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应用加速度传感检测车祸系统研究与设计

作者: 发布时间:2020-01-17 16:51:33 阅读: 47 次

 要:为使汽车发生车祸时可在最短的时间内得到援救,以达到减少车祸伤亡的目的,设计了一种基于加速度的车祸报警系统,主要以STC宏晶科技公司的8051芯片STC89C5A60S2作为电动车的控制核心,利用加速度传感器MMA7260监测小车运行状态。一旦判断发生车祸,系统将会控制安全气囊弹出并且通过蜂鸣器和闪烁的LED发出信号从而吸引其他人员的注意力进而实现报警功能。

关键词:加速度传感器  报警  安全 STC89C5A60S2  AD 采集

 

1  设计背景及意义

随着国内经济的飞速发展,全民生活质量有了很大改观,安全意识也逐步提高,尤其是在汽车安全领域,各种安全措施日益受到人们关注。汽车行驶速度不断地提高,行驶安全性越来越多地受到多方面关注。安全气囊、汽车防抱死系统等安全措施的广泛应用,对降低汽车碰撞及制动时事故率有显著的效果。但是汽车重要的安全问题之一—车祸一直没有受到重视。根据美国公路安全局的统计表明,在所有的交通事故中,汽车碰撞事故居位。根据专家的统计, 67%的交通死亡事故是由于车祸造成的。因此在汽车安全日益受到关注的当今社会,汽车安全性能已成为众厂商博弈商场的杀手锏,及时检测车祸的发生有着重要的意义。因此,汽车车祸加速度检测系统具有广泛的应用前景。

2  系统方案

2.1  实现方法

51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel8031单片机,后来随着Flash rom技术的发展,8031单片机取得了长足的进展,成为目前应用最广泛的8位单片机之一。本系统采用STC12C5A16S2型单片机作为系统核心控制单元。此款单片机是宏晶科技生产的高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快812倍。内部集成8路高速10AD转换,针对电机控制,强干扰场合。此款单片机操作方便,需要的外围电路相对比较简单,可通过2302串口通信芯片通过USB接口直接与上位机完成通信,并可通过USB接口下载程序到单片机,完全满足本系统运动控制的要求。利用AD采集加速度传感器MMA7260的值监测小车运行状态。一旦判断是发生车祸,系统将会控制安全气囊弹出并且通过蜂鸣器和闪烁的LED发出信号从而吸引其他人员的注意力进而实现报警功能。

2.2  方案论证

2.2.1  控制器模块

方案一:采用STC12C5A16S2单片机。51单片机价格便宜,应用广泛,开发周期短难度低,内部集成了内部集成8路高速10AD转换足够系统使用;

方案二:采用PHILIPS公司的ARM芯片LPC2131LPC2131的工作速度快,I/O资源丰富,并集成PWM控制。芯片内置JTAG电路,可在线仿真调试,大大简化了系统开发调试的复杂度,但是开发难度稍大。

根据系统的要求,我们选择用方案一中的STC12C5A16S2作为主控制器。

2.2.2  电机模块

方案一:采用步进电机控制小车的运动,能实现小车的控制,能较好的实现小车及时停车的目的,但是转动速度较慢。

方案二:采用直流减速电机控制小车的运动,控制起来相对不够,但直流减速电机力矩大,转动速度快。

按照设计要求,小车需要快速运动,因此我们采用方案二。

2.2.3  显示模块

方案一:用LCD显示,显示内容丰富。

方案二:用LED显示,优点亮度高、成本低,操作简便,但是显示信息量不足,驱动占用单片机IO较多。

考虑到本题的要求,需要显示的内容较多,故选择方案一。

2.2.4  电源模块

方案一:电池组供电,可提供800mAh电流,重量很轻。

方案二:镍镉电池供电,电流大,而且有一定的重量。

方案三:铅酸电池,电流、电容量大,但是重量过大,影响速度和转向。

考虑到要用到四个电机,需要较大的电流,又要保证速度,采用方案二镍镉电池供电,能提供较大的电流,并且有一定的重量,可以保持小车前后平衡。

2.3  系统总体结构框图

根据上面的分析论证,我们设计的系统的总体结构框图如图1所示。

 

