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1、装订线长 春 大 学 课程设计纸一 前言（一）自动行车落锁系统概述自动行车落锁系统是汽车在启动行驶后，达到预订车速后，车门自动落锁的一项技术。目的是为了防止乘客在汽车行驶途中误开车门而发生坠落事故，尤其是未成年人或其他需要监护的乘员容易误开车门，造成这种事故。有了这套装置，当汽车启动后行驶后，到达一定车速，车门就会被自动锁上，从而有效防止了车内乘员在行驶途中误开车门而造成坠落伤害。（二）当前技术情况目前该技术在国外高级汽车上应用广泛，方便实用，并受到广大消费者的好评。在国内，也有多数汽车采用该技术，并且功能更加强大。比如说在落锁的同时自动落窗（三）基本原理汽车启动情况下，车速传感器传出车速信号
2、，经AD转换器转换成数字信号，传送给单片机，经单片机计算，超过预订数值，立刻发出落锁信号，落锁信号经DA转换器转换成模拟信号，传送给落锁驱动电机，从而完成落锁动作。（四）设计内容及要求1. 分析自动行车落锁系统的工作原理2. 功能实现：实现汽车在启动并行驶后速度达到30km/h以上时自动落锁功能 3. 组装自动行车落锁系统电路4. 画出自动行车落锁系统电路原理图，写出设计说明书5. 画出元器件布置图 二 自动行车落锁系统的基本组成原理及单元电路的设计（）自动车速检测功能常用的车速传感器包括电磁感应式、霍尔效应式、光电式等，不管哪种形式的车速传感器，其采集信号处理电路的设计是非常重要的。传感器采
3、集到的信号必须经过处理转变为数字信号才能在汽车的中央控制器中进行处理，进而进行速度的分析和控制。因此设计两个部分，一是模拟信号的转换问题，即将模拟信号转换成数字信号，二是对数字信号的处理问题，即通过编程实现对速度的测量和对与车速有关的物理量处理。1.1车速信号采集处理的硬件电路车速传感器安装于变速器的输出端外壳上，其转轴外端为蜗杆，与变速器输出轴的涡轮啮合，涡轮转动时，便带动车速传感器的转子转动。车速传感器主要用于测定车辆的行驶速度，另外向ECU传送车速电信号，用于怠速、加减速时的空燃比修正。该信号是制定双参数换挡规律的主要参数之一。采集系统的硬件原理见图1图1 系统硬件原理图测试传感器为舌簧
4、管式，它将变速箱蜗杆旋转转速变为脉冲信号，输入到单片机80C196KB用户板的多功能接口O引脚（高速输入口HIS.O口），把模拟信号转变为数字信号，单片机在某一段时间采集、记录、存储输入脉冲间隔，通过程序设计换算成车速，并在键盘显示器上显示。1.2单片机80C196KB简介采用单片机80C196KB和可编程逻辑器件EPM7128SLC为核心控制器，以80C196KB内部集成A/D转换器作为模数转换器实现16路电压信号的实时数据采集、显示、控制。该系统总体设计结构框图如图所示。图2 系统总体设计结构框图整个系统主要由信号预处理、信号选通、单片机采集、双机数据传输以及数据处理显示等模块构成。其中，
5、信号选通模块由CPLD和多路模拟选择器组成。1.2.1信号预处理电路由于待采集电压信号输入动态范围较宽，且极性各异，对于单片机AD转换器来说，需要调理到能够采集的电压范围闱05 V，所以要统一调理采集信号，如图所示图3 信号预处理电路图3中运放LM224和MC1556均采用双电压供电，以提高动态信号输入范围；电阻均采用精度为01的精密型金属膜电阻，以提高电压转换精度。 在二级电压凋理过程中，MC1556同相输人端采用稳压电路以减少长时间通电情况下温度升高对系统产生的不良影响。南于电压跟随器具有输入阻抗大和输出驱动能力强的特点，故在预处理电路的输入端和输出端均采用电压跟随电路。1.2.2信号选通
