智能剎車模擬系統(tǒng)

丁亞峰 顧輝 王洪宇 何興臣

摘 要：現(xiàn)實(shí)生活中，有很多交通事故是由于以下原因而造成的，當(dāng)駕駛員面臨突發(fā)事件時(shí)，想要剎車減速，但在慌亂之下，猛踩了油門，導(dǎo)致事故的發(fā)生；車輛在轉(zhuǎn)彎時(shí)，速度過快，會導(dǎo)致車輛的側(cè)翻；有很多駕駛員會在行車期間接打電話，這樣分散了開車時(shí)的注意力，很容易造成追尾等事故。因此，我們設(shè)計(jì)了一種智能剎車系統(tǒng)，最大程度的保障人員安全。

關(guān)鍵詞：智能剎車；模擬系統(tǒng)；研究分析

系統(tǒng)方案：操作平臺系統(tǒng)包括單片機(jī)模塊、油門信號輸入模塊、剎車信號輸入模塊、車輛方向控制模塊、加速度測量模塊、緊急制動模塊、液晶顯示模塊、無線收發(fā)模塊、電源模塊。

操作平臺系統(tǒng)以STC12C5616AD單片機(jī)為控制核心，通過操作腳踏板和方向桿，向單片機(jī)輸入剎車、油門，以及轉(zhuǎn)彎的信號，使單片機(jī)做出判斷，發(fā)出相應(yīng)的指令，通過NRF24L01無線收發(fā)模塊發(fā)送信號給車輛并同時(shí)接收車輛反饋的信息；在油門腳踏板上安裝有MMA7455數(shù)字加速度傳感器模塊，根據(jù)腳踏板加速度的改變的程度，給單片機(jī)輸入信號，然后單片機(jī)向緊急制動模塊發(fā)出指令進(jìn)行剎車制動；液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示車輛的速度，腳踏板的加速度。

（1）操作平臺單片機(jī)模塊。采用STC12C5616AD作為控制核心，飛思卡爾芯片解密，增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051快8～12倍，寬電壓，外部掉電檢測電路，可在掉電時(shí)，及時(shí)將數(shù)據(jù)保存進(jìn)EEPROM，正常工作時(shí)無需操作EEP，低功耗設(shè)計(jì)。

（2）剎車信號輸入模塊。剎車信號輸入模塊，通過改變電阻來模擬制動踏板，給單片機(jī)輸入模擬制動信號，從而使單片機(jī)發(fā)出減速的指令。

（3）油門信號輸入模塊。油門信號輸入模塊，通過改變電阻來模擬油門大小，給單片機(jī)輸入模擬油門電壓信號，從而使單片機(jī)發(fā)出加速的指令。

（4）車輛方向控制模塊。為車輛方向控制信號輸入模塊，通過改變電阻來模擬控制車輛方向，給單片機(jī)輸入模擬車輛方向電壓信號，從而使單片機(jī)發(fā)出指令，改變車輛的運(yùn)行方向。

（5）加速度測量模塊。為加速度測量模塊，將MMA7455數(shù)字加速度傳感器模塊安裝在油門腳踏板上，實(shí)時(shí)測量腳踏板的加速度，將測量的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)，使單片機(jī)根據(jù)加速度的改變做出相應(yīng)指令。

（6）無線收發(fā)模塊。由于系統(tǒng)是用于控制小車的速度變化，從而達(dá)到演示效果，因此選擇無線模塊連接控制平臺和小車，讓演示效果更佳。NRF24L01內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調(diào)處理器、時(shí)鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。

（7）緊急制動模塊。光電耦合器驅(qū)動繼電器電路，該模塊由光電耦合器組成開關(guān)電路。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出緊急制動指令后，繼電器將銜鐵向下吸引，對剎車腳踏板施加壓力，進(jìn)行剎車減速。

（8）演示車輛單片機(jī)模塊。采用STC12C5410AD作為控制核心，加密性強(qiáng)，超強(qiáng)抗干擾，超低功耗，I/0驅(qū)動能力更強(qiáng)，內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，外部復(fù)位電路可完全省掉當(dāng)然可以繼續(xù)用外部復(fù)位電路。

（9）無線收發(fā)模塊。NRF24L01無線收發(fā)模塊電路，NRF24L01內(nèi)置地址解碼器、先入先出堆棧區(qū)、解調(diào)處理器、時(shí)鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。QFN24引腳封裝，外形尺寸只有5×5mm。

（10）角加速度測量模塊。MMA7455數(shù)字三軸加速度傳感器，MMA7455是一款數(shù)字輸出（I2C/SPI）、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械加速度計(jì)，具有信號調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償、自測、可配置通過中斷引腳（INT1或INT2）檢測0g、以及脈沖檢測（用于快速運(yùn)動檢測）等功能。0g偏置和靈敏度是出廠配置，無需外部器件。通過檢測Z軸加速度的改變，來判斷角加速度的改變。

（11）測距模塊。測距模塊電路，應(yīng)用紅外對管電路，測量前方路況，當(dāng)距車輛10m時(shí)有車輛或大型障礙，車輛會自動剎車減速。金屬封裝紅外線接收管，適用于各類光電轉(zhuǎn)換的自控儀器，傳感器，各類光電檢測器的信號光源。根據(jù)驅(qū)動方式可獲得穩(wěn)定光，脈沖光，緩變光.常用于控制，報(bào)警等方面。特點(diǎn)：采用反射功能的結(jié)構(gòu)形式，光功率較強(qiáng)，低驅(qū)動電壓，易與晶體管電路匹配.結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐震、可靠性高、金屬玻璃封裝器件，耐磨耐溫性好。

（12）電機(jī)驅(qū)動模塊。電機(jī)驅(qū)動對于PWM調(diào)速的電機(jī)驅(qū)動電路，主要有以下性能指標(biāo)：a.輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)。b.效率高的效率不僅意味著節(jié)省電源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防止共態(tài)導(dǎo)通（H橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路）入手。c.對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應(yīng)有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實(shí)現(xiàn)隔離。d.對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動。e.可靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負(fù)載，電路都是安全的。

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