【正文】 海老師不僅在學(xué)習(xí)上幫助我們，指導(dǎo)我們，更教會了我們很多做人做事的道理，對我們以后的生活和工作有很好的指導(dǎo)作用。他為我創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境及實(shí)驗(yàn)條件，并給予我精心的指導(dǎo)和耐心的教誨。在本課題的設(shè)計(jì)過程中，海老師給了我非常巨大的幫助。在論文的最后我要向那些給予我指導(dǎo)和幫助的人致以衷心謝意。3. 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，方向盤角度檢測系統(tǒng)的一些硬件可以做進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。由于設(shè)計(jì)者的知識水平有限，設(shè)計(jì)中難免有疏忽和考慮不周的地方，還需進(jìn)一步優(yōu)化：1. 方向盤角度檢測系統(tǒng)的硬件、設(shè)計(jì)中的一些數(shù)據(jù)，如：汽車前后輪的軸距、路面的摩擦系數(shù)等還需要大量的試驗(yàn)進(jìn)一步確定和改進(jìn)。可以肯定，隨著人們對汽車安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。特別是在車輛高速化的、駕駛?cè)藛T非職業(yè)化、車輛密集化的今天，針對不同的駕駛?cè)巳?，汽車的轉(zhuǎn)向安全顯得尤為重要。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。5. 根據(jù)系統(tǒng)需要，在軟件部分將采集來的方向盤角度、路面傾角、車速等信號進(jìn)行處理，通過綜合考慮，設(shè)計(jì)了方向盤的轉(zhuǎn)角顯示系統(tǒng)和轉(zhuǎn)彎時(shí)的安全報(bào)警系統(tǒng)。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、脈沖檢測以及數(shù)據(jù)處理等。2. 介紹了多圈電位器角度測量的原理和光電編碼器的基本測速原理。設(shè)計(jì)簡單，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。 本章小結(jié)本章首先對本系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了描述，簡單地介紹了CVAVR軟件，然后對系統(tǒng)的主流程圖及各個(gè)子系統(tǒng)的軟件流程圖做了詳細(xì)的介紹，最后介紹了幾種軟件抗干擾的措施。如果程序跳到這些未用區(qū)域，就會執(zhí)行無條件跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序出錯(cuò)“跑飛”處理程序。程序判斷濾波法：根據(jù)程序的判斷剔除明顯不合理的數(shù)據(jù)，必須舍棄。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。通常的濾波的方法有：算術(shù)平均值法、中值法、限幅法、一階慣性濾波法、程序判斷濾波法和遞推平均濾波法等。常見噪聲有兩大類：一類為周期性的，其典型代表為50Hz的工頻干擾，對于這類干擾信號，采用積分時(shí)間等于20ms整倍數(shù)的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，可有效地消除其影響；另一類為非周期的不規(guī)則隨機(jī)信號，對于隨機(jī)干擾，可以采用數(shù)字濾波方法予以濾除。3. 數(shù)字濾波技術(shù)[11]在單片機(jī)系統(tǒng)的模擬輸入信號中，一般均含有各種各樣的噪聲和干擾，它們來自被測信號源本身、傳感器及外界干擾等。2. 主動(dòng)初始化程序一經(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。常用的軟件抗干擾技術(shù)有：1. 開機(jī)自檢系統(tǒng)開始運(yùn)行后，首先對單片機(jī)系統(tǒng)的硬件及軟件狀態(tài)進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)非正常運(yùn)行，就進(jìn)行相應(yīng)的處理。除了在硬件上實(shí)施抗干擾措施外，軟件抗干擾技術(shù)有時(shí)候也是必要的，作為硬件措施的輔助手段。本設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)流程圖如圖58所示。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，提示駕駛員安全駕駛。圖57 方向盤角度顯示子程序流程圖 報(bào)警子程序車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于轉(zhuǎn)彎角度、路面傾角大小不同，轉(zhuǎn)彎時(shí)的最大允許車速也不同。本設(shè)計(jì)的采用LED對方向盤的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)角進(jìn)行顯示。車速檢測流程圖如圖56所示。圖55 路面傾角檢測模塊子程序流程圖 車速檢測子程序 采用T/C0的計(jì)數(shù)功能對光電編碼器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，采用T/。路面傾角檢測模塊的程序?yàn)V波子程序如圖54所示。為避免此現(xiàn)象發(fā)生，在檢測的時(shí)候必須有相應(yīng)的程序判斷濾波，以濾掉錯(cuò)誤的檢測值。圖53 方向盤角度檢測模塊子程序流程圖 路面傾角檢測子程序路面傾角的檢測原理和方向盤角度檢測原理完全一樣，因此軟件設(shè)計(jì)也差不多。輸出電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后，送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，將檢測來的電壓信號轉(zhuǎn)換為角度數(shù)值存儲，進(jìn)一步顯示。本設(shè)計(jì)ADC工作流程如圖52所示。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果為10位，存放于ADC數(shù)據(jù)寄存器ADCH及ADCL中。在轉(zhuǎn)換過程中此位保持為高，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，然后被硬件清零。電位器輸出的電壓信號需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換才能被單片機(jī)識別。對設(shè)備的狀態(tài)檢測、控制都要依據(jù)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)來分析判斷。 系統(tǒng)的主流程圖如圖51所示。數(shù)據(jù)處理完之后，要對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。初始化的作用就是設(shè)定處理器工作中所應(yīng)用的參數(shù)的初值。復(fù)位后，系統(tǒng)需要自檢，即對硬件電路進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤則停止運(yùn)行。