基于单片机的智能汽车安全行驶控制系统

1、基于单片机的智能汽车安全行驶控制系统摘要：交通事故已经影响社会的安定,因醉酒驾车、汽车爆胎、汽车相撞、夜间光线引起的交通事故占主要比重，据此，我们提出了一种基于单片机组的智能汽车安全行驶控制系统，系统由醉酒驾驶预防系统、轮胎压力监测系统、汽车碰撞预警系统和汽车前照灯自适应系统四个子系统。该系统自动测量、智能化程度高；功耗低；成本低廉，采用单片机组，相对于一片高级微控制器的成本价格极低，适合做工业生产推广。关键词：单片机 传感器 AFS1.问题的背景随着社会经济的不断进步和高科技的飞速发展，在日常工作和生活中，汽车已成为人们理想的交通工具。汽车在带给人们方便的同时，也使得交通事故频繁发生，并由此造成了人员伤亡及经济财产的损失，因此汽车驾驶的安全性已经成为人们关注的焦点。交通事故已经影响社会的安定，2006年，全国共发生道路交通事故378781起，造成89455 人死亡，造成469911人受伤，直接财产损失18.8亿元。据公安部有关负责人介绍，其中发生一次死亡10人以上特大交通事故38起。2006年发生的道路交通事故中，机动车驾驶人交通违法违规导致死亡人数明显下降。共造成76350人死亡，

2、下降16.2%。其中，因超速行驶、疲劳驾驶、酒后驾驶导致死亡人数分别占26.3%、25.6%和21%。酒后驾车容易发生交通事故，为了减少或杜绝这种现象，通常是采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以确定驾驶人员是否饮酒。目前，市场上警用酒精测试仪种类繁多、功能强大、灵敏度高，但是由于它没有安装在汽车内部，只能由交警人员来实施，因此并不能从根本上杜绝酒后驾车，酒后驾车事件仍时有发生。自汽车诞生100多年来，汽车爆胎造成的重大交通事故一直是困扰汽车界的技术难题。尤其在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。据相关统计资料数据表明，目前我国在高速公路上发生的交通事故有70%80%是由于轮胎问题引起的，其中将近50%为爆胎事故。怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个重要课题。据专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键。汽车的碰撞安全技术是汽车安全技术中最难也是最核心的部分，对公路交通事故的分析表明，80以上的车祸是由于驾驶员反应不及引起，超过65的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞。而在夜间发生交通事故的比

3、例却占事故总数的50%,灯光是影响行车安全的重要因素。前照灯是汽车在夜间或在能见度较低的条件下，为驾驶员提供车道照明的重要设备，也是驾驶员发出警示、进行联络的灯光信号装置。为了保证夜间汽车行驶安全，车辆前照灯应最大限度的照明车辆前方道路和障碍物。所以，前照灯必须有足够的发光强度和正确的照射方向。然而目前大多数汽车上安装的普通前照灯具有固定的照射范围，当夜间汽车行驶在弯道时，由于无法及时调节照明角度，常常会在弯道内侧出现盲区，严重威胁夜间行车安全。2.问题的解决基于以上出现的因醉酒驾车、汽车爆胎、汽车相撞、夜间光线引起的交通事故，我们提出了一种基于单片机组的智能汽车安全行驶控制系统，既廉价又多方面控制。针对防止醉酒驾车，我们设计了基于单片机的超低功耗酒精探测控制仪。当驾驶人员进入驾驶室后，可以自动对酒精浓度进行探测，以确保行车的安全。系统可以根据检测到的酒精含量是否超标控制汽车点火器打开或者关闭，如果超标，则驾驶人员无法启动汽车，因此从根本上杜绝了酒后驾车的出现。该系统具有性价比高，智能化程度高，工作稳定可靠的优点。针对防止汽车爆胎，我们采用一种主动安全技术产品，它采用无线传输技术，通过