1  系统总体结构框图

3  理论分析与计算

3.1  车祸判断

我国的汽车正面碰撞标准GB115512003《乘用车正面碰撞的乘员保护》是非等效采用ECE R94法规制定的。我国的法规要求是速度50 kmh下的100%正面碰撞,100%正面碰撞的意思就是,车辆正面完全撞在障碍物上,车头的受力面为100%。汽车在50 kmh以下的速度发生碰撞还是比较安全的,而50 kmh以上的速度发生碰撞是很危险的。

汽车在发生车祸碰撞时持续变形时间一般为4080 ms,并随碰撞相对速度增加,碰撞持续时间逐渐减少。碰撞速度与碰撞位置精度的关系如表1所示。

1  碰撞速度与位置精度的关系

项目 固定壁障重量 碰撞角度 碰撞速度 碰撞位置精度

中国GB11551-2003 70t以上 0 48~50km/h ±150mm

汽车在发生车祸碰撞时持续变形时间一般为4080ms,并随碰撞相对速度的增加,碰撞持续时间逐渐减少。碰撞速度与时间的关系如表2所示。(此段文字和上面一模一样?)

2  碰撞速度与时间的关系

碰撞速度/(km/h) 所耗时间/ms

60 80

70 70

80 50

根据公式:

a=(V0-Vt)/t=dv/dt                       (1)

得到碰撞速度与加速度的关系如表3所示。

3  碰撞速度对应的加速度

碰撞速度/(km/h) 加速度/(m/s2)

60 17.4g

70 27.8g

80 44.4g

从表3可以看出碰撞速度越大加速度越大,因此车上人员受伤的可能性就更大。从加速度对应的速度60km/h70km/h80km/h关系可以近似:

a=27.8x1.6(v-70)/10                         (2)

50km/h碰撞的近似加速度为11g,即当加速度达到11g时足以证明发生了汽车严重的碰撞事故,很大几率能让司乘人员受伤,甚至失去生命,所以应该立刻自动发出车祸报警。

.电路与程序设计

4.1单片机最小系统电路设计

单片机最小系统如图3所示,最小系统包括了主控MCU STC12C5A16S2,复位电路,晶振电路,电源指示灯。

 

 

3  单片机最小系统电路

4.2 电机驱动模块

电机驱动模块如图5所示,主用用SGS公司的L298N芯片控制直流减速电机。

4  电机驱动电路

 4.3 软件功能设计

软件实现的功能如下:

初始化系统;

读取加速度传感器AD值;

处理数据 ;

汇总;

4.4工作流程图

系统的主程序流程图如图6所示:

 

6 系统的主程序流程图

小车开始运行后,加速度传感器开始工作,当检测到加速度的值超过设定的值后,LCD显示报警,如果加速度的值没有超过设定值,系统继续运行重复检查加速度的值。

五.结语

随着车辆的不断增加, 如何更好的保护人类生命安全已成为新一代安全系统的研究课题, 人们对汽车被动安全装置特别是新型智能化汽车安全的开发对新技术提出了更高的要求。本文给出了基于加速度传感器的车祸报警系统的设计方法和功能介绍。在汽车工业高速发展的现代,汽车已成为人们现在出行主要的交通工具之一,但是因为交通事故的伤亡数量也十分巨大。在信息化的现代利用高科技去挽救人的生命将会是重大的研究主题之一,基于加速度的车祸报警系统正是怀着这种设计理念,相信这种系统的推广,会给现代汽车行业带来更多的安全。

 

参考文献

[1]张金换等.汽车安全气袋系统的研究[J].清华大学学报.1997(8).1969

[2]邱卓丹.现代汽车安全技术的研究发展[J].湖南工程学院学报,2002(3).15

[3]黄仁欣,马彪.单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社.2008.100102

[4]鲁植雄.汽车安全气囊故障诊断[M].南京.江苏科学技术出版社.2003.120