一种智能电动车警示头盔的设计
一种智能电动车警示头盔的设计[20200410143701]
摘 要
近年来，节能环保的提出，促进了我国的电动车工业快速发展，但随之新的社会问题也接踵而来。由电动车引起的交通事故数目逐年增加，电动车的驾驶安全也越来越被人们所关注。
针对上述问题本文设计了一种电动车智能警示头盔，来有效的提高电动车交通行驶安全，保护驾驶者的人身安全，本设计以单片机STC89C52为核心，蓝牙主从机和无线接收发送装置为通讯核心，通过霍尔传感器和超声波接收发送装置实现测速避障功能，本设计的红绿灯装置，在灯亮的同时，发射出不同频段的无线电波，根据头盔上的无线接收器接收到的无线电波，判别红绿灯，根据不同颜色的信号灯，使电动车产生相应的措施，制止电动车闯红灯，减少交通事故的发生。本设计使用霍尔传感器实现电动机测速，当电动车速超速时头盔发出警报警示驾驶者，当前方有障碍物，同时根据目前的车速，计算出安全刹车距离，当小于安全距离时，头盔发出警报提示驾驶者采取制动措施。
通过实验测试，智能电动车警示头盔能在一定程度上减少交通事故的发生，验证了本文研究的警示头盔的可行性，具有一定的应用前景。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STC89C52智能头盔传感器
KeyWords：STC89C52; Smart Helmet; transducer目录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2国内外的研究现状 1
1.3课题研究的主要内容 2
2.智能电动车警示头盔的方案设计 3
2.1 功能需求的分析 3
2.2智能警示头盔系统的构建 3
3.电动车智能警示头盔的硬件电路设计 5
3.1控制电路的设计 5
3.2电源稳压电路的设计 6
3.3红绿灯电路的设计 6
3.4测速电路的设计 8
3.5超声波测距避障电路的设计 9
3.6蜂鸣器报警电路的设计 10
3.7蓝牙传输电路的设计 10
3.8 1602液晶显示电路的设计 11
3.9电机驱动电路的设计 12
4.智能电动车警示头盔的软件设计 13
4.1整体流程图 13
4.2电机驱动的软件设计 14
4.3红绿灯的软件设计 15
4.4霍尔测速模块的软件设计 17
4.4超声波测距避障的软件设计 19
5.智能电动车警示头盔的调试 21
5.1智能警示头盔红绿灯系统调试 21
5.1.1 红灯调试部分 21
5.1.2绿灯调试部分 23
5.2 智能警示头盔霍尔测速系统调试 25
5.2.1超速调试部分 26
5.3 智能警示头盔超声波测距系统调试 28
5.3.1超声波测距调试 29
5.4 注意事项 32
6总结与展望 33
6.1总结 33
6.2展望 33
参 考 文 献 34
附录 程序代码 35
致谢 40
1.绪论
1.1课题研究的背景和意义
因为电动车环保、灵活又经济，再加上现在能源紧张，全世界提倡节能环保，石油能源不断减少，国内油价持续上涨，相反电能的价格相对稳定便宜，而且电能相对比较清洁环保，这样一系列种种原因使得购置电动车的人数越来越多。据自行车协会统计，我国如今已成为世界上电动车生产量、销售量最大的国度。一方面，环保便捷的电动车，是安全绿色的交通工具，另一方面现实却告诉我们，电动车在参与交通过程中的违法行为是造成交通事故的主要原因，如超速行驶，闯红灯等。因为毕竟在车辆表现上不同于自行车，速度比自行车要快得多，车辆可以达到20~30公里/小时或更快的速度，在非机动车辆中的行驶速度已经非常快了，在机动车道和机动车相比时又达不到要求的速度，容易被撞，安全系数低，再加上制动系统有时在运行中不能充分发挥作用，这些因素的威胁，更容易导致交通事故。造成这样一个安全问题，一个原因是由于监督管理机制不完善，而另一个主要原因是驾驶员交通安全意识淡薄。为了降减少电动车辆事故率，一方面国家进行安全教育和加强文明行驶的宣传，另一方面加大对违法车辆和司机的惩罚力度并且要求电动车驾驶者佩戴头盔等安全防护器具。由此电动车智能警示头盔逐渐发展并且致力于提高电动车驾驶着的人身安全。
