【正文】 在此，我要向海老師表示深切的致謝！ 此外，我還感謝廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院的各位老師，是他們培育了我，讓我得到了良好的教育；感謝 同一畢業(yè)設(shè)計小組的同學(xué)們和王軍學(xué)長 ，感謝他們 在這篇論文中給予我的寶貴意見；更要感謝我的父母，感謝他們在我的求學(xué)道路上的支持和無私的關(guān)懷！ 。除了在學(xué)院實驗室指導(dǎo)外，海老師還帶領(lǐng)我們設(shè)計小組到南寧微控設(shè)備廠進行實地參觀， 讓我們受益匪淺 。 海老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識、 開明的思想、開拓進取的精神、認真求實的工作作風(fēng)無一不是我們學(xué)習(xí)的榜樣。 首先 ， 我要向辛勤培養(yǎng)我的指導(dǎo)老師海濤老師致以誠摯的感謝和崇高的敬意。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 參考文獻 40 參考文獻 [1] 孔祝華 .汽車跑偏問題 .城市車輛， [2] 趙和平，孟峰 .先進的汽車電子 控制單元開發(fā)思路 .汽車電子 電器 ， [3] 任紀(jì)良 .尋求汽車電子業(yè)引爆點 .中國電子報 ,2020 [4] 田娟，張洪波 .汽車電子技術(shù)的發(fā)展趨勢 .微型汽車 ， 2020 [5] 王俊杰 . 檢測技術(shù)與儀表 .武漢理工大學(xué)出版社， [6] 楊財，周艷霞 .方向盤轉(zhuǎn)角傳感器研究進展 .傳感器與微系統(tǒng) ,2020 [7] 海 濤 .ATmega 系列單片機原理及應(yīng)用 — C 語言教 程 .機械工 程出版社，2020 [8] 張軍 .AVR 單片機應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實 例 .中國電力出版社， 2020 [9] 馬潮 .AVR 單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用 實踐 .北京航空航天大學(xué)出版社， [10] 胡全 .51 單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示技術(shù) .中國新技術(shù)新產(chǎn)品， 2020 [11] 王幸之 ， 王雷 ， 王閃 .單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù) .北京航空 航天大學(xué)出版社， 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 致 謝 41 致 謝 在進行畢業(yè)設(shè)計的三個多月中，我學(xué)到很多有關(guān)單片機電路設(shè)計的 理論知識。 2. 方向盤角度檢測系統(tǒng)的可靠性問題有待于進一步的實驗和研究。 因此， 方向盤角度檢測系統(tǒng) 有非常廣闊的發(fā)展前景。 本設(shè)計 為一種汽車電子安全輔助 裝置 。 研究展望 汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 是汽車必不可少的最基本的系統(tǒng)之一，它也是決定汽車主動安全性的關(guān)鍵總成。 6. 對系統(tǒng)的軟硬件抗干擾技術(shù)做了簡單的介紹。 對系統(tǒng)硬件重要的幾個 環(huán)節(jié) ，包括 方向盤角度檢測 環(huán)節(jié) 、路面傾角檢測環(huán)節(jié)、車速檢測環(huán)節(jié) 和顯示 報警 環(huán)節(jié)進行了詳細的電路設(shè)計。 3. 對汽車轉(zhuǎn)彎時的力學(xué)模型做了詳細的分析，通過建模，得出了汽車轉(zhuǎn)彎時的行駛狀態(tài)，為設(shè)計的進一步進行提供理論依據(jù)。本文主要做了以下工作： 1. 針對問題所在，提出設(shè)計方案，選擇最優(yōu)的設(shè)計方法。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第六章 總結(jié)與展望 38 第六章 總結(jié)與展望 總結(jié) 本設(shè)計針對汽車方向盤的跑偏及安全轉(zhuǎn)彎問題，設(shè)計了一種 基于單片機的方向盤角度檢測裝置。