汽車巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書張翅

畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目:汽車巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院(直屬系):交通與汽車工程學(xué)院年級、專業(yè):2007級車輛工程姓名:張翅學(xué)號:指導(dǎo)教師:趙玲完成時間:2011年6月1日目錄摘要 4Abstract 41前言 51.1設(shè)計(jì)的目的及意義 51.2單片機(jī)的國內(nèi)外開展?fàn)顩r 51.3任務(wù)與分析 72系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 82.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 82.2系統(tǒng)總體框圖 103系統(tǒng)硬件電路介紹 113.189C52單片機(jī) 113.2ADC0804A/D轉(zhuǎn)換器 153.3舵機(jī) 193.4LCD液晶顯示器 193.5時鐘電路 193.6復(fù)位電路 204系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 204.1proteus軟件環(huán)境介紹 204.2protel軟件環(huán)境介紹 224.3系統(tǒng)軟件分析 224.4程序流程圖 235系統(tǒng)調(diào)試過程 295.1電路原理圖 295.2系統(tǒng)仿真調(diào)試 30結(jié)論 37總結(jié)與體會 38謝辭 39參考文獻(xiàn) 40附錄 41汽車巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是基于AT89C52單片機(jī)為控制核心的汽車巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用LM016L液晶顯示屏，將汽車在高速狀態(tài)下的當(dāng)前速度以及巡航設(shè)置速度顯示出來，在系統(tǒng)中還采用舵機(jī)來控制節(jié)氣門〔也俗稱油門〕來控制其開度，設(shè)置舵機(jī)的轉(zhuǎn)向來表示加油還是減油，在巡航控制中，設(shè)置按鍵對巡航進(jìn)行加減速度的設(shè)計(jì)，并運(yùn)用PID算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在仿真中，用滑動變阻器的增減代替道路狀況的好或壞來仿真巡航設(shè)定后，舵機(jī)工作狀況。本設(shè)計(jì)說明書對該系統(tǒng)的硬件電路，工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。同時給出了軟件設(shè)計(jì)的流程圖和主要源代碼。關(guān)鍵詞：AT89C52單片機(jī)舵機(jī)LCD液晶顯示器PID算法TheDesignOfTheCruiseControlSystemAbstractThedesignistheCruiseControlSystem,basedontheAT89C52Singlechipasthecontrolcenter.ThisSystemusedLM016LLCDscreentodisplaythecruisingspeedofthevehicleandthecurrentspeedwhenitathighspeed.AlsotheSystemusedsteeringenginetocontrolthethrottleactuator(commonlyknownasthethrottle),inordertocontrolthesizeofopening;androtatingthedirectionofsteeringenginetorepresentincreasingordecreasingoil.Underthecruisecontrol,thedesignofsettingthekeystocreaseordecreasethecruisingspeed，thenusingofPIDalgorithmtoprogramming.Inthecourseofsimulation,authorusestheslidingrheostattosimulatetheroadconditions(goodorbad);afterspeedchanging,authorwatchestheworkingconditionsofsteeringengine.Thisdesignspecificationintroducedbothhardwarecircuitandworkingprincipleindetail;atthesametime,itgivestheflowchartandthemainsourcecodeofsoftwaredesign.Keywords:89C52SingleChipSteeringgearLCDdisplayPIDalgorithm1前言1.1設(shè)計(jì)的目的及意義隨著高速公路的開展，汽車在高速路上以80Km/h-120Km/h的速度行駛，在這種高速下，節(jié)氣門的開度需要大幅度的開啟，也就是說駕駛員需要較大的力度去踩踏板，并且在高速路上要全部保持這種狀態(tài)，如果駕駛員光用腳去控制踏板，很容易導(dǎo)致控制油門的踏板的腿部肌肉疲勞加大，如果嚴(yán)重了，會失去對踏板的控制能力，那在汽車需要制動的時候，很容易發(fā)生事故。一方面對駕駛員的身體造成一定傷害，又增大了駕駛員得勞動強(qiáng)度，使駕駛員容易疲勞，引起交通事故。現(xiàn)代汽車電子技術(shù)為解決這個問題，研發(fā)出了一種電子控制巡航系統(tǒng)〔CCS〕，當(dāng)車速到達(dá)一定高速的時候，如果想進(jìn)入巡航狀態(tài)，可以直接開啟巡航控制開關(guān)，然后汽車會以當(dāng)前的車速自動進(jìn)入巡航狀態(tài)，保持在這個速度附近不變，如果突遇道路狀況變化、上下坡、轉(zhuǎn)彎和各種阻力變化的情況下，巡航控制系統(tǒng)的執(zhí)行器可以在一定范圍下自動調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度，保持車速恒定，駕駛員在巡航過程中只需要控制轉(zhuǎn)向盤，兩腿處于自由狀態(tài)，使駕駛員的勞動強(qiáng)度大大減輕1.2任務(wù)與分析本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是基于單片機(jī)的。