本课题针对这种需求，设计并实现了一种智能电动车警示头盔，该头盔可以实现识别红灯禁止驾驶者闯红灯，实时测速，超速警报，障碍警报避障等功能。驾驶者通过智能头盔可以大大增加安全保障。
1.2国内外的研究现状
在美国、俄罗斯、英国等国家都在智能头盔项目上取得了不小的突破，像美国的航太系统公司开发了一种头戴式智能头盔Q-Warrior，这种头盔主要的方向是运用于军事领域。这个装置可以进行距离测量，绘制大厦的立体平面图，收取无人机的视频信息，所有这些都会体现在头戴式设备的镜片上，展示在兵士的眼前。战场上的士兵有许多信息可以利用，如位置信息、城市或房屋的地图，山峦视频等等。但直到最近还没有办法将这些数据实时传递给地面上的士兵，而Q-Warrior却能达成以上目标。它能够提供立体全高清图像，向兵士提供可以通过眼见看到的以外的信息，对于兵士的环境感知起到很大的帮助。还有俄罗斯的工程师也研发了名为Livemap的一个智能头盔，这款头盔里面安装了抬头显示器(HUD),麦克风，扬声器，加速计，陀螺仪，光纤传感器以及定位导航模块，还支持4G LTE ,地图下载和重绘，搭载了安卓智能系统能较精确的经行导航以及呈现路况信息。
图1-1 Q-Warrior 图1-2 Livemap
1.3课题研究的主要内容
本设计的主要思路是：以STC89C52为中心，以无线通讯和蓝牙通讯实现单片机之间的通讯，从而达到识别红绿灯的效果，由霍尔传感器的测速模块进行测速，当电动车超速时智能头盔通过蓝牙接收信号使蜂鸣器模块发出警报，给电动车驾驶者安全提醒。通过C语言编写计算机程序控制智能头盔并监控智能头盔。
利用了无线通信来实现红绿灯识别，无线通信是目前的一种常用的数据传输方法，利用单片机的两个可编程的全双工异步通信串行口，这为单片机之间的通讯供应了基本，红绿灯装置中红灯绿灯黄灯都分别对应了不同频率的波段，然后驱动无线发射器以波形的形式发送。智能头盔上的无线接收端接收到波形然后传输到单片机进行判断，来实现智能头盔判断红绿灯。超声波模块识别障碍，利用超声波发射器发射红外线，判断驾驶者前方是否有障碍，同时根据目前车速计算出安全制动距离，判别障碍是否在安全范围内，当遇到红绿灯和障碍时发出警报提醒驾驶者。智能电动车警示头盔如果可以广泛的被驾驶者使用，将可以减少许多不必要的电动车事故的发生，然而目前国内关于智能警示头盔这一领域还处于空白状态，如果能得到大力发展，将具有一定的实用价值和经济价值的。
2． 智能电动车警示头盔的方案设计
2.1 功能需求的分析
在2013第三十一届中国江苏国内外自行车电动车及零部件交易会期间，中国自行车协会理事长马中超表示，当前电动自行车的社会保有量已经有1.62亿辆。这是2012年底的数字。据国家统计局对316家以上企业的统计显示，1至8月的电动自行车的产量为15798000台，与2012同期相比增加16.2%。中国已经成为了一个电动自行车王国，而且电动车的数量还在持续不断的迅猛增长，然而基数越大产生的安全事故问题也就越多，造成的社会影响也越大，电动车的安全问题逐渐被人民群众所重视。
想要增加电动车行驶安全，一方面要进行安全交通法规的教学提高驾驶者安全行驶的交通认识，另一方面加强驾驶者的主动安全的设置，本文设计的智能警示头盔，可以很好地提高驾驶员的安全保障，头盔具有识别红绿灯的功能，红灯时通过无线电波的传输与反馈，对电动车采取制动禁止电动车闯红灯，直到绿灯时才能启动，通过车轮上安装测速模块，时时检测电动车车速，判断是否超速，超速发出警报。以及超声波检测障碍的功能，车子与前方障碍或其他车辆距离过近也会发出警报，提示驾驶者避开障碍。这个智能警示头盔能有效防止电动车闯红灯，超速等交通事故的发生，能很大程度上保障驾驶者生命安全。
2.2智能警示头盔系统的构建
本课题设计的智能电动车警示头盔系统主要由三个部分组成，每个部分都是以单片机STC89C52的最小系统为核心构成的，第一部分是智能头盔部分，这部分包括电源、单片机电路、蜂鸣器、蓝牙主机模块和无线接收传感器。第二部分是红路灯装置，这部分包括电源、单片机电路、发光二极管、七段数码管和无线发射传感器。第三部分是电动机测速、超声波测距部分，这部分包括电源、单片机电路、电机、电机驱动、霍尔传感器、超声波发射接收装置、蓝牙从机和1602液晶组成。这三个部分组成了智能电动车警示头盔完整的系统。
摘 要
