基于ARM的汽车安全带报警器设计

山东建筑大学课程设计说明书题目：基于ARM的汽车安全带报警器设计课程：嵌入式系统及应用课程设计院（部）：信息与电气工程学院专业：电子信息工程班级：学生姓名：学号：指导教师：完成日期：2014年1月山东建筑大学课程设计说明书11设计目的本次的嵌入式系统及应用课程设计题目是基于ARM的汽车安全报警器设计，通过此次设计巩固课堂学习的嵌入式基础知识，提高对所学知识的综合运用能力。山东建筑大学课程设计说明书22设计要求系统根据汽车安全带报警系统要求，当车门关闭，车座上有人，并且车行驶的情况下，如果安全带没有插入安全带插槽，进行警铃报警，并显示在车载电脑屏幕上（这里用串口实现）。根据设计题目的要求，选择确定ＡＲＭ芯片型号、传感器型号，完成系统硬件设计和程序设计。山东建筑大学课程设计说明书33设计内容3.1．理论依据和需求分析：1、关于ARMARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作AcornRISCMachine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集。一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。1、体积小、低功耗、低成本、高性能；2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；4、大多数数据操作都在寄存器中完成；5、寻址方式灵活简单，执行效率高；6、指令长度固定。ARM处理器共有37个寄存器，被分为若干个组（BANK），这些寄存器包括：131个通用寄存器，包括程序计数器（PC指针），均为32位的寄存器。26个状态寄存器，用以标识CPU的工作状态及程序的运行状态，均为32位，目前只使用了其中的一部分ARM微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令为32位的长度，Thumb指令为16位长度。Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与等价的ARM代码相比较，可节省30%～40%以上的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。当前ARM体系结构的扩充包括：·Thumb16位指令集，为了改善代码密度；·DSPDSP应用的算术运算指令集；·Jazeller允许直接执行Java字节码。ARM处理器系列提供的解决方案有：·无线、消费类电子和图像应用的开放平台；山东建筑大学课程设计说明书4·存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统；·智能卡和SIM卡的安全应用。在CISC指令集的各种指令中，大约有20%的指令会被反复使用，占整个程序代码的80%。而余下的指令却不经常使用，在程序设计中只占20%。RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少用微码控制等ARM的RISC体系结构应具有如下特点：1采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2～3种。2使用单周期指令，便于流水线操作执行。3大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载/存储指令可以访问存储器，以提高指令的执行效率。除此以外，ARM体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗：4所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的执行效率。5可用加载/存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率。6可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。7在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。2、关于汽车安全带报警器“安全性”已成为驾驶员和乘员首要考虑的问题，也是汽车等最重要的性能之一。传统的保证安全行车的部件，如后视镜和左右车门镜（传统的后视系统）、安全带、AIRBAG（安全气囊）和ABS（制动防抱死系统）等已被广大驾车人和乘车人所熟悉，并在进口豪华轿车上普遍应用。然而，传统的安全行车概念：安全带十AIRBAG+ABS十传统的后视系统不等于安全的全部概念，因为传统的后视系统由三片平面镜或广角镜组成，平面镜有盲点（死角），广角镜有视差，而盲点和视差常常是造成车祸的原因。安全带作为汽车发生碰撞过程中保护驾乘人员的基本防护装置，它的诞生早于汽车。早在1885年，安全带出现并使用在马车上，目的是防止乘客从马车上摔下去。安全带自动报警是一种在提醒驾乘人员佩戴安全带的安全装置。由于大多驾乘人员疏忽大意，往往在驾乘车辆的时候没有佩戴安全带，在出现剧烈碰撞的交通事故中，极其容易造成伤亡，为此，我们设计一种提醒驾乘人员佩戴安全带的装置，并强制驾乘人员在启动车辆之前佩戴好安全带。