急剎車誤踩油門應(yīng)急系統(tǒng)

摘要：針對新手開車誤踩油門而經(jīng)常產(chǎn)生嚴(yán)重交通事故現(xiàn)象，文章設(shè)計由急剎車誤踩油門判斷電路、單片機(jī)控制電路、繼電器切斷油門及驅(qū)動剎車等電路構(gòu)成的急剎車誤踩油門應(yīng)急系統(tǒng)，能自動識別誤踩油門，啟動緊急剎車功能。實驗表明系統(tǒng)易于實現(xiàn)并取得較好效果，具有廣泛的應(yīng)用前景。文中概述了系統(tǒng)的硬軟件設(shè)計與具體實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：急剎車；誤踩油門；單片機(jī)；繼電器；驅(qū)動電路

0 概述
    目前我國每天考取汽車牌照的人數(shù)以萬計，其中有不少人在考取車牌后隔離相當(dāng)長的一段時間才開始駕車， 這樣的新手，技術(shù)不熟練，當(dāng)開車遇到緊急情況時，如：遇到行人、障礙物或快速迎面而來的汽車時，慌亂中，經(jīng)常會誤把油門當(dāng)成剎車踩，使車突然加速，造成車損人亡的嚴(yán)重交通事故。還有一部分酒醉駕駛?cè)藛T，意識模糊，很容易誤把油門當(dāng)成剎車踩，從而產(chǎn)生交通事故慘劇。
    本文提出的急剎車誤踩油門應(yīng)急系統(tǒng)是由急剎車誤踩油門判斷電路、單片機(jī)控制電路、繼電器切斷油門及驅(qū)動剎車等硬件電路，配以相應(yīng)的軟件控制，以識別誤踩油門，實現(xiàn)緊急驅(qū)動剎車功能，避免惡性事故發(fā)生。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
    本系統(tǒng)主要由急剎車誤踩油門判斷電路、單片機(jī)控制電路、繼電器切斷油門、驅(qū)動剎車并發(fā)出警告和數(shù)碼顯示及電源電路等四部分構(gòu)成。系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。

1．1 急剎車誤踩油門判斷電路
    急剎車誤踩油門判斷電路由電磁感應(yīng)器、單片機(jī)ATmega8芯片中A／D轉(zhuǎn)換功能電路組成。當(dāng)踩油門時，與油門相連的電磁感應(yīng)器由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)信號，通過單片機(jī)ATmega8芯片中A／D轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號，設(shè)定正常加速時踩油門產(chǎn)生經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換得到的最大數(shù)字電壓值的1．2倍作為單片機(jī)ATmega8芯片程序電壓基準(zhǔn)值，若檢測到的電壓大于基準(zhǔn)值，則判斷為誤踩油門，反之為正常踩油門加速，從而實現(xiàn)判斷誤踩油門功能。同時由于在緊急剎車情況下，踩剎車的速度與力度相對每個人都有所不同，所以在本設(shè)計中基準(zhǔn)電壓值可人工調(diào)節(jié)，以適應(yīng)更多的人群使用。

2 單片機(jī)控制及各功能輸出電路
    系統(tǒng)中采用的單片機(jī)是ATMEL公司生產(chǎn)的基于增強(qiáng)型AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制ATmega8。
    該單片機(jī)具有如下特點：8k字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1k字節(jié)SRAM，32個通用I／O口線，32個通用工作寄存器，三個具有比較模式的靈活的定時器／計數(shù)(T／C)，片內(nèi)／外中斷，可編程USART，面向字節(jié)的兩線串行接口，10位6路(8路為TQFP與MLF封裝)ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及五種可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式CPU停止工作，而SRAM、T／C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU和除了異步定時器與ADC以外所有I／O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力。
    單片機(jī)控制電路原理如圖2所示。

    圖中當(dāng)踩動油門時，電磁感應(yīng)器產(chǎn)生的模擬電壓由ATmega8的PC0腳輸入，利用ATmega8內(nèi)部的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，再與單片機(jī)EEPROM內(nèi)預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對比，當(dāng)該電壓超過基準(zhǔn)電壓時，表示誤踩油門，分別由PD0、PD1腳輸出的比較電壓經(jīng)驅(qū)動電路90141、90142放大后由驅(qū)動繼電器JR2、JR1驅(qū)動，從而斷開油門，啟動剎車系統(tǒng)功能，同時由PD3、PD2輸出信號并啟動蜂鳴器和紅色LED燈作警告提示。

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計
2．1 急剎車誤踩油門判斷軟件設(shè)計
    利用ATmega8的A／D功能提取電壓值，定義3V為判斷基準(zhǔn)初始值電壓存放在單片機(jī)的EEPROM內(nèi)，當(dāng)電壓值超過基準(zhǔn)值后，執(zhí)行剎車功能，2s后自動恢復(fù)正常工作。急剎車誤踩油門判斷軟件流程圖如圖3所示。

