智能剎車模擬系統

丁亞峰 顧輝 王洪宇 何興臣

摘 要：現實生活中，有很多交通事故是由于以下原因而造成的，當駕駛員面臨突發事件時，想要剎車減速，但在慌亂之下，猛踩了油門，導致事故的發生；車輛在轉彎時，速度過快，會導致車輛的側翻；有很多駕駛員會在行車期間接打電話，這樣分散了開車時的注意力，很容易造成追尾等事故。因此，我們設計了一種智能剎車系統，最大程度的保障人員安全。

關鍵詞：智能剎車；模擬系統；研究分析

系統方案：操作平臺系統包括單片機模塊、油門信號輸入模塊、剎車信號輸入模塊、車輛方向控制模塊、加速度測量模塊、緊急制動模塊、液晶顯示模塊、無線收發模塊、電源模塊。

操作平臺系統以STC12C5616AD單片機為控制核心，通過操作腳踏板和方向桿，向單片機輸入剎車、油門，以及轉彎的信號，使單片機做出判斷，發出相應的指令，通過NRF24L01無線收發模塊發送信號給車輛并同時接收車輛反饋的信息；在油門腳踏板上安裝有MMA7455數字加速度傳感器模塊，根據腳踏板加速度的改變的程度，給單片機輸入信號，然后單片機向緊急制動模塊發出指令進行剎車制動；液晶顯示模塊實時顯示車輛的速度，腳踏板的加速度。

（1）操作平臺單片機模塊。采用STC12C5616AD作為控制核心，飛思卡爾芯片解密，增強型8051內核，速度比普通8051快8～12倍，寬電壓，外部掉電檢測電路，可在掉電時，及時將數據保存進EEPROM，正常工作時無需操作EEP，低功耗設計。

（2）剎車信號輸入模塊。剎車信號輸入模塊，通過改變電阻來模擬制動踏板，給單片機輸入模擬制動信號，從而使單片機發出減速的指令。

（3）油門信號輸入模塊。油門信號輸入模塊，通過改變電阻來模擬油門大小，給單片機輸入模擬油門電壓信號，從而使單片機發出加速的指令。

（4）車輛方向控制模塊。為車輛方向控制信號輸入模塊，通過改變電阻來模擬控制車輛方向，給單片機輸入模擬車輛方向電壓信號，從而使單片機發出指令，改變車輛的運行方向。

（5）加速度測量模塊。為加速度測量模塊，將MMA7455數字加速度傳感器模塊安裝在油門腳踏板上，實時測量腳踏板的加速度，將測量的數據傳送到單片機，使單片機根據加速度的改變做出相應指令。

（6）無線收發模塊。由于系統是用于控制小車的速度變化，從而達到演示效果，因此選擇無線模塊連接控制平臺和小車，讓演示效果更佳。NRF24L01內置地址解碼器、先入先出堆棧區、解調處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。

（7）緊急制動模塊。光電耦合器驅動繼電器電路，該模塊由光電耦合器組成開關電路。當單片機發出緊急制動指令后，繼電器將銜鐵向下吸引，對剎車腳踏板施加壓力，進行剎車減速。

（8）演示車輛單片機模塊。采用STC12C5410AD作為控制核心，加密性強，超強抗干擾，超低功耗，I/0驅動能力更強，內部集成高可靠復位電路，外部復位電路可完全省掉當然可以繼續用外部復位電路。

（9）無線收發模塊。NRF24L01無線收發模塊電路，NRF24L01內置地址解碼器、先入先出堆棧區、解調處理器、時鐘處理器、GFSK濾波器、低噪聲放大器、頻率合成器，功率放大器等功能模塊，需要很少的外圍元件，因此使用起來非常方便。QFN24引腳封裝，外形尺寸只有5×5mm。

（10）角加速度測量模塊。MMA7455數字三軸加速度傳感器，MMA7455是一款數字輸出（I2C/SPI）、低功耗、緊湊型電容式微機械加速度計，具有信號調理、低通濾波器、溫度補償、自測、可配置通過中斷引腳（INT1或INT2）檢測0g、以及脈沖檢測（用于快速運動檢測）等功能。0g偏置和靈敏度是出廠配置，無需外部器件。通過檢測Z軸加速度的改變，來判斷角加速度的改變。

（11）測距模塊。測距模塊電路，應用紅外對管電路，測量前方路況，當距車輛10m時有車輛或大型障礙，車輛會自動剎車減速。金屬封裝紅外線接收管，適用于各類光電轉換的自控儀器，傳感器，各類光電檢測器的信號光源。根據驅動方式可獲得穩定光，脈沖光，緩變光.常用于控制，報警等方面。特點：采用反射功能的結構形式，光功率較強，低驅動電壓，易與晶體管電路匹配.結構堅固耐震、可靠性高、金屬玻璃封裝器件，耐磨耐溫性好。

（12）電機驅動模塊。電機驅動對于PWM調速的電機驅動電路，主要有以下性能指標：a.輸出電流和電壓范圍，它決定著電路能驅動多大功率的電機。b.效率高的效率不僅意味著節省電源，也會減少驅動電路的發熱。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關工作狀態和防止共態導通（H橋或推挽電路可能出現的一個問題，即兩個功率器件同時導通使電源短路）入手。c.對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應有良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現隔離。d.對電源的影響。共態導通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源污染；大的電流可能導致地線電位浮動。e.可靠性。電機驅動電路應該盡可能做到，無論加上何種控制信號，何種無源負載，電路都是安全的。

參考文獻

[1]徐愛鈞.單片機高級語C51應用程序設計[M].北京：電子工業出版社，2001：10-23.

[2]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎.第四版[M].北京：高等教育出版社，2007：12-14.

[3]宏晶科技.STC12C5410AD系列單片機器件手冊[Z].2005.

[4]周惠潮.常用電子元件及典型應用[M].北京：電子工業出版社.

[5]趙家貴.電子電路設計[M].北京：中國計量出版社.