手刹自动到位检测装置及手刹助力Word格式文档下载.docx
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4、绘制传感器布局安装图1号图1张，其它电路原理图，PCB电路布线图若干张。
总图量不少于2.5张0号图，全部用计算机绘图。
5、设计中所涉及的计算，要求编程，上机调试通过后，打印程序和结果，并按规定附于说明书指定位置。
6、翻译一篇英文文献，翻译后，中文字符不少于3000字符。
7、毕业设计（论文）说明书1份，字数不少于1.5万汉字。
8、设计说明书应包括：
目录、中、英文摘要、设计说明、方案论证、计算过程、结论、致谢等。
二、进度计划与应完成的工作
第1-2周：
设计方案论证（确定传感器及单片机型号的选择，传动机械及电机的选型）。
第3-6周：
进行各单元电路的设计，转向方法
第7-9周：
测试软件的编写
第10-13周：
绘图
第13-15周：
编写设计说明书（字数不少于1.5万字），打印装订。
说明书上所有引用公式、参数按规定标注出处。
完成包含外文翻译等设计文件、图纸编制及打印。
第16周：
图纸、设计说明书送审，检查图纸及设计说明书，答辩准备
三、主要参考文献、资料
[1]余志生主编.《汽车理论》.北京：
机械工业出版社，2005年3月
[3]王威等编著《HCS12微控制器原理及其应用》北京航空航天大学出版社2007年10月
[4]何立民主编《单片机与嵌入式系统应用》河北：
河北教育出版社2005年06月
[5]王宜怀等著《嵌入式系统——使用HCS12微控制器的设计与应用》北京：
北京航空航天大学出版社，2008年03月
[7]
窦振中编著《基于单片机的嵌入式系统工程设计》中国电力出版社2008年09月
[8]现代汽车新技术以及与转向机构有关的资料
四、完成期限
第17周，设计部分全部完成，准备答辩
摘要
手刹又称为驻车制动，是保证汽车停车后的能够可靠的停在原处的系统，老式的手刹，也就是传统手刹，通过驾驶员对手刹拉杆操作，将人力经过机械进行放大，把车牢牢地刹在原处。
但是老式的手刹比较花驾驶员的力气，而且对经常有的驾驶员没有能够将手刹拉紧或者放松到达合适的位置。
这个设计就是为了能够提高手刹的使用的可靠性，从而提高的驻车的安全性。
设计中做了手刹的检测装置，就是使用两个限位开关作为检测元件，检测手刹的有没有拉紧到位或者放松到位，如果没有到位，AT89C51单片机根据检测到信号，判断需不需要进行驱动步进电机转动和需要步进电机正转还是反转。
完了以后，单片机根据需要控制步进电机进行转动，按要求将手刹拉紧或者放松到位。
在拉紧或者放松到位了以后，通过发光二极管进行显示手刹的位置，即手刹是在拉紧的可靠位置还是在完全放松的位置。
如果手刹没有达到指定位置，那么两个发光二级管都不会亮，则表明手刹处于不到位的状态。
这个设计实现以后，大大的减少手刹不到位的情况，从一定程度上提高了汽车的停车安全性，也增加了手刹系统使用的正确性。
驾驶员能够通过指示灯知道手刹有没有到位。
关键词：
电动机、单片机、手刹、发光二极管
ABSTRACT
Handbrake,alsoknownastheparkingbrake，Thesystemcanbereliablystoppedatthesameplaceistoensurethatafterthecarparking。
Old-fashionedhandbrake,whichisthetraditionalhandbrake，Operationbythedriveronthehandbrakelevers，Themanpowerthroughmechanicalamplification,thecarbrakesfirmlyinplace。
Buttheold-fashionedhandbrakecomparethedriver'
sefforttospend,butalsooftensomedrivershavenotbeenabletotightenorloosenthehandbrakereachtherightplace.
