1、西南科技大学本科生毕业论文 Design and implementation of intelligent control system for automotive vehicle safety speed Abstract: Safe driving of motor vehicles related to the sustainable development of the whole transport industry. The excessive speed is the major factor of traffic accidents. On the highway, the
2、re is a result of traffic accidents due to inaccurate judgment on the sight distance. If we can intellectively detect the safety speed of the vehicle, control the speed of vehicle real-time based on the results, this can greatly improve the automotive vehicle safety and reduce the accident. The trad
3、itional safe speed limit is only based on road design speed of highway, not the speed under different weather conditions and it result to cannot make real-time intelligent judgment. This paper is based on visibility of present traffic sections under different weather conditions, automatically detect
4、 and calculate the vehicles safe speed. Transmit the results to the vehicle control center via bus technology, and compare to the real-time speed of the car, and then prompt the driver base on the results the security status of the vehicle. If the prompt does not attract attention, the system will a
5、utomatically control of the cars oil supply. Lastly, this can get the purpose of intelligently control the safe driving of the vehicle. Key word: safe driving speed; sight distance; intelligent control 西南科技大学本科生毕业论文 汽车车辆安全行驶速度智能控制 系统的设计和实现 摘要： 汽车车辆的安全行驶关系着整个交通业的可持续发展。在汽车行驶过程中，车速过快是造成事故发生的主要因素。在高速公路上
6、行驶时，存在由于对行车视距判断不准确而导致的交通事故。如果能够对车辆行驶的安全速度进行智能化的检测，并且根据检测结果对车速进行实时控制，则能够极大的提高汽车车辆的安全系数，减少事故发生。 传统的安全限速只是基于高速公路的道路设计速度，不能根据不同天气条件对车辆安全行驶速度做出实时性的智能判断。本文基于不同天气条件下车辆行驶路段的能见度，对车辆的安全行驶速度进行自动检测和计算，并通过总线技术将结果传 至车辆控制中心，与汽车实时速度进行比较，然后根据判断结果提示驾驶员车辆的安全状态，如果提示没有引起注意，就自动的控制汽车的油路，达到对车辆的安全行驶进行智能控制。 关键字 : 安全行驶速度；行车视距
7、；智能控制 西南科技大学本科生毕业论文 目 录 第一章 绪 论 . 1 1.1 道路交通安全现状 . 1 1.2 安全行驶及其影响因素 . 2 1.2.1 安全行驶速度的定 义 . 2 1.2.2 影响安全行驶的主要因素 . 2 1.3 本文研究的主要内容 . 3 第二章 安全行驶速度智能控制系统总体设计 . 5 2.1 功能概述 . 5 2.1.1 下位机系统功能 . 5 2.1.2 上位机系统功能 . 5 2.2 下位机系统总体设计 . 6 2.3 上位机系统总体设计 . 7 2.4 本章小结 . 8 第三章 硬件电路设计 . 9 3.1 主要器件 . 9 3.1.1 带有 SPI 接口的