6、电路ADG508A是一款8通道CMOS模拟多路选择器，具有高速转换速度和低内阻特性，通道切换具有防短路功能。在CPLD控制下，它可对采集信号进行有序通道切换，配合单片机进行数据采集。EPM7128SLC是一款Ahera公司生产的CPLD，其容量为128个宏单元，采用硬件描述语言VHDL对CPLD编程设置实现信号的选通控制。首先编写分频器模块对1 MHz晶体振荡器进行20分频，输出2路相位相错、周期为20 s的矩形同步信号。其中一路信号经D触发器进行2分频，得到占空比50、周期为40s的方波信号；然后编写信号选通控制模块。此模块根据方波信号和另一路同步信号循环输出控制信号，两模块都在MuxPlu
7、s-II环境下开发，CPLD控制信号时序仿真结果如图所示，其中，信号FRM和ROAD是单片机主程序运行的勤务信号；CS1和CS2是2片ADG508A的片选信号：A0、A1和A2则是ADG508A通道选通控制信号。1.2.3 单片机采集电路 80C196KB是Intel公司生产的一款16位CMOS单片机，片内集成有8路AD转换器，该转换器包括一个8通道多路模拟开关，采样保持电路和10位AD转换器。由于该系统外部有多路选择器，故内部无需通道转换，采用一个ACH0通道即可完成数据采集。对于采用12 MHz晶振的单片机系统，完成一次AD转换需22s。80C196KB的AD转换器采用逐次逼近的方法完成模
8、拟量到数字量的转换，基准电压设定非常关键，内部阻容网络将基准电压Vref等分为1 024个阶梯，每级为Vref1 024 V。通过与基准电压比较，可得到10位数据转换结果，其中基准电压的精度以及稳定度直接影响到测量结果的绝对精度。因此在电路中Vref采用单独电源供电并通过基准稳压源如LM136的5 V提高精度及稳定度。 80C196KB通过判断ROAD信号在其上升沿读取上次AD转换结果，同时启动AD转换器转换下一路信号，该单片机用FRM信号作为非屏蔽中断使计数器DXL归零，主程序循环一次，保证对16路通道信号的时分复用采集。单片机80C196KB程序流程如图所示。图4 CPLD控制信号时序仿真
9、图图5 单片机80C196KB程序流程1.2.4双机数据传输为达到采集数据的实时可控性，系统设计双机通信接口作为单片机AD转换数据向计算机传输的通道。计算机采用WDM下的EPP模式通信，速度达500 KBs2 MBs。使用双端口RAM IDT7130作为主要元件，通过通信接口，单片机将AD转换数据存入双端口RAM中，计算机则实时显示从双端口RAM中读取的数据。单片机通过双端口RAM IDT7130的A端口进行写操作，计算机则通过B端口进行读操作。握手信号由单片机通过对ROAD信号计数产生，二者可异步读写操作，实现数据交换。图6为单片机与计算机接口电路。图6 单片机与计算机接口电路1.3单片机8
10、0C196KB的HIS.O口简介电脉冲信号由80C196KB的HIS.O口检测。HIS为高速输入部件。外部事件的输入无需经由CPU，由部件自动完成。它的基本功能是以定时器T1为时间基准记录外部事件发生的事件及状态。HIS共有4个脚HIS.OHIS.4，此系统只用到了HIS.O脚，通过设计IOCO寄存器的D0位来选通其作为HIS口的功能。（）单片机计算2.1计算方法常用的速度计算方法有3种：频率法、周期法、多倍周期法。频率法是通过测量给定时间内的轮速脉冲信号个数来计算轮速，周期法通过测量被测脉冲宽度来计算车速。下面采用的速度采集算法是结合频率法和周期法的有效算法。如图2，设置一个时间闸门Ts，H
