基于單片機的汽車防誤踩油門安全系統(tǒng)

厲進步， 李明娟， 劉偉波， 高 斌， 訾 陽

(濱州學院 a. 飛行學院； b. 物理與電子科學系， 山東 濱州 256603)

0 引 言

汽車是當今社會中最主要的交通工具之一，隨著人民生活水平的提高，有車一族越來越多，相應(yīng)的交通事故也隨之增多。其中，由于慌亂、疲勞駕駛等原因本該踩剎車而誤踩油門引起交通事故的占很大一部分比例[1-4]。在緊急情況下，由于駕駛員大腦因緊張慌亂，特別是新手駕駛員更易忙中出錯，誤踩了油門，導致車輛不但不會停止，反而會加速沖向前方，從而造成更加嚴重的事故。如何更好地避免此類事故的發(fā)生，國內(nèi)外一些相關(guān)人員和機構(gòu)在此方面作了大量的研究，設(shè)計了較多的防誤踩的裝置，如油門制動聯(lián)動器、油門制動裝置等，但這些設(shè)計和研究仍存在一定的問題和缺陷，比如有些設(shè)計是純機械式的，系統(tǒng)的穩(wěn)定性難以得到保證[5-7]。針對上述不足，本設(shè)計在前人研究的基礎(chǔ)上對油門防誤踩裝置作了進一步的改進，以更有效地減少或避免因油門誤踩而引起的交通事故，最大限度地保證駕駛員和車輛的交通安全。

1 系統(tǒng)組成及基本工作原理

1.1 系統(tǒng)組成

汽車防誤踩油門安全系統(tǒng)包括：STM32單片機、電源模塊、穩(wěn)壓電路、電子油門踏板裝置、語音模塊、超聲波測距模塊、mpu6050(陀螺儀+加速度)模塊、車燈轉(zhuǎn)向模塊和車體部分。

1.2 基本工作原理

汽車防誤踩油門安全系統(tǒng)以STM32F107單片機作為主控制器：① 汽車行駛中當出現(xiàn)緊急狀況時，司機容易誤將電子油門踏板裝置當成剎車踩，在這種情況下，系統(tǒng)會綜合電子油門踏板移動的加速度和超聲波測得前方物體的距離采取緊急處理措施和進行語音報警提示；② 高速行車時，當自身車體與前方物體的靠近加速度過大時，語音模塊會提醒司機減速行駛；③ 夜間轉(zhuǎn)彎時，系統(tǒng)會根據(jù)mpu6050(陀螺儀+加速度)傳感器的狀態(tài)來控制前照燈是否轉(zhuǎn)向，從而減少司機盲區(qū)。

2 系統(tǒng)軟硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1.1電子油門踏板

電子油門踏板是指電子節(jié)流閥控制加速踏板機構(gòu)(Electric Throttle Control Accelerator Pedal Mechanism,ETC-APM)[8]，它的功能是響應(yīng)駕駛員對發(fā)動機動力的需求，提供一個電壓信號給動力總成控制模塊(ECU)。

2.1.2單片機(STM32F107)

STM32的標準外設(shè)包括10個定時器、2個12 b 1-Msample/s AD(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)(快速交替模式下2M sample/s)、2個12 b DA(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)、2個I2C接口、5個USART接口和3個SPI端口和高質(zhì)量數(shù)字音頻接口IIS。STM32F107擁有全速USB(OTG)接口，兩路CAN2.0B接口以及以太網(wǎng)10/100 MAC模塊，其強大的外設(shè)資源完全能夠完成本系統(tǒng)的設(shè)計[9-11]。

2.1.3姿態(tài)傳感器(mpu6050)

姿態(tài)傳感器(mpu6050)具有功耗低、控制簡單、體積小的優(yōu)點，不僅有利于降低系統(tǒng)功耗還能節(jié)省車體空間。

2.1.4超聲波測距傳感器(KS103)

超聲波測距傳感器(KS103)探測范圍為1～800 cm，探測頻率可達500 Hz。本傳感器使用 I2C/串口接口與主機通信，采用獨特的可調(diào)濾波降噪技術(shù)，電源電壓受干擾或噪音較大時，仍可正常工作。

2.1.5語音模塊(BMP5008)