近年来，节能环保的提出，促进了我国的电动车工业快速发展，但随之新的社会问题也接踵而来。由电动车引起的交通事故数目逐年增加，电动车的驾驶安全也越来越被人们所关注。
针对上述问题本文设计了一种电动车智能警示头盔，来有效的提高电动车交通行驶安全，保护驾驶者的人身安全，本设计以单片机STC89C52为核心，蓝牙主从机和无线接收发送装置为通讯核心，通过霍尔传感器和超声波接收发送装置实现测速避障功能，本设计的红绿灯装置，在灯亮的同时，发射出不同频段的无线电波，根据头盔上的无线接收器接收到的无线电波，判别红绿灯，根据不同颜色的信号灯，使电动车产生相应的措施，制止电动车闯红灯，减少交通事故的发生。本设计使用霍尔传感器实现电动机测速，当电动车速超速时头盔发出警报警示驾驶者，当前方有障碍物，同时根据目前的车速，计算出安全刹车距离，当小于安全距离时，头盔发出警报提示驾驶者采取制动措施。
通过实验测试，智能电动车警示头盔能在一定程度上减少交通事故的发生，验证了本文研究的警示头盔的可行性，具有一定的应用前景。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:STC89C52智能头盔传感器
KeyWords：STC89C52; Smart Helmet; transducer目录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2国内外的研究现状 1
1.3课题研究的主要内容 2
2.智能电动车警示头盔的方案设计 3
2.1 功能需求的分析 3
2.2智能警示头盔系统的构建 3
3.电动车智能警示头盔的硬件电路设计 5
3.1控制电路的设计 5
3.2电源稳压电路的设计 6
3.3红绿灯电路的设计 6
3.4测速电路的设计 8
3.5超声波测距避障电路的设计 9
3.6蜂鸣器报警电路的设计 10
3.7蓝牙传输电路的设计 10
3.8 1602液晶显示电路的设计 11
3.9电机驱动电路的设计 12
4.智能电动车警示头盔的软件设计 13
4.1整体流程图 13
4.2电机驱动的软件设计 14
4.3红绿灯的软件设计 15
4.4霍尔测速模块的软件设计 17
4.4超声波测距避障的软件设计 19
5.智能电动车警示头盔的调试 21
5.1智能警示头盔红绿灯系统调试 21
5.1.1 红灯调试部分 21
5.1.2绿灯调试部分 23
5.2 智能警示头盔霍尔测速系统调试 25
5.2.1超速调试部分 26
5.3 智能警示头盔超声波测距系统调试 28
5.3.1超声波测距调试 29
5.4 注意事项 32
6总结与展望 33
6.1总结 33
6.2展望 33
参 考 文 献 34
附录 程序代码 35
致谢 40
1.绪论
1.1课题研究的背景和意义
因为电动车环保、灵活又经济，再加上现在能源紧张，全世界提倡节能环保，石油能源不断减少，国内油价持续上涨，相反电能的价格相对稳定便宜，而且电能相对比较清洁环保，这样一系列种种原因使得购置电动车的人数越来越多。据自行车协会统计，我国如今已成为世界上电动车生产量、销售量最大的国度。一方面，环保便捷的电动车，是安全绿色的交通工具，另一方面现实却告诉我们，电动车在参与交通过程中的违法行为是造成交通事故的主要原因，如超速行驶，闯红灯等。因为毕竟在车辆表现上不同于自行车，速度比自行车要快得多，车辆可以达到20~30公里/小时或更快的速度，在非机动车辆中的行驶速度已经非常快了，在机动车道和机动车相比时又达不到要求的速度，容易被撞，安全系数低，再加上制动系统有时在运行中不能充分发挥作用，这些因素的威胁，更容易导致交通事故。造成这样一个安全问题，一个原因是由于监督管理机制不完善，而另一个主要原因是驾驶员交通安全意识淡薄。为了降减少电动车辆事故率，一方面国家进行安全教育和加强文明行驶的宣传，另一方面加大对违法车辆和司机的惩罚力度并且要求电动车驾驶者佩戴头盔等安全防护器具。由此电动车智能警示头盔逐渐发展并且致力于提高电动车驾驶着的人身安全。
本课题针对这种需求，设计并实现了一种智能电动车警示头盔，该头盔可以实现识别红灯禁止驾驶者闯红灯，实时测速，超速警报，障碍警报避障等功能。驾驶者通过智能头盔可以大大增加安全保障。
