【導(dǎo)讀】隨著人們生活水平的日益提高，汽車數(shù)量也與日俱增，因此汽車的行駛安全就顯得尤為重要。介紹一種基于單片機(jī)。距離時(shí)，會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，提示駕駛員進(jìn)行相應(yīng)的操作。出該報(bào)警系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，實(shí)踐證明該系統(tǒng)有效且準(zhǔn)確。講述一種主動(dòng)型汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)。發(fā)聲電路根據(jù)距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出警告聲。第二屆“Actel”杯中國(guó)大學(xué)生電子競(jìng)賽的舉辦，奠定了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。這一系統(tǒng)研究的成功將為汽車安全

　　

【正文】 指示： LCD 液晶屏左下方顯示 輸入電壓：交流 220V， 50～ 60Hz，允許電壓變化 177。10 ％ 輸出電壓：直流 ～ ， 9～ 1800mA，可調(diào) 調(diào)整范圍： 177。 電壓穩(wěn)定度： ≤ 2 103 負(fù)載穩(wěn)定度： ≤ 2 103 輸出文波： ≤ 5mV — 51 單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng) 主要器件： STC 89C51 RC40CPDIP， ATMLU818， MAX232，SM3381 等 實(shí)現(xiàn)功能： LED 顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，紅外遙控，鍵盤輸入，蜂鳴器報(bào)警等 供電電壓： DC 5V 支持下載：串口， JTAG 晶振頻率： StartKit FPGA 開發(fā)板 （ 1） Fusion 系列芯片具有 Flash 架構(gòu)的 FPGA 所有特點(diǎn)（安全性、可靠性、單芯片、上電即行、非易失性、低功耗等）；其內(nèi)部集成了獨(dú)特的模擬部分，具有：分辨率高達(dá) 12 位、采樣率高達(dá) 600kbps、 30 個(gè)輸入通道、 內(nèi)部參考源的 AD；高達(dá) 30 個(gè)模擬的輸入 I/O，可以承受177。 12V 輸入電壓，并有 10 個(gè) MOSFET 門驅(qū)動(dòng)輸出，驅(qū)動(dòng)能力可調(diào)；可實(shí)現(xiàn)電壓、溫度、電流檢測(cè)；片內(nèi)集成 100MHz、精度為 %1 的RC 振蕩器；外部可接 32KHz~20MHz 的晶振；具有 可編程的基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器（ RTC）；片內(nèi)具有 穩(wěn)壓源，可提供內(nèi)核電壓，實(shí)現(xiàn)睡眠和待機(jī)的低功耗模式 [16]。 （ 2） 芯片 其他 資源 包括 4Mbit 的用戶可 用的 Flash Memory、 1kbit 的 FlashROM、 108kbit 的 RAM； 2 個(gè) PLL，最高頻率可達(dá) 350MHz；支持多種 I/O 電平標(biāo)準(zhǔn)，其中差分的 I/O 標(biāo)準(zhǔn)有： LVPECL、 LVDS、BLVDS、 MLVDS；具有 AES、 FlashLock 加密技術(shù)；幾乎具有 ProASIC3 的所有資源。 （ 3） 開發(fā)板外設(shè)資源有： 512K 字 節(jié)的 SRAM、 SP5301 USB PHY，帶有迷你 USB 接口、 1602 液晶、 LVDS 接口，發(fā)送和接收各一路、四個(gè)可用的串口，兩個(gè)帶有座子、 MiniISA 接口，可以擴(kuò)展 ZLG 的 MiniISA 工控板、用戶可用的多路模擬 I/O 接口、 ADR525 提供 AD 基準(zhǔn)源、 以及 48MHz 晶振、核心板溫度、電壓、電流檢測(cè)電路、四路 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路、 5 個(gè)按鍵、 8 個(gè) LED、交流蜂鳴器、 VGA 接口、鼠標(biāo)鍵盤接口。 （二） 測(cè)試結(jié)果與分析 各模塊布局示意圖如圖 18 所示 。 圖 18 各模塊布局示意圖 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 1. 電源模塊測(cè)試 將 電池組按正負(fù)極正確接在自制電路板上，按下開關(guān)，當(dāng) DS3 電源指示燈點(diǎn)亮?xí)r，表示電源已經(jīng)接通。用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)得 7805 輸出端電壓約 5V 左右，即穩(wěn)壓電路工作正常。 2. 模擬光電傳感器測(cè)試 圖 18 中，模擬光電傳感器接口在自制電路板的右側(cè)，按編號(hào)正確地將模擬光電傳感器接在自制電路板上，黑線表示地線，黃線表示信號(hào)線，紅線表示電源線。