Thisdesignistoimprovethereliabilityofthehandbrakecanbeusedtoimprovethesecurityoftheparking。
Doahandbrakedesigndetectiondevicethatusestwolimitswitchesasthedetectionelement,thereisnotensiondetectionhandbrakeplaceorplacetorelax。
Ifthereisnoplace，AT89C51microcontrolleraccordingtothedetectedsignalisnotrequiredtodeterminetheneedandtheneedtodriveasteppermotorsteppermotorrotationforwardorreverse。
Afterfinished,microcontrollerbasedontheneedtocontrolthesteppermotortorotateasrequiredtotightenorloosenthehandbrakeplace。
Tightenorrelaxinplaceinthefuture,todisplaythepositionofthehandbrakebylight-emittingdiodes,thatthehandbrakeisstillincompleterelaxationinareliablelocationtautposition。
Ifthehandbrakedidnotmeetthespecifiedlocation,thentwoLEDsarenotlit,itindicatesthatthehandbrakeisnotinplaceinthestate。
AftertherealizationofthisdesignGreatlyreducethehandbrakeisnotthecaseinplace，improvingthesafetyofthecarfromtheparkingtosomeextent,alsoincreasedtheaccuracyofthehandbrakesystemused。
Driverthroughthehandbrakeindicatorthatthereisnoplace。
Keyword：
Electricmotor、SCM、Handbrake、Light-emittingdiode
目录
一、课题的主要内容和基本要求II
二、进度计划与应完成的工作II
三、主要参考文献、资料III
四、完成期限III
摘要IV
ABSTRACTV
目录VI
第1章绪论-1-
1.1、引言-1-
1.2、手刹的现状与发展-1-
1.3、研究内容-1-
1.4课题的研究意义-2-
1.5本课题的研究方法和任务-2-
第2章课题论证及方案论证-3-
2.1课题的主要内容和基本要求-3-
-3-
2.2操作开关的选择-3-
2.3单片机的选择-4-
2.4驱动步进电机的选择-4-
2.5传感器的选择-4-
第3章系统总方案的设计-6-
3.1概述-6-
3.2功能要求-6-
3.3装置的整体设计-6-
3.4单片机的选择-7-
3.5电动机的选择-8-
3.6传感器的选择-8-
3.7手刹自动到位检测装置及助力装置-9-
第4章系统硬件的设计-10-
4.1硬件电路设计的主要问题-10-
4.2检测电路的设计-10-
4.3显示电路的设计-11-
4.4步进电机的驱动电路设计-12-
4.5解锁电路的设计-14-
4.6复位电路的设计-14-
4.7电源转换电路-15-
4.8PCB板的制作-16-
第5章 单片机单元的软件设计-17-
5.1概述-17-
5.2手刹状态的检测软件设计-17-
5.3步进电机正反转控制软件设计-18-
5．3棘轮锁止装置的解锁软件设计-19-
5.4步进电机驱动脉冲的生成程序的设计-20-
5.5系统的总体软件设计-21-
第6章本系统的的创新性分析与展望-23-
6.1本系统的创新性分析-23-
