论文部分内容阅读
摘要：警部队担负着维护国家安全和社会稳定，保障人民安居乐业的神圣使命，现阶段武警部队的车队在遂行任务时仍采用车载电台或对讲机的传统预警方式。存在反应不及时、智能化低等缺点，从而造成安全事故时有发生。为解决上述问题，设计了一款基于STC89C52单片机的安全行车预警系统，保卫了部队车队遂行任务的安全，对于武警部队车队安全管理具有重要意义。
关键词：车队行车安全;单片机;无线通信;加速度传感器;语音播报
近几年来，部队交通安全事故时有发生，对于如何降低部队交通安全事故的发生是武警部队安全工作的重点之一。在车队行驶过程中由于车辆众多导致车辆在道路上行驶的灵活性相对较低，车队冗长的队形在道路上会给其他的地方车辆带来许多不便和隐患，同时车队队形过长使得车队车辆行驶的过程中存在许多安全隐患。通过行车预警系统能提高部队车队在行驶的过程中的预警能力，头车能把行驶过程中的易发生安全事故的情况及时告知车队跟车，从而降低了事故的风险，保护了人民和军队的生命和财产，保证了道路行驶安全，保证了车队遂行任务的安全，为赢得任务争取了宝贵的时间，为武警部队遂行反恐、处突、维稳等突发性事件提供了运输安全保证。
1.系统设计方案
整个系统由前车部分和后车部分构成。前车与后车以车队形式行驶时，当前车前方遇到障碍物时，前车传感器检测前车是发生急刹车还是发生急转弯后通过无线通信发送模块将相应信息传递给后车，后车接收到信息后立即发出注意急刹车和急转弯的语音警报。当后车测距模块检测到跟车距离过近时，后车立即发出跟车过近的语音警报。
2.系统硬件的设计
（1）单片机最小系统设计
单片机最小系统是能使单片机正常工作的最小硬件电路，由时钟电路和复位电路、电源共同组成了单片机最小系统。时钟电路的输出经过XTAL1和XTAL2引脚输入到单片机的内部，复位电路通过RESET引脚与单片机相连。
（2）语音芯片电路设计
本次设计选择WT588D语音芯片，此芯片功能多、音质好、应用范围广、性能稳定，可以通过上位机软件直接载入对应的语音内容。芯片的内存达到16M，根据需要可以将语音段放置到对应的内存中。其芯片触发模式也有很多种，可以通过按钮触发;可以通过1线制串口进行通讯直接用传输的数据进行触发;除了1线制还可以使用3线制等方式。
（3）电机驱动电路设计
本次设计的电路中需要较大驱动力的电机驱动芯片来驱动电机，通过第二章主要核心器件选型对比确定了选择TB6612FNG芯片作为电机驱动芯片。TB6612FNG芯片为MOSFET-H桥结构，双通道输出，可以同时驱动两个电机。芯片驱动均值电流为2.5A，驱动峰值电流为3.5A，散热性能较好。
（4）NRF24L01无线收发电路设计
在本系统设计中，由于前车和后车之间存在距离，所以本次设计前车与后车的信息交互选择无线模块NRF24L01进行远程无线通讯。它的工作电压在1.9V和3.6V之间，最大传输速率为2M每秒。该模块被应用于工作环境比较恶劣的场合（温度区间在40℃～+85℃）。
（5）红外测距传感器电路设计
本次设计后车测距传感器选择的是红外光电传感器。红外光电传感器具有一对红外线发射与接收管，通过检测光轴上有无有效遮挡物进而判断前方是否有障碍物。该传感器响应速度快，能检出具有速度的物体。红外光电传感器的电源vcc引脚接+5v电源，接地引脚接地，信号输出引脚与单片机P3-4连接。通过程序使用循环扫描检测的方式来判断是否与前车距离太近。
（6）蓝牙硬件设计