首先，在Protel軟件環(huán)境中進(jìn)行硬件電路圖的設(shè)計(jì)。然后在8051軟件環(huán)境中進(jìn)行系統(tǒng)的軟件編程，并進(jìn)行程序源文件的編譯和調(diào)試，最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件電路運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的源代碼來源。把.hex文件加載到AT89C52單片機(jī)芯片，然后在Proteus軟件環(huán)境中運(yùn)行硬件電路[1]。本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要由:AT89C52為中央處理芯片，用于數(shù)據(jù)處理，初值設(shè)定。車速是由一個方波信號發(fā)生器發(fā)出一個固定的信號，是一個固定的信號也就是每次采集的脈沖個數(shù)不會因?yàn)槎鏅C(jī)動作而變化，作為對車速的反應(yīng)調(diào)節(jié)，把舵機(jī)信號和路況模擬參數(shù)加了進(jìn)去，在巡航控制中，主要設(shè)置5個按鍵，KEY1〔巡航總開關(guān)〕，KEY2〔巡航設(shè)定開啟〕，KEY3〔巡航加速〕，KEY4〔巡航減速〕，KEY5〔巡航取消〕，除這5個按鍵之外，還設(shè)置了兩個按鍵來模擬駕駛員開車時候的加油門和減油門，并將檢測的當(dāng)前的車速和巡航控制中設(shè)定的車速顯示在LM016L液晶顯示器顯屏中，本次設(shè)計(jì)用VC語言進(jìn)行編程。本系統(tǒng)可以分為以下4大模塊：1、AT89C52模塊：用于數(shù)據(jù)處理，和外圍的時鐘芯片通信，并控制時鐘傳輸過程，采集時間信息并予以處理。2、A/D轉(zhuǎn)換：本次設(shè)計(jì)采用的是ADC0804A/D轉(zhuǎn)換器，三態(tài)鎖定輸出，135US的存取時間，8位的分辨率，在設(shè)計(jì)中，用一個滑動變阻器代替汽車行駛時候路面變化狀況，阻止的減少表示路面狀況變好，阻止增大表示路面狀況變差，這樣就會產(chǎn)生一個模擬信號，用ADC0804A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到AT89C52單片機(jī)進(jìn)行處理。3、1602LCD液晶顯示器:工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。4、程序：單片機(jī)主程序，包括A/D轉(zhuǎn)換程序，中斷程序，按鍵掃描子程序，顯示字符子程序，顯示轉(zhuǎn)速子程序。

2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案通過查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)初期共有3個方案供選擇，分別是：〔1〕采用89C2051單片機(jī)+步進(jìn)電機(jī)+數(shù)碼管顯示組成的系統(tǒng)；〔2〕采用AT89C52單片機(jī)+步進(jìn)電機(jī)+1602液晶顯示芯片組成的系統(tǒng)；〔3〕采用AT89C52單片機(jī)和舵機(jī)加上1602顯示組成的系統(tǒng)。〔1〕采用89C2051單片機(jī)+步進(jìn)電機(jī)+數(shù)碼管顯示組成的系統(tǒng)此系統(tǒng)的硬件局部主要是由89C2051單片機(jī)，數(shù)碼管，7805，ADC0832構(gòu)成。該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，但是數(shù)碼管顯示消耗單片機(jī)資源，軟件設(shè)計(jì)局部，程序冗長而復(fù)雜，易產(chǎn)生混淆。〔2〕采用AT89C52單片機(jī)+步進(jìn)電機(jī)+1602液晶顯示芯片組成的系統(tǒng)；這個方案采用AT89C52單片機(jī)，1602液晶，步進(jìn)電機(jī)來組成系統(tǒng)的硬件。但是步進(jìn)電機(jī)做位置定位電機(jī)扭力一般比舵機(jī)要小，而舵機(jī)機(jī)用于位置定位，必須用位置反應(yīng)的方法通過一定的算法來實(shí)現(xiàn)的，在進(jìn)行反應(yīng)調(diào)速時候不如舵機(jī)好用?！?〕采用AT89C52單片機(jī)和舵機(jī)加上1602顯示組成的系統(tǒng)此方案在硬件局部采用了AT89C52單片機(jī)，MG995舵機(jī)，ADC0804，1602液晶顯示器，幾個按鍵。在功能上進(jìn)行了擴(kuò)充，并且使得硬件連線顯得較為簡單，在軟件局部，程序顯得層次清楚。最后確定設(shè)計(jì)采用第3方案，即系統(tǒng)是由AT89C52單片機(jī)，MG995舵機(jī)，ADC0804，1602液晶顯示器組成[2]。2.2系統(tǒng)總體框圖圖1系統(tǒng)總體框圖當(dāng)汽車巡航控制系統(tǒng)啟動后，程序進(jìn)入初始化階段。單片機(jī)一直檢測是否有按鍵按下。當(dāng)開關(guān)鍵按下后液晶顯示當(dāng)前車速和巡航車速，當(dāng)巡航車速為0km/h時，系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)按下設(shè)定鍵如果當(dāng)前車速在40km/h-180km/h時，設(shè)置巡航車速為當(dāng)前車速，系統(tǒng)翻開，PID算法控制舵機(jī)開始通過節(jié)氣門調(diào)整車速。此時按下加速〔或減速〕鍵，巡航車速每次增加(或降低)

3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.189C52單片機(jī)