11、IS的第一个通道在时间Ts内可以记下每次中断的当前时间并放在时间寄存器HIS_TIME中，HIS_TIME记录下来的时刻是内部定时器1的当前值，当晶振12MHz时，定时器1的内容每167ns增一。用最后一次中断的实时时间减去第一次中断的实时时间即为实际的采样时间Td。图7 车速采样算法22软件设计车速传感器的工作原理是把变速器蜗杆旋转转变为脉冲信号，每旋转一周产生4次脉冲信号。为了检测脉冲信号，同时也能对脉冲信号进行计算，可采用查询法或中断法。查询法即通过查询，确认HIS已记录有效事件后再行读取。另一种是中断法，是利用程序控制的方法，在FIFO溢出或保持寄存器已加载时产生中断，在服务程序中读取
12、HIS中已记录的信息并进行处理，以得到车速并输出到显示器。这里采用中断法，输入引脚的事件方式采用正负跳变在不同通道采集，下面给出车速信号采集代码：（）自动落锁系统3.1汽车电控门锁的组成汽车电控门锁系统主要由控制开关、门锁控制器和门锁执行机构组成图8 中央门锁系统组成3.1.1控制开关（1）门锁控制开关安装在前左门和右门的扶手上，将开关推向前门是锁门，推向后门是开门。图9 门锁控制开关（2）钥匙开锁报警开关用于探测点火钥匙是否插进钥匙门内，当钥匙在钥匙门内，钥匙开锁报警开关接通电话报警；当钥匙离开钥匙门时取消报警，如下图所示图10 钥匙开锁报警开关（3）钥匙控制开关安装在每个前门的钥匙门上，如
13、图所示，当从外面用钥匙门口和关门时，钥匙控制开关便发出开门或锁门的信号给门锁ECU。图11 钥匙控制开关（4）行李箱门开启器开关位于仪表板下面，拉动此开关便能打开行李箱门，如图所示，钥匙门靠近行李箱门开启器，推压钥匙门，断开行李箱内主开关，此时再拉开开启器开关也不能打开行李箱门。将钥匙插进钥匙门内顺时针旋转打开钥匙门，当主开关再次接通，便可用行李箱门开启器打开行李箱。图12 行李箱门开启器开关（5）门控开关用于探测车门的开闭情况。车门打开时，门控开关接通；车门关闭时，门控开关断开（6）开锁门关 用于检测车门的开闭情况。当车门关闭，门锁开关断开；车门开启，门锁开关接通。3.1.2门锁控制器有晶体
14、管式门锁控制器、电容式门锁控制器和车速感应式门锁控制器。（1）晶体管式门锁控制器 门锁控制器内部设有闭锁和开锁两个继电器，由晶体管开关电路控制，利用电容器的充放电过程，控制一点的脉冲电流持续时间，使门锁执行机构完成闭锁和开锁动作。如下图：图13 晶体管式门锁控制器（2）电容式门锁控制器该系统利用充足电的电容器，在工作时继电器（开锁或闭锁继电器）串联接入电容器的放电回路，使其触电短时间闭合。当（正向或反向）转动车门钥匙时，相应的电路开关（闭锁或开锁）接通，电容器放电电流通过继电器线圈（开锁或闭锁继电器）搭铁，线圈产生电磁吸力，触电闭合，接通执行机构电磁线圈的电路，完成闭锁或开锁的动作。当电容器放电完毕后，继电器触电打开，中央门锁系统停止工作。此时另一只电容器被充电，为下一次操纵做好准备，如下图图14 电容式门锁控制器（3）车速感应式中央门锁系统电路在中央门锁系统中加装一车速（20km/h）感应开关，当汽车行驶速度达20km/h以上时候，若车门未闭锁，不需驾驶员操纵，门锁控制器将自动关闭。每个门可单独进行门锁，系统电路如下：图15 车速感应式中央门锁系统电路3.1.3执行机构一般采用电磁铁或微型电动机
