基于ARM的汽車安全帶報(bào)警系統(tǒng)

1、山東建筑大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書目錄目錄1摘 要2正文31設(shè)計(jì)目的及要求32設(shè)計(jì)背景32.1 背景32.2安全帶的作用43設(shè)計(jì)內(nèi)容63.1安全帶報(bào)警系統(tǒng)的組成63.2安全帶報(bào)警系統(tǒng)的工作原理6總結(jié)與致謝13參考文獻(xiàn)14附錄15摘 要隨著移動設(shè)備的流行和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)。它并不是最近出現(xiàn)的新技術(shù)，只是隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微控制芯片功能越來越大，而嵌入微控制芯片的設(shè)備和系統(tǒng)越來越多，從而使得這種技術(shù)越來越引人注目。它對軟硬件的體積大小、成本、功耗和可靠性都提出了嚴(yán)格的要求。嵌入式系統(tǒng)的功能越來越強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)也越來越復(fù)雜，隨之出現(xiàn)的就是可靠性大大降低。最近的一

2、種趨勢是一個(gè)功能強(qiáng)大的嵌入式系統(tǒng)通常需要一種操作系統(tǒng)來給予支持，這種操作系統(tǒng)是已經(jīng)成熟并且穩(wěn)定的，可以是嵌入式的Linux，WINCE等等。本文所要研究的就是基于ARM嵌入式系統(tǒng)的安全帶報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用了飛st的32位ARM微處理器stm32作為核心處理器由于當(dāng)車輛在高速行駛時(shí)發(fā)生碰撞或緊急制動時(shí)，巨大的慣性會使車內(nèi)乘員與方向盤、擋風(fēng)玻璃等發(fā)生二次碰撞，從而造成對乘員的嚴(yán)重傷害。安全帶能將人束縛在座位上，它的緩沖作用會吸收大量動能，極大地減輕乘員的受傷害程度。因此，如果能強(qiáng)制車輛前排乘坐人員扣上安全帶后才能駕車，將降低事故引起的人員傷亡程度。針對上述問題，作者提出了改進(jìn)的辦法，

3、設(shè)計(jì)一款新型的、能在乘車人員進(jìn)入車內(nèi)坐好后，立即提醒乘坐人員扣好安全帶，否則，車子不能開動的安全帶自動報(bào)警閑置，從而起到預(yù)防或減少交通事故的作用。關(guān)鍵字：ARM嵌入式系統(tǒng);安全帶正文1設(shè)計(jì)目的及要求1、進(jìn)一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學(xué)理論知識的在實(shí)際中的應(yīng)用能力；掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法；熟悉一種嵌入式芯片，掌握一般嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試方法。為以后進(jìn)行工程實(shí)際問題的研究打下設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。2、安全帶自動報(bào)警是一種在提醒駕乘人員佩戴安全帶的安全裝置。由于大多駕乘人員疏忽大意，往往在駕乘車輛的時(shí)候沒有佩戴安全帶，在出現(xiàn)劇烈碰撞的交通事故中，極其容易造成傷亡，為此，我們設(shè)計(jì)一種提醒駕乘人員佩戴安全帶的裝置，并

4、強(qiáng)制駕乘人員在啟動車輛之前佩戴好安全帶。所以為告誡意識不良或粗心大意的車主（乘員）我們這個(gè)小組的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目定為安全帶自動報(bào)警系統(tǒng)的研發(fā)。即為乘員不系安全帶發(fā)動機(jī)不能起動和自動報(bào)警燈亮、蜂鳴器響的強(qiáng)制系安全帶的系統(tǒng)。2設(shè)計(jì)背景2.1 背景1、誤區(qū)：低速駕駛不使用安全帶也可導(dǎo)致嚴(yán)重傷害“安全帶與安全氣囊”的現(xiàn)場試驗(yàn)，現(xiàn)場演示了不正確使用安全帶和安全氣囊給駕駛員和乘車者造成的嚴(yán)重傷害和后果。試驗(yàn)運(yùn)用淺顯易懂的方式和精確的數(shù)據(jù)詮釋了正確使用安全帶和安全氣囊的重要性和緊迫性，號召廣大駕駛員在駕車的時(shí)候，必須正確使用安全帶與安全氣囊。即便在低速行駛下，也要佩帶安全帶，同時(shí)配備安全氣囊將會取得更好的保護(hù)效

