信息与通信]基于单片机的汽车电动座椅的设计

信息与通信]基于单片机的汽车电动座椅的设计内容摘要：

这些都体现了人机工程学上最佳的宜人性设计的原则。 因此，开展人机工程学研究，并将其研究成果应用到国内汽车座椅设计中，对提高国内汽车产品的设计水平，增强产品的竞争力具有重要的意义。 但是应用人机工程学来研究汽车座椅舒适性问题，国内还处于初级阶段。 第三节 课题研究的目的与意义 随着社会的发展，明文的进步，人类各方面的要求、追求都有所提高，汽车空调、 DVD、电动后视镜、电控悬架、电动座椅等以成为现代汽车不可缺少的附加设备。 现代轿车的驾驶者座椅和前部乘员座椅 多是电动可调的，又称电动座椅。 座椅是与人接触最密切的部件，人们对轿车平顺性的评价多是通过座椅的感受作出的。 因此，电动座椅是直接影响轿车质量的关键部件之一。 随着人们生活水平的提高，对汽车座椅的舒适性要求也越来越高，要求对汽车座椅地调节能够更加简单、方便、快捷。 更简单更轻松的调整座椅位置，减轻驾驶疲劳，使人更舒适的操控汽车。 汽 车电动座椅以驾驶者的座椅为主。 从服务对象出发，电动座椅必须要满足便利性和舒适性两大要求。 也就是说驾驶者通过键钮操纵，既可以将座椅调整到最佳的位置上，使驾驶者获得最好视野，得到易于操纵方 向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，还可以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。 第四节 论文的主要内容和结构 本论文一共分为六章，各章内容安排如下： 第一章 绪论介绍 汽车电动座椅 的发展现状以及本论文的研究目的和意义，最后简单介绍了本设计的主要内容。 第二章 汽车电动座椅 总体方案设计。 首先对系统进行总体概述，并对系统的设计要求进行简单阐述，同时介绍了系统的 调节 原理，最后对主控制进行重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 4 了介绍。 第三章 汽车电动座椅 的硬件设计。 首先介绍了系统硬件的总体设计思路，然后介绍了主控芯片、显示模块和 按键 模块的硬件设计。 第四章 汽 车电动座椅系 统软件设计。 首先介绍了系统软件的总体结构，然后对各个模块的程序设计进行了介绍。 第五章 系统的测试与分析。 本章介绍了对系统的实际测试，对系统的测试结果进行分析与总结。 第六章 总结与展望。 对全文所做的工作进行总结，讨论了下一步工作的方向并对汽车倒车雷达系统的未来进行了展望。 第五节 本章小结 本章主要介绍了汽车电动座椅的国内外发展现状，同时对本课题的研究目的和意义进行了简单的阐述，最后对本论文的主要内容和结构进行了说明。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 5 第二章 汽车电动座椅系统概述 第一节 系统概述 现代轿车的电动座椅是由座垫、座背 、座枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。 其中调节机构由控制器、可逆性直流电动机和传动部件组成，是电动座椅中最复杂和最关键的部分，可逆性直流电动机必须体积小，负荷能力要大；而机械传动部件在运行时要求有十分良好的平稳性，噪音要低。 控制器的控制键钮设置在驾驶者操纵方便的地方，一般在门内侧的扶手上面。 有些轿车的控制器还设有微电脑，有存储记忆能力，只要按下某一记忆键钮，即可自动将电动座椅调整到存储的位置上。 由于座椅是衡量轿车档次的重要依据，因此轿车设计师十分重视电动座椅的设计，从材料到形状，尽量做得完美无缺。 在造型方面 ，充分考虑人体尺寸、人体重量、乘坐姿势和体压分布等因素，应用人体工程学的研究成果和先进技术，制造出乘坐舒适、久坐不乏的座椅。 第二节 整体电路的工作原理 一、 汽车座椅电控系统的工作原理 为满足不同体型、不同坐姿的驾驶员的喜好，驾驶员座椅通常具有较大范围的调节功能， 汽车自动座椅结构原理如图 1 所示，座椅由 5 个直流电机牵引，其中高度调节电机 2个以支撑驾驶者在垂直方向做上下移动，水平调节和靠背调节电机各 1 个用来控制座椅靠背的角度变化和水平位置，背部靠垫电机一个；直流电动机电枢电压为 12V，电源从汽车电瓶上获得。 汽车座椅自 动控制系统由 89s52 单片机、驱动模块、传动机构以及操作手柄构成。 电动机的转速和座椅的位置信息由安装在电机上的霍尔传感器检测，经整形和放大后送入单片机，构成系统的速度反馈。 操作手柄上设有多个手动调节按键，通过手动调节控制直流电动机，改变传动轴的行程和方向，从而调节汽车座椅的位置，如座椅上下位置，前后位置以及靠背的角度变化；并设有多个存储按键，用来记忆或恢复座椅的位置信息。 在调节的极限位置设有行程开关，防止座椅在到达重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 6 极限位置后使电动机长时间工作在堵转状态而烧毁。 座椅的调节功能包括：座椅前后滑动、座椅前升降 、座椅后升降、椅背角前倾后仰，头部靠垫的位置等，座椅的这些动作通常是由电机驱动传动机构来实现的。 本文所介绍的座椅中的 5 个直流小电机，电机的额定工作电压是 12V，工作电流小于 500mA，由它们来完成上述座椅可调节的动作。 图 1 硬件框架图 1：座椅前部高度调节电机； 2：座椅后部高度调节电机； 3：座椅水平位移调节电机； 4：座椅靠背角度调节电机； 5：头枕高度调节电机。 第三节 系统总体设计 一、 控制器的选择与介绍 在该系统中采用 89s52单片机作为控制器，控制电机的运动。 该单片机芯片具有成熟的设计，丰富的片内资源和接 口。 被广应用。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 7 由于 Intel 公司的单片机问世早、产品系列齐全、兼容性强，得到了广泛的应用，目前我国主要使用 MCS51 系列的产品，尤以 8031 为多。 这是因为8031 无片内 ROM、应用灵活、价格便宜。 MCS51 是 Intel 公司的 8 位系列单片机，包括 51 和 52 两个子系列。 51 子系列有 803 805 8751。 52 子系列有803 8052。 52 子系列的不同在于它多具有定时 /计数器 2及具有 256B 的内部数据存储器。 图 MCS 51 结构框图 1） 主要性能 [2] 内部程序存储器： 4KB 内部数据存储器： 128B 外部程序存储器：可扩展到 64KB。 外部数据存储器：可扩展到 64KB。 输入 /输出口线： 32根（ 4个端口， 每个端口 8根）。 定时 /计数器： 2个 16位可编程的定时计数器。 串行口：全双工，二根。 寄存器区：在内部数据存储器的 128B中划出一部分作为寄存器区，分为四个区，每个区 8个通用寄存器。 中断源： 5个中断源， 2个优先级别。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 8 堆栈：最深 128B。 布尔处理机：即位处理机，对某些单元的某位做单独处理。 指令系统（系统时钟为 12MHZ时）：大部分指令执行时间为 1us；少部分指令，执行 时间为 2us。 只有乘、除指令的执行时间为 4us。 2) 引脚功能说明 图 MCS51的引脚结构图，有双列直插封装（ DIP）方式和方形封装方式。 下面分别叙述这些引脚的功能。 (1) 主电源引脚 1 VCC：电源端。 2 GND：接地端。 (2) 外接晶体引脚 XTAL1和 XTAL2 ① XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚。 当采用外部振荡器时，此引脚接地。 ② XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚。 采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端。 (3) 控制或与其他电源 复用引脚 RST， ALE/PROG， EA/Vpp RST：复位输 H入端。 