嵌入式汽车安全监测系统硬件平台开发

犬硿大李工酲颀士莩位坨文嵌入式汽车安全监测系统硬件平台开发工程领域—作者姓名指导教师一一连藤答辩日期—一年月专业学位硕士学位论文嵌入式汽车安全监测系统硬件平台开发作者姓名：胡峰工程领域：汽车电子学号：指导教师：连静完成日期：大遠嫂工大摩大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：入式涔今作者签名：歸崎曰期：【年月曰大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要汽车工业高速发展带来了一系列汽车安全问题。在车辆安全监测及预警方面，目前还没有一个完整的、普适的解决方案。现有的汽车安全监测系统多集成于车载电脑，一般只配备在高端车型，功能单一、体积大、功耗高、普适性差，且价格昂贵，更换、升级困难。随着国家交通物流业的振兴和汽车保有量、驾驶员的不断增加，车辆安全监测产品的需求也迅速增加。因此，设计和幵发功能齐全、普适性好、价格适中的汽车安全监测产品成为车辆安全领域亟待解决的关键问题。本文在充分研究汽车安全监测产品的国内外发展现状、功能分析以及未来发展趋势的基础上，提出设计嵌入汽车安全监测系统硬件平台。釆用基于达芬奇技术和双核构架的多功能高集成度嵌入式处理平台作为核心处理器，结合其强大功能和丰富的片上资源，设计了扩展应用硬件电路，包括人机交互模块、传感器模块、模块、模块、模块、数据传输模块和电源模块。对所设计的各个模块电路分别作了必要的测试实验和数据分析，最终将所有的硬件模块加以整合，测试运行基于操作系统和软件的集成测试程序。本课题基于嵌入式系统功能强大、可靠性高、软硬件可裁剪、成本低、体积小、功耗低等优点，开发了智能化的嵌入式汽车安全监测系统硬件平台，目的是为实现行车安全预警、车辆防盗防抢、事故动求助、车辆定位跟踪等功能，使车辆驾驶变得轻松、安全；同时，该研究突破传统车载电脑集成模式，幵发独立的便携式车辆安全监测系统，普遍适用于各种车型，其推广应用将有效改善现有车辆及交通安全状况，有助于推进我国汽车安全辅助驾驶技术的产品化进程，具有重要的现实意义及显著的社会价值。关键词：汽车安全监测系统；嵌入式系统；汽车电子；嵌入式汽车安全监测系统硬件平台开发，，，：大连理―丨：大学专业学位硕士学位论文目录躲研究的目的和意义国内外研究现状及发展动态分析主要研究内容嵌入式微处理器嵌入式系统简介嵌入式系统的概念和组成嵌入式系统的特点嵌入式系统应用嵌入式微处理器达芬奇技术微处理器微处理器简介微处理器性能指标系统总体方案设计功能需求分析系统构架搭建硬件平台总体框架系统硬件设计核心处理模块人机交互模块触控显示电路音频输入输出电路及蜂鸣器电路按键电路传感器模块传感器碰撞监测电路振动监测电路模块嵌入式汽车安全监测系统硬件平台开发】模块整体思路视频解码器模块电路设计模块模块模块数据传输模块接口电路卡接口电路调试用接口电路电源模块系统调试及测试硬件调试及测试设计过程中的调试测试设计完成后的调试测试软件调试及总体测试系统的建立系统总体测试总结和展望完成的主要工作进一步研究方向参考文献大连理工大学学位论文版权使用授权书 大连理工大学专业学位硕士学位论文绪论绪论部分对本课题研究的目的和意义做了介绍，分析论述了嵌入式汽车安全监测技术的国内外研究现状，在此基础上指出了本课题的主要研究内容。研究的目的和意义随着汽车工业高速发展，机动车数量与日俱增，由此带来的车辆安全问题越来越受到人们广泛的关注。全球主要市场研究公司的数据显示，安全电子产品将以每年的速度增长，基于电子技术的汽车安全产品已经成为未来汽车发展的趋势。因此，各大汽车厂家对汽车的安全性能高度重视并开发出众多汽车安全技术，如安全气囊、制动防抱死、驱动防滑等，，这些技术的应用提高了汽车的安全性能。但是在车辆辅助驾驶、车道偏离预警、超速预警、驾驶员监控、车辆防盗防抢、突发事故自动求助、车辆定位及通讯等车辆主动安全监测方面，尚没有一个完整的、普适的解决方案。