汽车自动巡航系统设计(附件)
自动巡航控制（Cruise Control）是让驾驶员无需操作油门踏板就能保证汽车以某一固定的预选车速行驶的控制系统。当汽车在高速公路上长时间行驶时，一打开巡航控制开关，系统就能够根据道路行驶阻力的变化，自动地增减发动机油门的开度，使汽车行驶速度保持一定，从而给驾驶带来了很大的方便，同时也可以得到较好的燃油经济性本论文主要目的是通过设计出一个模拟方案模拟出当前汽车定速巡航系统的工作过程。本文用proteus仿真软件仿真，并且设计出模拟电路，对电路的各个原件进行了详细的介绍。
关键词：定速巡航；proteus仿真；硬件电路设计
目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景和发展概况 1
1.2 汽车巡航系统技术的概述 1
1.3 巡航控制系统的发展趋势 2
1.4 课题主要研究内容 3
2 巡航控制系统的组成和工作原理 4
2.1 巡航控制系统简介 4
2.2 巡航控制系统的原理及结构组成 5
2.2.1 巡航控制系统的基本控制原理 5
2.2.2 巡航控制系统的结构及工作原理 6
2.3 本章小节 8
3 巡航控制系统的模拟设计仿真 9
3.1模拟设计的方案。 9
3.2系统模拟结果 9
3.2.1当开关1打开时的车速 10
3.2.2当开关2打开时的车速 10
3.2.3当开关3打开时的车速 10
3.2.4当开关4打开时的车速 11
3.2.5电位器模拟的节气门移动时的车速 11
4 巡航控制系统的硬件设计 12
4.1微处理器的选择 12
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
.2 ADC芯片的选择 13
4.3 数码管 15
4.4 系统的硬件电路如图 16
5 系统软件设计 16
5.1系统调试结果 18
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 绪论
1.1 课题背景和发展概况
随着汽车技术的发展以及各种高新技术在汽车上的广泛应用，使汽车已经由一个传统的机械装置逐渐演变成一个集机械、电子、计算机控制、通信等技术于一体的复杂系统。本课题所要研究的巡航系统是这个复杂系统的一部分。在当前全球气温变暖、污染程度骤增、石油资源锐减的背景下，因此巡航控制系统在汽车上应用也越来越多[1]，一些厂家根据广阔市场的前景，逐步开发出性能优异的巡航系统。
从20世纪50年代，美国和日本相继研制出以模拟信号为主的巡航控制系统开启了该领域的大门，之后，德国的VDQ公司也研制出气动机械式巡航系统，1968年奔驰公司开发了晶体管控制的巡航系统，并在莫克利汽车上应用[2]。70年代中后期，以数字信号为主的控制系统诞生，这时单片机技术和集成电路技术为优异的控制系统提供了强大的基础。美国摩托罗拉公司研制的一种采用微处理器控制的巡航系统，标志着巡航系统进入一个新的技术领域。
进入21世纪，智能化为核心的汽车巡航系统和以定距离控制为主的自适应巡航控制系统诞生了，美国鲁卡斯公司研制出了自动恒速智能控制系统，该系统采用连续调频微波雷达，通过雷达探测前方车辆和本车的距离，计算出相对车速和距离，并将该信息提供给电控单元，通过执行器和制动器来控制车速[3]。目前高级轿车已把巡航系统作为主要附加功能设备。
1.2 汽车巡航系统技术的概述
汽车巡航控制系统英文为CRUISE CONTROL SYSTEM--缩写为CCS。根据其特点巡航控制系统一般又称为巡航行驶装置、速度控制（Speed Control）系统、自动驾驶（AutoDrive）系统等。汽车巡航控制系统（CCS）就是可使汽车工作在发动机有利转速范围内，减轻驾驶员的驾驶操纵劳动强度，提高行驶舒适性的汽车自动行驶装置。汽车巡航控制系统（CCS）的作用是：按司机所要求的速度闭合开关之后，不用踩油门踏板就可以自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。采用了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏板，减轻了疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。同时减少了在高速公路疲劳驾驶引起交通事故的可能性。
