基于ATIME 庫(kù)和單片機(jī)的汽車安全駕駛系統(tǒng)

基于ATIME 庫(kù)和單片機(jī)的

汽車安全駕駛系統(tǒng)

李鵬輝 李鑫楠 王冠宇 北華航天工業(yè)學(xué)院 河北廊坊 065000 

【文章摘要】 

汽車安全駕駛系統(tǒng)是以提高駕駛員對(duì)汽車行駛狀態(tài)了解為目的設(shè)計(jì)的一種行車輔助設(shè)備。本系統(tǒng)硬件以IAP15F2K61S2 型單片機(jī)為核心，軟件設(shè)計(jì)基于ATIME 庫(kù)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了汽車行駛過程中必要參數(shù)的獲取與分析，能夠及時(shí)對(duì)危險(xiǎn)情況做出必要報(bào)警，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

【關(guān)鍵詞】

ATIME 庫(kù)；IAP15F2K61S2 單片機(jī)；傳感器；控制

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014 年一季度，全國(guó)發(fā)生涉及人員傷亡的道路交通事故40283 起，造成10575 人死亡、直接財(cái)產(chǎn)損失2.1 億元。而這其中很多交通事故是因駕駛員安全意識(shí)不足，沒有認(rèn)識(shí)到危險(xiǎn)造成的。

因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了這套系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可以檢測(cè)汽車安全帶狀態(tài)、駕駛員是否酒駕、駕駛員是否疲勞駕駛、車廂內(nèi)好似否存在有害氣體等參數(shù)，并對(duì)這些情況及時(shí)作出報(bào)警，必要時(shí)進(jìn)行短信發(fā)送報(bào)警。

1 汽車安全駕駛系統(tǒng)原理概述

本系統(tǒng)以IAP15F2K60S2 單片機(jī)和ATIME 庫(kù)為基礎(chǔ)，軟件通過C 語(yǔ)言開發(fā)實(shí)現(xiàn)。通過高速A/D 轉(zhuǎn)換器獲取的傳感器數(shù)據(jù)，單片機(jī)系統(tǒng)判斷當(dāng)前汽車行駛狀態(tài)與駕駛員狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果為安全后系統(tǒng)正常運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)開始報(bào)警，必要時(shí)發(fā)送短信報(bào)警。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)供電電路和系統(tǒng)核心電路

我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用兩種供電電路。當(dāng)汽車自帶USB 接口時(shí)，可以方便的使用USB 給系統(tǒng)供電。當(dāng)汽車上沒有空余接口時(shí)，可以直接通過汽車電瓶供電。考慮到復(fù)雜環(huán)境下的系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，我們?cè)陔娫刺幪砑恿穗娫捶唇颖Ｗo(hù)，確保系統(tǒng)的安全工作。

IAP15F2K61S2 型單片機(jī)最小系統(tǒng)已經(jīng)大大簡(jiǎn)化，只需要提供5V 電源即可正常工作（如圖1）。

2.2 傳感器檢測(cè)電路

一氧化碳傳感器和易燃性氣體傳感器采用模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)外部發(fā)出模擬信號(hào)，經(jīng)過高速A/D 轉(zhuǎn)換器采樣獲取一氧化碳濃度、可燃性氣體濃度。溫濕度傳感器采用DHT11 溫濕度傳感器，通過串口直接將溫度濕度值發(fā)送給單片機(jī)。

2.3 時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘模塊負(fù)責(zé)對(duì)駕駛員開車時(shí)間記錄，以判定駕駛員是否疲勞駕駛。時(shí)鐘芯片采用DS1302 芯片，在本系統(tǒng)中采用軟件模擬SPI 時(shí)序完成數(shù)據(jù)通訊（如圖2）。

2.4 語(yǔ)音報(bào)警電路

語(yǔ)音報(bào)警電路可以通過單片機(jī)控制對(duì)外發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到危險(xiǎn)時(shí)，控制語(yǔ)音報(bào)警模塊報(bào)警。同時(shí)單片機(jī)還可以控制短信發(fā)送模塊發(fā)送短信（如圖3）。

2.5 交互顯示屏和按鍵電路

本系統(tǒng)采用1.7 寸TFT 屏幕作為交互界面，主要顯示系統(tǒng)所檢測(cè)的物理量。TFT 屏幕接口為通用并行接口。按鍵使用以TTP229 為核心的觸摸按鍵模塊，使用串行通信。

3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)總流程圖

系統(tǒng)上電后，首先進(jìn)行硬件的檢測(cè)與初始化，當(dāng)硬件檢測(cè)成功后進(jìn)行軟件初始化。當(dāng)所有初始化項(xiàng)目成功之后系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)（如圖4）。 

3.2 系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化分硬件初始化和軟件初始化。硬件初始化指：對(duì)本系統(tǒng)的各個(gè)硬件進(jìn)行上電初始化，使其進(jìn)入正常工作狀態(tài)。軟件初始化指：對(duì)顯示器排版，確定顯示界面的設(shè)置，對(duì)時(shí)鐘芯片進(jìn)行設(shè)置。初始化完成后會(huì)自動(dòng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

3.3 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與報(bào)警

系統(tǒng)可以檢測(cè)汽車環(huán)境的一氧化碳濃度、可燃性氣體濃度、當(dāng)前溫度、濕度、安全帶狀態(tài)和駕駛員累計(jì)開車時(shí)間等參數(shù)。檢測(cè)結(jié)果會(huì)實(shí)時(shí)顯示到顯示器上，當(dāng)某一參數(shù)超過設(shè)定好的閾值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警。同時(shí)，單片機(jī)每15 秒進(jìn)行一次寫EEPROM 操作，保存當(dāng)前的參數(shù)到單片機(jī)內(nèi)部EEPROM 中。

3.4 系統(tǒng)交互界面設(shè)計(jì)

交互界面采用層次化設(shè)計(jì)，首先將待顯示的邊框、提示信息等顯示出來，然后再把需要實(shí)時(shí)顯示的數(shù)據(jù)顯示在特定的顯示區(qū)域內(nèi)。這樣，就可以大大提高顯示效率，減少顯示數(shù)據(jù)花費(fèi)的時(shí)間。也確保了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

3.5 ATIME 庫(kù)

ATIME 庫(kù)是為51 內(nèi)核的單片機(jī)編寫的通用性驅(qū)動(dòng)代碼，提供了大量接口，方便程序開發(fā)。

如圖為程序庫(kù)總體框架： 

本程序框架以STC 公司的各個(gè)系列單片機(jī)為平臺(tái)，根據(jù)不同系列的單片機(jī)還提供設(shè)置好的代 碼庫(kù)，代碼結(jié)構(gòu)清晰。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)在汽車安全駕駛檢測(cè)方面已經(jīng)基本達(dá)到既定目標(biāo)，可以根據(jù)汽車行駛狀態(tài)做出正確的提示，達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。同時(shí)，通過采用ATIME 庫(kù)作為底層硬件驅(qū)動(dòng)程序，簡(jiǎn)化了程序的開發(fā)流程，更便捷的設(shè)計(jì)出功能豐富的單片機(jī)程序。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 李鵬輝，ATIME 程序庫(kù)，https:// github.com/EleVenPerfect/ATIME_51_ MCU 

[2] 普拉塔, 人民郵電出版社,《C primer plus 中文版》