基于單片機的電動車安全防撞系統設計 2 2 2 2 21.5系統整體設計思路 3 4 4 4第2章測距裝置設計 52.1激光雷達 52.3紅外線測距 52.4超聲波測距 52.5毫米波測距 6第3章硬件電路設計 73.1AT89C51單片機控制芯片 7 73.1.2AT89C51單片機的主要特性 73.1.3AT89C51單片機的功能特性 73.1.4AT89C51的管腳說明 73.1.5AT89C51的引腳 9 13.3硬件電路圖 1 4.1模塊設計 4.1.1超聲波測距模塊 4.1.2電機減速模塊 4.1.3報警模塊 4.2系統軟件流程設計 附錄1測距的程序 1設計一款基于AT89C51單片機的智能防撞系統。該控制系統以AT89C51單片機22、鼓剎：主要依靠機械傳動，相較于碟剎來說剎車阻力臂小，價格低廉，剎車3、抱剎：與鼓剎相同主要依靠是機械傳動，剎車阻力臂相差不多，在開始的時4、EABS電子剎車：當前市場上，電動車主要采用的是EABS電子剎車，主要的工作原理是根據無刷系統的電子換向進行編程，實現控制電機轉變不同的運動狀1.3電動車的車速限制根據國家規定，電動車行駛過程中車速不得高于25km/h,電池電壓在36伏以下，功率在400瓦以下。因為電動車行駛過程中如果車速過快，則很容易導致交通事故3動、進退、速度、停止以及電動車的其他電子器件。它必須具有11大功能。如表1所示。表1電動車功能功能功能解釋自檢功能障排出后他就會自動恢復12]限速功能按下限速開關，電動車智能不超過20km/h的速度行可以調節車速的加、減速。限流保護遠超出額定的電流。一旦時間過長就會燒毀電機。因此需要欠壓保護剎車斷電在剎車時，剎車信號通過線路傳遞給控制器，會防飛車功能現在防飛車功能幾乎每個電動車都會有，可以大大提供安全性巡航功能就是在爬坡的時候可以助一下力，或者是在剛剛起步時助力，強制用電一防盜功能除報警，并且鎖死電機3。反充電功能然而它卻沒有當電動車距離障礙物近了時候自動剎車的時候，騎手稍微不注意就很容易發生碰撞。現在的年輕人大部分都邊騎著車邊玩手機，注意力不集中，很容易造成交通事故。所以基于此，要設計一個防碰撞安全系統。設計一個智能輔助系統，系統原理如圖1。微處理器微處理器距離傳感器障礙物圖1系統原理4通過AD引腳被讀取，采集范圍為0~255,0表示檢測不到障礙物，255表示距離物體C語言是一種通用的語言，幾乎所有的大型軟件都是用C語言編寫的提高很多6;沒有嚴格的語言限制；還可以直接訪問物理地址，實行對硬件的操作；生成的程序代碼質量很高，程序執行效率快等等。所以選用C語言進行軟件的編程。使用C語言編寫單片機代碼不二之選就是Keil,Keil是一款兼容單片機C語言動的電路仿真，可以仿真51系列、plc等常用的主流單片機，具有非常的電子設計開發環境，因此本設計選用了Proteus軟件進行電路仿真。5第2章測距裝置設計電荷電子耦合元件是半導體器件簡稱稱為CCD。CCD能把各種光學影像轉換成因此，它也常常被用在軍事上作為千米測距的儀器使用8。超聲波的頻率是超過了20000HZ的，超聲波具有強大的穿透力、具有強大的能6太使用了。超聲波測距儀的使用范圍大都是短距離測距的錯誤!未找到引用源。O種在頻譜中通過1~10毫米和頻率為30吉赫~400吉赫的毫米波進行測量的方式10]。毫米波紅外線黑暗穿透力好全天候穿透力差差差差一般低高低一般低一般高低氣候影響小大大大小高一般一般高低的限制，在4.5米左右內，人可以作出反應所以選用超聲波雷達測距。本次設計的雷達測距傳感器電路圖如圖2所示7第3章硬件電路設計AT89C51單片機是一款8位的微型計算機，它的功能較為強大，并且消耗的能是屬于上電即可擦除的，而且它的訪問速度也很快，正是這些原因使得C51單片機勢。