本次设计所选用的蓝牙模塊为HC-05。HC-05蓝牙模块具有很高的穿透能力，在无障碍的情况下可以进行200米左右的远程控制，在有障碍物隔离的情况下，也能穿透至少5堵墙。所以选择HC-05芯片作为蓝牙模块可以满足本次设计的要求。芯片的工作电压在3.3V到5v之间。在此次开发中使用的是串口通讯的端口。端口TX和RX通过上拉电阻增强其通讯驱动能力，然后分别与单片机的P3-0和P3-1连接。相当于两者的发送端口和接收端口是交叉连接的。
（7）加速度传感器电路设计
本次设计前车端选择使用MPU6050加速度传感器进行加速度的检测。其具有芯片体积小、厚度薄的优点，表面积只有1平方厘米，厚度只有0.5毫米。使用者可以利用其质量轻和体积小的特点将此芯片利用在各种环境中。
3.系统软件的设计
首先前车上电后，上电后单片机先初始化各个变量。然后进入到校零X轴和Y轴加速度，前车运动时，加速度传感器采集校正完毕后的X和Y轴方向加速度的变化，判断X轴方向加速度是否超过正常范围值，判断Y轴方向加速度是否超过正常范围值，后车主要进行无线数据的接收和解析，然后根据解析结果执行相应的动作。
4.系统的制作和综合调试
（1）硬件调试
硬件测试时首先对照前车和后车的总体电路图，检查实物的硬件连线，确保硬件的连线与原理图保持一致。确认无误后，按下前车和后车的电源键，对硬件的初始状态进行调试。
（2）软件的调试
因为本次设计所使用的控制小车的方式是蓝牙控制的方式，所以在进行上电测试前，需要在手机下载安装一个蓝牙串口软件，对小车发送不同的指令。
5.结束语
在整个设计过程中，首先从当前部队车队遂行任务的现状出发，提出了本次设计所要解决的问题;根据所要解决的问题和实现的功能，确定主要研究内容;对主要核心元器件进行对比选择;对各部分电路原理图和整体原理图进行绘制，结合实际按电路图实施焊接，随后依据设计的流程图对主程序进行编写，最后在展开硬件、软件的调试工作，实现预想要求。保证了道路行驶安全，保证了车队遂行任务的安全。
关键词：车队行车安全;单片机;无线通信;加速度传感器;语音播报
近几年来，部队交通安全事故时有发生，对于如何降低部队交通安全事故的发生是武警部队安全工作的重点之一。在车队行驶过程中由于车辆众多导致车辆在道路上行驶的灵活性相对较低，车队冗长的队形在道路上会给其他的地方车辆带来许多不便和隐患，同时车队队形过长使得车队车辆行驶的过程中存在许多安全隐患。通过行车预警系统能提高部队车队在行驶的过程中的预警能力，头车能把行驶过程中的易发生安全事故的情况及时告知车队跟车，从而降低了事故的风险，保护了人民和军队的生命和财产，保证了道路行驶安全，保证了车队遂行任务的安全，为赢得任务争取了宝贵的时间，为武警部队遂行反恐、处突、维稳等突发性事件提供了运输安全保证。
1.系统设计方案
整个系统由前车部分和后车部分构成。前车与后车以车队形式行驶时，当前车前方遇到障碍物时，前车传感器检测前车是发生急刹车还是发生急转弯后通过无线通信发送模块将相应信息传递给后车，后车接收到信息后立即发出注意急刹车和急转弯的语音警报。当后车测距模块检测到跟车距离过近时，后车立即发出跟车过近的语音警报。
2.系统硬件的设计
（1）单片机最小系统设计
单片机最小系统是能使单片机正常工作的最小硬件电路，由时钟电路和复位电路、电源共同组成了单片机最小系统。时钟电路的输出经过XTAL1和XTAL2引脚输入到单片机的内部，复位电路通过RESET引脚与单片机相连。
（2）语音芯片电路设计