軟件程序是設(shè)計(jì)的重要組成部分，軟件部分由主程序、ADC轉(zhuǎn)換子程序、方向盤角度檢測子程序、路面傾角檢測子程序、車速檢測子程序及數(shù)碼管顯示報(bào)警子程序等部分組成。CVAVR系統(tǒng)還可以進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，以便系統(tǒng)的程序調(diào)試。與其他的C語言開發(fā)平臺相比，CVAVR對位變量的支持，對大量的擴(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。Code Vision AVR是HP Info Tech專門為AVR設(shè)計(jì)的一款低成本的C語言編輯器，它產(chǎn)生的代碼非常嚴(yán)密，效率很高。硬件設(shè)計(jì)主要包括方向盤角度檢測模塊硬件設(shè)計(jì)、車速檢測模塊硬件設(shè)計(jì)、LED顯示模塊硬件設(shè)計(jì)、報(bào)警電路硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)電源模塊及單片機(jī)的時(shí)鐘復(fù)位電路硬件設(shè)計(jì)，并對硬件系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹。 本章小結(jié)本章首先對系統(tǒng)及硬件設(shè)計(jì)做了總體的規(guī)劃，做出了硬件框圖，然后對ATmega16單片機(jī)做了簡單介紹。c：對于模擬地，數(shù)字地都要匯集到接地點(diǎn)上來。c：時(shí)鐘產(chǎn)生器盡量接近CPU，引線要短而粗，I/O驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)靠近印刷板邊，時(shí)鐘、片選信號要遠(yuǎn)離I/O線。4. 對電路板進(jìn)行合理設(shè)計(jì) 對電路板合理設(shè)計(jì)方法有以下兩種。3) 數(shù)據(jù)保護(hù)：當(dāng)電源或系統(tǒng)工作異常時(shí)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的保護(hù)，如寫保護(hù)、后備電池切換等。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)。2) 隔離技術(shù)。圖49 帶檢錯(cuò)功能的電位器輸出電壓與方向盤轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系2. 抑制電源干擾單片機(jī)系統(tǒng)中的各個(gè)單元都需要使用直流電源，而電能在傳播過程中，由于傳輸線路的相互影響，及線路外部影響的存在，使得電源電壓不穩(wěn)或產(chǎn)生諧波，因此必須對電源電壓進(jìn)行相應(yīng)的穩(wěn)壓和濾波，以減少電源的干擾。如圖49所示。本設(shè)計(jì)中還可應(yīng)用兩路輸出的電位器，通過信號的互補(bǔ)，從而提高系統(tǒng)的可靠性。減小系統(tǒng)干擾的方法有硬件抗干擾和軟件抗干擾，這里先介紹硬件抗干擾的幾種方法。要形成干擾，必須有干擾源、干擾傳播和被干擾對象。系統(tǒng)的復(fù)位電路和時(shí)鐘電路如圖48所示。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。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，如果RESET引腳上有一個(gè)低電平，則CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。圖47 電源轉(zhuǎn)換電路2. 單片機(jī)外部復(fù)位與時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以便使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始工作。應(yīng)用LM7805CK穩(wěn)壓芯片，可直接將+12V的直流電壓轉(zhuǎn)換為+5V，提供單片機(jī)所需的電壓?！?，可利用+5V的穩(wěn)定直流電壓供電給單片機(jī)。電阻R6起限流保護(hù)作用。圖46 報(bào)警電路設(shè)原理圖圖中的輸出口可使用ATmega16單片機(jī)的任一I/O口，這里選用PA2口。經(jīng)過方向盤角度和地面傾角的檢測，可算出理論上轉(zhuǎn)彎時(shí)的最大車速，當(dāng)車速接近轉(zhuǎn)彎的最大理論車速時(shí)，蜂鳴器產(chǎn)生報(bào)警。顯示模塊的硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖45所示。由于4位數(shù)碼管組需要8位段碼、4位位碼，總共12個(gè)輸出口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，直接使用單片機(jī)I/O口來實(shí)現(xiàn)的話，會占用太多I/O口。在短時(shí)間內(nèi)逐個(gè)掃描數(shù)碼管，使人們看起來好像數(shù)碼管總為點(diǎn)亮狀態(tài)[10]。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(jì)顯示模塊通過四位LED數(shù)碼管進(jìn)行角度的顯示，其最高位為符號位。本設(shè)計(jì)采用T/。當(dāng)編碼器輸出一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器的TCNT0便會加1，這樣便會檢測出輸出的脈沖個(gè)數(shù)。T/C0的計(jì)數(shù)值保存在8位寄存器TCNT0中，MCU可在任何時(shí)間訪問TCNT0。本設(shè)計(jì)采用T/C0定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能對光電編碼器的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。ATmega16單片機(jī)中有兩個(gè)8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器：T/C0和T/C2，還有一個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)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(jì)也相同，只是將單片機(jī)的PA0口換為PA1口，進(jìn)行電壓采集，這里不再贅述。用于將電源Vcc(+5V)，從而供電位器分壓采集。設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路將+，電壓采集部分的電路設(shè)計(jì)如圖43所示。因此。ADC包括一個(gè)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(shí)，單端通道的輸入電壓不得超過單片機(jī)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： (42)其中，：輸入引腳正電壓； ：輸入引腳負(fù)電壓；：選定的增益因子。ATmega16有一個(gè)10位的逐次逼近型ADC，ADC與一個(gè)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(jìn)行采樣。單片機(jī)ADC轉(zhuǎn)換原理將在下一小節(jié)介紹。這兩個(gè)接口都有ADC轉(zhuǎn)換功能和采樣保持功能。A