巡航系统中主要技术之一是检测数据的能力，现代高级轿车上应用比较成熟的是雷达探测和霍尔车速传感器。其功能是测知相对车距，相对车速，相对方位角等信息。当前应用到系统上的雷达主要是单脉冲雷达，微波雷达，激光雷达等。单脉冲雷达和微波雷达是全天候雷达，可以使用于各种情况，具有探测距离远，探测角度范围大，跟踪目标多等优点[6]。激光雷达对工作环境要求较高，对天气变化比较敏感，在恶劣天气中探测效果并不理想，探测范围有限，跟踪目标少，但其最大优点就是探测精度比较高，价格低，易于控制和二次开发。无论使用何种类型雷达，确保雷达信号实时性处理是首先要考虑的问题。现在大都用DSP技术来处理雷达信号，利用CAN总线输出雷达信号。
自动巡航系统中所用的关键技术之一是微处理器，随着汽车电子技术的发展，产生了各种各样的微处理器，例如本论文中所用到的STC89C52微处理器就是主控系统的主要硬件部件。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
通信能力无疑也是巡航系统中的主要技术，在汽车复杂电控系统中，通常各种信息是可以共享的，各微处理器之间需要信息传递，CAN总线作为一项微控制器间串行通信技术为汽车通信能力提供强大的基础，实现数据共享和协同工作[7]。CAN总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。同时CAN总线具有较高的性能价格比。经过近年的发展，CAN总线已成为汽车控制单元和工业控制局域网的主流总线[8]。
1.3 巡航控制系统的发展趋势
自 20 世纪 70 年代起，各大厂家都开始把自动巡航系统用在了高级汽车上。到了 20 世纪 80 年代中末期，由于微处理器在汽车上的广泛应用和高速公路建设的迅速发展，使得它更加完善。从上世纪末起，包括目前展出的 21 世纪汽车，系统电路集成化水平提高，控制模块体积精巧，多路传输系统日渐成熟，自检系统更准确有效。总的来说，汽车巡航控制系统的发展主要以下面几个方向为主：
汽车巡航控制系统是最早开发的汽车电子控制系统之一，其作用是：在按下驾驶员所要求的速度闭合开关之后，不用踩油门踏板就可以自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。在汽车行驶的过程中，驾驶员只要把住方向盘就可以了。在巡航控制期间，随着道路坡度的变化以及汽车行驶中所可能遇到的阻力，车辆自动变换油门开度或自动进行挡位转换，以按存储在微机内的最佳燃料经济性规律或动力性规律稳定行驶。
通常，将一般情况下车辆在平坦路面上行驶时车速与节气门开度的关系存储在巡航控制系统的电控单元中，以供巡航系统调用。
2.2.2 巡航控制系统的结构及工作原理
电子巡航控制系统主要由控制开关、传感器、巡航控制电控单元(CCS ECU)和执行机构等组成[18]。电子巡航控制系统的构造与零部件布置图如图 2-2 所示。
1 绪论 1
1.1 课题背景和发展概况 1
1.2 汽车巡航系统技术的概述 1
1.3 巡航控制系统的发展趋势 2
1.4 课题主要研究内容 3
2 巡航控制系统的组成和工作原理 4
2.1 巡航控制系统简介 4
2.2 巡航控制系统的原理及结构组成 5
2.2.1 巡航控制系统的基本控制原理 5
2.2.2 巡航控制系统的结构及工作原理 6
2.3 本章小节 8
3 巡航控制系统的模拟设计仿真 9
3.1模拟设计的方案。 9
3.2系统模拟结果 9
3.2.1当开关1打开时的车速 10
3.2.2当开关2打开时的车速 10
3.2.3当开关3打开时的车速 10
3.2.4当开关4打开时的车速 11
3.2.5电位器模拟的节气门移动时的车速 11
4 巡航控制系统的硬件设计 12
4.1微处理器的选择 12
4 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
.2 ADC芯片的选择 13
4.3 数码管 15
4.4 系统的硬件电路如图 16
5 系统软件设计 16
5.1系统调试结果 18
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 绪论
1.1 课题背景和发展概况
随着汽车技术的发展以及各种高新技术在汽车上的广泛应用，使汽车已经由一个传统的机械装置逐渐演变成一个集机械、电子、计算机控制、通信等技术于一体的复杂系统。本课题所要研究的巡航系统是这个复杂系统的一部分。在当前全球气温变暖、污染程度骤增、石油资源锐减的背景下，因此巡航控制系统在汽车上应用也越来越多[1]，一些厂家根据广阔市场的前景，逐步开发出性能优异的巡航系统。
从20世纪50年代，美国和日本相继研制出以模拟信号为主的巡航控制系统开启了该领域的大门，之后，德国的VDQ公司也研制出气动机械式巡航系统，1968年奔驰公司开发了晶体管控制的巡航系统，并在莫克利汽车上应用[2]。70年代中后期，以数字信号为主的控制系统诞生，这时单片机技术和集成电路技术为优异的控制系统提供了强大的基础。美国摩托罗拉公司研制的一种采用微处理器控制的巡航系统，标志着巡航系统进入一个新的技术领域。