6.2展望-23-
致谢-25-
参考文献-26-
第1章绪论
1.1、引言
在改革开放以后，特别是21世纪之后，我国汽车工业飞速发展，汽车上应用的电子设备也在不断的发展，汽车电子产品市场在以40%的速度在增长，车身电子产品占汽车产品的市场占有率达到35%~40%。
现在汽车电子的热门应用的前三位是汽车空调、电动车窗控制、汽车灯光控制，但是电动手刹并没有收到多大关注。
然而手刹却是驻车主动安全的重要部分，在驻车时发挥着及其重要的作用，其次在城市道路的日益拥堵，尤其在立交桥上堵车时，手刹的使用就尤为重要。
随着人人们的物质和精神文明的不断发展，不断提高，人们对汽车的安全性和操纵性提出了更高的要求。
尤其是我们对汽车的主动安全性更是有更大的讲究，其次是人们对汽车的操纵性也提出了新的要求，不再愿意花大力气去驾驶汽车。
而且随着经济发展，现代女性驾驶者越来越多，对汽车的操纵性有着更严格的要求。
特别是在手刹上，很多女性驾驶员在操作手刹的时候，在传统手刹中，经常没能拉到位或者很艰难的释放手刹。
手刹是主动汽车安全的一个部分，尤其是停车时的重要性更突出。
手刹的使用频率也是非常的高，那么对手刹的研究也是很重要的。
优良的手刹系统，对于驻车时的主动安全性尤为重要。
良好的手刹，也使操纵性得到了很大的提高。
所以良好的手刹系统也是为汽车加分的一个重要点。
1.2、手刹的现状与发展
现在，中国的大多数汽车设备手制动仍采用传统的纯机械手系统，由手刹杆，拉线，刹车蹄，等。
传统的手刹系统是由纯机械的装置组成，依靠驾驶员的体力进行操纵，在上坡路段对驾驶者的操纵水平要求较高。
如果驾驶者没有能够熟练控制离合器和手刹，那么很容易在坡道上熄火甚至发生后溜，而造成交通事故。
就现在中国汽车市场而言，在中高级轿车上已经安装配备了电子控制的手刹系统，例如近期才逐步上市的一气大众的全新迈腾。
配备了电子手刹系统的汽车，在操纵性上得到了提高，驾驶员不需要花费很大的力气去操纵手刹，而且大大的减少了在上坡道路上熄火的状况。
1.3、研究内容
由于传统的手刹使用的是驾驶员的体力进行驻车制动，通过机械进行放大来传送制动力来实现驻车刹车，费时费力，并且可靠性不是很高。
特别是在坡道的时候，如果没有足够的力来驱动手刹，那么车体就可能发生后溜，这样子非常危险，容易引发交通事故。
本课题的研究内容就是按照需要将传统手刹的拉杆改成按键控制。
在用手刹车，只有通过操作键开关，电机控制，收紧和放松手刹。
该装置不仅省力，还可以在较短的时间里产生足够的制动力，并且能够判断手刹是否牢靠。
就算是在斜坡道上，也能够用很小的力来实现可靠的驻车制动力，在斜坡道上释放手刹时也只需要通过按键来实现，用较小的力就可以轻松实现。
总之，这个装置从一定程度上提高了汽车的操作性，也对汽车驻车是的安全性带来很大的提高。
1.4课题的研究意义
当前，国外汽车工业比较发达，各项电子技术遥遥领先领先我国技术水平，在部分高级轿车上已经成功的安装智能电子手刹。
随着现代智能控制技术、电子技术、计算机技术的飞速发展，为智能电子手刹的设计和应用提供了很大的背景条件。
出于知识产权的保护，国外的各个对电子智能手刹的研究部门很少公开发表各自的研究内容，尤其是关键技术，所以可以参考的先进的文献资料比较少。
我国对电子智能手刹的研究比较少,应用在汽车上的就更加少了，几乎为零,仍处在较低水平阶段，没有成熟的产品能够应用在实际当中。
对手刹自动到位检测装置及助力装置的研究，与汽车发展中的安全主题适应的，对提高我国汽车工业的技术水平，缩小与海外汽车强国的距离，有一定的作用和意义。
1.5本课题的研究方法和任务
对于手刹自动到位检测装置及助力装置系统来说，关键部分就是单片机，如果关键部分出现问题了，那么整个系统将会崩溃，无法进行工作，所以单片机运行的稳定性和可靠性是非常关键的。
在这个课题的设计里，选择使用的单片机是AT89C51单片机。
分析了手刹自动到位检测装置及助力装置的整体结构，设计了基于AT89C51的电子控制单元。
全面分析了手刹自动到位检测装置及助力装置系统的控制，并运用proteus软件进行仿真。
依据手刹自动到位检测装置及助力装置系统的控制策略，进行软件系统的设计。