除程序未用區(qū)域外，還可以在程序段之間 （ 如子程序之間及一段處理程序完成后 ） 及一頁的末尾處插入軟件陷阱，效果會更好。 4. 軟 件陷阱 軟件陷阱是在程序存儲器的未使用區(qū)域中，加上若干條空操作和無條件跳轉(zhuǎn)指令，無條件跳轉(zhuǎn)指令指向程序 “ 跑飛 ” 處理子程序的入口地址。 這種濾波 方法 對于 穩(wěn)定 顯示 是 非常需要的。 本設(shè)計 路面傾角信號采集及顯示部分都 有 需要 相應(yīng)的濾波方法。 數(shù)字濾波，就是 經(jīng)過 一定的計算或判斷程序減少干擾信號 在可用信號中所占的比例 ， 它 實際上是一個程序濾波。為了進行準(zhǔn)確測量和控制，必須消除被測信號中的噪聲和干擾。主動初始化不僅要保證上電復(fù)位后程序能正確地實現(xiàn)各種初始化，而且在程序中每次檢測前都進行寄存器的刷新。開機自檢程序通常包括對 RAM、ROM、 I/O 口 的 狀態(tài) 進行 檢測。 軟件抗干擾成本低，見效快，有事半功倍的效果。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第五章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 35 圖 58 報警系統(tǒng) 子 程序流程圖 軟件抗干擾技術(shù) 由于干擾信號 產(chǎn)生的原因錯綜復(fù)雜，且具有很大的隨機性，因此，系統(tǒng)難 免 會受到干擾 。 為安全起見，本設(shè)計中轉(zhuǎn)彎允許最大車速設(shè)為實際計算允許最大車速的 90%。當(dāng)轉(zhuǎn)彎時，如果車速大于轉(zhuǎn)彎允許的最高車速，就會出現(xiàn)向心力不足，汽車飛離跑道的現(xiàn)象發(fā)生，為避免事故發(fā)生，系統(tǒng)設(shè)計了報警功能。 顯示程序流程圖如圖 57 所示。 圖 56 車速檢測 子程序 流程圖 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第五章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 34 方向盤角度 顯示 子程序 顯示 模塊是將最終要測量的值 直觀地顯示出來 ，為 使用者提供必要的系統(tǒng)運行 狀態(tài)。通過脈沖的計數(shù)值可求得在 內(nèi)汽車行駛的總路程，從而計算出汽車的車速。 圖 54 程序判斷濾波 子程序 流程圖 路面傾角檢測模塊的程序流程圖如圖 55 所示。 程序判斷濾波法是根據(jù)經(jīng)驗判斷確定兩次采樣允許的最大偏差 ΔY，若先后兩次采樣值的差大于 ΔY，則本次采 樣表明輸入信號是干擾信號，應(yīng)該去掉 ；若小于 ΔY，則本次采樣值有效。只是在路面傾角檢測時 ，由于汽車的顫動，可能會導(dǎo)致電位器產(chǎn)生誤測。方向盤角度檢測子程序流程圖如圖 53所示。 圖 52 ADC工作流程 圖 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第五章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 31 方向盤角度檢測子程序 方向盤轉(zhuǎn)動后帶動電位器轉(zhuǎn)動，電位器的輸出電壓也隨著變化。轉(zhuǎn)換結(jié)束后， ADC 結(jié)果被送入 ADC 數(shù)據(jù)寄存器，且 ADIF 標(biāo)志置位。如果在轉(zhuǎn)換過程中選擇了另一個通道，那么 ADC 會在改變通道前完成這一次轉(zhuǎn)換。 在 ATmega16 單片機中，向 ADC 啟動轉(zhuǎn)換位 ADSC位寫“ 1”可以啟動單次轉(zhuǎn)換。采集是將被測對象的狀態(tài)量通過檢測傳給單片機，數(shù)據(jù)采集軟件部分涉及 A/D轉(zhuǎn)換程序。 圖 51 方向盤角度檢 測系統(tǒng)軟件主流程圖 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第五章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 30 ADC 轉(zhuǎn)換子程序 數(shù)據(jù)采集 是系統(tǒng)構(gòu)成 的重要部分。數(shù)據(jù)處理完之后，根據(jù)情況進行相關(guān)的顯示和報警。 