进入21世纪，智能化为核心的汽车巡航系统和以定距离控制为主的自适应巡航控制系统诞生了，美国鲁卡斯公司研制出了自动恒速智能控制系统，该系统采用连续调频微波雷达，通过雷达探测前方车辆和本车的距离，计算出相对车速和距离，并将该信息提供给电控单元，通过执行器和制动器来控制车速[3]。目前高级轿车已把巡航系统作为主要附加功能设备。
1.2 汽车巡航系统技术的概述
汽车巡航控制系统英文为CRUISE CONTROL SYSTEM--缩写为CCS。根据其特点巡航控制系统一般又称为巡航行驶装置、速度控制（Speed Control）系统、自动驾驶（AutoDrive）系统等。汽车巡航控制系统（CCS）就是可使汽车工作在发动机有利转速范围内，减轻驾驶员的驾驶操纵劳动强度，提高行驶舒适性的汽车自动行驶装置。汽车巡航控制系统（CCS）的作用是：按司机所要求的速度闭合开关之后，不用踩油门踏板就可以自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。采用了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏板，减轻了疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。同时减少了在高速公路疲劳驾驶引起交通事故的可能性。
巡航系统中主要技术之一是检测数据的能力，现代高级轿车上应用比较成熟的是雷达探测和霍尔车速传感器。其功能是测知相对车距，相对车速，相对方位角等信息。当前应用到系统上的雷达主要是单脉冲雷达，微波雷达，激光雷达等。单脉冲雷达和微波雷达是全天候雷达，可以使用于各种情况，具有探测距离远，探测角度范围大，跟踪目标多等优点[6]。激光雷达对工作环境要求较高，对天气变化比较敏感，在恶劣天气中探测效果并不理想，探测范围有限，跟踪目标少，但其最大优点就是探测精度比较高，价格低，易于控制和二次开发。无论使用何种类型雷达，确保雷达信号实时性处理是首先要考虑的问题。现在大都用DSP技术来处理雷达信号，利用CAN总线输出雷达信号。
自动巡航系统中所用的关键技术之一是微处理器，随着汽车电子技术的发展，产生了各种各样的微处理器，例如本论文中所用到的STC89C52微处理器就是主控系统的主要硬件部件。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
通信能力无疑也是巡航系统中的主要技术，在汽车复杂电控系统中，通常各种信息是可以共享的，各微处理器之间需要信息传递，CAN总线作为一项微控制器间串行通信技术为汽车通信能力提供强大的基础，实现数据共享和协同工作[7]。CAN总线与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。同时CAN总线具有较高的性能价格比。经过近年的发展，CAN总线已成为汽车控制单元和工业控制局域网的主流总线[8]。
1.3 巡航控制系统的发展趋势
自 20 世纪 70 年代起，各大厂家都开始把自动巡航系统用在了高级汽车上。到了 20 世纪 80 年代中末期，由于微处理器在汽车上的广泛应用和高速公路建设的迅速发展，使得它更加完善。从上世纪末起，包括目前展出的 21 世纪汽车，系统电路集成化水平提高，控制模块体积精巧，多路传输系统日渐成熟，自检系统更准确有效。总的来说，汽车巡航控制系统的发展主要以下面几个方向为主：
汽车巡航控制系统是最早开发的汽车电子控制系统之一，其作用是：在按下驾驶员所要求的速度闭合开关之后，不用踩油门踏板就可以自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶。在汽车行驶的过程中，驾驶员只要把住方向盘就可以了。在巡航控制期间，随着道路坡度的变化以及汽车行驶中所可能遇到的阻力，车辆自动变换油门开度或自动进行挡位转换，以按存储在微机内的最佳燃料经济性规律或动力性规律稳定行驶。
通常，将一般情况下车辆在平坦路面上行驶时车速与节气门开度的关系存储在巡航控制系统的电控单元中，以供巡航系统调用。
2.2.2 巡航控制系统的结构及工作原理
电子巡航控制系统主要由控制开关、传感器、巡航控制电控单元(CCS ECU)和执行机构等组成[18]。电子巡航控制系统的构造与零部件布置图如图 2-2 所示。
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