基于AVR的新型防汽車追尾安全裝置設(shè)計

1 引言

隨著我國汽車保有量逐年增加，高速公路的發(fā)展使得汽車的行駛速度越來越快。車流量也越來越大，導(dǎo)致高速公路交通事故頻頻發(fā)生，其發(fā)生率甚至達到普通公路的4倍，且有上升趨勢。在高速公路所發(fā)生的交通事故中尤以汽車追尾居多，約占30%～40%，而在這些事故中，80%以上的事故是由于司機反應(yīng)不及時或者判斷失誤引起的。由于目前只有高檔車型才配有防碰撞裝置，而且以往設(shè)計中只單純考慮在車前或車后安裝防碰撞裝置，不盡全面，所以設(shè)計一套低成本、通用性好的汽車防車前車后追尾的安全裝置具有廣闊的應(yīng)用和市場前景。因此。這里提出一種基于AVR的新型防汽車追尾安全裝置設(shè)計。

2 安全裝置組成和硬件電路設(shè)計

安全裝置硬件電路設(shè)計主要由單片機控制、加速度傳感器、激光雷達、LED剎車燈及電源等電路組成，如圖1所示，裝置車載狀況如圖2所示。

2.1 單片機ATmega8L

該設(shè)計選用高性能、低功耗單片機ATmega8L，它是基于先進的AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位CMOS 工藝微控制器，器件內(nèi)部集成有模擬比較器，6通道1O位(TOFP與MLF封裝為8通道)的A/D轉(zhuǎn)換器，3個具有比較模式的靈活定時器/計數(shù)器，512字節(jié)的EEPROM，片內(nèi)/外中斷，5種可通過軟件選擇的睡眠模式，以及8 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash存儲器(可隨時在線編程)，易于產(chǎn)品設(shè)計和更新。同時，ATmega8L可達到接近1 MIPS/MHz的性能，運行速度比普通CISC單片機高出10倍，并且該器件價格不高，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供靈活且低成本的解決方案。另外，ATmega8L的工作電壓為2.7~5.5 V，非常適用于那些電壓波動較大的場合。

2.2 加速度傳感器MMA7260QT與單片機接口設(shè)計

該系統(tǒng)設(shè)計選用加速度傳感器MMA72600T，測量加速度。該器件采用MEMS原理制作的低成本、低功耗、單芯片集成XYZ三軸感應(yīng)加速度傳感器，可準確測量0~350 Hz、±6 g范圍內(nèi)動態(tài)或靜態(tài)加速度，還能夠監(jiān)測車體微小震動和整車的傾斜角度。該器件內(nèi)部集成了信號調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補償技術(shù)，并提供4個量程(1.5g、2 g、4 g、6 g)可選，2.2～3.6 V單電源供電，工作電流小于500μA，休眠模式下最低供電電流僅為3μA。

MMA7260QT加速度傳感器采集汽車加速度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過ATmega8L的PD7(AIN1)端口傳輸至ATmega8L，其具體連接電路如圖3所示。

圖3中，當(dāng)Xout輸出和閾值電壓比較匹配時，系統(tǒng)發(fā)出模擬比較器中斷，單片機轉(zhuǎn)向LED剎車燈閃爍中斷子程序處理，采用這種方式可節(jié)省系統(tǒng)資源。Xout與PD7引腳之間的RC具有濾波作用，用于減小時鐘噪聲，在電源和地之間加入去耦電容。另外，實際焊接安裝時應(yīng)保證加速度傳感器MMA72600T盡可能地靠近微控制器ATmega8L放置。

2.3 霍爾車速傳感器

霍爾車速傳感器由8級磁鋼、UGN-3030T型霍爾開關(guān)傳感器、LM2917及放大電路組成，如圖4所示。

圖4中，汽車傳動部分帶動8級磁鋼旋轉(zhuǎn)，由于磁場變化使得8級磁鋼每轉(zhuǎn)一圈霍爾傳感器便產(chǎn)生8個脈沖信號，經(jīng)放大器處理輸出到頻率/電壓轉(zhuǎn)換器LM2917，由單片機的A/D轉(zhuǎn)換器根據(jù)LM2917輸出電壓測量當(dāng)前汽車時速。

2.4 激光雷達測距

測距方法主要有超聲波、激光雷達、連續(xù)波雷達等，基于成本和設(shè)計需求考慮，激光雷達測距是最佳選擇。激光雷達測距有連續(xù)波和脈沖波兩種方式，本設(shè)計使用脈沖波方式。安全裝置發(fā)出脈沖狀的紅外激光束照射前方，并利用汽車后部可反光部件(以汽車號碼牌為主)的反射光，通過受光裝置檢測反射光，單片機根據(jù)時間差計算出其距離。