8、独立 CAN 总线控制器 MCP2515 . 9 3.1.2 霍尔传感器 A3144 . 24 3.1.3 红外对管及 ADC0832 . 25 3.1.4 步进电机及驱动芯片 ULN2003A . 27 3.1.5 显示器 LCD1602 . 28 3.1.6 三端稳压集成电路芯片 7805 . 31 3.2 下位机系统电路设计 . 31 3.2.1 安全行驶速度测量 电路 . 31 3.2.2 实时速度测量电路 . 32 3.2.3 通信模块电路 . 32 3.2.4 数码管显示电路 . 33 3.2.5 电源电路 . 34 3.2.6 单片机电路 . 34 西南科技大学本科生毕业论文 3
9、.3 上位机系统电路设计 . 35 3.3.1 步进电机电路 . 35 3.3.2 声光提示电路 . 35 3.3.3 LCD1602 显示器 . 36 3.3.4 单片机电路 . 36 3.4 本章小结 . 37 第四章 软件设计 . 38 4.1 MCP2515 构造 CAN 通信最小节点 . 38 4.1.1 复位 MCP2515 . 38 4.1.2 设置位定时 . 38 4.1.3 设置屏蔽和滤波器 . 39 4.1.4 设置正常模式 . 39 4.1.5 设置发送与接收缓冲器 . 40 4.2 下位机程序设计 . 40 4.2.1 常量、变量说明 . 41 4.2.2 安全行驶速度
10、采集 子程序 . 42 4.2.3 实时速度采集子程序 . 43 4.2.4 显示子程序 . 44 4.2.5 MCP2515 发送子程序 . 45 4.2.6 下位机主程序 . 46 4.3 上位机程序设计 . 47 4.3.1 常量、变量说明 . 47 4.3.2 LCD1602 显示子程序 . 48 4.3.3 步进电机 控制子程序 . 50 4.3.4 MCP2515 接收子程序 . 52 4.3.5 上位机主程序 . 52 4.4 本章小结 . 54 结论 . 55 致谢 . 57 参考文献 . 58 西南科技大学本科生毕业论文 附录 1：电路图 . 60 附录 2：程序清单 . 6
11、2 西南科技大学本科生毕业论文 1 第一章 绪 论 1.1 道路交通安全现状 随着经济社会的发展，汽车越来越成为人们生活中必不可少的工具。随着汽车保有量大幅增加，由此引发的各种问题也越来越凸现。道路拥挤、能源消耗、噪声污染、空气污染和交通安全等严重制约着经济社会的可持续发展。同时，交通事故给人们的生命财产安全带来了极大的威胁。中国是世界上交通事故死亡人数最多的国家，中国每年发生交通事故 20 万起，因交通事故死亡人数均超过 6 万人。表 1-1 列出了我国2010 年、 2011 年涉及人员伤亡的交通事故次数以及由此带来的直接经济损失 1。 表 1-1 2010 年、 2011 年交通事故统计
12、 年份 次数 死亡人数 受伤人数 财产损失 2010 219521 65225 254075 9.3 亿 2011 210812 62387 249673 9.4 亿 合计 430333 127612 503748 18.7 亿 2010 年，全国共接报道路交通事故 3906164 起，同比上升 35.9%。其中，涉及人员伤亡的道路交通事故 219521 起，造成 65225 人死亡、 254075 人受伤，直接财产损失 9.3 亿。与 2009 年相比，事故起数减少 18839 起，下降 7.9%；死亡人数减少 2534人，下降 3.7%；受伤人数减少 21050 人，下降 7.7%；直接财
13、产损失增加 1196.7 万元，上升 1.3%。发生一次死亡 3 人以上道路交通事故 1244 起，同比减少 32 起，发生一次死亡 5 人以上道路交通事故 269 起，同比增加 8 起；发生一次死亡 10 人以上特大道路交通事故 34 起，同比增加 10 起。适用简易程序处理的道路交通事故 3686652起，与去年相比，增加 1050895 起，上升 39.9%。 2011 年全国的道路交通安全总体形势总体平稳。全国涉及人员伤亡的道路交通事故 210812 起，共造成 62387 人死亡，事故起数、死亡人数同比分别下降 4%和 4.4%，从大的数字上来看是相对平稳的。但是，也有一些比较明显的
14、特点，从肇事车辆的使用性质看，生产经营性道路交通事故总数有些下降，一般货运车辆事故还是比较突出，占整个生产经营性事故的 71.8%。从事故原因看，超速行驶、酒后驾驶、疲劳驾驶仍西南科技大学本科生毕业论文 2 然是导致交通事故多发的主要的原因。特别是超速行驶导致的事故死亡人数占全部死亡人数的 14.2%，这个比例还是相当高的。从事故 发生的地点、道路情况看，高速公路的事故仍然呈上升的趋势。 1.2 安全行驶及其影响因素 1.2.1 安全行驶速度的定义 安全行驶速度，是在驾驶员特征、车辆性能、道路特征、交通流特征、天气条件以及时段等众多复杂因素的共同影响下，通过设定各种因素对行驶速度的影响系数而进
15、行计算，得到的一个车辆在安全行驶状态下不能超越的速度。 1.2.2 影响安全行驶的主要因素 1、驾驶员因素 交通事故是道路交通系统中，由于人、车、路、环境等因素配合失调而引起的突发事件。驾驶员是车辆安全行驶的掌控者。在汽车行驶过程中，驾驶员扮演着最重要的角色。在各类交通事故的原因统计中，驾驶员的因素占据着很大的比重。具体分析，可以从三个方面总结驾驶员对安全行驶速度的影响：第一，驾龄的影响。根据经验，驾龄越长，驾驶员对车辆的掌控能力就越强，发生紧急情况时驾驶员的反应也就越及时，因此事故发生的概率也就越小。第二，车速对驾驶员视力的影响。根据研究表明，车辆行驶速度升高，驾驶员的视力会随着下降。并且速