它可以兼容51單片機內部的所有指令，它還具備的一個優勢就是單片機在對數據存儲器編輯時既可以使用編譯功能也可用常規編程器編程。EEPROM的寫入和擦除時間都非常短，相比較其它系統而言，這個速度是非常快的，這就展現了C51單它可以兼容MCS-51,內部的FLASH存儲器的大小是4K字節的，同時有32個I/O□,還有兩個定時器/計數器，這兩個定時器都是16位的，內部的數據可以在其中保留10年的時間[12。它在全靜態工作時的頻率處于0-24MHz,內部還包含數據存AT89C51包含了如下功能：4字節的Flash存儲器、數據存儲器和程序存儲器、4組共32個I/O□、定時器和計數器、兩個中斷、用作通信的串口、復位電路、時鐘兩種節電工作模式當中自主進行選擇。在空閑工作方式時，CPU是已經停止了工作PO□:有八個I/O□,它們都是漏極開路的，每個管腳都可以吸收TTL門電路。8P1□:P1□也一共有八個I/O□,這八個I/O□當中都帶接收TTL門電流。給P1□寫入1之后，P1□管腳的電位就會通過上拉電阻拉高成高P2□:P2□也一共有八個I/O□,這八個I/O□當中都帶接收TTL門電流。給P2□寫入1之后，P2□管腳的電位就會通過上拉電阻拉高成高電平，此時就可以用作輸入。在作為輸入的時候，P2的管腳會變成低電平，此時就會從管腳當中輸出電流，這都是內部上拉電阻帶來的。當把P2□用作外器時，它就能夠對選中地址的高八位進行輸出。在給地址寫入1時，P2□就會通過P3□:P3□一共包含了8個I/O□,并且它們的內部都帶有上拉電阻，可以用來接收發送數據。當給P3□置為高電P3□第二功能，如表2RXD(串行輸入口)TXD(串行輸出口)INT0(外部中斷0)INT1(外部中斷1)T0(計時器0外部輸入)T1(計時器1外部輸入)WR(外部數據存儲器寫選通)RD(外部數據存儲器讀選通)振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別是反相放大器的輸入輸出端，可以使用石晶晶振蕩。如果使用外部時鐘源對器件進行驅動，XTAL2就不需要連接。如果使用的93.1.5AT89C51的引腳由于AT89C51的各種特性和性能，使用AT89C51構成一個最小系統，該系統的電路如圖4所示。圖4最小系統圖復位電路時一種使電路恢復到原始狀態的裝置。如圖5所示。圖5復位電路因為AT89C51單片機需要高電平復位。當整個電路處于一個平穩狀態時，10uF的非電解電容起到了隔離電流的作用，電源電壓為5V,上方的復位鍵是彈起的狀態，左邊部分電路沒有產生電位差，因此RST電壓為零。電容C3進行充電，負離子往左移動，正離子往右充電，這個時候電容相當于一跟導線，電壓全部加在了R5電阻上，隨著電容充電越來越多，快充滿電的時候電流就會很小，一直到電容全部充滿時，就不會產生電流了，這個時候RET和EA電位也就相等了。當復位鍵按下之前，RST的電壓為0V,當按下按鍵后電路導通，同時電容也會在瞬間進行放電，RST會處于高電平復位狀態。當松開按鍵后就和上電復位類似了，先是電容充電，后電流逐漸減小直到RST電壓變0V的過程。按下按鍵的時間通常都會有幾百毫秒，這個時間足夠復位了。按下按鍵的瞬時，電容兩端的電壓會被接通，此刻會有一個瞬間的大電流沖擊，產生了局部范圍內的電磁干擾，為了抑制這個干擾，在電回路中串入一個10歐的電阻來限流。3.2.2晶振電路圖6振蕩電路AT89C51單片機的處理速度是由晶振的振蕩頻率來決定的，頻率越大處理速度越快，所以晶振頻率11.0592MHz。由于單片機電源電路來自于電動車里的電路36V,而單片機需要的是5V,所以需要設計一個轉換電路，如圖7所示。根據要求設計了外圍電路，使用的元件如表3所示，其連接關系如圖8所示。