、大燈、氣壓、 1號(hào)和 2號(hào)門(mén)、報(bào)警器等共 8路信號(hào)。開(kāi)關(guān)量采集模塊電路如圖 210所示 [9]。 圖 210 開(kāi)關(guān)量采集電路 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 210給出的是一路開(kāi)關(guān)信號(hào)的采集電路圖，其它開(kāi)關(guān)量信號(hào)的采集與此相同，這里不一一畫(huà)出。開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)過(guò)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(shí)考慮到功耗要低，發(fā)光效率要高，同時(shí)體積要小，兼顧以上特點(diǎn)我們選用高亮度的 LED顯示器，這樣可以避免汽車(chē)在白天行駛時(shí)，因光線(xiàn)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(jì) 對(duì)于安裝在車(chē)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(jí)或失效，使單片機(jī)硬件工作失常；同時(shí)可能使采集的信號(hào)發(fā)生偏移或嚴(yán)重失真，導(dǎo)致測(cè)量誤差，因此其抗干擾設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(lái)自?xún)?nèi)部和外部?jī)蓚€(gè)方面。內(nèi)部干擾源有： 1）信號(hào)線(xiàn)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(dòng)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(chǎng)干擾，通過(guò)電磁波輻射竄入系統(tǒng) 。其中通過(guò)電場(chǎng)途徑干擾的實(shí)質(zhì)是電容耦合干擾，干擾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)或電路的分布電容進(jìn)入系統(tǒng)；而通過(guò)電磁場(chǎng)途徑干擾的實(shí)質(zhì)是互感性耦合干擾，干擾信號(hào)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)或回路的互感耦合進(jìn)入系統(tǒng)； 2） 通道干擾，即通過(guò)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(chē)載蓄電池與汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)、點(diǎn)火線(xiàn)圈相連，不僅電壓波動(dòng)很大，而且含有尖峰脈沖，此外在汽車(chē)行駛中，由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣所造成的電源噪聲等。 硬件抗干擾設(shè)計(jì) 針對(duì)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(jì) 第 18 頁(yè) 共 52 頁(yè) 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(guò)一定的電流時(shí)才能發(fā)光，而干擾即使電壓較高，由于沒(méi)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(jì) （ 1） 電源線(xiàn)與地線(xiàn)應(yīng)盡量加粗，所以未使用空間都設(shè)計(jì)成地線(xiàn)平面，以減少地線(xiàn)阻抗。數(shù)字系統(tǒng)的每條信號(hào)線(xiàn)應(yīng)盡量靠近地線(xiàn)，以減少噪聲干擾。 （ 2） 信號(hào)走線(xiàn)盡量與電源、地線(xiàn)相一致，信號(hào)走線(xiàn)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(xiàn)，盡量保證線(xiàn)跡阻抗的連續(xù)性，線(xiàn)跡不得直角轉(zhuǎn)向，應(yīng)采用 45176。線(xiàn)過(guò)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(gè)集成電路芯片旁都安置一個(gè) F? 陶瓷電容，電容的引線(xiàn)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(duì)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(jì) 第 19 頁(yè) 共 52 頁(yè) 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序框圖如圖 31所示，主控制模塊首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作，包括對(duì)時(shí)鐘芯片，串行口，中斷、定時(shí)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(gè)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(shí)能夠得到及時(shí)的復(fù)位，在各個(gè)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(hào)采集子程序設(shè)計(jì) 信號(hào)采集子程序 信號(hào)采集子程序主要完成的功能是對(duì)車(chē)速信號(hào)的采集，開(kāi) 關(guān)量的采集只需要定時(shí)讀取 8031的 P1口的狀態(tài)即可，而時(shí)鐘信號(hào)是與采集的車(chē)速信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)所形成的數(shù)據(jù)一起形成各種記錄，無(wú)需單獨(dú)采集。車(chē)速信號(hào)的采集主要是通過(guò)外部中斷 INT1捕捉車(chē)速脈沖，而由定時(shí)器記錄脈沖的輸出間隔，從而計(jì)算出里程、車(chē)速等實(shí)時(shí)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(shí)子程序 數(shù)據(jù)采集子程序 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序 通訊子程序 開(kāi)始 Y Y Y Y N N N N 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20 頁(yè) 共 52 頁(yè) 處理程序框圖如圖 32所示。 圖 32 中斷處理框圖 信號(hào)處理 信號(hào)的處理主要是用已有的數(shù)據(jù)來(lái)判斷汽車(chē)是否處在危險(xiǎn)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(lái)為事故判斷服務(wù)。