5、果。2、調(diào)查顯示：駕駛?cè)藢Π踩珟Ш蜌饽业氖褂么嬖谡`區(qū)國內(nèi)一份網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，其中有82%的人認(rèn)為帶安全帶非常重要，但因?yàn)槌鞘袃?nèi)道路堵塞，沒有必要帶安全帶；10%的人將安全帶作為擺設(shè)，認(rèn)為有安全氣囊就可以了；2%的人認(rèn)為駕駛技術(shù)好，不用安全帶；6%的人認(rèn)為安全帶不需要保養(yǎng)。這主要是由于有很多駕車人對安全帶和氣囊理解不夠，在使用上存在一定的誤區(qū)。當(dāng)車輛在高速行駛時(shí)發(fā)生碰撞或緊急制動時(shí)，巨大的慣性會使車內(nèi)乘員與方向盤、擋風(fēng)玻璃等發(fā)生二次碰撞，從而造成對乘員的嚴(yán)重傷害。安全帶能將人束縛在座位上，它的緩沖作用會吸收大量動能，極大地減輕乘員的受傷害程度。然而由于觀念的滯后，很多人都抱著僥幸心理，認(rèn)為在市內(nèi)行車，

6、時(shí)速不會太高，所以沒什么機(jī)會能用得著安全帶。其實(shí)，當(dāng)車僅以每小時(shí)40公里的速度行駛發(fā)生碰撞時(shí)，身體前沖的力量就相當(dāng)于從4層樓上扔下一袋50公斤重的水泥塊，其沖力之大可想而知。 調(diào)查數(shù)據(jù)顯示：在一次可能導(dǎo)致死亡的車禍中，安全帶的使用可使車內(nèi)人員生還的幾率提高60%，發(fā)生正面撞車時(shí)，系了安全帶可使死亡率減少57%；側(cè)面撞車時(shí)可減少死亡率44%；翻車時(shí)可減少死亡率80%。日本最新研究表明，車禍中后排未系安全帶的乘客猛烈撞擊前排座椅，會對司機(jī)或前排的乘客形成極大的沖擊，使他們在車禍中死亡的概率增加大約5倍。  安全帶的防護(hù)作用主要是：  (1)防止駕、乘人員被拋出車外； 

7、 (2)對抗撞車時(shí)的減速度，使駕、乘人員不致與方向盤、儀表板、檔風(fēng)玻璃等物品發(fā)生第2次撞擊。  安全帶是一種在發(fā)生交通事故時(shí)能防止或減輕乘員受二次碰撞所造成傷害的安全裝置。早在100多年前，在歐美國家的馬車座位上就已經(jīng)有了安全帶，以防止乘客從馬車上被顛下來。1922年，賽車場上的跑車開始使用安全帶，1955年，美國福特汽車裝備了安全帶，1968年，美國規(guī)定轎車的前排座位均要安裝安全帶，從此世界轎車興起了安全帶。我國也規(guī)定從1999年7月1日起，所有小型客車（包括轎車、吉普車、面包車和微型車）在行駛時(shí)，駕駛員和前排乘員都必須使用安全帶。2.2安全帶的作用國外研究機(jī)構(gòu)測試表明，汽車以時(shí)速