1.2国内外的研究现状
在美国、俄罗斯、英国等国家都在智能头盔项目上取得了不小的突破，像美国的航太系统公司开发了一种头戴式智能头盔Q-Warrior，这种头盔主要的方向是运用于军事领域。这个装置可以进行距离测量，绘制大厦的立体平面图，收取无人机的视频信息，所有这些都会体现在头戴式设备的镜片上，展示在兵士的眼前。战场上的士兵有许多信息可以利用，如位置信息、城市或房屋的地图，山峦视频等等。但直到最近还没有办法将这些数据实时传递给地面上的士兵，而Q-Warrior却能达成以上目标。它能够提供立体全高清图像，向兵士提供可以通过眼见看到的以外的信息，对于兵士的环境感知起到很大的帮助。还有俄罗斯的工程师也研发了名为Livemap的一个智能头盔，这款头盔里面安装了抬头显示器(HUD),麦克风，扬声器，加速计，陀螺仪，光纤传感器以及定位导航模块，还支持4G LTE ,地图下载和重绘，搭载了安卓智能系统能较精确的经行导航以及呈现路况信息。
图1-1 Q-Warrior 图1-2 Livemap
1.3课题研究的主要内容
本设计的主要思路是：以STC89C52为中心，以无线通讯和蓝牙通讯实现单片机之间的通讯，从而达到识别红绿灯的效果，由霍尔传感器的测速模块进行测速，当电动车超速时智能头盔通过蓝牙接收信号使蜂鸣器模块发出警报，给电动车驾驶者安全提醒。通过C语言编写计算机程序控制智能头盔并监控智能头盔。
利用了无线通信来实现红绿灯识别，无线通信是目前的一种常用的数据传输方法，利用单片机的两个可编程的全双工异步通信串行口，这为单片机之间的通讯供应了基本，红绿灯装置中红灯绿灯黄灯都分别对应了不同频率的波段，然后驱动无线发射器以波形的形式发送。智能头盔上的无线接收端接收到波形然后传输到单片机进行判断，来实现智能头盔判断红绿灯。超声波模块识别障碍，利用超声波发射器发射红外线，判断驾驶者前方是否有障碍，同时根据目前车速计算出安全制动距离，判别障碍是否在安全范围内，当遇到红绿灯和障碍时发出警报提醒驾驶者。智能电动车警示头盔如果可以广泛的被驾驶者使用，将可以减少许多不必要的电动车事故的发生，然而目前国内关于智能警示头盔这一领域还处于空白状态，如果能得到大力发展，将具有一定的实用价值和经济价值的。
2． 智能电动车警示头盔的方案设计
2.1 功能需求的分析
在2013第三十一届中国江苏国内外自行车电动车及零部件交易会期间，中国自行车协会理事长马中超表示，当前电动自行车的社会保有量已经有1.62亿辆。这是2012年底的数字。据国家统计局对316家以上企业的统计显示，1至8月的电动自行车的产量为15798000台，与2012同期相比增加16.2%。中国已经成为了一个电动自行车王国，而且电动车的数量还在持续不断的迅猛增长，然而基数越大产生的安全事故问题也就越多，造成的社会影响也越大，电动车的安全问题逐渐被人民群众所重视。
想要增加电动车行驶安全，一方面要进行安全交通法规的教学提高驾驶者安全行驶的交通认识，另一方面加强驾驶者的主动安全的设置，本文设计的智能警示头盔，可以很好地提高驾驶员的安全保障，头盔具有识别红绿灯的功能，红灯时通过无线电波的传输与反馈，对电动车采取制动禁止电动车闯红灯，直到绿灯时才能启动，通过车轮上安装测速模块，时时检测电动车车速，判断是否超速，超速发出警报。以及超声波检测障碍的功能，车子与前方障碍或其他车辆距离过近也会发出警报，提示驾驶者避开障碍。这个智能警示头盔能有效防止电动车闯红灯，超速等交通事故的发生，能很大程度上保障驾驶者生命安全。
2.2智能警示头盔系统的构建
本课题设计的智能电动车警示头盔系统主要由三个部分组成，每个部分都是以单片机STC89C52的最小系统为核心构成的，第一部分是智能头盔部分，这部分包括电源、单片机电路、蜂鸣器、蓝牙主机模块和无线接收传感器。第二部分是红路灯装置，这部分包括电源、单片机电路、发光二极管、七段数码管和无线发射传感器。第三部分是电动机测速、超声波测距部分，这部分包括电源、单片机电路、电机、电机驱动、霍尔传感器、超声波发射接收装置、蓝牙从机和1602液晶组成。这三个部分组成了智能电动车警示头盔完整的系统。
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