但如果轎車(chē)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(jiǎn)單，因?yàn)橐坏┌踩珰饽冶?，絕大多數(shù)情況就是發(fā)生事故。此時(shí)，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(hào)。因?yàn)榘踩珰饽冶ㄑb置現(xiàn)已是一項(xiàng)很成熟的技術(shù)，其可靠性足以滿(mǎn)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(shí)的存在，本人在設(shè)計(jì)黑匣子系統(tǒng)的單片機(jī)程序時(shí)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(hào)。這對(duì)于裝 有安全氣囊爆炸裝置的轎車(chē)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(hào) ANL A,01H JNZ D1 。氣囊爆炸 開(kāi) 始 N Y 中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù) 計(jì)算車(chē)速脈沖的輸出間隔 計(jì)算車(chē)速 計(jì)算里程 中斷現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù) 返 回 判斷車(chē)輛是否停車(chē)？ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁(yè) 共 52 頁(yè) LJMP D2 D1:LJMP BREAK D2:NOP ?? 。主程序的其他部分 接著本人用軟件來(lái)處理數(shù)據(jù)，并利用諸如剎車(chē)狀態(tài)、加速度及車(chē)體角度等各種可以利用的數(shù)據(jù)來(lái)判斷事故的是否發(fā)生。 1) 首先判斷車(chē)體傾角。如果車(chē)體傾角不小于 90度時(shí)，判斷 車(chē)子翻，從而進(jìn)入事故處理程序。以防有這樣一種情況，車(chē)子已經(jīng)翻了，車(chē)速必然為 0，但發(fā)動(dòng)機(jī)還轉(zhuǎn)。 MOV A,55H 。55H單元為車(chē)體傾角數(shù)據(jù) ANL A,7FH 。取絕對(duì)值 CLR C SUBB A,90D 。判斷車(chē)體傾角是否不小于 90度 CPL JC DONEXT1 。沒(méi)有翻車(chē) LJMP BREAK 。翻車(chē) 2）接下來(lái)是判斷加速度。分別說(shuō)明如下： 當(dāng)加速度大于 (負(fù)的 )60(公里 /小時(shí) )時(shí)，不管車(chē)子是否剎車(chē)，肯定有撞車(chē)事件發(fā)生，因?yàn)檎x車(chē)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(shí)的車(chē)速 CLR C 。F0H為上次的車(chē)速 SUBB A,0F0H 。現(xiàn)在 A是車(chē)的加速度了 JNC DONEXT 。車(chē)速?zèng)]有下降，不用再做相關(guān)判斷 CLR C；車(chē)速下降，進(jìn)一步判斷 ANL A,7FH 。取絕對(duì)值 MOV R5,A 。把 A的值存在 R5中 SUBB A,60 。計(jì)算加速度 JC DONEXT 。加速度 60 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 22 頁(yè) 共 52 頁(yè) LJMP BREAK 。加速度 60，撞車(chē)事故發(fā)生 DONEXT:NOP 。繼續(xù)其他操作 而加速度小于 60時(shí)，要分別處理剎車(chē)和不剎車(chē)的狀態(tài)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果是不剎車(chē)，當(dāng)加速度在 60到 20之間時(shí)，撞車(chē)事件必然發(fā)生，因?yàn)樯掀碌淖匀粶p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(lái)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(chē)信號(hào) ANL A,02H JNZ BAK_YES1 。加速度（ 20a60） +剎車(chē) LJMP BREAK 。加速度（ 20a60） +不剎車(chē) BAK_YES1:NOP 或者，當(dāng)加速度在 60到 30之間，既使剎車(chē)，但如果此前已是方向盤(pán)亂轉(zhuǎn)，那么撞車(chē)事件也會(huì)發(fā)生，因?yàn)楫?dāng)加速度在 60到 30之間時(shí)，當(dāng)時(shí)車(chē)速必然相當(dāng)高，如果在達(dá)到這么大的加速度前 方向盤(pán)亂轉(zhuǎn)，而且剎車(chē)時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致車(chē)子因車(chē)的慣性等原因而使車(chē)的方向不受司機(jī)的控制，而后來(lái)的加速度如此大，說(shuō)明撞車(chē)事件發(fā)生了。 加速度在 30與 60之間時(shí)，檢查是否剎車(chē)并且方向盤(pán)亂轉(zhuǎn) BODY:NOP MOV R7,04H 。比較 4次方向盤(pán)角度差 MOV R0,0E0H 。R0， R1包括相鄰兩次方向盤(pán)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(jì) 第 23 頁(yè) 共 52 頁(yè) SUBB A,7FH 。取絕對(duì)值 CLR C SUBB A,20D 。方向盤(pán)角度差大于 20度 JC NOT1 。在此 4次比較中，有一次不符時(shí)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(pán)角度 DJNZ R7,DIRECTION MOV R0,0E1H MOV 0E0H,R0 。把方向盤(pán)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(chē)并且方向盤(pán)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(jì) 第 24 頁(yè) 共 52 頁(yè) MOV 0E4H,00H …… 最后是檢查車(chē)是否停了。但不能只簡(jiǎn)單地靠車(chē)速為 0來(lái)判斷車(chē)是停了，因?yàn)橛锌赡苁擒?chē)速為 0但發(fā)動(dòng)機(jī)還在轉(zhuǎn)，即車(chē)只是暫時(shí)停而己。而一旦發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 0，車(chē)必然停。 檢查是否車(chē)停 MOV R6,53H 。53H為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高位 MOV R7,54H 。54H為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的低位 CJNE R6,00H,NEXT33 CJNE R7,00H,NEXT33