本次设计选择WT588D语音芯片，此芯片功能多、音质好、应用范围广、性能稳定，可以通过上位机软件直接载入对应的语音内容。芯片的内存达到16M，根据需要可以将语音段放置到对应的内存中。其芯片触发模式也有很多种，可以通过按钮触发;可以通过1线制串口进行通讯直接用传输的数据进行触发;除了1线制还可以使用3线制等方式。
（3）电机驱动电路设计
本次设计的电路中需要较大驱动力的电机驱动芯片来驱动电机，通过第二章主要核心器件选型对比确定了选择TB6612FNG芯片作为电机驱动芯片。TB6612FNG芯片为MOSFET-H桥结构，双通道输出，可以同时驱动两个电机。芯片驱动均值电流为2.5A，驱动峰值电流为3.5A，散热性能较好。
（4）NRF24L01无线收发电路设计
在本系统设计中，由于前车和后车之间存在距离，所以本次设计前车与后车的信息交互选择无线模块NRF24L01进行远程无线通讯。它的工作电压在1.9V和3.6V之间，最大传输速率为2M每秒。该模块被应用于工作环境比较恶劣的场合（温度区间在40℃～+85℃）。
（5）红外测距传感器电路设计
本次设计后车测距传感器选择的是红外光电传感器。红外光电传感器具有一对红外线发射与接收管，通过检测光轴上有无有效遮挡物进而判断前方是否有障碍物。该传感器响应速度快，能检出具有速度的物体。红外光电传感器的电源vcc引脚接+5v电源，接地引脚接地，信号输出引脚与单片机P3-4连接。通过程序使用循环扫描检测的方式来判断是否与前车距离太近。
（6）蓝牙硬件设计
本次设计所选用的蓝牙模塊为HC-05。HC-05蓝牙模块具有很高的穿透能力，在无障碍的情况下可以进行200米左右的远程控制，在有障碍物隔离的情况下，也能穿透至少5堵墙。所以选择HC-05芯片作为蓝牙模块可以满足本次设计的要求。芯片的工作电压在3.3V到5v之间。在此次开发中使用的是串口通讯的端口。端口TX和RX通过上拉电阻增强其通讯驱动能力，然后分别与单片机的P3-0和P3-1连接。相当于两者的发送端口和接收端口是交叉连接的。
（7）加速度传感器电路设计
本次设计前车端选择使用MPU6050加速度传感器进行加速度的检测。其具有芯片体积小、厚度薄的优点，表面积只有1平方厘米，厚度只有0.5毫米。使用者可以利用其质量轻和体积小的特点将此芯片利用在各种环境中。
3.系统软件的设计
首先前车上电后，上电后单片机先初始化各个变量。然后进入到校零X轴和Y轴加速度，前车运动时，加速度传感器采集校正完毕后的X和Y轴方向加速度的变化，判断X轴方向加速度是否超过正常范围值，判断Y轴方向加速度是否超过正常范围值，后车主要进行无线数据的接收和解析，然后根据解析结果执行相应的动作。
4.系统的制作和综合调试
（1）硬件调试
硬件测试时首先对照前车和后车的总体电路图，检查实物的硬件连线，确保硬件的连线与原理图保持一致。确认无误后，按下前车和后车的电源键，对硬件的初始状态进行调试。
（2）软件的调试
因为本次设计所使用的控制小车的方式是蓝牙控制的方式，所以在进行上电测试前，需要在手机下载安装一个蓝牙串口软件，对小车发送不同的指令。
5.结束语
在整个设计过程中，首先从当前部队车队遂行任务的现状出发，提出了本次设计所要解决的问题;根据所要解决的问题和实现的功能，确定主要研究内容;对主要核心元器件进行对比选择;对各部分电路原理图和整体原理图进行绘制，结合实际按电路图实施焊接，随后依据设计的流程图对主程序进行编写，最后在展开硬件、软件的调试工作，实现预想要求。保证了道路行驶安全，保证了车队遂行任务的安全。