目前汽车安全监测功能多集成于车载电脑，但这种集成式的汽车安全监测系统一般只配备在高端车型，功能单一、体积大、功耗高、普适性差，且价格昂贵，更换、升级困难。因此，设计和开发功能齐全、普适性好、价格适中的汽车安全监测产品成为车辆安全领域亟待解决的关键问题。伴随着电子和信息技术的革新，汽车安全监测技术将朝着一体化、集成化和智能化的方向发展嵌入式系统已经在工业控制、智能交通、消费电子等领域得到了广泛的应用，在汽车安全监测技术中也具有良好的应用前景。嵌入式系统的软硬件可裁剪、功能强大、可靠性高、成本低、体积小、功耗低【。因此，本项目幵发嵌入式汽车安全监测系统，主要实现车道偏离预警、超速预警、安全车距预警、车辆防盗防抢、事故自动求助、车辆定位跟踪等功能。课题设计的安监系统不仅具有嵌入式系统的诸多优点，而且功能丰富，普遍适用于各种车型；该系统的开发将有助于推进我国汽车安全辅助驾驶技术的产品化进程，它的应用将有效改善现有车辆及交通安全状况，具有重要的现实意义及显著的社会价值。国内外研究现状及发展动态分析汽车发展的历史同时也是汽车安全性能不断提高的历史。人们除了对汽车动力性、经济性、操纵舒适性有不断追求外，对汽车的安全性也提出了更高要求，对汽车安全技术的研究和应用越来越重视。随着国家交通物流业的振兴和汽车保有量、驾驶员的不 嵌入式汽车安全监测系统硬件平台开发断增加，汽车安全监测产品的需求迅速增加，汽车安全监测技术也因此成为国内外研究的热门和重点。从世纪年代开始，一系列的汽车安全技术先后推出，如最开始的能量吸收式转向柱、双管路制动、安全门锁等被动安全技术，到后来的防抱死系统（、电子稳定程序（、自适应巡航控制（等主动安全技术。随着电子、信息、控制、传感、新材料等技术的革新以及在汽车上的应用，新一代汽车安全技术朝着集成化、自动化和智能化方向发展。博世集团年月提出了技术构想结合主被动安全技术和辅助驾驶技术，其第一代功能整合了和，第二阶段加入了预测性碰撞警告系统和紧急制动系统。大陆汽车系统开发的大陆警戒系统（集成各种环境传感器，对可能的交通事故进行预判，必要时分级启动响应程序以保护车内乘员和其他交通参与者的安全丨。公司幵发的方向盘监视装置则是通过监测方向盘是否非正常运动来判断驾驶员是否疲劳驾驶【。公司推出的“驾驶员警示系统”通过实时监测车辆的行驶过程，记录并分析司机的驾驶行为，判断车辆是否处于有效控制状态，一旦系统发现车辆处于失效控制状态时，就及时地予以警示。公司开发的路面状况检测系统（利用红外、激光、视觉等各种车载传感器检测路面信息并向驾驶员提供报警信息。目前，汽车先进驾驶辅助系统（也得到广泛应用如奔驰级轿车提供的盲区监测系统、大众车道保持辅助系统、英菲尼迪预碰撞警示系统、长安汽车具有主动自动刹车的碰撞警告和车道偏离警告系统、吉利车道偏离警告与度全景摄像头系统等，。综上，国内外汽车安全监测技术的研究主要集中在各种环境传感器、单一系统和控制单元的开发；现有的汽车安全监测产品虽然在功能上已经日趋集成化和智能化，但是其应用均有着较强的针对性和局限性。它们大多集成于车载电脑，一般只配备在高端车型，功能单一、体积大、功耗高、普适性差，价格昂贵，更换、升级困难。这种集成于车载电脑的汽车安全监测产品的应用和推广必然受到诸多限制。因此，设计和开发功能丰富、适用车型广泛、价格适中的汽车安全监测产品是非常有必要的。本项目以车辆安全监测为研究对象，分析并总结影响车辆安全的诸多因素，提取具有代表性和实用性的车辆安全监测技术，分析功能实现方案，依托现有的工作基础和研究经验，基于嵌入式系统功能强大、可靠性高、软硬件可裁剪、成本低、体积小、功耗低等优点，开发智能化的嵌入式汽车安全监测系统，实现行车安全预警、车辆防盗防抢、事故自动求助、车辆定位跟踪等功能，使驾驶变得轻松、安全；同时，该研究突破传统 大连理工大学专业学位硕士学位论文车载电脑集成模式，开发独立的便携式车辆安全监测系统，普遍适用于各种车型。