AT89C52單片機(jī)是低電壓，高性能CMOS8位的單片機(jī)，其中由和隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器組成，而程序存儲器由可反復(fù)擦寫的Flash8kbytes組成，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，可以說是89C51單片機(jī)的升級版，單片機(jī)片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C52有40個引腳，雙向輸入/輸出〔I/O〕有32個端口，中斷口有兩個，16位可編程定時計(jì)數(shù)器有3個,全雙工串行通信口有2個，讀寫口線有2個，AT89C52雖然不可以在線編程，但可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程。Flash存儲器是和通用的微處理器結(jié)合在一起的，而Flash存儲器能夠反復(fù)擦寫使開發(fā)本錢得到了降低。圖2AT89C52單片機(jī)引腳圖AT89C52單片機(jī)與早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，只不過用FlashROM替代了ROM/EPROM而已。89C52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖。圖3AT89C52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖VCC：供電引腳。GND：接地。P0口：P0口是一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的引腳第一次寫入1時，定義為高阻輸入。P0口能夠用做外部程序數(shù)據(jù)存儲器，還可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口可作為原碼輸入口，當(dāng)對FIASH校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部一定要被拉高。P1口：P1口是一個在內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口。P1口緩沖器可以接收輸出4TTL門電流，P1口引腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可以用作輸入。P1口被外部下拉為低電平時，會輸出電流，這是因?yàn)閮?nèi)部上拉的原因。對FLASH校驗(yàn)和編程時P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口是內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器能接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P2口被寫1時其管腳被內(nèi)部的上拉電阻拉高，并且作為輸入。因此原因作為輸入時，P2口的引腳被外部拉低，此時輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)對外部8位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口將輸出特殊功能存放器的內(nèi)容。P2口在FLASH校驗(yàn)和編程時接收高八位控制信號和地址信號。P3口：P3口的引腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口可以接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入1時管腳被內(nèi)部上拉為高電平，并作為輸入引腳。當(dāng)外部下拉為低電平P3口將輸出電流〔ILL〕，是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C52的特殊功能口P3口管腳第二功能:P3.0RXD：〔串行輸入口〕P3.1TXD：〔串行輸出口〕P3.2INT0：〔外部中斷0〕P3.3INT1：〔外部中斷1〕P3.4T0：〔記時器0外部輸入〕P3.5T1：〔記時器1外部輸入〕P3.6WR：〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7RD：〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕P3口同時也為閃爍編程、編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST引腳：復(fù)位功能。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，應(yīng)該保持RST引腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG引腳：ALE端是以不變的頻率周期輸出正的脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6，因此它可用作對外部輸出的脈沖或者用于定時。但是要注意的是，每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，都將跳過一個ALE脈沖，如想禁止ALE的輸出，可在SFR8EH地址上置0。與此同時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被拉高。PSEN引腳：是外部程序存儲器的選通信號。在外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，兩次有效的/PSEN信號將不會出現(xiàn)。EA/VPP引腳：加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET。在FLASH編程期間，這個引腳也可用于施加12V編程電源〔VPP〕。XTAL1引腳：反向振蕩放大器的輸入以及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2引腳：反向振蕩器的輸出。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別是反向放大器的輸入和輸出端。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩都可采用。如果采用外部時鐘源驅(qū)動器件那么XTAL2應(yīng)不接。要是有輸入至內(nèi)部時鐘信號那么要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬并無任何要求，但是必須保證脈沖的上下電平需要的寬度。AT89C52主要特性：1〕與MCS-51兼容2〕片內(nèi)振蕩器和時鐘電路3〕4K字節(jié)可編程閃爍存儲器4〕全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz5〕三級程序存儲器鎖定6〕數(shù)據(jù)保存時間：10年7〕128×8位內(nèi)部RAM8〕32可編程I/O線9〕5個中斷源10〕兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器11〕壽命：1000寫/擦循環(huán)12〕可編程串行通道13〕低功耗的閑置和掉電模式

