基于ARM的汽车安全带报警系统DOC.doc

山东建筑大学信息与电气工程学院课程设计说明书目录目录1摘 要2正文31设计目的及要求32设计背景32.1 背景32.2安全带的作用43设计内容63.1安全带报警系统的组成63.2安全带报警系统的工作原理6总结与致谢13参考文献14附录15摘 要随着移动设备的流行和发展，嵌入式系统已经成为一个热点。它并不是最近出现的新技术，只是随着微电子技术和计算机技术的发展，微控制芯片功能越来越大，而嵌入微控制芯片的设备和系统越来越多，从而使得这种技术越来越引人注目。它对软硬件的体积大小、成本、功耗和可靠性都提出了严格的要求。嵌入式系统的功能越来越强大，实现也越来越复杂，随之出现的就是可靠性大大降低。最近的一种趋势是一个功能强大的嵌入式系统通常需要一种操作系统来给予支持，这种操作系统是已经成熟并且稳定的，可以是嵌入式的Linux，WINCE等等。本文所要研究的就是基于ARM嵌入式系统的安全带报警系统的设计与实现。本设计采用了飞st的32位ARM微处理器stm32作为核心处理器由于当车辆在高速行驶时发生碰撞或紧急制动时，巨大的惯性会使车内乘员与方向盘、挡风玻璃等发生二次碰撞，从而造成对乘员的严重伤害。安全带能将人束缚在座位上，它的缓冲作用会吸收大量动能，极大地减轻乘员的受伤害程度。因此，如果能强制车辆前排乘坐人员扣上安全带后才能驾车，将降低事故引起的人员伤亡程度。针对上述问题，作者提出了改进的办法，设计一款新型的、能在乘车人员进入车内坐好后，立即提醒乘坐人员扣好安全带，否则，车子不能开动的安全带自动报警闲置，从而起到预防或减少交通事故的作用。关键字：ARM嵌入式系统;安全带正文1设计目的及要求1、进一步巩固理论知识，培养所学理论知识的在实际中的应用能力；掌握嵌入式系统设计的一般方法；熟悉一种嵌入式芯片，掌握一般嵌入式系统的调试方法。为以后进行工程实际问题的研究打下设计基础。2、安全带自动报警是一种在提醒驾乘人员佩戴安全带的安全装置。由于大多驾乘人员疏忽大意，往往在驾乘车辆的时候没有佩戴安全带，在出现剧烈碰撞的交通事故中，极其容易造成伤亡，为此，我们设计一种提醒驾乘人员佩戴安全带的装置，并强制驾乘人员在启动车辆之前佩戴好安全带。所以为告诫意识不良或粗心大意的车主（乘员）我们这个小组的毕业设计题目定为安全带自动报警系统的研发。即为乘员不系安全带发动机不能起动和自动报警灯亮、蜂鸣器响的强制系安全带的系统。2设计背景2.1 背景1、误区：低速驾驶不使用安全带也可导致严重伤害“安全带与安全气囊”的现场试验，现场演示了不正确使用安全带和安全气囊给驾驶员和乘车者造成的严重伤害和后果。试验运用浅显易懂的方式和精确的数据诠释了正确使用安全带和安全气囊的重要性和紧迫性，号召广大驾驶员在驾车的时候，必须正确使用安全带与安全气囊。即便在低速行驶下，也要佩带安全带，同时配备安全气囊将会取得更好的保护效果。2、调查显示：驾驶人对安全带和气囊的使用存在误区国内一份网络调查，其中有82%的人认为带安全带非常重要，但因为城市内道路堵塞，没有必要带安全带；10%的人将安全带作为摆设，认为有安全气囊就可以了；2%的人认为驾驶技术好，不用安全带；6%的人认为安全带不需要保养。这主要是由于有很多驾车人对安全带和气囊理解不够，在使用上存在一定的误区。当车辆在高速行驶时发生碰撞或紧急制动时，巨大的惯性会使车内乘员与方向盘、挡风玻璃等发生二次碰撞，从而造成对乘员的严重伤害。安全带能将人束缚在座位上，它的缓冲作用会吸收大量动能，极大地减轻乘员的受伤害程度。然而由于观念的滞后，很多人都抱着侥幸心理，认为在市内行车，时速不会太高，所以没什么机会能用得着安全带。其实，当车仅以每小时40公里的速度行驶发生碰撞时，身体前冲的力量就相当于从4层楼上扔下一袋50公斤重的水泥块，其冲力之大可想而知。 