16、度越高，视力下降的程 度越严重。第三，车速对驾驶员视野的影响。当车速提高的时候，驾驶员必须要提前看到远方的交通情况，视野自然变窄，事故发生的可能性也就增加 2。 2、车辆因素 车辆是行驶过程的客体。所有驾驶员的操作都必须有效的作用于车辆才能产生控制作用。不同车辆的配置参数不同，具体表现在汽车的制动性、转向性、操控性及稳定性等多种性格参数的差异。第一，汽车制动系统是汽车安全行驶的核心部件之一。制动距离是指驾驶员开始踩制动踏板到汽车完全停止所经过的距离。制动距离会受到很多因素的影响，如汽车的行驶速度，路面附着系数等。根据统计，汽车 由于刹车失西南科技大学本科生毕业论文 3 灵或制动不足而使制动距离
17、延长、侧滑、跑偏而引起的事故占交通事故总数的 15%。第二，汽车转向系统是关系操控性的关键部件。若转向系统发生偏差或者不灵敏，在汽车高速行驶的时候，如果车辆需要转向，则此时离心力很大，容易发生车辆偏离行驶轨迹，造车翻车等交通事故。 3、道路因素 道路是汽车行驶的载体。道路条件包括很多的方面，诸如道路等级、线性特征、路面状况、交通工程及沿线交通设施等。我国的公路根据使用任务、功能及适应的交通量的不同，划分为五个等级：高速公路，一级公路，二级公路，三级公路，四级公路。不同等级的公 路最高限速也不一样，例如，高速公路限速 120Km/h。另一方面，在驾驶汽车行驶时，应根据实时道路条件选择车速，比如道
18、路的平直、弯曲，路面的起伏，道路的宽度，坡度等各种因素都会影响车速 3。 4、环境因素 环境因素包括自然环境和人工环境。自然环境包括天气条件，地理条件等。人工环境主要是指人流量和车流量。我国每年因天气条件恶劣而导致的交通事故很多，当出现雨雪天气时，能见度降低，而轮胎对地面的附着力也减小，这时就应该减速慢行，使汽车的稳定性保持在一个可控的范围。地理条件也是影响车速的重要因素，由于某些路段地势险 恶，在不清楚前方道路的情况下，应减慢车速，增加驾驶员对于道路情况判断的准确性。另一方面，在城市交通系统中，由于城市是人流量和车流量很集中的地方，在城市道路行驶时，应该减速避让人流、车流，遇到紧急情况提前采
19、取措施。 1.3 本文研究的主要内容 本设计为典型测控系统，由于汽车应用的实际环境，检测部分与控制部分分离，所以本设计采取上位机与下位机分别实现控制、检测任务的方法，然后通过汽车电子技术中通用的总线技术 CAN 总线进行通讯，达到测控系统条理分明，功能模块化的目的。通过下位机系统实现对安全行驶速度和汽车实时速度 的检测，通过 CAN 总线通信，将下位机数据传送至上位机系统，实现上位机对下位机传输数据的显示，及根据两路速度信号判断汽车安全状态，并做出相应的控制。具体的设计内容如下： 1、安全行驶速度检测 通过检测红外透射的衰减度，实现对能见度的确定，行车视距大小的判断。并据西南科技大学本科生毕业
20、论文 4 此做出在当前能见度条件下，汽车车辆安全行驶的最高限速值。 2、实时速度检测 使用霍尔传感器 A3144 对实时车速进行检测。 3、 CAN 总线通信系统 采用带有 SPI 接口的独立 CAN 控制器 MCP2515 以及总线收发器 TJA1050T，实现上位机与下位机之间的通信。因为采用汽车通用的总线技术，便于实现功能节点的扩展。 4、监测显示 上位机系统采用 LCD1602 对速度信号进行显示，实现了比较友好的人际交互界面。 5、警示及控制输出 在车辆实时速度高于安全行驶速度时，汽车自动发出声光警示信号。在警示没有引起重视时，通过步进电机精准的控制汽车油门的开度，实现在不安全状态下
21、汽车自动降速的功能。 西南科技大学本科生毕业论文 5 第二章 安全行驶速度智能控制系统总体设计 2.1 功能概述 本设计使用 AT89S52 单片机、 ADC0832、 MCP2515、 TJA1050T 等芯片，检测当前环境条件下的安全行驶速度和实时的汽车车辆自身速度，并以此判断汽车安全状态，并根据判断结果进行相应控制。整个系统由两大子系统构成，负责完成不同的功能，并且子系统所处位置不同，因此要单独设计。下位机实现的功能包括两路速度信号的检测、数码管动态显示速度信号、数据上传。上位机主要由单片机、 LCD 显示电路、步进电机控制电路组成，完成相关的控制及显示功能。 2.1.1 下位机系统功能
22、 1、速度检测 下位机系统能够实现对根据当前环境条件 、天气条件等共同影响下的能见度检测，并且检测的方法不能影响汽车的正常行驶及驾驶员对汽车的操作。的高速公路的设计限速值为 120Km/h，在能见度超过 200m 的时候，系统输出的安全行驶速度为设计速度。在能见度低于 10m 的时候，系统输出停止信号，即能见度太低，车辆不能安全行驶。另一方面，系统要能够快速检测出汽车车辆的实时行驶速度。 2、速度信号显示 下位机系统能够实时显示两种速度的值。显示时，仅显示整数部分。 3、数据上传 能够定时上传下位机系统检测到的两路速度信号值。 2.1.2 上位机系统功能 1、数据收集 上位机能够实时收集从下位机传来的速度值，并判断和显示。