3.2ADC0804A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器就是將產(chǎn)生的模擬信號〔無論是電壓變化，溫度變化〕轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。ADC0804A/D轉(zhuǎn)換器有依次逼近的8位COMS，三態(tài)鎖定輸出，在工作中能到達(dá)135US的存取時間。而它的8位分辨率，100US轉(zhuǎn)換時間，1LSB的總誤差，是相當(dāng)高效的圖4ADC0804引腳圖下面對ADC0804引腳依次作介紹：/CS：為芯片的選擇信號。/RD：為外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。當(dāng)/RD為HI時，DB0~DB7是高阻抗處理，當(dāng)/RD為LO時，才能夠輸出數(shù)字信號。/WR：用來控制輸入轉(zhuǎn)換的啟動口，表示ADC的轉(zhuǎn)換開始〔/CS=0時〕，當(dāng)/WR口由HI變?yōu)長O時，去除轉(zhuǎn)換器：當(dāng)/WR變?yōu)镠I時，開始轉(zhuǎn)換。其中/CS，/RD，/WR三個端口對整個AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制。CLKIN，CLKR：時鐘輸入。/INTR:中斷請求信號輸出口。VIN(+)VIN(-):差動模擬電壓輸入。當(dāng)單端正電壓時輸入時,VIN(-)接地:當(dāng)差動輸入時,直接參加VIN(+)VIN(-)。DGND,AGND:數(shù)字信號和模擬信號的接地口。VREF:輔助參考電壓。DB0~DB7:輸出8位的數(shù)字信號。VCC:電源供給。在本次設(shè)計(jì)中，由滑動變阻器產(chǎn)生的一個模擬信號，由VIN(+)口輸入ADC0804，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號由DB1到DB6輸入進(jìn)89C52單片機(jī)進(jìn)行處理。3.3舵機(jī)本次設(shè)計(jì)采用輝盛mg995舵機(jī)，在仿真中，用舵機(jī)控制節(jié)氣門的開度，舵機(jī)轉(zhuǎn)動范圍為-90度到+90度，而相對應(yīng)車速在0Km/h到180Km/n之間，舵機(jī)轉(zhuǎn)角增大表示節(jié)氣門開度增大，節(jié)氣門開度變大，使速度增加，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)角變小時，表示節(jié)氣門開度減少，駕駛員開始減油門，車速減小，通過單片機(jī)AT89C52中的P2.3口來控制舵機(jī)。圖5舵機(jī)3.4LCD1602液晶顯示器液晶顯示是利用液晶的物理特性，顯示區(qū)域由電壓來控制，有電就有顯示，LCD既可以顯示圖形，也可以顯示字符。液晶顯示器以體型薄、顯示質(zhì)量高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用。圖61602LCD液晶顯示屏LCD液晶顯示屏的優(yōu)點(diǎn)。1602LCD液晶屏顯示質(zhì)量高液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍，這是因?yàn)橐壕э@示器不像陰極射線管顯示器，會不斷刷新新亮點(diǎn)，每一個點(diǎn)在收到信號后的亮度和色彩會得到很好的保持，而且發(fā)光非常恒定。2、數(shù)字式接口液晶顯示器都是接受數(shù)字式的信號，單片機(jī)系輸出的信號能夠被液晶顯示器更好吸收，在做實(shí)物的時候方便操作。3，體積小、重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來到達(dá)顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。4，功耗低LCD液晶顯示器主要內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上耗功電量，因而耗電量比其它顯示器要少得多。下列圖是LCD液晶顯示器實(shí)物圖：圖7LCD液晶顯示器3.5時鐘電路本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時鐘方式的電路。在89C52單片機(jī)內(nèi)部中有一個用于構(gòu)成放大器，該放大器內(nèi)有高增益反相的振蕩器，其中XTAL1為輸入端口，XTAL2為輸出端口。這兩個引腳連接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容C3和C4為30pF。常是在1.2MHZ～12MHZ為晶體的振蕩頻率的通常范圍。晶體頻率與系統(tǒng)的時鐘頻率成正比，而頻率越快，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。圖8時鐘電路3.6復(fù)位電路復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路。加電瞬間通過電容充電來實(shí)現(xiàn)的是上電復(fù)位電路，其電路如圖9所示。通電的時候，電容C1通過電阻R1充電，RST端口出現(xiàn)正脈沖時候，用以復(fù)位。當(dāng)電源Vcc的上升時間沒有超過1ms時，系統(tǒng)自動復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。在參數(shù)的選定過程中，振蕩穩(wěn)定后應(yīng)保證復(fù)位高電平持續(xù)時間大于2個機(jī)器周期。本次設(shè)計(jì)采用的晶體頻率為6MHZ，C1=22uF,R1=1kΩ。圖9復(fù)位電路