调查数据显示：在一次可能导致死亡的车祸中，安全带的使用可使车内人员生还的几率提高60%，发生正面撞车时，系了安全带可使死亡率减少57%；侧面撞车时可减少死亡率44%；翻车时可减少死亡率80%。日本最新研究表明，车祸中后排未系安全带的乘客猛烈撞击前排座椅，会对司机或前排的乘客形成极大的冲击，使他们在车祸中死亡的概率增加大约5倍。 安全带的防护作用主要是： (1)防止驾、乘人员被抛出车外； (2)对抗撞车时的减速度，使驾、乘人员不致与方向盘、仪表板、档风玻璃等物品发生第2次撞击。 安全带是一种在发生交通事故时能防止或减轻乘员受二次碰撞所造成伤害的安全装置。早在100多年前，在欧美国家的马车座位上就已经有了安全带，以防止乘客从马车上被颠下来。1922年，赛车场上的跑车开始使用安全带，1955年，美国福特汽车装备了安全带，1968年，美国规定轿车的前排座位均要安装安全带，从此世界轿车兴起了安全带。我国也规定从1999年7月1日起，所有小型客车（包括轿车、吉普车、面包车和微型车）在行驶时，驾驶员和前排乘员都必须使用安全带。2.2安全带的作用国外研究机构测试表明，汽车以时速为50公里的速度撞上墙壁的冲击力，相当于从10米高度（约为3层楼屋顶的高度）跌落到水泥地面上。汽车时速为50公里时发生碰撞，体重50公斤的人全正面冲击的冲击力将达到1.5吨；作用于既没有系安全带也没有使用儿童座椅的四岁儿童身上的向前方冲击的能量，是儿童体重的30倍！这说明高速行驶的汽车发生碰撞或紧急制动时，将产生巨大的惯性力，这个惯性力能使驾乘者与车内的方向盘、挡风玻璃、座椅靠背、车门等物体发生碰撞，甚至将驾乘者抛离座位或抛出车外。而座椅安全带的缓冲作用，能吸收大量的撞击能量，化解巨大的惯性力，并将驾乘人员牢牢束缚在座位上，防止身体与车内坚硬物体碰撞或被抛出车外。 汽车安全带的作用在于，一旦车辆发生碰撞或使用紧急制动，预紧装置就会瞬间收束，绷紧佩带时松弛的安全带，将乘员牢牢地拴在座椅上，以防止意外。一旦安全带的收束力度超过一定限度，限力装置就会适当放松安全带，保持胸部受力稳定。 汽车安全带是一种有效的安全防护装置,被誉为生命带，可以防止人在交通事故中受伤或在发生事故时减轻受伤程度。驾乘人员系好安全带，在事故中存活的机会是不系安全带的2倍，还可以将受伤的机会降低50%。据国外数据统计，驾驶人未系安全带的事故死亡率约为系安全带的37.7倍；前排同乘者未系安全带的事故死亡率约为系安全带的10.6倍；后排同乘者未系安全带的事故死亡率约为系安全带的3.1倍。未使用儿童安全座椅的死亡率和重伤率约为使用儿童安全座椅的2.5倍。汽车安全带不仅在发生交通事故时能有效地减少人员伤亡，而且能确保正确的驾驶姿势和减轻驾驶人疲劳。 汽车发生碰撞事故后，驾驶人和乘员最常见的创伤是头部、胸腹部、上肢骨折或挫裂伤。如果正确使用安全带，一旦发生事故，驾驶人和乘员的伤害将会相对减轻。据资料显示，使用腰肩安全带后可以减少死亡、重伤人数约40%50%。在正面碰撞事故时，使用安全带可减少头、脸部受伤率约60%。而不使用安全带的人在碰撞事故发生后弹出车外的可能性和受伤后住医院治疗时间，分别比使用安全带的人要高10倍和增加24倍。实践证明，使用安全带是一种有效、方便、经济的安全措施。汽车安全带对保护生命如此重要，但令人遗憾的是，很多人却总是忽视它。据统计，我国一些地方90%的驾乘人员没有自觉系安全带的意识。不系安全带是造成道路交通死亡事故的第三大原因，仅次于超速行驶和酒后驾驶。此外，很多驾驶人员对安全带的作用也存在误解，认为车速较高时，系安全带是十分有效的；而在车速较低时，没有使用安全带的必要。事实上，汽车在较慢速度下行驶，若发生碰撞或紧急制动，虽然产生的惯性力相对较小，但仍足以使驾乘人员无法控制身体，与汽车方向盘、挡风玻璃等车内坚硬部件碰撞，对身体造成伤害。