接通電源， 用數(shù)字萬(wàn)用表分別測(cè)出各模擬光電傳感器信號(hào)端輸出電壓，不斷移動(dòng)模擬光電傳感器相對(duì)道路上黑線的位置，并記錄各位置的 電壓 [13]。 AV0和 AV1 電壓測(cè)試結(jié)果如表 8 所示。 表 4 AV0 和 AV1 電壓測(cè)試結(jié)果 向左側(cè)白區(qū)移動(dòng)← ——— 黑線區(qū)域 ——— →向右側(cè)白區(qū)移動(dòng) AV0（ V） 9 2 8 4 1 7 4 2 9 3 AV1（ V） 9 2 8 4 1 5 4 2 9 3 相對(duì)位移（ cm） 1.2 1 0.8 0.6 0.5 0 1 從表 4 中可知，模擬光電傳感器在黑線 區(qū)域內(nèi)的電壓最大，向兩側(cè)移動(dòng)時(shí)，電壓是逐漸減小的，符合光敏電阻的工作原理，測(cè)試結(jié)果正常。其它各個(gè)模擬光電傳感器測(cè)試方法與 AV0 和 AV1 相同，在這就不一一列出其電壓值。表 4 還證實(shí)了一個(gè)結(jié)論，利用模擬光電傳感器檢測(cè)路徑精度比較高，在最小偏差 1mm 時(shí)，電壓值也有比較明顯的變化。 圖 18 中 ， DS1 為紅外避障傳感器指示燈，當(dāng)紅外避障傳感器檢測(cè)到障礙物時(shí)， DS1 點(diǎn)亮。避開程序控制測(cè)試，可直接在 D8 端口接入 電壓，并接通電源，在紅外避障傳感基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 器前方設(shè)立一個(gè)高度一定的障礙物，假如 DS1 被點(diǎn)亮，表 示其工作正常 [12]。 4. 聲光指示電路測(cè)試 從圖 14 中可知，蜂鳴器為低電平驅(qū)動(dòng)，在通上電源后，將 A0（圖 20）端口直接接地，蜂鳴器響，表示工作正常。將轉(zhuǎn)向指示燈引出端直接接地，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，表示工作正常。 5. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路測(cè)試 圖 18 中， D0、 D D2 和 D3 為 L298N 的控制輸入端（ ININ IN3 和 IN4），避開程序控制測(cè)試，將 D0 接高電平、 D1接低電平或 D0 接低電平、 D1 接高電平，看電機(jī)能否正反轉(zhuǎn)動(dòng)，能表示 L298N 工作正常，否則反之；將 D2 接高電平、D3 接低電平或 D2 接低電平、 D3 接 高電平，看電機(jī)能否正反轉(zhuǎn)動(dòng)，能表示 L298N 工作正常，否則反之。 結(jié)束語(yǔ) 系統(tǒng)以 Fusion FPGA AFS600 芯片 為核心 控制器件 ， 結(jié)合紅外測(cè)距、路徑檢測(cè) 、驅(qū)動(dòng)電機(jī) 控制 、轉(zhuǎn)向電機(jī) 控制 、電源管理 等模塊 實(shí)現(xiàn)了高速公路汽車防追尾系統(tǒng)模型的設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)中有以下幾點(diǎn)總結(jié)： （ 一 ）安裝散熱片有助于提高芯片的工作時(shí)間和穩(wěn)定性 在穩(wěn)壓電路和驅(qū)動(dòng)電路中主要使用了 7805 和 L298N 兩個(gè)芯片，分別用于將電池組 電壓穩(wěn)壓至 5V 和驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。小車在行駛過(guò)程中，由于電機(jī)需要的電流量比較大，所以隨著小車行駛 時(shí)間的增長(zhǎng)， 7805 和 L298N 兩個(gè)芯片會(huì)發(fā)燙，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其本身的散熱能力，隨著溫度的不斷升高，工作的穩(wěn)定性逐漸下降，最終影響了整個(gè)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。在實(shí)際應(yīng)用中需分別在這兩個(gè)芯片上安裝面積較大的散熱片，以便提高其散熱效果，提高其工作穩(wěn)定性和使用壽命。 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 （ 二）紅外避障傳感器安裝位置相近 ，會(huì)產(chǎn)生相互影響 此前為了能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目的，在小車的前端安裝了兩個(gè)紅外避障傳感器，一個(gè)用于檢測(cè)安全距離，一個(gè)用于檢測(cè)危險(xiǎn)距離。在使用中發(fā)現(xiàn)，單個(gè)使用時(shí)，檢測(cè)距離能達(dá)到設(shè)置要求，但兩個(gè)紅外避障傳感器同時(shí)使用時(shí)，會(huì)對(duì)相互產(chǎn)生干擾，使二者的檢測(cè)距離都產(chǎn)生了不定值的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。為了減少兩個(gè)紅外避障傳感器之間的干擾，在兩個(gè)傳感器之間增加了一塊黑色不透明擋板，雖然效果有所改善，但仍然不理想，兩者之間還存在一定的干擾，最終在小車前端只安裝了一個(gè)紅外避障傳感器。 （ 三 ）負(fù)重影響小車舵機(jī)轉(zhuǎn)向靈活度 由于購(gòu)買的電池組重量較大，在小車行駛中，當(dāng)小車負(fù)載有電池組時(shí)，不僅會(huì)降低車速，而且還會(huì)使舵機(jī)轉(zhuǎn)向靈活度大為下降，經(jīng)分析這是由于小車負(fù)重增加后，其前輪與地面的接觸面積變大，摩擦力也變大，使舵機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力增大，對(duì)此，采用提高車速的方法來(lái)解決 ，車速提高后，小車車輪與地面的接觸時(shí)間將縮短，阻力也相對(duì)減小，小車舵機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)的阻力也會(huì)相對(duì)減小，靈活度也將有所提高，但車速太快，檢測(cè)與轉(zhuǎn)換控制的滯后性容易使小車沖出跑道，因此，要綜合考慮二者對(duì)車速進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶岣?。之后的?shí)踐證明這一推斷是正確的，在保證小車尋跡行駛的情況下，舵機(jī)的轉(zhuǎn)向靈活度有所提高。 （ 四 ）小車在電機(jī)選擇時(shí)需要注意的幾個(gè)指標(biāo) 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在選擇小車時(shí)要注意的是前后兩個(gè)電機(jī)的質(zhì)量和前輪的轉(zhuǎn)向靈活度，在購(gòu)買時(shí)如果小車電機(jī)旋轉(zhuǎn)的噪音較大，有雜音，那很可能該小車的電機(jī)質(zhì)量較差，且耗電量較大；倘偌小車 前輪在懸空時(shí)手動(dòng)將其轉(zhuǎn)動(dòng)后不能自動(dòng)復(fù)位，則可判斷小車的轉(zhuǎn)向靈活度不高，這會(huì)造成小車行進(jìn)中自然狀態(tài)下難以實(shí)現(xiàn)直線行駛。在以后的研究開發(fā)中，可考慮使用左右輪分別用電機(jī)控制的小車，在一定程度上轉(zhuǎn)向靈活度會(huì)有所提升。 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 （ 五 ）避障與超車 為減少紅外避障傳感器間的干擾，在小車前端只安裝一個(gè)紅外避障傳感器，這種做法有個(gè)弊端，就是當(dāng)紅外避障傳感器、 檢測(cè)到前方有障礙物時(shí)，小車就需要做出相應(yīng)的動(dòng)作，只能通過(guò)一定的延時(shí)加速才能避開障礙物，動(dòng)作比較單一。為了提高系統(tǒng)的合理性，在今后的設(shè)計(jì)中，將逐步解決紅外避障傳感器間的干擾問(wèn)題。在 小車的后部右側(cè)再裝紅外避障傳感器，以便能夠準(zhǔn)確地判斷出 車是否已經(jīng)完成超車，準(zhǔn)確地返回慢車道。 參考文獻(xiàn) [1] 高有堂 .電子電路設(shè)計(jì)制板與仿真（ PROTELDXP） .鄭州 :鄭州大學(xué)出版社 ,2021:38,101. 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[18] Navabi, Digital System :Publishing House of Electronics Industry, 2021:126. 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 致謝 感謝徐雪梅老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我細(xì)心的指導(dǎo)，她的 嚴(yán)謹(jǐn) 細(xì)致 、一 絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣； 她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪 。感謝徐雪梅老師，在專業(yè)課學(xué)習(xí)期間給予我諸多的幫助與關(guān)懷，這 不僅使我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 在大學(xué)四年的 學(xué)習(xí) 生活即將劃上一個(gè)句號(hào) 之際 ，謹(jǐn)向 徐雪梅老師 表示 最 崇高的敬意和 最 衷心的 謝意 ！ 很高興能在這個(gè)美好的校園里度過(guò)我的大學(xué)四年生活。在此，我要真誠(chéng)的 感謝 電子與電氣工程系的領(lǐng)導(dǎo)和老師們，感謝他們?cè)谒哪甑膶W(xué)習(xí)生活中給予我的鼓勵(lì)與支持，是他們的關(guān)心和諄諄教導(dǎo)，讓我順利的 完成了我的本科學(xué)業(yè)。還要感謝我 可愛的同學(xué)和朋友們， 是他們 的陪伴讓我在成長(zhǎng)路上 感覺(jué)不到 孤單，只有幸福 。特別 感謝我的爸爸 、 媽媽 和妹妹，感謝他們?cè)谖覍W(xué)習(xí)期間對(duì)我的支持與理解，祝他們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)！ 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同