急刹车误踩油门应急系统

摘要：针对新手开车误踩油门而经常产生严重交通事故现象，文章设计由急刹车误踩油门判断电路、单片机控制电路、继电器切断油门及驱动刹车等电路构成的急刹车误踩油门应急系统，能自动识别误踩油门，启动紧急刹车功能。实验表明系统易于实现并取得较好效果，具有广泛的应用前景。文中概述了系统的硬软件设计与具体实现方法。
关键词：急刹车；误踩油门；单片机；继电器；驱动电路

0 概述
    目前我国每天考取汽车牌照的人数以万计，其中有不少人在考取车牌后隔离相当长的一段时间才开始驾车， 这样的新手，技术不熟练，当开车遇到紧急情况时，如：遇到行人、障碍物或快速迎面而来的汽车时，慌乱中，经常会误把油门当成刹车踩，使车突然加速，造成车损人亡的严重交通事故。还有一部分酒醉驾驶人员，意识模糊，很容易误把油门当成刹车踩，从而产生交通事故惨剧。
    本文提出的急刹车误踩油门应急系统是由急刹车误踩油门判断电路、单片机控制电路、继电器切断油门及驱动刹车等硬件电路，配以相应的软件控制，以识别误踩油门，实现紧急驱动刹车功能，避免恶性事故发生。

1 系统结构及工作原理
    本系统主要由急刹车误踩油门判断电路、单片机控制电路、继电器切断油门、驱动刹车并发出警告和数码显示及电源电路等四部分构成。系统组成方框图如图1所示。

1．1 急刹车误踩油门判断电路
    急刹车误踩油门判断电路由电磁感应器、单片机ATmega8芯片中A／D转换功能电路组成。当踩油门时，与油门相连的电磁感应器由于电磁感应产生感应信号，通过单片机ATmega8芯片中A／D转换为数字电压信号，设定正常加速时踩油门产生经A／D转换得到的最大数字电压值的1．2倍作为单片机ATmega8芯片程序电压基准值，若检测到的电压大于基准值，则判断为误踩油门，反之为正常踩油门加速，从而实现判断误踩油门功能。同时由于在紧急刹车情况下，踩刹车的速度与力度相对每个人都有所不同，所以在本设计中基准电压值可人工调节，以适应更多的人群使用。

2 单片机控制及各功能输出电路
    系统中采用的单片机是ATMEL公司生产的基于增强型AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制ATmega8。
    该单片机具有如下特点：8k字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512字节EEPROM，1k字节SRAM，32个通用I／O口线，32个通用工作寄存器，三个具有比较模式的灵活的定时器／计数(T／C)，片内／外中断，可编程USART，面向字节的两线串行接口，10位6路(8路为TQFP与MLF封装)ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及五种可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式CPU停止工作，而SRAM、T／C、SPI端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；ADC噪声抑制模式时终止CPU和除了异步定时器与ADC以外所有I／O模块的工作，以降低ADC转换时的开关噪声；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力。
    单片机控制电路原理如图2所示。

    图中当踩动油门时，电磁感应器产生的模拟电压由ATmega8的PC0脚输入，利用ATmega8内部的ADC转换为数字电压，再与单片机EEPROM内预先设定的基准电压进行对比，当该电压超过基准电压时，表示误踩油门，分别由PD0、PD1脚输出的比较电压经驱动电路90141、90142放大后由驱动继电器JR2、JR1驱动，从而断开油门，启动刹车系统功能，同时由PD3、PD2输出信号并启动蜂鸣器和红色LED灯作警告提示。

2 系统软件的设计
2．1 急刹车误踩油门判断软件设计
    利用ATmega8的A／D功能提取电压值，定义3V为判断基准初始值电压存放在单片机的EEPROM内，当电压值超过基准值后，执行刹车功能，2s后自动恢复正常工作。急刹车误踩油门判断软件流程图如图3所示。

2．2 按键部分软件设计
    按键部分程序采用状态机方式查询。由于按键的检测过程需要进行消抖处理，因此取状态机的时间序列周期约为10ms。图4给出了一个简单按键盘状态机转换流程图。图中将一次按键完整的操作过程分解为三个状态，采用时间序列周期约为10ms。

    其中功能按键包括按键1、按键2、按键3等共三个按键。
    按键1：工作模式切换按键。按按键1时间长约2s，则系统由正常工作状态进入基准调节模式。
    按键2：电压基准增加按键。按键在基准调节模式下才有效，此时，每按一下按健2基准电压升高。
    按键3：电压基准减小按键。按键在基准调节模式下才有效，此时，每按一下按健2基准电压降低。

3 系统测试实验
3．1 急刹车判断测试实验
    把急刹车误踩油门检测设备输出电压连接到示波器输入端，调节示波器的各个档位到适合位置，用不同的速度踩油门设备，测试输出电压值，如表1所示。

3．2 按键控制电路测试实验
    测试与按键次数对应的稳压电源电压，基准电压数据如表2所示。

    由表2知：稳压电源电压、基准电压误差约为0．2V。
3．3 单片机控制电路的测试实验
    首先在PC机上进行仿真调试，单片机控制仿真电路图如图5所示。

    图中增加了一个4位数码管显示，和一个电位器以改变电压值，电位器的电压值在数码管里显示出来，说明AD功能正常。
    然后进行按键控制仿真调试，仿真调试电路如图6所示。

    D5为红灯，D5亮时为基准调节模式。D6为绿灯，D6亮时为正常工作模式。当按下按键1时间长约2s时，红灯亮，此时再按一下按键2，然后上下调节电位器，使绿光亮，第二次、第三次重复以上操作可以发现，最终绿光亮时，所调节的电位器中心抽头位置越来越高；同理，按一下按键3，调节电位器，使绿光亮，第二次、第三次重复以上操作可以发现，最终绿光亮时，所调节的电位器中心抽头位置越来越低。以上仿真测试实验说明单片机控制电路包括按健控制电路工作正常。
3．4 系统整体测试实验
    接通电路板稳压电源进行系统整体测试实验，实验按正常工作模式、基准调节模式两种方式。测试结果如下：
    (1)正常工作模式。用不同的速度踩动油门踏板，当超过所设定的速度时，即达到误踩时油门速度的基准值，此时系统能驱动继电器切断电机电路，同时启动蜂鸣器和红色LED灯作警告提示，并且2s后系统自动恢复正常状态。
    (2)基准调节模式。在基准调节模式状态下，按按键2(加)，用不同的速度踩动油门踏板，可以发现，当增加按键次数，绿灯亮时(即转为正常工作状态)所需踩动油门踏板的速度要越来越大；同理按按键3(减)，用不同的速度踩动油门踏板，可以发现，当不断增加按键次数，绿灯亮时(即转为正常工作状态)所需踩动油门踏板的速度要越来越小，整个过程数码管均能显示基准调节模式调节时各次不同的基准值。

4 结论
    本文设计的由急刹车误踩油门判断电路、单片机控制电路、继电器切断油门及驱动刹车等电路构成的急刹车误踩油门应急系统，实验证明能自动识别误踩油门，启动紧急刹车和报警功能，避免恶性交通事故的发生，具有广泛的市场应用前景。