8、為50公里的速度撞上墻壁的沖擊力，相當(dāng)于從10米高度（約為3層樓屋頂?shù)母叨龋┑涞剿嗟孛嫔稀Ｆ嚂r(shí)速為50公里時(shí)發(fā)生碰撞，體重50公斤的人全正面沖擊的沖擊力將達(dá)到1.5噸；作用于既沒有系安全帶也沒有使用兒童座椅的四歲兒童身上的向前方?jīng)_擊的能量，是兒童體重的30倍！這說明高速行駛的汽車發(fā)生碰撞或緊急制動時(shí)，將產(chǎn)生巨大的慣性力，這個(gè)慣性力能使駕乘者與車內(nèi)的方向盤、擋風(fēng)玻璃、座椅靠背、車門等物體發(fā)生碰撞，甚至將駕乘者拋離座位或拋出車外。而座椅安全帶的緩沖作用，能吸收大量的撞擊能量，化解巨大的慣性力，并將駕乘人員牢牢束縛在座位上，防止身體與車內(nèi)堅(jiān)硬物體碰撞或被拋出車外。 汽車安全帶的作用在于，一旦車

9、輛發(fā)生碰撞或使用緊急制動，預(yù)緊裝置就會瞬間收束，繃緊佩帶時(shí)松弛的安全帶，將乘員牢牢地拴在座椅上，以防止意外。一旦安全帶的收束力度超過一定限度，限力裝置就會適當(dāng)放松安全帶，保持胸部受力穩(wěn)定。 汽車安全帶是一種有效的安全防護(hù)裝置,被譽(yù)為"生命帶"，可以防止人在交通事故中受傷或在發(fā)生事故時(shí)減輕受傷程度。駕乘人員系好安全帶，在事故中存活的機(jī)會是不系安全帶的2倍，還可以將受傷的機(jī)會降低50%。據(jù)國外數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，駕駛?cè)宋聪蛋踩珟У氖鹿仕劳雎始s為系安全帶的37.7倍；前排同乘者未系安全帶的事故死亡率約為系安全帶的10.6倍；后排同乘者未系安全帶的事故死亡率約為系安全帶的3.1倍。未使用兒童

10、安全座椅的死亡率和重傷率約為使用兒童安全座椅的2.5倍。汽車安全帶不僅在發(fā)生交通事故時(shí)能有效地減少人員傷亡，而且能確保正確的駕駛姿勢和減輕駕駛?cè)似凇?汽車發(fā)生碰撞事故后，駕駛?cè)撕统藛T最常見的創(chuàng)傷是頭部、胸腹部、上肢骨折或挫裂傷。如果正確使用安全帶，一旦發(fā)生事故，駕駛?cè)撕统藛T的傷害將會相對減輕。據(jù)資料顯示，使用腰肩安全帶后可以減少死亡、重傷人數(shù)約40%50%。在正面碰撞事故時(shí)，使用安全帶可減少頭、臉部受傷率約60%。而不使用安全帶的人在碰撞事故發(fā)生后彈出車外的可能性和受傷后住醫(yī)院治療時(shí)間，分別比使用安全帶的人要高10倍和增加24倍。實(shí)踐證明，使用安全帶是一種有效、方便、經(jīng)濟(jì)的安全措施。汽車安全

11、帶對保護(hù)生命如此重要，但令人遺憾的是，很多人卻總是忽視它。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國一些地方90%的駕乘人員沒有自覺系安全帶的意識。不系安全帶是造成道路交通死亡事故的第三大原因，僅次于超速行駛和酒后駕駛。此外，很多駕駛?cè)藛T對安全帶的作用也存在誤解，認(rèn)為車速較高時(shí)，系安全帶是十分有效的；而在車速較低時(shí)，沒有使用安全帶的必要。事實(shí)上，汽車在較慢速度下行駛，若發(fā)生碰撞或緊急制動，雖然產(chǎn)生的慣性力相對較小，但仍足以使駕乘人員無法控制身體，與汽車方向盤、擋風(fēng)玻璃等車內(nèi)堅(jiān)硬部件碰撞，對身體造成傷害。3設(shè)計(jì)內(nèi)容3.1安全帶報(bào)警系統(tǒng)的組成 安全帶自動報(bào)警系統(tǒng)由乘員判斷常開開關(guān)（2個(gè)）、安全帶扣子常閉開關(guān)（2個(gè)）、報(bào)警燈、蜂