第2章课题论证及方案论证
2.1课题的主要内容和基本要求
1、手刹位置的检测。
2、检测手刹开关的状态，可以控制助力电机进行手刹的操作。
3、各部分硬件的设计。
4、软件的编写。
5、本系统的创新点分析。
6、完成毕业设计。
通过方案论证的设计，合理的选用合适传感器，单片机的型号和测试软件的算法，使得手刹的操作安全、可靠、便捷，并完成系统的电路的原理图绘制，以及系统的PCB布线图的绘制，和驻车制动的部件机械图的绘制，最后完成整个系统的绘制。
2.2操作开关的选择
根据了解，手刹自动到位检测装置及助力装置的操作开关类型主要有拉杆式控制方式和按键式控制方式这两种形式。
在底下我将对这两种操作方式进行简要的分解剖析。
方案一：
该类型的驻车制动装置在使用驻车制动系统时，当需要拉紧手刹的时候，将拉杆往上拉，此时，根据拉杆开关的行程信号的不同，进行控制电机工作，从而产生不同的制动力矩，直至行程最大，产生最大的制动力矩为止，接着保持最大制动力矩。
解刹时，驾驶员通关按下转换开关，再将手刹拉杆拉起，控制电机反转将手刹完全释放。
此类方式的手刹自动检测装置及助力装置系统的传感器，开关较多，系统较为复杂，对单片机的要求高等。
方案二：
该类型的驻车制动装置在使用驻车制动系统时，当需要拉紧手刹的时候，将开关打到拉紧位置即可，此时开关向控制单元输送信号，控制单元根据预设的情况控制助力电机工作，将手刹拉紧。
当需要释放手刹的时候，将手刹开关打到解刹的位置，此时开关向控制单元输送解刹信号，控制驻车系统进行手刹的释放。
此类手刹自动到位检测装置及助力装置，操作开关较少，传感器较为简单，也相对较少。
所以选用按键式开关。
2.3单片机的选择
方案一
采用MSP430F449芯片作为系统硬件的核心部件，使用的是Flash
ROM，芯片内部还有4KBROM的存储空间，可以在1.8V-3.6V的超低电压工作，合适在手设备使用。
然而它的编程的环境比较复杂，编程的风格和MS-51的出入比较大。
在MSP430单片机编程比在MS-51复杂，所以不要用MSP430F449。
AT89C51单片机是美国ATMEL公司退出的AT89C51X系列的单片机的一个型号。
包含的功能部件有：
（1）中央处理器（CPU）；
（2）数据存储器（RAM）；
（3）程序存储器（4KBFlash ROM）；
（4）4个8位可编程并行I/O口（P0口、P1口、P2口、P3口）；
（5）1个全双工串行口；
（6）2个16位定时器/计数器；
（7）中断系统；
（8）特殊功能寄存器（SFR）；
其次还有中断系统（具有有5个中断源，2级中断优先权）；
定时器/计数器：
片内有2个16位的定时器/计数器，具有4种工作方式；
串行口：
一个全双工的串行口，具有4种工作方式【1】。
在那么多的51单片机产品系列里面，AT89系列的单片机已经在中国得到了大范围的使用，已经得到了大家的认可。
AT89系列单片机是美国ATMEL公司的8位Flash单片机产品。
能够在-55℃至125℃的环境温度下工作，任意管脚的工作电压极限为-1.0V至7.0V，最高工作电压为6.6V。
此外AT89C51单片机与标准MCS-51，故兼容编程也较为简单。
所以选择这个方案。
2.4驱动步进电机的选择
方案一：
反应式步进电机，在定子上面有绕组，转子是由较软的磁性材料组成。
结构也较为简单，成本较低、步距较小，精度可以达到1.2°
。
但是反应式的步进电机效率低，动态效能不好，发热性也较大，可靠性难以保证【3】。
可靠性较低，不能满足汽车的安全性，所以不能选用。
永磁式步进电机，该类型的步进电机，转子由永磁性材料做成【3】。
转子的和定子的磁极数都是相同的。
这种类型的步进电机它的动态效能比较好，输出的扭矩也较大，但是这种步进电机的精度比较差，步距角比较大（一般是7.5-15°
）。
但是手刹系统中，对步进电机的精度要求不是很严格，需要的扭矩相对来说较大，所以选择永磁式步进电机。
2.5传感器的选择
非接触式光电传感器，该类型的传感器是将光电信号转换成电信号，检测手刹拉紧的情况，并像单片机输送手刹位置的信号，以便于单片机根据信号做出相应的处理【2】。
