汽车驾驶辅助系统设计报告参考模板

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1、第六届信息技术应用水平大赛基于0M02传感器的汽车驾驶辅助系统学校参赛队员专业指导教师1 / 17摘要：此系统是基于OMO2传感器的汽车驾驶辅助系统，主要包括速度检测模 块、向心力采集模块、底盘模拟模块和前大灯模拟模块。采用OMO2传感器采集 信息，通过C8051F020处理数据，从而通过步进电机调节底盘和前大灯的角度, 同时检测模拟发动机转速，通过调节PWM波占空比来稳定发动机的转速。关键词：单片机OMO2传感器汽车目录1、设计背景 42、系统方案 42.1 微控制模块 52.2 光学传感器芯片及鼠标控制器 52.3 P/S2 信协议原理62.4 OMO2 数据处理 72.5 电机驱动的设计

2、 82.6 系统显示模块 93、产品简介 94、产品特色 125、总结 12参考文献: 13附录： 141、设计背景汽车电子是车体汽车电子控制装置和车载汽车电子控制装置的总称。车体汽 车电子控制装置，包括发动机控制系统、底盘控制系统和车身电子控制系统（车 身电子ECU）。汽车电子最重要的作用是提高汽车的安全性、舒适性、经济性和 娱乐性。汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命，汽车电子化的程 度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志，是用来开发新车型，改进汽车性能最 重要的技术措施。汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量、促进汽车电子化是 夺取未来汽车市场的重要的有效手段。尽管现在的汽车电子已

3、经很发达了，但是还有一些问题还没有很好的解决。 比如很多新手在驾驶手动挡的汽车时由于油门和离合器的结合不好而导致突然 熄火，这种情况如果发生在中途行驶时尤其在汽车上坡的时候是非常危险的。而 我们设计的汽车驾驶辅助系统就可以采集当前的发动机转速和发动机的负载从 而调整发动机的输出功率来避免汽车突然熄火。还有就是汽车在夜间行驶时，当 汽车转向的时候由于汽车的前大灯不能够及时的跟着汽车转向，从而在前侧面会 造成一定的盲区。如果在这个盲区里有人或者其他的东西，这样司机就不会很早 的发现从而也埋下了驾驶的安全隐患。很多汽车都配备了空气悬挂系统，但是空 气悬挂系统也仅仅用来提高在比较颠簸路段的舒适性。而我

4、们可以用 OMO2 传感 器来测量出汽车在转向时的向心力通过控制系统结合空气悬挂使汽车地盘转动 一定的倾角，使向心力和重力的合力垂直于座位这样的话人们在坐车的时候就不 会感觉向心力了。在下面我简要的说明一下设计的汽车驾驶辅助系统：我们设计的汽车驾驶辅助系统，有两个OMO2传感器、一个直流电机、两个 步进电机、一块c8051f020的核心板和一块12864构成。该系统由OMO2传感器 采集的数据送入单片机核心板经过单片机处理后实现对电机的控制。当本系统启动时，12864会显示直流电机的转速和输入电机的PWM占空比， 当增大直流电机的阻力时，单片机给直流电机输入PWM波的占空比会自动增大， 从而稳

5、定直流电机的转速。按下按键1，该系统会调节到转向模式。当系统在转 向模式时，转动轮子前大灯会以一定的角度跟着方向盘转动，以达到提前改变灯 向。当行驶在弯道时，为了事人们坐的更舒服，整个系统的倾角会发生一定的改 变，底盘会根据车速和弯道的弧度，检测到向心力的大小，从而自动调节整个底 盘的角度进而使底盘的合力垂直于底盘的平面。2、系统方案我们设计的本系统是采用模拟方式来演示的：我们用直流电机来模拟成汽车 发动机，当该直流电机的阻力增大时就相当于汽车发动机的负载增加，此时单片 机通过增加PWM波占空比来调节直流电机的输出功率从而保证电机的转速不会 减小。我们在步进电机上接上一个底板来模拟汽车地盘，当

6、整个系统与水平面有 一定倾角的时候这个底板通过调节角度来始终保持水平，这样就相当于当汽车转 向的时候通过调节地盘的角度来改变合力的方向。我们将灯也接在步进电机上， 当转向的角度发生改变时步进电机通过转动一定的角度来改变灯照射的范围从 而消除盲区。我们用了两个OMO2传感器，其中一个OMO2传感器实时测量直流电 机的转速，当转速低于设定的转速时则单片机会自动增加PWM波的占空比。还有 一个传感器是用来测量向心力，用了两个橡皮筋将OMO2传感器固定，当受到到 的力不平衡时OMO2传感器将会有一定的位移并且根据弹簧的比例系数该位移量 是和向心力成正比的。单片机通过采集OMO2传感器的位移量来确定向心

7、力从而 调整地盘转动的角度。2.1 微控制模块C8051F020 是一种集成度高、功能强的单片机芯片，适合于要求可靠性高、 速度快和扩展功能强的应用系统。与以前的51系列单片机相比，C8051F020增 添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高。C8051F020的JTAG逻辑还可为在系统测试提供边界扫描功能。通过边界寄存 器的编程控制可以对所有器件引脚、SFR总线和I / O 口的弱上拉功能实现观察 和控制。由于C8051F020是51单片机中速度最快的单片机，本系统采用 C8051F020单片机大大提高系统反应时间。又有51的内核方便的移植其他的51 程序缩短了开发周期。同时C805