12、鳴器、起動機(jī)電路常閉繼電器。3.2安全帶報(bào)警系統(tǒng)的工作原理機(jī)動車安全帶提醒保護(hù)電路，其輸入端與電源相連，輸出端與機(jī)動車點(diǎn)火鎖相連，在電路的輸入端與輸出端之間設(shè)置著相互并聯(lián)在一起的繼電器支路、延時(shí)支路以及輸出支路，繼電器支路由位于安全帶鎖扣內(nèi)的常閉開關(guān)、繼電器線圈以及位于坐墊下面的壓力開關(guān)依次串聯(lián)構(gòu)成，繼電器的常開觸點(diǎn)與電子延時(shí)器串聯(lián)在一起構(gòu)成延時(shí)支路，電子延時(shí)器的延時(shí)閉合觸點(diǎn)與常閉繼電器線圈串聯(lián)在一起構(gòu)成輸出支路，常閉繼電器的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)在輸出端電路上。本實(shí)用新型能在乘車人員進(jìn)入車內(nèi)坐好后，立即提醒乘坐人員扣好安全帶，否則，車子不能開動，從而起到預(yù)防或減少交通事故的作用。當(dāng)駕乘人員坐到正（副）

13、駕駛座位的時(shí)候，乘員判斷常開開關(guān)閉合，此時(shí)報(bào)警燈亮，蜂鳴器響，起動機(jī)電路常閉繼電器斷開，起動機(jī)在啟動擋的時(shí)候不能工作，當(dāng)佩戴好安全帶之后，安全帶扣子常閉開關(guān)斷開，報(bào)警燈熄滅，蜂鳴器熄滅，起動機(jī)電路常閉繼電器閉合，起動機(jī)在啟動擋的時(shí)候正常工作，這樣做的目的是為了提醒駕乘人員佩戴安全帶，強(qiáng)制駕乘人員啟動車輛之前佩戴安全帶。乘客感知系統(tǒng)：  乘客感知系統(tǒng)用于檢測前排座位上乘員的壓力，以決定是啟用還是禁用儀表板模塊展開回路。乘客感知系統(tǒng)由安裝到座墊底部的電子控制模塊和傳感器總成、線束和乘客安全氣囊啟用/解除指示燈組成。乘客感知系統(tǒng)通過測量前排座椅乘員的質(zhì)量獲得壓力來決定是否接通開關(guān)，并通過乘

14、客安全帶報(bào)警燈或乘客安全帶解除指示燈，以告知乘客當(dāng)前狀態(tài)。安全帶自動報(bào)警系統(tǒng)原理圖 圖1：安全帶報(bào)警系統(tǒng)原理圖安裝的方法：圖2 傳感器安裝位置示意圖乘員感知傳感器（乘員判斷常開開關(guān)）安裝在圖中1、2位置安全帶扣子常閉開關(guān)安裝在圖中3、4位置帶燈蜂鳴器安裝在圖中5位置安全帶的扣子上噴涂上絕緣層用于控制啟動機(jī)的斷路控制的常閉繼電器安裝在啟動機(jī)的搭鐵線上以上的電路元件按電路圖示連接起來 產(chǎn)品的元件介紹：1、乘員判斷常開開關(guān) 乘員判斷常開開關(guān)為簡單的回位式的壓力常開開關(guān)圖3 座位乘坐判斷傳感器圖4 壓力傳感器模塊2、安全帶扣子常閉開關(guān) 安全帶扣子常閉開關(guān)為兩彈性銅片相接觸的自制常閉開關(guān)，當(dāng)噴涂上絕緣層

15、的安全帶扣子扣上時(shí)兩彈性銅片被分開電路斷路。3、帶燈蜂鳴器 帶燈蜂鳴器所起的作用是當(dāng)司機(jī)或乘客忘戴安全帶進(jìn)行啟動操作而不能啟動時(shí)，起提示作用說明是因?yàn)闆]有戴安全帶所以不能啟動提醒司機(jī)或乘客戴上安全帶后再啟動即可。圖5 安全帶提示用蜂鳴器 圖6 蜂鳴器工作電路4、啟動機(jī)的斷路控制的常閉繼電器啟動機(jī)的斷路控制的常閉繼電器在安裝時(shí)謹(jǐn)記安裝在啟動機(jī)的搭鐵線上，嚴(yán)禁安裝在啟動機(jī)的電源線上（因?yàn)閱与娏骱艽螅?。液晶顯示部分：圖7 液晶顯示模塊主芯片 圖8 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 LPC2103是PHILIPS公司最新推出的基于ARM7TDMI-S、LQFP48封裝的LPC2103，最高工作速度可達(dá)70MHz，