其推广应用将大幅提高车辆和交通安全，为驾乘人员提供一个安全的行车环境，对于推进我国车辆安全监测技术和车辆安全辅助驾驶技术的发展和产业化进程具有重要的理论和实用价值。主要研究内容分析功能需求和搭建系统构架分析总结汽车安全监测产品的发展现状、应用的功能以及未来的发展趋势，选取具有代表性、实用性和重要性的嵌入式汽车安全监测系统的主要功能，并对各项功能的可实现性加以论证分析。搭建嵌入式汽车安全监测系统的整体构架，将整个系统进行分层设计。硬件选型依据功能需求和系统构架，分析硬件层的所需的各种元器件和接插件；对核心处理模块和各元器件作出选型，对电源芯片、碰撞传感器、振动传感器、蜂鸣器、摄像头、模块、模块等方便测试的元器件或者模块作初步的硬件连接，并对其测试电路和测试结果相应的记录和分析。硬件电路设计分析核心处理模块的引脚接口，依据此接口并结合上步的硬件电路初步测试，设计扩展应用硬件电路，包括人机交互模块、传感器模块、模块、模块、模块、数据传输模块和电源模块；规划硬件具体布局，利用电路集成开发软件设计扩展应用硬件电路的板图；燥接元器件，调试妈接完成的各个硬件模块。硬件调试和总体测试利用万用表、示波器等测试工具，对整个系统关键点的电压值（电源电压、芯片工作电压、模块电压）和信号（复位信号、时钟信号）做具体的测试和调试。最终将各个硬件模块加以整合，测试运行基于系统和软件的集成测试应用程序。 嵌入式汽车安全监测系统硬件平台幵发嵌入式微处理器嵌入式系统简介嵌入式系统的概念和组成根据电气和电子工程师协会（的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”（。从这个定义中可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，还可以涵盖机械等附属装置。一个较为通用的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求，对对象进行自动控制而使其具有智能化并可嵌入对象体系的专用计算机系统。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件电路、设备驱动、实时操作系统、应用程序等五部分组成，亦可将其划分为硬件层、中间层（、系统软件层和应用软件层四个层次。嵌入式系统的概念和组成如图所示。衍主对象嵌入式系统——传感器转换处理器转换执行器诊护人机界面电源应处理单图嵌入式系统的概念和组成嵌入式系统的特点嵌入式系统集成了计算机、半导体、微电子和软件等多个学科的技术，它的诞生就是为了解决智能化的控制和应用，使得带有嵌入式系统的应用载体能够更加实用化、方便化和智能化。与通用的计算机系统相比较，嵌入式系统具有的可裁剪性好、可靠性高、功耗低、成本低和体积小等众多的特点。 大连理工大学专业学位硕士学位论文软硬件可裁减嵌入式系统的应用之所以如此方便和广泛，是因为它的软硬件有着很好的可裁剪性。应用人员只需依据各自的具体来搭建合适的嵌入式硬件和软件。其中，硬件部分围绕微处理器而扩展具体应用电路，而软件部分则根据不同嵌入式操作系统内核来配置增减各个模块。专用性强嵌入式系统一方面有着极其通用的核心软硬件部分，另一方面它在具体应用中有着很强的专用性。不同的应用场合和载体均有着不同的嵌入式软硬件配置，虽然许多应用的嵌入式操作系统的内核一样，但内核之外扩展的专有的程序模块大不相同。嵌入式硬件所搭配软件亦是量体裁衣而设计的。实时性可靠性高嵌入式系统实时性体现在它运行的嵌入式操作系统上面，可靠性体现在软硬件一体化的严密配合上面。硬件方面，采用和等快速存储技术，并具有检错复位功能；软件方面，结合硬件结构经过精心设计和优化，冗余度极低。正因如此，嵌入式系统才有着极高的实时性和可靠性。功耗成本低嵌入式系统硬件一般采用单片硬件解决方案，只需在核心芯片外接扩展电路即可实现硬件功能。这些芯片通常具有极低的内核电压和外设接口电压，且具备休眠模式，由此使得系