8、1F020的JTAG逻辑使整个系统的调试更加简单 明了。2.2光学传感器芯片及鼠标控制器这款光学 OMO2 传感器是一款针对个人计算机所配置的非接触式光电鼠标芯 片。它集成有数字信号处理器（DSP）、双通道正交输出端口等。在芯片底部有一 个感光眼,能够不断的对物体进行拍照，并将前后两次图像送入DSP中进行处理， 得到移动的方向和距离。DSP产生的位移值，转换成双通道正交信号，配合鼠标 控制器，将双通道正交信号转结成单片机能够处理的 PS/2 数据格式。设备安装 在一套塑料的光学透镜设备上，并一个配备有一个高强度的LED。此外，它可提 供高达400点/英寸的分辨率以及16英寸/秒以内的速度检测。

9、图1为鼠标芯片 的安装装配图。因OM02芯片为COMS型传感器，因此必须配备有与之相适应的 高强度发光二极管，发射角度与底板夹角3045范围内。在标准安装配合 后，底板距离工作表面的有效距离在0mm2mm内，OM02芯片可进行正常的数据 接收检测。TH图1鼠标芯片传感器装配原理图光学镜片组光学传感器PCBX().5ninT-0.8mm10387.25底娠2.3 P/S2信协议原理鼠标与单片机的数据通信方式采用 PS/2 通信协议。根据协议要求，单片机 对鼠标的控制只需把时钟线拉低最少 100us 以上来禁止其通信，并且单片机拉低 数据线使之处于请求发送状态。如图2所示，当时钟线升为高电平后被P

10、S/2设 备重新拉低，即可开始单片机向鼠标的通信。时钟线(bjAT89S51r I 时钟线LrLTLrLrLrLrLrLrLrLjuMouse数据线图2单片机对PS/2设备通信的时序图因单片机对总线具有控制权，当鼠标要向单片机发送信息时，必须先检查时 钟线是否为高电平。如图 3 所示，当时钟线出现高电平，数据线出现低电平，表 明鼠标请求发送，单片机可以接受来自鼠标的数据。Mouseclock LJiJiJiJiJi_ri_rLrLrLruvjzococococt图3鼠标对单片机通信的时序图按照鼠标的PS/2协议规范，实际编程时先对鼠标发送Oxff使其复位，默认 采样频率为100次/秒，缩放比例

11、1：1,数据报告禁止。使用Oxea命令进入st ream 模式、使用0xe8，0x03命令设置解析度为8点/毫米。使用0xf4命令使能数据 报告。配合C8051F020单片机的定时器功能，将其时间常数设置为0.1s，每次 中断时发送0xeb命令读取位移数据信息，每发出一次，单片机接收到的位移数 据包都包含有位移信息和按键动作信息。具体格式为表 1 所示。编译时也只需提取X3的有效数据包即Y方向位移增量BIT?BIT6BIT5BIT4BIT3BIT2BIT1BITO字节1Y溢出X溢出Y方向X方向1中按键左按键右按键字节2X方向位移量信息字节3Y方向位移量信息字节4Z方向位移量信息表1. 3D型鼠

12、标接收数据格式2.4 OMO2数据处理图4是我设计的OMO2传感器的电路原理图:图4 OMO2传感器的电路原理图ZlCLKZ2DATAOSCAOSCBREFAGNDLAGNDMDGNDRNCOM23PSLk22Z1LUN首先打开定时器先采集当前位置的坐标，然后定时器开始计时，定时时间为 20ms后执行中断程序，同时测量当前的坐标。通过OMO2传感器采集的是位移信 息，用不到滚轮的信息和按键的信息这样就可以将它们的数据给屏蔽掉。只需 测量出两点X，Y方向上的位移。计算两点总位移的方法是分别取X方向和Y方 向上的绝对位移量，然后计算这两个位移量的平方根。这样计算出该段时间的 位移量然后用该段时间的

13、位移量除以这段时间便可以得到速度了。另外采集角 度的时候也是采集两点的位移，这两点不能离得太远。根据数学上的积分可以 认为：这两点间的直线距离就可以近似看做这个圆弧的长度。根据圆弧的半径 就可以计算出圆弧的角度。2.5电机驱动的设计ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有电流增益高、工作电 压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，适应于各类要求高速大功率驱动的系 统。比如伺服电机、步进电机、各种电磁阀、泵等驱动电压高且功率较大的器件。 我们在这里选用ULN2003芯片作为步进电机的驱动芯片，因为这个芯片的电路设 计非常简单并且驱动能力也符合设计要求。VCC 卩 3ULK2003图

14、5 ULN2003电路的原理图L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四 相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标 准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下的电机。我们选用L298N来驱动直流 电机原因是直流电机的电流比较高，L298N驱动能力完全满足直流电机的需要。 图6为L298N电机驱动的原理图C1图6 L298N电机驱动的原理图26系统显示模块我们采用的现实模块是点阵图形式液晶显示模块，点阵数为64行X128列， 每屏可以显示4行X8个汉字（每汉字16X16点阵）。该显示模块有2片HD61202 作为列驱动器和1片HD61

15、203作为行驱动器，可显示64 K的点阵图形。其主要 特点是能与80系列微处理器直接接口，可以进行图形、字符及图形和字符混合 3种方式显示。3、产品简介F面是我们做的模拟系统的图片:上图为整个模拟系统的平面图，主要包含速度检测系统、向心力检测系统、 底盘模拟系统、灯模拟系统和液晶显示模块。液晶主要用于显示轮子的速度和 电机当前占空比，下面分别对其他四模块进行简要说明：向心力采集系统向心力采集模块主要用于采集向心力，此模块通过两根橡皮筋和一个OMO2 传感器组成，当有一定的离心力时，系统根据收到的离心力会偏移到一边，根 据偏移的位移，检测向心力的大小，从而控制底盘改变一定角度。速度采集系统速度采集模块主要用来检测轮子的速度，OMO2芯片可以检测到通过发光二 极管发出的光线，根据透镜反射回来的光线，可以检测到转动物体的速度。底盘模拟系统主要由一个步进电机组