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1proteus軟件環(huán)境介紹Proteus軟件是英國Labcenterelectronics公司所開發(fā)的工具軟件，Proteus軟件除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，最重要的是，它有互動的電路仿真。在微處理器的應(yīng)用上，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級的實(shí)時調(diào)試。Proteus軟件中能進(jìn)行模擬和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中可以使用一個特定符號來代替元器件，并完成不會對真實(shí)電路造成任何損害的電路仿真操作。而且在仿真過程中能獲得信號圖標(biāo)，對于市面上最流行的單片機(jī)都能進(jìn)行仿真，而且還能利用ARES開發(fā)印制電路板。4.2Protel軟件環(huán)境介紹Protel印制板設(shè)計(jì)軟件包是澳大利亞proteltechnology公司發(fā)開的電子CAD產(chǎn)品，在電路圖的設(shè)計(jì)上，protel有著很高的自動布線布通率。而電子元器件在電路圖中連接，在印刷幅員中能否實(shí)現(xiàn)主要依靠它。在設(shè)計(jì)常用的單、雙面印制板時只要選擇適當(dāng)?shù)脑季趾筒季€策略方法，protel就可以輕易的到達(dá)98%-100%的布通率。對于極少數(shù)不能布通的定方，protel可以用飛線指示出來，引導(dǎo)用戶用手工方法連通。 4.3系統(tǒng)軟件和硬件在本次系統(tǒng)，我偏重做了軟件局部，對整個巡航系統(tǒng)首先做了Protel電路圖，和Proteus仿真，又利用keil軟件進(jìn)行程序的編譯與調(diào)試，它對硬件系統(tǒng)起到擴(kuò)充和完善的作用。而在系統(tǒng)硬件局部，我做了巡航5個按鍵以及顯示的功能。下面將軟件和硬件局部做個簡單介紹：〔1〕汽車巡航軟件程序設(shè)計(jì)過程使用的AD芯片采樣模擬路況，通過信號發(fā)生器模擬車速傳感器信號，程序里要對AD進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)讀取，而單片機(jī)要處理車速信號得到當(dāng)前車速，還要控制液晶顯示和舵機(jī)的工作，由于本系統(tǒng)使用的單片機(jī)沒有PWM模塊，舵機(jī)控制信號采用的是由兩個中斷來控制產(chǎn)生的[7]?！?〕汽車巡航硬件實(shí)物設(shè)計(jì)過程在硬件電路設(shè)計(jì)中，先購置需要的各種元器件，然后依照Protel軟件中生的PCB版，對電路進(jìn)行連線，最后將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)，輸入信號，進(jìn)行按鍵調(diào)試，下列圖為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所做的實(shí)物：圖10硬件實(shí)物4.4程序流程圖〔1〕主程序流程圖圖11主程序圖〔上〕圖12主程序圖〔下〕主程序流程圖說明：對系統(tǒng)先進(jìn)行初始化，由AD轉(zhuǎn)換器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入單片機(jī)進(jìn)行處理，同時進(jìn)行按鍵掃描，當(dāng)車速到達(dá)巡航要求范圍內(nèi)，按下巡航設(shè)定，采樣當(dāng)前車速，并進(jìn)行設(shè)定，那么此時PID算法將起作用，將車速和舵機(jī)轉(zhuǎn)角控制在設(shè)定值左右，由于本系統(tǒng)涉及到生命財(cái)產(chǎn)平安，所以設(shè)計(jì)了開關(guān)和設(shè)定兩個按鍵來確認(rèn)汽車巡航，其中巡航取消按鍵和駕駛員加減油門都可以使汽車巡航關(guān)閉?！?〕A/D采樣模擬路況子程序圖13AD采樣子程序流程圖框圖A/D采樣模擬路況子程序圖說明：在此圖中先將AD轉(zhuǎn)換器初始化，將滑動變阻器產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，然后讀取到采樣值，并輸入給單片機(jī)工作。〔3〕PID車速控制子函數(shù)圖14PID車速控制子程序流程框圖PID車速控制子函數(shù)流程圖說明：在此流程圖中，主要說明的是車速的控制算法，車速的變化范圍從幾十千米每小時到零點(diǎn)幾千米每小時，變化范圍大，控制精度高，一套PID參數(shù)難以到達(dá)要求，于是我采用了分段PID的方式，當(dāng)前車速和巡航車速相差較大的時候，采用一套參數(shù)，較小采用另一套，最后得到當(dāng)前舵機(jī)的控制量[9]?！?〕車速采樣子函數(shù)圖15車速采樣程序流程圖車速采樣程序流程圖說明：因?yàn)楸痉桨覆捎玫能囁賯鞲衅魇怯眯盘栐茨M的，傳給單片機(jī)的脈沖是一定的，因?yàn)檐囁俸投鏅C(jī)角度還有路況都有關(guān)系，計(jì)算車速的時候我是用舵機(jī)和路況參數(shù)產(chǎn)生一個系數(shù)來影響車速，經(jīng)過試驗(yàn)，得出，舵機(jī)系數(shù)是(duoji-500)/800，路況系數(shù)為(adval+400)/700，從而把這三者聯(lián)系起來?！?〕按鍵掃描子程序圖16按鍵掃描子程序流程圖按鍵掃描子程序流程圖說明：按鍵按下后信號會出現(xiàn)一定頻率的抖動，導(dǎo)致單片機(jī)識別錯誤，只按了一次，識別為按了屢次，所以我們這里要加延時去抖。5系統(tǒng)調(diào)試過程5.1電路原理圖通過上面的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)的工作已經(jīng)根本完成，接下來的工作就是對所設(shè)計(jì)好的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。通過調(diào)試可以檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯誤，從而進(jìn)行下一步的修改?！?〕在Protel99SE中，對硬件電路圖進(jìn)行ERC電氣規(guī)那么檢查。圖17protel原理圖圖18ERC電氣規(guī)那么檢查結(jié)果〔2〕程序調(diào)試程序經(jīng)過調(diào)試顯示“0錯誤，0警告〞。表示程序調(diào)試通過。