系統(tǒng)初始化完畢之后，就進入數(shù)據(jù)采集與處理階段， 本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集包括電位器的電壓采集和編碼器的脈沖計數(shù)。 自檢無誤后，便進行初始化工作。 系統(tǒng)主程序 主程序開始即開機復(fù)位，使 CPU找到程序入口，同時完 成必要的集成電路芯片的初始電平設(shè)置。 方向盤角度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計 方向盤角度檢測系統(tǒng)軟件的 主要 功能是 以硬件設(shè)計為基礎(chǔ)，將硬件采集來的 數(shù)據(jù)進行處理，完成電壓與角度的標(biāo)度轉(zhuǎn)換 、車速 計算、車速 比較等 ，通過相應(yīng)的判斷進行顯示報警。 CVAVR 系統(tǒng)的安裝非常方便簡單，用戶只要執(zhí)行從網(wǎng)上下載的 CVAVR系統(tǒng)安裝 即可， 通過簡單的步驟 就可 以完成 CVAVR 的安裝。他不僅包括了 AVR C 編譯器，同時也是一個集成 IDE 的 AVR 開發(fā)平臺，簡稱 CVAVR 。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第五章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 28 第五 章 方向盤角度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計 AVR 單片機軟件開發(fā)環(huán)境介紹 本設(shè)計采用 C 語言進行單片機的軟件編程。對單片機 有一定的了解后，進行硬件的設(shè)計。 由于多圈電位器為接觸式傳感器，因此，在滑動觸點和電阻器的相互運動中，兩者會產(chǎn)生磨損，這影響到了電位器的使用壽命，因此，要定期對電位器進行潤滑。 2) PCB 布線原理 a：加粗地線 b：電源和地是從電源的兩端接到印刷板上來的 ，電源一個接點，地一個接點，印刷板上有多個返回地線，這些都會聚到電源的那個接地點上，就是所謂的單點接地。 1) PCB 板元件布局 a：線路板上的元件 應(yīng)盡量按直線進行排列； b：對于那些易產(chǎn)生噪聲的器件組成的電路，如電源線路等，應(yīng)與微弱信號電路分開布局，尤其是應(yīng)該遠離單片機的邏輯控制電路和存儲電路，如果可能的話，將這些電路另制成電路板，有利于抗干擾，提高電路工作可靠性。 4) 電源監(jiān)測：供電電壓出現(xiàn)異常時，給出報警指示信號或中斷請求信號。 2) 掉電復(fù)位：當(dāng) 電源失效或電壓降到某一電壓值以 下時，產(chǎn)生復(fù)位信號對系統(tǒng)進行復(fù)位。 3) 模擬信號采樣抗干擾技術(shù)。 電源干擾的抑制，通常可采用以下幾種方法： 1) 接地技術(shù)。這種電位器可以簡單實現(xiàn)出錯診斷。 兩路信號電位器可輸出兩路電壓信號，這兩路電壓信號相互補充，也就是信號 A 電壓 +信號 B 電壓 =輸入電壓。 1. 選擇良好的元器件與單片機 硬件抗干擾技術(shù)是系統(tǒng)設(shè)計時首選的抗干擾措施，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸通道。因此，減 小干擾可從這三個方面著手。 圖 48 系統(tǒng) 外部復(fù)位與 時鐘電路設(shè)計 系統(tǒng)的 硬件抗干擾技術(shù) 由于 硬件系統(tǒng) 各個元件性能特點不同，加上工作環(huán)境的影響，干擾的存在在所難免，因此，應(yīng)該對采取相關(guān)措施，減小系統(tǒng)干擾。電容 C C2 的大小一般在 20~30pF 之間，R2 與石英晶體并聯(lián)，作用是穩(wěn)定晶體的阻抗，提高震蕩電路的穩(wěn)定性。 本設(shè)計中，當(dāng)按下開關(guān) K 時，單片機的 RESET 引腳便產(chǎn)生一個低電平，從而實現(xiàn)單片機的復(fù)位。單片機復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時，提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電壓穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。轉(zhuǎn)換 電路如圖 47 所示。