2．2 按鍵部分軟件設(shè)計
    按鍵部分程序采用狀態(tài)機(jī)方式查詢。由于按鍵的檢測過程需要進(jìn)行消抖處理，因此取狀態(tài)機(jī)的時間序列周期約為10ms。圖4給出了一個簡單按鍵盤狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換流程圖。圖中將一次按鍵完整的操作過程分解為三個狀態(tài)，采用時間序列周期約為10ms。

    其中功能按鍵包括按鍵1、按鍵2、按鍵3等共三個按鍵。
    按鍵1：工作模式切換按鍵。按按鍵1時間長約2s，則系統(tǒng)由正常工作狀態(tài)進(jìn)入基準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式。
    按鍵2：電壓基準(zhǔn)增加按鍵。按鍵在基準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式下才有效，此時，每按一下按健2基準(zhǔn)電壓升高。
    按鍵3：電壓基準(zhǔn)減小按鍵。按鍵在基準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式下才有效，此時，每按一下按健2基準(zhǔn)電壓降低。

3 系統(tǒng)測試實驗
3．1 急剎車判斷測試實驗
    把急剎車誤踩油門檢測設(shè)備輸出電壓連接到示波器輸入端，調(diào)節(jié)示波器的各個檔位到適合位置，用不同的速度踩油門設(shè)備，測試輸出電壓值，如表1所示。

3．2 按鍵控制電路測試實驗
    測試與按鍵次數(shù)對應(yīng)的穩(wěn)壓電源電壓，基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)如表2所示。

    由表2知：穩(wěn)壓電源電壓、基準(zhǔn)電壓誤差約為0．2V。
3．3 單片機(jī)控制電路的測試實驗
    首先在PC機(jī)上進(jìn)行仿真調(diào)試，單片機(jī)控制仿真電路圖如圖5所示。

    圖中增加了一個4位數(shù)碼管顯示，和一個電位器以改變電壓值，電位器的電壓值在數(shù)碼管里顯示出來，說明AD功能正常。
    然后進(jìn)行按鍵控制仿真調(diào)試，仿真調(diào)試電路如圖6所示。

    D5為紅燈，D5亮?xí)r為基準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式。D6為綠燈，D6亮?xí)r為正常工作模式。當(dāng)按下按鍵1時間長約2s時，紅燈亮，此時再按一下按鍵2，然后上下調(diào)節(jié)電位器，使綠光亮，第二次、第三次重復(fù)以上操作可以發(fā)現(xiàn)，最終綠光亮?xí)r，所調(diào)節(jié)的電位器中心抽頭位置越來越高；同理，按一下按鍵3，調(diào)節(jié)電位器，使綠光亮，第二次、第三次重復(fù)以上操作可以發(fā)現(xiàn)，最終綠光亮?xí)r，所調(diào)節(jié)的電位器中心抽頭位置越來越低。以上仿真測試實驗說明單片機(jī)控制電路包括按健控制電路工作正常。
3．4 系統(tǒng)整體測試實驗
    接通電路板穩(wěn)壓電源進(jìn)行系統(tǒng)整體測試實驗，實驗按正常工作模式、基準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式兩種方式。測試結(jié)果如下：
    (1)正常工作模式。用不同的速度踩動油門踏板，當(dāng)超過所設(shè)定的速度時，即達(dá)到誤踩時油門速度的基準(zhǔn)值，此時系統(tǒng)能驅(qū)動繼電器切斷電機(jī)電路，同時啟動蜂鳴器和紅色LED燈作警告提示，并且2s后系統(tǒng)自動恢復(fù)正常狀態(tài)。
    (2)基準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式。在基準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式狀態(tài)下，按按鍵2(加)，用不同的速度踩動油門踏板，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增加按鍵次數(shù)，綠燈亮?xí)r(即轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài))所需踩動油門踏板的速度要越來越大；同理按按鍵3(減)，用不同的速度踩動油門踏板，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不斷增加按鍵次數(shù)，綠燈亮?xí)r(即轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài))所需踩動油門踏板的速度要越來越小，整個過程數(shù)碼管均能顯示基準(zhǔn)調(diào)節(jié)模式調(diào)節(jié)時各次不同的基準(zhǔn)值。

4 結(jié)論
    本文設(shè)計的由急剎車誤踩油門判斷電路、單片機(jī)控制電路、繼電器切斷油門及驅(qū)動剎車等電路構(gòu)成的急剎車誤踩油門應(yīng)急系統(tǒng)，實驗證明能自動識別誤踩油門，啟動緊急剎車和報警功能，避免惡性交通事故的發(fā)生，具有廣泛的市場應(yīng)用前景。