当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部存储器时 ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。 即使不访问外部存储器， ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的 1/6）周期性地出现正脉冲信号。 因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。 然而注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 在对 Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。 如果需要的话，通过对专用寄 存器（ SFR）区中 8EH单元的 D0位置数，可禁止 ALE操作。 该位置数后，只有在执行一条 MOVX或 MOVC指令期间， ALE才会被激活。 另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，该设定禁止 ALE位无效。 ③ PSEN：程序存储允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。 当 80C51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次PSEN有效（即输出 2个脉冲）。 但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。 ④ EA/Vpp：外部访问允许端。 要使 CPU只访问外部程序存储器（地址为0000H～ FFFFH），则 EA端必须保持低电平（接到 GND端）。 然而要注意的是，如重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 9 果保密位 LB1被编程，复位时在内部会锁存 EA端的状态。 当 EA端保持高电平（接Vcc端）时， CPU则执行内部程序存储器中的程序。 在 Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加 12V的编程允许电源 Vpp（如果选用 12V编程）。 (4) 输入 /输出引脚 ～ ， ～ ， ～ ～。 ① P0端口（ ～ ）： P0是一个 8位漏极开路型双向 I/O端口。 作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动 8个 TTL输入，对端口写 1时，又可作高阻抗输入端用。 在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低 8位） /数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。 在 Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。 验证时，要求外接上拉电阻 ② P1端口（ ～ ）： P1是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O端口。 P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4个输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（ IIL）。 在对 Flash编程和程序校验时， P1接收低 8位地址。 ③ P2端口（ ～ ）： P2是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O端口。 P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4个 TTL输入。 对端口写 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。 P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（ IIL）。 在访问外部程序存储器和 16位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@DPTR指令）时， P2送出高 8位地址。 在访问 8位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX@RI指令）时， P2口引脚上的内容（就是专用寄 存器（ SFR）区中 P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。 在对 Flash编程和程序校难期间， P2也接收高位地址和一些控制信号。 ④ P3端口（ ～ ）： P3是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O端口。 P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4个 TTL输入。 对端口写 1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。 P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（ IIL）。 在 AT89C51中， P3端口还用于一些复用功能。 复用功能如表。 在对 Flash编程或程序校验地， P3还接收一些控制信号。 端口引脚 复用功能 RXD（串行输入口） 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 10 TXD（串行输出口） P INTO（外部中断 0） P 1INT（外部中断 1） T0（定时器 0的外部输入） P T1（定时器 1的外部输入） P WR（外部数据存储器写选通） P RD（外部数据存储器读选通） 表 P3各端口引脚与复用功能表 图 MCS51 引脚结构图双列直插封装（ DIP）方式 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 11 图 MCS51 引脚结构图方形封装方式 二、 LED 数码管显 在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用 LED数码管是一种较好的选择。 LED 数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。 在本次的设计中， LED 数码管的主要作用是记录座椅调节的具体数值，坐垫调节的具体高度，坐垫调节的具体前后距离，靠背的具体角度，头枕的具体高度，以及选择的电机编号，将调节的最小值到最大值定义为0100，初始值为 50。 1） LED数码管介绍 LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器 件。 图 a）为 数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应 a~g 笔段构成 “ ” 字形另一只发光二极管 Dp作为小数点。 因此这种 LED 显示器称为七段数码管或八段数码管。 重庆邮电大学本科毕业设计（论文） 12 图 LED数码管 LED 数码管按电路中的连接方式可以分为共阴型和共阳型两大类，如图 b）示 b、 c 所示。 共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端 COM，公共端 COM 接高电平， a~g、 Dp 各笔段通过限流电阻接控制端。 某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平。