汽車上直接使用的為直流 +12V 電壓源，因此需要將 +12V 電壓轉(zhuǎn)換為 +5V 供單片機使用。 其它外圍電路設(shè)計 1. +5V電源設(shè)計 電源是系統(tǒng)的重要組成部分 ，它的穩(wěn)定與否涉及到線路是否能夠穩(wěn)定工作 。單片機輸出信號經(jīng)三極管 Q 放大驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲，本設(shè)計采用固定頻率的有源蜂鳴器。報警電路設(shè)計如圖 46 所示。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第四章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 23 圖 45 單片機與 LED的連接電路原理圖 報警模塊硬件設(shè)計 本系統(tǒng)在輸出電路上加上蜂鳴器作為聲音報警。為節(jié)省資源，本電路采用兩片 74HC595（ 8 位串行輸入 /并行輸出移位寄存器）來驅(qū)動數(shù)碼管，這樣大大節(jié)省了控制口資源。該方式的功耗較之靜態(tài)掃描要小。 使用數(shù)碼管顯示時，采用動 態(tài)掃描方式。數(shù)碼管其余三位顯示方向盤角度值，精確到 1176。 圖 44 測速環(huán)節(jié)電路原理圖 顯示模塊硬件設(shè)計 顯示模塊通過四位 LED 數(shù)碼管進行角度的顯示，其最高位為符號位。本設(shè)計采用 T/C1 產(chǎn)生 的定時中斷。 當(dāng)編碼器輸出一個脈沖，計數(shù)器的 TCNT0 便會加 1，這樣便會檢測出輸出的脈沖個數(shù)。 T/C0 的計數(shù)值保存在 8 位寄存器 TCNT0 中， MCU 可在任何時間訪問TCNT0。本設(shè)計采用 T/C0 定時 /計數(shù)器的計數(shù)功能對光電編碼器的輸 出脈沖進行計數(shù)。 ATmega16 單片機中有兩個 8 位的定時/計數(shù)器： T/C0 和 T/C2，還有一個 16 位的定時 /計數(shù)器 T/C1[9]。 路面傾角的檢測原理和方法同方向盤角度檢測地方法一樣，電路的硬件設(shè)計也相同，只是將單片機的 PA0 口換為 PA1 口，進行電壓采集，這里不再贅述。 IN5222 為 穩(wěn)壓管， 用于將 電源 Vcc(+5V)直流電壓穩(wěn)定在 ，從而供電位器分壓 采集。設(shè)計穩(wěn)壓電路 將 +5V 系統(tǒng) 電壓轉(zhuǎn)換為 供電位器 分壓 使用， 電壓采集部分 的電路設(shè)計如圖 43 所示。本設(shè)計采用單片機內(nèi)部 電壓參考源，因 此， 電位器的最高輸出電壓 不得超過 。ADC 包括一個采樣保持電路，以確保在轉(zhuǎn)換過程中輸入到 ADC 的電壓保持恒定。使用單端通道方式時，單端通道的輸入電壓不得超過 單片機的內(nèi)部參考電壓 ，否則，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果接近于 0x3FF。 如果使用差分通道，結(jié)果為： ( ) 5 1 2P O S N E G A I NREFV V GA D C V??? (42) 其中， POSV ：輸入引腳正電壓； NEGV ：輸入引腳負電壓； AING ：選定的增益因子。 ATmega16 有一個 10 位的逐次逼近型 ADC， ADC與一 個 8 通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進行采樣。單片機 ADC 轉(zhuǎn)換原理將在下一小節(jié)介紹。這兩個接口都有 ADC 轉(zhuǎn)換功能和采樣保持功能。 ATmega16 的 引腳 如圖 42 所示。 ATmega16 是基于增強的AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 本系統(tǒng) 硬件的 總體框圖 如圖 41 所示。汽車車速檢測采用旋轉(zhuǎn)編碼器，編碼器檢測的脈沖序列經(jīng)過處理，送入單片機計數(shù)口進行計數(shù)，通過單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)，可得出汽車車輪轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，從而得出汽車的速度。 該設(shè)計的數(shù)據(jù)檢測部分主