4、胎压监测模块和接收模块，对在行使过程中的汽车轮胎气压、温度实时自动地监测，对轮胎漏气、低压、温度过高进行报警，即在发生事故前发出警报，提醒驾驶员采取措施，以防止爆胎事故的发生，为汽车驾驶者提供更可靠的保障。此外还有延长轮胎使用寿命，节省燃油的功能。针对防止汽车相撞，我们采用研制一种简单可靠，使用方使，能自动检测距离装置，发现汽车距离障碍物小于安全距离时给驾驶员发出报警提醒的安全系统具有实际意义。由于超声波检测具有快速准确性等优点，采用超声波检测芯片来实现碰撞预警功能。针对夜间光照引起的交通事故，我们设计了汽车自适应系统，通过对车速、方向盘转角和扭矩信号的采集，及时地对大灯进行调节，不断调整两侧大灯的照射范围，使得灯光与汽车的当前行驶方向始终一致，确保了驾驶员在任何时刻都拥有最佳可见度，大大提高了夜间行车安全性。3.系统的总体设计基于以上出现的因醉酒驾车、汽车爆胎、汽车相撞、夜间光线引起的交通事故，我们提出了一种基于单片机组的智能汽车安全行驶控制系统，系统由醉酒驾驶预防系统、轮胎压力监测系统、汽车碰撞预警系统和汽车前照灯自适应系统四个子系统。系统的结构框图如下。智能汽车安全行驶控制系统单

5、片机组（4片）醉酒驾驶预防系统轮胎压力监测系统汽车碰撞预警系统汽车前照灯自适应系统图1 系统的总体设计4.子系统1醉酒驾驶预防系统4.1醉酒驾驶预防系统工作原理系统采用超高灵敏度酒精传感器，超低功耗单片机系统，自动探测酒精浓度的方法，可以防止驾驶人员逃避检测，以判断驾驶员是否是酒后开车，系统总体设计如图2所示。该系统可放置在汽车仪表盘位置，当司机发动汽车时，探测控制仪启动，此时发动机处于被锁状态，汽车无法启动。酒精传感器加热后，探测控制仪对酒精传感器探测的气体信号进行检测。由于酒精含量与酒精传感器检测后产生的电压信号成特定的比例关系，因而可根据电压信号进行酒精含量的判断。检测到的信号经过放大和滤波之后，通过单片机内置的12位ADC转换为数字信号，由单片机对此信号进行处理判断，假设酒精含量没有超标，LCD显示屏幕显示当前酒精浓度，同时正常指示灯亮起，控制继电器不起作用，汽车随之启动；反之，则进行声光报警，控制继电器切断点火装置电源，驾驶人员无法启动汽车，从根本上实现控制酒后驾车。汽车启动后，控制仪随即进入低功耗状态，只有酒精浓度探测电路一直工作，一旦驾驶人员驾驶过程中饮酒，控制仪立即恢复

6、到正常工作状态。图2 系统总体结构4.2醉酒驾驶预防系统硬件设计4.2.1主控电路设计主控电路如下图。图3 系统主控电路示意图4.2.2酒精检测电路酒精检测电路由高精度酒精传感器、信号调理放大电路、滤波电路和单片机内置12位ADC等组成，如图4所示。主要功能是检测酒精含量，判断其是否超标。酒精传感器采用旁热型半导体式酒精气敏元件MQ3，它对乙醇蒸汽具有很高的灵敏度和良好的选择性，快速的响应恢复，长期的寿命和可靠的稳定性，探测范围为101000ppm，尤其适用于酒后驾驶人员的检测。信号调理放大电路前级采用美信公司生产的高精密运放MAX4238来实现，它具有1pA的偏置电流，2V的偏置电压，超低温漂，良好的性能。后级放大采用常用的OP07C运算放大来实现，滤波芯片采用美信公司生产的开关电容型引脚可编程集成滤波器MAX266来实现，具有比普通RC滤波电路更优异的性能。图4 酒精检测电路图4.2.3指示灯和液晶显示电路指示灯电路有红绿黄三个指示灯，红灯是电源指示灯，工作时亮；绿灯是检测提示灯，因为酒精探头需要一定时间加热，才能达到理想的灵敏度，加热时间到，绿灯亮，表示可以进行浓度探测；黄灯为报