圖19程序調(diào)試通過示意圖(3)PCB板圖圖20PCB圖5.2系統(tǒng)仿真調(diào)試(1)在Proteus中建立仿真圖，界面結(jié)果如圖圖21protues仿真圖圖22巡航按鍵(2)當(dāng)速度到達(dá)40Km/H圖23汽車巡航狀態(tài)圖24汽車舵機(jī)轉(zhuǎn)動狀態(tài)此時當(dāng)前速度83Km/h,設(shè)定巡航車速為83Km/h(3)在仿真中我用一個滑動變阻器來模擬道路狀況的變化，如下圖：圖25滑動變阻器1當(dāng)滑動變阻器值變小時，表示路面狀況變好，此時速度會增加，但因?yàn)樵谘埠街校O(shè)定為一定速度，所以，此時巡航控制系統(tǒng)會調(diào)節(jié)舵機(jī)角度，使其變小，來減小節(jié)氣門開度，從而到達(dá)降速的目的：圖26路況變好車速和舵機(jī)轉(zhuǎn)角此圖為當(dāng)?shù)缆窢顩r變好時，當(dāng)前車速略微高于設(shè)定車速，所以舵機(jī)轉(zhuǎn)角從-10.8減小為-13.0，降低節(jié)氣門開度，來到達(dá)降速目的。2當(dāng)滑動變阻器值增大時，表示路面狀況變差，此時速度會降低，但因?yàn)樵谘埠街?，設(shè)定為一定速度，所以，此時巡航控制系統(tǒng)會調(diào)節(jié)舵機(jī)角度，使其變大，來增大節(jié)氣門開度，從而到達(dá)提速的目的：圖27路況變差車速和舵機(jī)轉(zhuǎn)角此圖為道路狀況變差時，當(dāng)前車速略微低于設(shè)定速度，所以舵機(jī)轉(zhuǎn)角從-10.8增大至-8.1，增大假期們開度，開到達(dá)提速目的。(4)在巡航中，當(dāng)駕駛員想減小巡航車速，按下巡航減速鍵，設(shè)定速度會以5Km/h往下遞減，如圖：圖28巡航減速此圖為駕駛員連續(xù)按了3次設(shè)定速度減為68Km/h，舵機(jī)轉(zhuǎn)角從-10.8減小至-23.2，使節(jié)氣門減小，當(dāng)前車速也隨著減小為69Km/h(5)巡航中，當(dāng)駕駛員想增加巡航車速，按下巡航加速鍵，設(shè)定速度會以5Km/h往上遞增，如圖：圖29巡航加速此圖為駕駛員連續(xù)按了3次巡航加速鍵以后，設(shè)定速度增值98(6)當(dāng)駕駛員在巡航過程中，按下巡航取消鍵時，巡航功能自動取消，如圖：圖30巡航取消(7)當(dāng)駕駛員在巡航過程中，踩下油門或者踩下剎車時，巡航設(shè)定自動取消，但LCD液晶顯示屏幕依然顯示當(dāng)前速度，如圖：圖31設(shè)定取消結(jié)論在本次設(shè)計(jì)采用了穩(wěn)定性好，并且功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)。在系統(tǒng)中，單片機(jī)對接收到的按鍵信號進(jìn)行判斷識別，并執(zhí)行相應(yīng)的處理；并且讀取車速信號，控制LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前車速和巡航設(shè)定車速，以及控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動來到達(dá)調(diào)節(jié)車速。其中，還特別添加了模擬路況局部，將一個滑動變阻器產(chǎn)生一個模擬信號，再通過A/D轉(zhuǎn)換輸入進(jìn)單片機(jī)，使巡航的仿真過程更加的完善，本系統(tǒng)采用的電路簡單便易于實(shí)現(xiàn)，軟件設(shè)計(jì)獨(dú)特、可靠。本次設(shè)計(jì)偏重涉及了軟件局部，硬件局部只模擬了按鍵和顯示模塊的功能，而在實(shí)際運(yùn)用中，還需要將硬件實(shí)物與軟件結(jié)合，才能最終在實(shí)際生產(chǎn)中得以實(shí)現(xiàn)。總結(jié)與體會在這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，充分表達(dá)了微機(jī)原理對汽車電器局部的運(yùn)用，在設(shè)計(jì)中對單片機(jī)的工作原理需要熟練的掌握，而且學(xué)習(xí)了解了很多芯片的使用方法，對數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的擴(kuò)展以及I/O并行口的擴(kuò)展知識有了更深的了解。而在專業(yè)知識中，對汽車巡航設(shè)計(jì)的理解以及設(shè)計(jì)，更是讓我受益匪淺。本來汽車電器的設(shè)計(jì)中，主要針對軟件局部進(jìn)行設(shè)計(jì)，將汽車巡航中中能實(shí)現(xiàn)的功能根本實(shí)現(xiàn)了，并且模擬路況和油門使仿真更具說服力。在設(shè)計(jì)中，自己學(xué)習(xí)了新的芯片以及編譯程序，尤其是在編譯程序中，更是讓自己的VC語言有了更多的進(jìn)步，再設(shè)計(jì)之外，也對顯示局部和按鍵局部做了實(shí)物仿真，在制作實(shí)物過程中，不斷的進(jìn)行焊接，連線，程序調(diào)試，在這期間，遇到過很多問題，包括線路的連接，元器件的排版，調(diào)試，等等，但隨著與導(dǎo)師同學(xué)進(jìn)行交流，很多自己不懂的問題最后都迎刃而解，不僅僅如此，還充分鍛煉了自己的動手能力。當(dāng)看到自己做的實(shí)物呈現(xiàn)在面前，有著無比的自豪感，而這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，相信對我的專業(yè)領(lǐng)域有著深遠(yuǎn)的影響，而對于即將工作的我們，遠(yuǎn)遠(yuǎn)知道學(xué)校的理論知識在實(shí)際生產(chǎn)和設(shè)計(jì)中，還有著很大差異，這也時時鼓勵我朝著更高的目標(biāo)前進(jìn)。謝辭經(jīng)過半年的準(zhǔn)備和忙碌，我畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一名本科生，由于知識的欠缺，經(jīng)驗(yàn)的匱乏，畢業(yè)設(shè)計(jì)中難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有趙老師的催促指導(dǎo)，同學(xué)們的幫助，想要完成這次設(shè)計(jì)是難以想象的。首先要感謝我尊敬的導(dǎo)師趙老師。在設(shè)計(jì)過程中，趙老師給了我很大的幫助和支持，并提出了很多珍貴的意見，幫我解決了諸多的實(shí)際問題。特別是在我對設(shè)計(jì)感到焦慮時，她也能耐心地給我介紹資料，講解思路。衷心地感謝趙老師！她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)將一直是我工作、學(xué)習(xí)中的典范；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。