加速度傳感器在汽車(chē)電子上的應(yīng)用

謝軍

摘要：本課題以汽車(chē)電子為背景，結(jié)合飛思卡爾C型車(chē)模雙后輪驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，以STM32C8T6最小系統(tǒng)版為平臺(tái)搭建硬件系統(tǒng)，通過(guò)加速度傳感器檢測(cè)到的傾斜角度，及時(shí)調(diào)整小車(chē)行駛速度，使小車(chē)能自動(dòng)完成上下坡時(shí)的加速、減速。現(xiàn)在的汽車(chē)相較于以前的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，在性能上更加的智能化，而且人們?cè)谑褂闷?chē)的過(guò)程中會(huì)感到更加的輕便。因此，現(xiàn)在在制造汽車(chē)的過(guò)程中所面臨的挑戰(zhàn)就是增加傳感器的需求量。本文是以汽車(chē)電子為背景，利用加速度傳感器能夠測(cè)量汽車(chē)在行駛過(guò)程中的傾斜角度以及加速度等信息，來(lái)實(shí)時(shí)反饋汽車(chē)的動(dòng)態(tài)信息，并調(diào)整行駛速度，滿(mǎn)足人們的舒適性要求，保證駕車(chē)人的安全。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)電子 加速度傳感器 傾斜角度

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）09-0060-02

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)工作原理

本小車(chē)使用STM32C8T6最小系統(tǒng)版作為主控單元，當(dāng)小車(chē)在平地（傾角范圍-5～+5）行駛時(shí)，PMW的值為1000，這時(shí)小車(chē)會(huì)以相對(duì)較慢的速度勻速行駛。上坡時(shí)，隨著傾角范圍不斷增大（+6～+80），PWM的值也會(huì)逐漸增加，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變快，當(dāng)傾角達(dá)到最大值時(shí)（+80），PWM的值也達(dá)到峰值6000（可更改），為了保護(hù)車(chē)身不受損壞，傾角大于+80，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。下坡時(shí)，隨著傾角范圍不斷增大（-6～-80），PWM的值會(huì)逐漸減小，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變慢，當(dāng)下坡傾角達(dá)到最大值時(shí)（-80），PWM的值也達(dá)到最小值800（可更改），為了保護(hù)車(chē)身不受損壞，傾角大于-80，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

在這個(gè)過(guò)程中，可通過(guò)OLED液晶屏隨時(shí)查看小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，包括車(chē)身周?chē)臏囟龋瑑A斜角度，PWM值和加速度等信息。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控電路設(shè)計(jì)

STM32C8T6最小系統(tǒng)版內(nèi)有最新一代的嵌入式ARM處理器。因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)功能部件種類(lèi)全，功能強(qiáng)。用STM32C8T6最小系統(tǒng)版時(shí)，只要將相關(guān)模塊接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可。如圖2所示STM32C8T6單片機(jī)最小系統(tǒng)。其應(yīng)用特點(diǎn)：（1）有可供用戶(hù)使用的大量I/O口線。（2）內(nèi)部存儲(chǔ)器容量有限。（3）應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)具有特殊性。

2.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

像直流電機(jī)這樣大功率的外部器件，能耗大，對(duì)單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力有很高的要求，而往往單片機(jī)提供不了那么大的驅(qū)動(dòng)能力，所以需要接驅(qū)動(dòng)電路。電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的種類(lèi)也有很多，在此次設(shè)計(jì)中，使用TB6612FNG作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。因?yàn)樗尿?qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能耗低，不易發(fā)熱，抗干擾能力強(qiáng)，能夠提供穩(wěn)定的性能。TB6612FNG電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，而且它反應(yīng)快速，可以通過(guò)VCC引腳接電源后給芯片和電機(jī)供電。

2.3 傾角傳感器電路

三軸加速度傳感器主要是對(duì)它所采集到的信號(hào)進(jìn)行放大濾波，同時(shí)還可以檢測(cè)環(huán)境溫度等。MPU6050模塊原理圖如圖3所示。

陀螺儀的輸出信號(hào)放大了10倍左右，并將零點(diǎn)偏置電壓調(diào)整到工作電源的一半（1.65V）左右。MPU6050它是一款6軸運(yùn)動(dòng)處理組件。它集成了陀螺儀和加速度計(jì)于一體的芯片，它極大程度上免除了獨(dú)立使用的陀螺儀和加速度計(jì)在時(shí)間上的誤差，而且減少了占用 PCB板的空間。

3 軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

本設(shè)計(jì)采用的是模塊化的思路來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和編寫(xiě)程序，程序主要由主程序模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊等四大部分組成，每一部分都針對(duì)相應(yīng)的硬件電路。

3.1 主程序模塊

（1）程序控制設(shè)計(jì)。小車(chē)的程序控制系統(tǒng)是由主程序模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、MPU6050三軸加速度傳感器驅(qū)動(dòng)模塊、OLED顯示模塊四大模塊組成，編寫(xiě)程序，讓各個(gè)模塊組成的系統(tǒng)能夠順利運(yùn)行，驗(yàn)證電路板的正確性。各個(gè)程序的功能不一樣，其中PWM波產(chǎn)生子程序是利用單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生的占空比，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)控制子程序則是通過(guò)定義TB6612FNG的IN端口信號(hào)分別控制電機(jī)的起、停、前進(jìn)。加、減速程序則是單片機(jī)檢測(cè)P17端口信號(hào)當(dāng)信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)開(kāi)始控制左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使小車(chē)轉(zhuǎn)彎自動(dòng)加速和減速。本次小車(chē)程序是利用C語(yǔ)言進(jìn)行編程通過(guò)不同子模塊的調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)小車(chē)自動(dòng)加速和減速。

（2）系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。

首先小車(chē)進(jìn)行上電，對(duì)單片機(jī)各個(gè)應(yīng)用模塊進(jìn)行初始化，還有對(duì)程序中的變量進(jìn)行初始化。接下來(lái)單片機(jī)控制小車(chē)開(kāi)始前進(jìn)，前進(jìn)過(guò)程中單片機(jī)通加速度傳感器模塊不斷檢測(cè)小車(chē)與地面的傾角，并將檢測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)。當(dāng)檢測(cè)到小車(chē)與地面存在的傾角在程序規(guī)定范圍內(nèi)，單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成小車(chē)的加速、減速，OLED顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成本設(shè)計(jì)的要求。

3.2 主要控制函數(shù)說(shuō)明

3.2.1 角度計(jì)算函數(shù)

本程序讀取MPU6050模塊的AD采用數(shù)值，然后計(jì)算車(chē)模的傾角。對(duì)于讀取的陀螺儀和加速度計(jì)的數(shù)值需要減去零偏值。在車(chē)模保持水平時(shí)，讀出兩個(gè)通道的數(shù)值，便是相應(yīng)的零偏值。

4 結(jié)語(yǔ)

此次設(shè)計(jì)是以STM32C8T6最小系統(tǒng)版為核心，以飛思卡爾C型車(chē)模為基礎(chǔ)，自己設(shè)計(jì)制作車(chē)架，在結(jié)合MPU6050三軸加速度傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、OLED顯示模塊等相關(guān)電路，通過(guò)最后的安裝、調(diào)試等工作，完成智能小車(chē)硬件安裝、軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了智能小車(chē)能夠自動(dòng)完成加速、減速等功能。

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