光电传感器具有高精度、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式也比较灵活多样【2】。
接触式限位开关，只需要通过机械触碰，将开关闭合，向单片机输送一个电平信号，单片机能根据该电平信号做出相应的控制以满足系统的功能要求。
接触式限位开关替代了复杂的传感器，这从一定程度上降低了系统的故障率，也降低了成本，这和该系统的设计理念“简单、便捷、低成本”相符合，降低了系统的成本，也使得该系统能够更广泛的应用。
所以选择限位开关代替复杂的传感器。
第3章系统总方案的设计
3.1概述
手刹自动到位检测装置及助力装置是依据驾驶员操作手刹开关来控制手刹。
通过信号开关，想单片机传送信号，单片机根据开关传送来的信号进行判断，然后控制步进电机，并且经过减速装置减速后驱动手刹齿轮从而带动手刹拉线，实现对手刹的控制。
在此同时，手刹的两个位置传感器也将对手刹的位置状态进行检测，并且在手刹指示灯上显示手刹状态。
3.2功能要求
手刹自动到位检测装置及助力装置的主要功能有两个。
1、完成可靠的驻车制动；
2、对手刹刹车状态进行检测及相应的处理。
手刹刹车功能的实现，在往后拨手刹开关时，向单片机传送刹车信号，按照预设的位置，控制步进电机转动，直至手刹齿轮运动到预设位置，产生可靠的制动力，然后停止工作，由手刹自动锁止棘轮锁止，保持可靠的驻车制动力。
如果在手刹没有拉到预设最大位置时，即位置传感器没有检测到手刹拉到可靠的刹车的位置，那么步进电机扔继续工作将手刹拉紧到预设位置，保证可靠的刹车。
解刹时，驾驶员通过往前拨手刹开关，向单片机传送解刹信号，控制步进电机按拉紧的方向工作，与此同时，控制解刹电磁离合器，将手刹自动锁止棘轮的锁止装置解锁，释放手刹。
手刹刹车的状态检测，在手刹拉紧到预设可靠刹车位置时，由位置开关向单片机输入刹车可靠位置信号，此时红灯亮。
在解刹时，当手刹释放到完全释放状态时，由位置开关向单片机输入完全释放刹车的信号，此时绿灯亮。
3.3装置的整体设计
为了能够实现手刹的自动到位检测装置及助力装置的功能要求，该系统中需要用到一片单片机进行控制。
单片机在用来接收驻车制动开关的信号，并根据制动开关的信号，实现对步进电机的控制。
其次单片机根据手刹位置传感器传来的信号，停止电机的工作的同时，控制指示灯。
当手刹处于可靠刹车状态时，控制红色指示灯亮，当手刹处于完全放松状态时，绿色指示灯亮。
当驾驶员操作手刹开关时，手刹开关通过I/O口向单片机输送信号。
如果单片机检测到的信号是刹车信号，那么单片机认定是刹车状态，将通过I/O口发送步进电机的控制信号，使得步进电机正转，将手刹拉紧至预设可靠位置。
当手刹到达预设可靠位置时，由位置传感器向单片机输入刹车可靠信号，使得单片机中断步进电机的控制，并跳转至控制红色指示灯亮。
当单片机检测到是释放手刹的信号时，那么单片机认定是解刹状态，将通过I/O口发送步进电机控制信号，使得电机正转一个小的角度，与此同时，通过另一I/O口，接通电磁离合器，将棘轮锁止装置解锁，当手刹在正转时到达手刹拉紧可靠位置时，电机停止工作。
当手刹完全释放时，单片机控制绿指示灯亮。
系统的整体的设计框架图如下图2-1所示
图 2－1
3.4单片机的选择
AT89C51单片机是美国ATMEL公司退出的AT89C51X系列的单片机的一个型号。
一个全双工的串行口，具有4种工作方式。
图3-2AT89C51单片机双列直插封装方式的引脚
3.5电动机的选择
步进电机要根据单片机的指令也就是单片机产生的脉冲，按要求进行正转或者反转，将手刹驱动到指定位置。
根据系统的工作要求，该系统选择的是永磁式步进电机。
该类型的步进电机，转子由永磁性材料做成。
转子的和定子的磁极数都是相同的，这种类型的步进电机它的动态效能比较好，输出的扭矩也较大。
由此可知永磁式步进电机的效率高，没有励磁耗损等特点，另外步进电机的体积也较小，便于安装。
通过综合考虑，我们这个系统选择的是永磁式步进电机，永磁式步进电机的主
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