山东建筑大学课程设计说明书5系统根据汽车安全带报警系统要求，当车门关闭，车座上有人，并且车行驶的情况下，如果安全带没有插入安全带插槽，进行警铃报警，并显示在车载电脑屏幕上（这里用串口实现）。机动车安全带提醒保护电路，其输入端与电源相连，输出端与机动车点火锁相连，在电路的输入端与输出端之间设置着相互并联在一起的继电器支路、延时支路以及输出支路，继电器支路由位于安全带锁扣内的常闭开关、继电器线圈以及位于坐垫下面的压力开关依次串联构成，继电器的常开触点与电子延时器串联在一起构成延时支路，电子延时器的延时闭合触点与常闭继电器线圈串联在一起构成输出支路，常闭继电器的常闭触点串联在输出端电路上。本实用新型能在乘车人员进入车内坐好后，立即提醒乘坐人员扣好安全带，否则，车子不能开动，从而起到预防或减少交通事故的作用。乘客感知系统用于检测前排座位上乘员的压力，以决定是启用还是禁用仪表板模块展开回路。乘客感知系统由安装到座垫底部的电子控制模块和传感器总成、线束和乘客安全气囊启用/解除指示灯组成。乘客感知系统通过测量前排座椅乘员的质量获得压力来决定是否接通开关，并通过乘客安全带报警灯或乘客安全带解除指示灯，以告知乘客当前状态。3.2．方案设计：安全带自动报警系统由乘员判断常开开关（2个）、安全带扣子常闭开关（2个）、报警灯、蜂鸣器、起动机电路常闭继电器。当驾乘人员坐到正（副）驾驶座位的时候，乘员判断常开开关闭合，此时报警灯亮，蜂鸣器响，起动机电路常闭继电器断开，起动机在启动挡的时候不能工作，当佩戴好安全带之后，安全带扣子常闭开关断开，报警灯熄灭，蜂鸣器熄灭，起动机电路常闭继电器闭合，起动机在启动挡的时候正常工作，这样做的目的是为了提醒驾乘人员佩戴安全带，强制驾乘人员启动车辆之前佩戴安全带。安全带自动报警系统电路图如下：山东建筑大学课程设计说明书63.3．系统设计：（1）主芯片部分：山东建筑大学课程设计说明书7山东建筑大学课程设计说明书8LPC2103是PHILIPS公司最新推出的基于ARM7TDMI-S、LQFP48封装的LPC2103，最高工作速度可达70MHz，32KB的片内FLASH程序存储器和8K的片内静态RAM。通过片内boot装载程序实现ISP/IAP编程。LPC2103的10位A/D转换器提供8路模拟输入，低功耗实时时钟具有独立的电源和特定的32768HZ时钟输入，多达32个通用I/O口（可承受5V电压），可通过个别使能/禁止外围功能外围时钟分频来优化额外功耗。较小的封装和很低的功耗使LPC2103特别适用于访问控制和POS机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信接口和8KB的片内SRAM，它也非常适合于通信网关和协议转换器。高级性能还使它适合用作数学协处理器，此外也特别适用于工业控制和医疗系统中。※16-bit/32-bitARM7TDMI-S微控制器在一个小LQFP48包装.※8kB的片内静态RAM和32kB片上闪存程序内存.128-bit宽度接口/加速器可实现高速70MHz操作.※ISP/IAP通过片内引导程序软件.单个Flash扇区或整片擦除100ms和256字节编程1ms.※嵌入式ICERT提供实时与片内RealMonitor软件调试.※该10-bit的A/D转换器提供8个模拟输入转换时间，低至2.44µs。每通道和专用的结果寄存器，以尽量减少中断开销.※Two32-bit定时器/联合七捕获外部事件计数器和七比较通道.※Two16-bit定时器/3路捕获外部事件计数器和七比较通道.※低功耗实时时钟(RTC)具有独立的电源和专用32千赫时钟输入.※多个串行接口，包括两个UART(16C550),两个快速I2C(400kbit/s）与缓冲和可变数据长度功能，SPI和SSP※向量中断控制器，configurable优先级和向量地址.※最多至32个5V宽容快速通用I/O的pins.※13边沿或电平触发的外部中断pins可用.※70MHz最大CPU时钟从可编程片上PLL可以以到10的MHz25MHz可能的输入频率和100µs建立时间※片内集成振荡器与经营范围中的一个外部晶体从1MHz到25MHz.※节电模式包括空闲模式，掉电与RTC主动模式，并掉电模式.※单独使能/禁止外围功能以及周边时钟缩放额外的功率优化.※处理器唤醒掉电模式，通过外部中断或RTC山东建筑大学课程设计说明书9（2）液晶显示部分：山东建筑大学课程设计说明书10（3）蜂鸣器部分：山东建筑大学课程设计说明书11总结与致谢本次课程设计巩固了我在学习嵌入式课程时所学的基本理论知识和实验技能，使我对该课程有了更深的了解，进一步激发了我对所学专业学习的兴趣，提升了自己的能力。同时我也发现了自己的不足，相信还有很大的进步空间。在设计的过程和设计说明书的撰写过程中，高焕兵老师、胡秀蒙老师、魏莉老师等给予了我热心的帮助和大力的支持，给我提了诸多的宝贵意见，拓宽了我的思路。在此我向老师们致以崇高的敬意和衷心的感谢！山东建筑大学课程设计说明书12参考文献[1]杜春雷ARM体系结构与编程.北京：清华大学出版社.2003[2]周立功.ARM.嵌入式.北京：清华大学出版社.2006[3]斯诺斯嵌入式开发系统.北京：清华航空航天大学出版社.2005[4]于明.嵌入式开发与设计.北京：清华大学出版社.2006[5]赵星寒.ARM开发工具原理与应用.北京：电子工业出版社.2006[6]季昱，林俊超，宋飞.ARM嵌入式应用系统开发典型实例【M】.北京：中国电力出版社.2005山东建筑大学课程设计说明书13附录