圖8硬件電路圖元件名稱參數數量(個)1元件名稱數量(個)電阻3電容211雙極管1電阻器包1晶體管1非電解電容2電壓調節器11電阻2第4章軟件的設計障礙物障礙物果前方有人或車，則聲波會反饋到接收器，并且發回AT89C51接收，這個過程所需要的時t。根據公式：可以得出車輛與電動車之間的距離，程序見附錄NY電機驅動流程圖如圖10所示：系統開始，獲取距離，當車輛與障礙物之間的距離是否需要躲避障礙時，如果需要躲避障礙時，就調節PWM值，使電機減速。如果不需要，就保持原狀態。完成后繼續循環系統。開始開始N<報警距離?Y結束圖11蜂鳴器報警流程圖報警流程圖如圖11所示：系統開始，獲取距離，是否達到報警距離當距離，如4.2系統軟件流程設計獲取當前距離，然后進行距離判別：如果距離大于450厘米，則系統報警器不會報警，開始循環，如果小于450厘米，則系統開始進行下一個循環。當距離在200~450cm之間時，電機開始減速，同時報警器不會報警，繼續循環系統。當距離在在于50~200cm時，則電機減速，同時報警器開始報警，繼續循環系統。一旦距離小于50cm時，就會啟動剎車，電機開始斷電，程序結束。只要車輛與障礙物距離大于50cm,電源供電，這個系統會一直循環往復執行下去，系統軟件使用C語言進行編程，程序見附錄2,其流程圖如圖12所示。S↓W大于450大于200大于50↓啟動剎車W↓ETT電機減速1圖12程序流程圖第5章結論使電動車車速自動改變，降低車禍的發生率，保障騎行者生命安全。通過對圖8的電路進行仿真可知：電機加速需要人為去轉動握把去加速，超過4.5米就不會減速。當車輛距離障礙物相差4.5米之內時，電機已經開始減速，而且在0.5五米內，電機的轉速停止，剎車系統啟動，實現了設計要求。揚聲器在車輛距離障礙物2米內時，揚[1]徐倩.GB17761-2018《電動自行車安全技術規范》解讀[J].中國質量技術監督，2019(03):61-63.[2]付曼娜.淺議電動車控制器的功能與改進[J].南方農機，2019,50(11):211.[3]劉亞榮，謝曉蘭，覃偲蕓.新型電動車防盜報警系統設計[J].現代電子技術，2020,43(19):152-154.[4]張曹兵.基于PMSM兩輪電動車控制器的設計與研究[D].東南大學，2019.[5]葉曉龍.51單片機C語言編程技巧探討[J].信息與電腦(理論版),2019(04):[7]寧萬龍.計算機中C語言的應用特點分析[J].造紙裝備及材料，2020,49(01):[8]郭東暉.汽車行駛中防碰撞智能控制系統設計[D].蘭州交通大學，2018.[9]羅寧，李柏年，楊昊，張時杰，張思睿，劉承橋.基于紅外測距傳感器的倒車雷[10]王慧文.基于駕駛員反應特性的縱向防碰撞預警系統[D].吉林大學，2018.[11]劉嬌璇.基于80C51單片機的干式變壓器溫度控制系統設計[J].變壓器，2013,50(01):30-32.[13]鄒顯圣.單片機實用接口技術[M].大連：化學工業出版社，2020[14]孫寶法.單片機原理及應用[M].北京：清華大學出版社，2014.[15]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2017.附錄1測距的程序include<reg52.h>//包含80unsignedcharerrorft}{}voidTimerOInterrupt(void)interrupt1{{}{voidStartModule(void)/開始模塊，根據手冊得知將TRIG拉高20us左右_nop_();unsignedintultrasonic_distance()/1,通過測量高電平的時間來得到就可以計算出兩者間的距離，計算公式就是：距離=高電平時間與聲速的乘積最后在除以2{{}}超聲波初始化函數#ifndef_SR04_H_#define_SR04_H_unsignedintultrasonic_distance