3设计内容3.1安全带报警系统的组成 安全带自动报警系统由乘员判断常开开关（2个）、安全带扣子常闭开关（2个）、报警灯、蜂鸣器、起动机电路常闭继电器。3.2安全带报警系统的工作原理机动车安全带提醒保护电路，其输入端与电源相连，输出端与机动车点火锁相连，在电路的输入端与输出端之间设置着相互并联在一起的继电器支路、延时支路以及输出支路，继电器支路由位于安全带锁扣内的常闭开关、继电器线圈以及位于坐垫下面的压力开关依次串联构成，继电器的常开触点与电子延时器串联在一起构成延时支路，电子延时器的延时闭合触点与常闭继电器线圈串联在一起构成输出支路，常闭继电器的常闭触点串联在输出端电路上。本实用新型能在乘车人员进入车内坐好后，立即提醒乘坐人员扣好安全带，否则，车子不能开动，从而起到预防或减少交通事故的作用。当驾乘人员坐到正（副）驾驶座位的时候，乘员判断常开开关闭合，此时报警灯亮，蜂鸣器响，起动机电路常闭继电器断开，起动机在启动挡的时候不能工作，当佩戴好安全带之后，安全带扣子常闭开关断开，报警灯熄灭，蜂鸣器熄灭，起动机电路常闭继电器闭合，起动机在启动挡的时候正常工作，这样做的目的是为了提醒驾乘人员佩戴安全带，强制驾乘人员启动车辆之前佩戴安全带。乘客感知系统： 乘客感知系统用于检测前排座位上乘员的压力，以决定是启用还是禁用仪表板模块展开回路。乘客感知系统由安装到座垫底部的电子控制模块和传感器总成、线束和乘客安全气囊启用/解除指示灯组成。乘客感知系统通过测量前排座椅乘员的质量获得压力来决定是否接通开关，并通过乘客安全带报警灯或乘客安全带解除指示灯，以告知乘客当前状态。安全带自动报警系统原理图 图1：安全带报警系统原理图安装的方法：图2 传感器安装位置示意图乘员感知传感器（乘员判断常开开关）安装在图中1、2位置安全带扣子常闭开关安装在图中3、4位置带灯蜂鸣器安装在图中5位置安全带的扣子上喷涂上绝缘层用于控制启动机的断路控制的常闭继电器安装在启动机的搭铁线上以上的电路元件按电路图示连接起来 产品的元件介绍：1、乘员判断常开开关 乘员判断常开开关为简单的回位式的压力常开开关图3 座位乘坐判断传感器图4 压力传感器模块2、安全带扣子常闭开关 安全带扣子常闭开关为两弹性铜片相接触的自制常闭开关，当喷涂上绝缘层的安全带扣子扣上时两弹性铜片被分开电路断路。3、带灯蜂鸣器 带灯蜂鸣器所起的作用是当司机或乘客忘戴安全带进行启动操作而不能启动时，起提示作用说明是因为没有戴安全带所以不能启动提醒司机或乘客戴上安全带后再启动即可。图5 安全带提示用蜂鸣器 图6 蜂鸣器工作电路4、启动机的断路控制的常闭继电器启动机的断路控制的常闭继电器在安装时谨记安装在启动机的搭铁线上，严禁安装在启动机的电源线上（因为启动电流很大）。液晶显示部分：图7 液晶显示模块主芯片 图8 单片机最小系统模块 LPC2103是PHILIPS公司最新推出的基于ARM7TDMI-S、LQFP48封装的LPC2103，最高工作速度可达70MHz，32KB的片内FLASH程序存储器和8K的片内静态RAM。通过片内boot装载程序实现ISP/IAP编程。LPC2103的10位A/D转换器提供8路模拟输入，低功耗实时时钟具有独立的电源和特定的32768HZ时钟输入，多达32个通用I/O口（可承受5V电压），可通过个别使能/禁止外围功能外围时钟分频来优化额外功耗。较小的封装和很低的功耗使LPC2103特别适用于访问控制和POS机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信接口和8KB的片内SRAM，它也非常适合于通信网关和协议转换器。高级性能还使它适合用作数学协处理器，此外也特别适用于工业控制和医疗系统中。 16-bit/32-bit ARM7TDMI-S微控制器在一个小LQFP48 包装. 8 kB的片内静态RAM和32 kB片上闪存程序内存. 