16、32KB的片內(nèi)FLASH程序存儲器和8K的片內(nèi)靜態(tài)RAM。通過片內(nèi)boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)ISP/IAP編程。LPC2103的10位A/D轉(zhuǎn)換器提供8路模擬輸入，低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有獨(dú)立的電源和特定的32768HZ時(shí)鐘輸入，多達(dá)32個(gè)通用I/O口（可承受5V電壓），可通過個(gè)別使能/禁止外圍功能外圍時(shí)鐘分頻來優(yōu)化額外功耗。較小的封裝和很低的功耗使LPC2103特別適用于訪問控制和POS機(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和8KB的片內(nèi)SRAM，它也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器。高級性能還使它適合用作數(shù)學(xué)協(xié)處理器，此外也特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)中。 16-bit/32-bit ARM7T

17、DMI-S微控制器在一個(gè)小LQFP48 包裝. 8 kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和32 kB片上閃存程序內(nèi)存. 128-bit寬度接口/加速器可實(shí)現(xiàn)高速70 MHz操作. ISP/IAP通過片內(nèi)引導(dǎo)程序軟件.單個(gè)Flash扇區(qū)或整片擦除100 ms和256字節(jié)編程1 ms. 嵌入式ICE RT提供實(shí)時(shí)與片內(nèi)RealMonitor軟件調(diào)試. 該10-bit的A / D轉(zhuǎn)換器提供8個(gè)模擬輸入轉(zhuǎn)換時(shí)間，低至2.44µs。每通道和專用的結(jié)果寄存器，以盡量減少中斷開銷. Two 32-bit定時(shí)器/聯(lián)合七捕獲外部事件計(jì)數(shù)器和七比較通道. Two 16-bit定時(shí)器/ 3路捕獲外部事件計(jì)數(shù)器和

18、七比較通道. 低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)具有獨(dú)立的電源和專用32千赫時(shí)鐘輸入. 多個(gè)串行接口，包括兩個(gè)UART (16C550),兩個(gè)快速I2C(400 kbit / s）與緩沖和可變數(shù)據(jù)長度功能，SPI和SSP 向量中斷控制器，congurable優(yōu)先級和向量地址. 最多至32個(gè)5 V寬容快速通用I / O的pins. 13邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷pins可用. 70 MHz最大CPU時(shí)鐘從可編程片上PLL可以以到10的MHz 25 MHz可能的輸入頻率和100µs建立時(shí)間 片內(nèi)集成振蕩器與經(jīng)營范圍中的一個(gè)外部晶體從1 MHz到25 MHz. 節(jié)電模式包括空閑模式

19、，掉電與RTC主動模式，并掉電模式. 單獨(dú)使能/禁止外圍功能以及周邊時(shí)鐘縮放額外的功率優(yōu)化. 處理器喚醒掉電模式，通過外部中斷或RTC總結(jié)與致謝在顯示系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中,顯示硬件的整體設(shè)計(jì)考慮全面是設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn),這就要求對顯示硬件的各特性參數(shù)有全面的了解。軟件設(shè)計(jì)中,由于其中涉及到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較多,同時(shí)又和控制臺聯(lián)系在一起,有一定的難度。只有在深刻理解各個(gè)變量和操作函數(shù)的具體意義后, 才能分析編寫自己需要的嵌入式程序。短暫的課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，在此，感謝所有在學(xué)習(xí)和生活中給予我關(guān)心和幫助的人們。首先我要感謝高煥兵、魏莉、胡秀蒙三位位老師，本次課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的選題、課題調(diào)研與撰寫工作實(shí)在和老師的指導(dǎo)下完成的。和老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、一絲不