更重要的是，趙老師在大三教我們微機(jī)原理時一絲不茍其次要感謝和我同在一個班級的同學(xué)們，在設(shè)計(jì)中，大家相互鼓勵并在學(xué)習(xí)和生活上相互幫助。在這樣一個溫馨團(tuán)結(jié)的氣氛中，我度過了愉快而有意義的大學(xué)時光，并最終完成了學(xué)業(yè)。【參考文獻(xiàn)】[1]?Protel99SEEDA技術(shù)及應(yīng)用?徐崢穎編著，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[2]?單片機(jī)系統(tǒng)的protues設(shè)計(jì)與仿真?張靖武編著，北京：電子工業(yè)出版社，2007[3]?單片機(jī)原理及接口技術(shù)?李朝青編著，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005[4]?MCS-51單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)實(shí)用子程序?邊春遠(yuǎn)編著，北京：人民郵電出版社，2005[5]?單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)?劉守義編著，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002[6]?單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)?韓志軍編著，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[7]?基于PIC單片機(jī)汽車巡航控制系統(tǒng)的研究?李海軍，王東旭編著，哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003[8]?微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)?臺方編著，北京：中國水利水電出版社，2001[9]?基于模糊PID控制的汽車巡航控制系統(tǒng)仿真與設(shè)計(jì)?周美蘭，張穎，關(guān)曉麗，張?jiān)婇w編著，哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)出版社2021[10]?微機(jī)接口技術(shù)300例?李恩林編著，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003[11]?現(xiàn)代汽車巡航系統(tǒng)控制原理淺談?任偉，王懷玲編著，哈爾濱:哈爾濱理工大學(xué)出版社2021

附錄程序：#definexunhang_Kpp35 #definexunhang_Kii0#definexunhang_Kdd20#definexunhang_Kppp15#definexunhang_Kiii0#definexunhang_Kddd0sbitkey1=P1^3; //定義開關(guān)鍵sbitkey2=P1^4; //定義設(shè)定鍵sbitkey3=P1^5; //定義加速鍵sbitkey4=P1^6; //定義減速鍵sbitkey5=P1^7; //定義取消鍵sbitjiayou=P1^2; //定義加油門鍵sbitjianyou=P1^1; //定義減油門鍵sbitE=P2^2; //定義液晶使能端口sbitRW=P2^1; //定義液晶控制端口sbitRS=P2^0; //sbitCS=P2^4; //定義AD控制端口sbitADRD=P2^5; //sbitADWR=P2^6; //sbitpwm=P2^3; //定義PWM輸出端口//sfrDBPort =0x80; //P0=0x80,P1=0x90,P2=0xA0,P3=0xB0.數(shù)據(jù)端口 unsignedlongintspeed_get,speed_set=0;//unsignedintadval,duoji=700;//adval為AD采樣的值用來模擬路況變化范圍0-255，duoji為占空比的控制量范圍是500-2500分別對應(yīng)-90°到90°intpan,key;//pan為判定設(shè)定速度和讀取速度相對大小的中間值后面詳述，key為5個功能按鍵的狀態(tài)值ucharnum;//定義一個循環(huán)變量，在各個FOR循環(huán)中使用ucharcodetable[]="NOW";//顯示在液晶上的字符串ucharcodetable1[]="SET";ucharcodetable2[]="km/h";ucharcodetable3[]="SYSTEM";ucharcodetable4[]="DISABLED";ucharbai,shi,ge,xiaosu1,xiaosu2,s_bai,s_shi,s_ge,s_xiaosu1,s_xiaosu2;unsignedlongintPulse;//pulse為采集到的脈沖個數(shù)voiddelay(uintN)//延時N毫秒子程序{ uintx,y; for(x=N;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidwrite_cmd(ucharcmd)//寫指令子程序{ RS=0; RW=0; P0=cmd; delay(1); E=1; delay(1); E=0;}voidwrite_data(uchardate)//寫數(shù)據(jù)子程序{ RS=1; RW=0; P0=date; delay(1); E=1; delay(1); E=0;}voidLCD_init()//顯示屏初始化{ E=0; write_cmd(0x38);//5*7點(diǎn)陣字符 write_cmd(0x0c);//整體顯示,關(guān)光標(biāo),不閃爍 write_cmd(0x06);//AC自動增一，畫面不動 write_cmd(0x01);//清屏 write_cmd(0x80);//設(shè)置DDRAM地址}voidad_init()//AD轉(zhuǎn)換初始化{ CS=0;//片選}voidCPU_Init(void)//單片機(jī)中斷初始化{TMOD=0x11;//T0定時模式，方式1；T1定時模式，方式1 T2CON=0x02;//T2計(jì)數(shù)模式TH0=0;//T0定時初值TL0=0;TH2=0;//T2計(jì)數(shù)初值TL2=0; TH1=0X63;//T1定時初始值TL1=0XBF;//20MSEA=1;//開放總中斷 