汽车车辆安全行驶速度智能控制毕业论文

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)

3.3 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)

附录1：电路图 (60)

附录2：程序清单 (62)

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]。

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

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

灵或制动不足而使制动距离延长、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取措施。

1.3 本文研究的主要容

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

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汽车自动降速的功能。