語音模塊采用BMP5008系列新型多段語音錄放板，外加SPI接口的NOR FLASH的全新設(shè)計思路。用戶可自由定義6個I/O口的觸發(fā)功能為單段觸發(fā)放音還是62段(8421 并行編碼)地址選段放音。

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.2.1軟件控制基本策略

當踩下踏板的加速度大于設(shè)定值時[12-13]，語音模塊會自動報警，同時單片機會綜合超聲波測得前方障礙物的距離來控制車速；當踩下踏板的加速度小于設(shè)定值時汽車正常加速行駛。超聲波測得與前方物體的距離較近時，語音模塊會提醒司機注意行車安全。

汽車轉(zhuǎn)彎時，單片機讀取mpu6050數(shù)據(jù)并進行卡爾曼濾波，進而控制車燈轉(zhuǎn)向，以減小夜間視野盲區(qū)。

以圖1所示時序圖1 Byte必須保證是8 b長度。數(shù)據(jù)傳送時，先傳送最高位(MSB)，每一個被傳送的字節(jié)后面都必須跟隨一b應(yīng)答位(即一幀共有9 b)。如果一段時間內(nèi)沒有收到從機的應(yīng)答信號，則自動認為從機已正確接收到數(shù)據(jù)。KS103在發(fā)送完探測指令后，需要等待一段時間方可以獲取正確的16 b I2C數(shù)據(jù)。而對我們來說，只知道最大探測時間，但并不確知實際每次的探測時間。KS103采用了探測結(jié)束智能識別技術(shù)，探測過程中SCL將一直保持為低電平，用戶可以通過查詢SCL線是否變?yōu)楦唠娖絯hile(!SCL)語句來等待，SCL線變?yōu)楦邉t表明探測完畢， 可以開始通過 I2C總線接收到 KS103探測到的16 b數(shù)據(jù)。

圖1 IIC數(shù)據(jù)傳送格式

2.2.2系統(tǒng)程序及結(jié)構(gòu)

#include "stm32f10x.h"

#include "stm32_eval.h"

#include "stm32f10x_adc.h"

#include "stm32f10x_dma.h"

#include "iic.h"

#include "stm32f10x_tim.h"

#include "stm32f10x_gpio.h"

#include "stm32f10x_it.h"

#include "chaoshengbo.h"

#include "USART.h"

#include

#define pwm1 TIM1->CCR1

#define pwm3 TIM1->CCR3

#define pwm4 TIM1->CCR4

int main(void)

{

unsigned char i;

u8 count,ave1=0,ave2=0,b=1;

uint16_t data;

system_init();

while(1)

{GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_12); GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_13);

GPIOB->IDR=GPIOB->IDR&0x000F;

data=GPIOB->IDR;

if((data&1<<0)&&(b==1))

{GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_8);

pwm1=1650;

pwm3=1650;

for(i=0;i<200;i++)

{

pwm1=pwm1-2;

pwm3=pwm3-2;

Delay(40);

}

b++; GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_8);

}

if((data&1<<1)&&(b==2))

{

pwm1=1250;

pwm3=1250;

for(i=0;i<255;i++)

{

pwm1=pwm1+2;

pwm3=pwm3+2;

Delay(40);

}

b++;

}

if((data&1<<2)&&(b==3))

{GPIO_ResetBits(GPIOE,

GPIO_Pin_9);

pwm1=1760;

pwm3=1760;

for(i=0;i<125;i++)

{

pwm1=pwm1-2;

pwm3=pwm3-1;

Delay(40);

}

b++;

GPIO_SetBits(GPIOE,

GPIO_Pin_9);

}

if(result1<40)

{GPIO_ResetBits(GPIOD,GPIO_Pin_6);

}

}

}

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

3 結(jié) 語

本設(shè)計是提高汽車駕駛員行車安全系數(shù)的系統(tǒng)。測距傳感器測量車體到障礙物的距離，并把接收到的回波信號傳送給單片機。單片機接收到回波信號會自動判斷當前車距是否在安全距離內(nèi)，當距離較近時語音模塊會自動報警。電子油門踏板內(nèi)的位置傳感器檢測踏板踩下的深度，并把傳感器的數(shù)值送給單片機，如果單片機檢測到微小時間內(nèi)踏板移動位置較大[14-16]，它會綜合超聲波所得的信號自動調(diào)整行車速度，緊急情況下會自動停車，最大限度地保護人和車的安全。

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