128-bit宽度接口/加速器可实现高速70 MHz操作. ISP/IAP通过片内引导程序软件.单个Flash扇区或整片擦除100 ms和256字节编程1 ms. 嵌入式ICE RT提供实时与片内RealMonitor软件调试. 该10-bit的A / D转换器提供8个模拟输入转换时间，低至2.44µs。每通道和专用的结果寄存器，以尽量减少中断开销. Two 32-bit定时器/联合七捕获外部事件计数器和七比较通道. Two 16-bit定时器/ 3路捕获外部事件计数器和七比较通道. 低功耗实时时钟(RTC)具有独立的电源和专用32千赫时钟输入. 多个串行接口，包括两个UART (16C550),两个快速I2C(400 kbit / s）与缓冲和可变数据长度功能，SPI和SSP向量中断控制器，congurable优先级和向量地址. 最多至32个5 V宽容快速通用I / O的pins. 13边沿或电平触发的外部中断pins可用. 70 MHz最大CPU时钟从可编程片上PLL可以以到10的MHz 25 MHz可能的输入频率和100µs建立时间 片内集成振荡器与经营范围中的一个外部晶体从1 MHz到25 MHz. 节电模式包括空闲模式，掉电与RTC主动模式，并掉电模式. 单独使能/禁止外围功能以及周边时钟缩放额外的功率优化. 处理器唤醒掉电模式，通过外部中断或RTC总结与致谢在显示系统硬件设计中,显示硬件的整体设计考虑全面是设计过程中的重点,这就要求对显示硬件的各特性参数有全面的了解。软件设计中,由于其中涉及到的数据结构比较多,同时又和控制台联系在一起,有一定的难度。只有在深刻理解各个变量和操作函数的具体意义后, 才能分析编写自己需要的嵌入式程序。短暂的课程设计就要结束了，在此，感谢所有在学习和生活中给予我关心和帮助的人们。首先我要感谢高焕兵、魏莉、胡秀蒙三位位老师，本次课程设计设计的选题、课题调研与撰写工作实在和老师的指导下完成的。和老师渊博的知识、严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风、和不厌其烦的精神对我影响至深，使我受益终生，在此我向和老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。其次，在我的课程设计期间，同课题的同学都给予了我热情的帮助和无私的指导，在此向这些同学们表示衷心的感谢。最后，向所有曾给予我关心和帮助的老师和同学们再次致以最衷心的感谢，向参加报告评审、答辩的老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。参考文献1 杜春雷.ARM体系结构与编程M.北京:清华大学出版社,2003.2 周立功 .ARM嵌入式Linux系统构建与驱动开发范例M.北京:北京航空航天大学出版社,2006.3 斯洛斯（Sloss,A.N.）.ARM嵌入式系统开发：软件设计与优化M.北京:北京航空航天大学出版社,2005.4 ARM&Linux嵌入式系统教程.北京:北京航空航天大学出版社,2004.5 陈赜ARM9嵌入式技术及Linux高级实践教程M 北京：北京航空航天大学出版社,20056 孙天泽，袁文菊嵌入式设计及Linux驱动开发指南基于ARM9处理器M 第2版北京:电子工业出版社,2007.7 田泽ARM9嵌入式Linux开发实验与实践M 北京:北京航空航天大学出版社,2006.8 于明ARM9嵌入式系统设计与开发教程M 北京:电子工业出版社,2006.9 赵星寒ARM开发工具ADS原理与应用M 北京:北京航空航天大学出版社，200610 季昱, 林俊超, 宋飞编ARM嵌入式应用系统开发典型实例M 北京:中国电力出版社，2005附录15