7、警指示灯,黄灯不亮，表示可以行车；当黄灯亮时，表示酒精浓度超标，不可以驾驶，同时黄灯闪烁的频率越高，酒精浓度越高。液晶显示电路用来显示测定得到的酒精的浓度。液晶显示电路采用LCM128645ZK，这是一款低功耗的点阵图形式LCD，可以工作在 3.3V供电的情况下，显示格式为128（列）64（行），具有多功能指令，内部带有中文字库，既可以工作于串行方式又可以工作于并行方式，很容易与 16位的单片机相连。本系统中与单片机的连接采用并行工作模式，如图5所示。4.2.4继电器控制电路本电路受单片机P2.4控制，相当于开关，控制点火装置的打开和关闭、车灯的亮灭和喇叭的响与不响。是系统中非常重要的执行单元。4.2.5报警和键盘电路利用蜂鸣器作为报警器，当酒精含量超标时，发出禁止行车警告音；不超标时，发出允许行车提示音。由P1.7驱动蜂鸣器来实现。因为单片机有足够多的I/O引脚，因此系统的键盘电路采用独立式键盘，如图5所示。采用中断的方式工作，可以设定酒精探测控制仪的系统参数，比如设定的报警的酒精浓度等。图5 键盘显示和指示灯电路图4.3醉酒驾驶预防系统的软件设计软件部分根据系统功能进行模块化编程。

8、控制仪主程序流程图如图6所示，实现酒精含量检测、酒精含量是否超标判别、酒精含量显示、声光报警等功能。系统初始化后，对酒精传感器进行加热，自动进入测量状态，然后采集酒精含量电压信号，与设定的精度浓度进行比较，如果高于这个浓度，则显示该浓度，并进行声光报警，同时切断点火电路，驾驶人员不能发动汽车；如果低于这个浓度，则显示所测的浓度，同时启动发动机。图6 控制仪主程序流程图5. 子系统2轮胎压力监测系统5.1轮胎压力监测系统的工作原理图7 轮胎压力监测系统系统框图由图7可知，该监测系统由胎压监测模块和中央接收模块两个主要部分组成。其中胎压监测模块安装在汽车轮胎内，该模块带有传感器和无线发射装置，主要用来监测轮胎内的气压和温度并把监测到的数据通过发射装置发送给接收模块；中央接收模块安装在驾驶室操作盘附近，带有无线接收装置、声光报警模块和液晶显示模块，无线接收装置接收到胎压监测模块发送来的数据，将各轮胎的气压和温度由液晶显示模块显示，驾驶者通过显示模块即可掌握各个轮胎的气压和温度状况，当轮胎气压、温度发生异常将要出现危险征兆时，就会通过声光报警模块自动报警，以提醒驾驶者减速慢行或做相应的检查和检

9、修，从而保证行车的安全以及轮胎保持在正常运行状态。此外，为了系统功能的更新和维护方便，该模块还保留了与上位机的USART通信接口。5.2轮胎压力监测系统的硬件设计轮胎压力监测系统的硬件设计主要分为胎压监测模块和中央接收模块两大部分。5.2.1轮胎压力监测模块硬件设计由图8可知，胎压监测模块硬件部分主要由传感器、控制器和天线匹配网络三部分组成。其中传感器采用的是具有测量温度、压力功能的MPXY8020A。该传感器将一个变容压力传感元件、一个温度传感元件和一个接口电路(带唤醒功能)集成在同一芯片中；具有电源管理和数字输出功能，其低功耗的特殊功能是专门为TPMS而设计，内部的介质保护过滤器可以使其硅片免受环境影响。MPXY8020A根据对S0、S1管脚的不同配置有4种操作模式：待机/复位模式、测量气压模式、测量温度模式和输出数据读取模式。与控制器MC68HC908RF2共有6条引脚连线，其中2个引脚用于控制其操作模式，2个引脚用于数据串行交换，1个引脚用于唤醒控制器。 MPXY8020A还具有复位功能，该引脚作为一个输出端子，定时向控制器发送复位信号，确保模块可靠工作。图8 轮胎压力监测模块硬件结构实现图5.2.2中央接收模块硬件设计中央接收模块通过指示灯闪烁或液晶显示来告知驾驶员车辆各轮胎当前的压力、温度是否异常。中央接收模块硬件结构如图9所示，主要由无线接收部分、主控制器以及相关的外围器件组成。无线接收部分由高集成UHF接收器MC33594及其匹配网络组成；MC33594具有接收并解调OOK或FSK调制的Manchester(曼彻斯特编码)数据的功能，同时通过其SPI总线接口可与主控制器进行数据交换；若采用FSK调制，MC33594可支持数据管理器Manchester数据解码器，如果有匹配的天线，其灵敏度可以达到-103dBm。主控制器的选择与TPMS无关，只要该控制器带有SPI总线接口，就可以接收、处理MC33594按顺序发送来的数据。本设计中采用基于增强的AVR RIS

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