ET0=1; //允許定時器中斷 ET1=1;//允許定時器中斷 ET2=1;//允許計(jì)數(shù)器中斷 TR0=0; TR1=1; TR2=0; //關(guān)閉TO和T1 }voidad_start()//AD使能，AD開始轉(zhuǎn)換子程序{ ADWR=1; _nop_(); ADWR=0; _nop_(); ADWR=1;}voidad_read()//AD讀取子程序{ P3=0XFF; ADRD=1; _nop_(); ADRD=0; _nop_(); adval=P3; ADRD=1;}voidkey_scan()//按鍵掃描子程序{ if(key1==0) { delay(5);//延時去抖 if(key1==0) { key=1;//給標(biāo)志位賦值，1表示開關(guān)鍵 while(!key1);//等待按鍵釋放 } } elseif(key2==0) { delay(5); if(key2==0) { key=2;//2表示設(shè)定鍵 while(!key2); } } elseif(key3==0) { delay(5); if(key3==0) { key=3;//3表示加速鍵 while(!key3); } } elseif(key4==0) { delay(5); if(key4==0) { key=4;//4表示減速鍵 while(!key4); } } elseif(key5==0) { delay(5); if(key5==0) { key=5;//5表示取消鍵 while(!key5); } } else//沒有鍵按下時KEY復(fù)位0 { key=0; } if(jiayou==0)//加油鍵檢測 { duoji=duoji+10; speed_set=0; } elseif(jianyou==0)//減有鍵檢測 { duoji=duoji-10; speed_set=0; }}voiddisplay1()//顯示字符子程序{ write_cmd(0x80+0x00);//光標(biāo)定為 for(num=0;num<3;num++) { write_data(table[num]);//寫入字符串 } write_cmd(0x80+0x0C); for(num=0;num<4;num++) { write_data(table2[num]); } write_cmd(0x80+0x40); for(num=0;num<3;num++) { write_data(table1[num]); } write_cmd(0x80+0x4C); for(num=0;num<4;num++) { write_data(table2[num]); }}voidCount_Disp(void)//數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù){ if(flage1==1)//flage1為采集完成標(biāo)志位1表示脈沖采集完成 { Pulse=T2H*256+T2L;//高八位乘以256加上低八位為采集到的脈沖個數(shù)，讀取脈沖采集頻率為1s一次車輪， //Pulse=1500; //假設(shè)車輪周長為1米每轉(zhuǎn)一圈50個脈沖如果車速為200KM/H，相當(dāng)于55m/s，每秒鐘產(chǎn)生55*50=2750脈沖， //計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)范圍為0-65535所以無論什么情況都不會產(chǎn)生溢出 speed_get=Pulse*(adval+400)*36/(5*700)*(duoji-500)/800;//車速本來應(yīng)該為speed_get=Pulse*3。6/50 flage1=0;//讀取完成，標(biāo)志位置0 m=0;//讀取完成，標(biāo)志位置0 }if(speed_get>1000000)//最大量程為999999{speed_get=999999;}bai=speed_get/10000;//百位(wan)shi=(speed_get%10000)/1000;//十位ge=((speed_get%10000)%1000)/100;//個位xiaosu1=(((speed_get%10000)%1000)%100)/10;//小數(shù)點(diǎn)xiaosu2=((((speed_get%10000)%1000)%100)%10);//小數(shù)點(diǎn) s_bai=speed_set/10000;//百位(wan)s_shi=(speed_set%10000)/1000;//十位s_ge=((speed_set%10000)%1000)/100;//個位s_xiaosu1=(((speed_set%10000)%1000)%100)/10;//小數(shù)點(diǎn)s_xiaosu2=((((speed_set%10000)%1000)%100)%10);//小數(shù)點(diǎn)}voiddisplay2()//顯示轉(zhuǎn)速子程序{ write_cmd(0x80+0x05);//給液晶寫入命令，指定光標(biāo)位置 write_data(0x30+bai);//給液晶寫入數(shù)據(jù) write_data(0x30+shi); write_data(0x30+ge); write_data('.'); write_data(0x30+xiaosu1); write_data(0x30+xiaosu2); write_cmd(0x80+0x45); write_data(0x30+s_bai); write_data(0x30+s_shi); write_data(0x30+s_ge); write_data('.'); write_data(0x30+s_xiaosu1); write_data(0x30+s_xiaosu2);}voiddisplay3()//顯示無效子程序{ write_cmd(0x80+0x05); for(num=0;num<6;num++) { write_data(table3[num]); } write_cmd(0x80+0x44); for(num=0;num<8;num++) { write_data(table4[num]); }}voidxunhang_PID_Set(void)//分段PID控制函數(shù){staticinte2;//上上次誤差staticinte1;//上次誤差staticinte0;//當(dāng)前誤差 staticinte02;//上上次誤差staticinte01;//上次誤差/