基于AT89C2051智能汽車防撞報(bào)警器設(shè)計(jì)

　　引言

　　隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，交通事故發(fā)生的頻率也在增加，為提高汽車運(yùn)行的安全性，本文介紹一種單片機(jī)控制的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)。該裝置將單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能，與超聲波的測距技術(shù)、傳感器技術(shù)相結(jié)合，可檢測汽車運(yùn)行中后方障礙物與汽車的距離及汽車車速，通過數(shù)顯裝置顯示距離，并由發(fā)聲電路根據(jù)距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出警告聲。

　　1　超聲波測距原理

　　超聲波測距的原理是，通過不斷檢測超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發(fā)射超聲波和接收到回波的時(shí)間差T，然后求出距離S=C×T/2，其中，C為超聲波波速，常溫下取為344m/s。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。

　　2　測速原理

　　汽車車速的測量是通過霍爾集成傳感器來實(shí)現(xiàn)的。即，將裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)盤的輸入軸與車輪的轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，轉(zhuǎn)盤上的永久磁鐵會(huì)經(jīng)過霍爾集成傳感器，從而在霍爾集成傳感器的輸入端得到一個(gè)磁信號(hào)，如果轉(zhuǎn)盤不停轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾集成傳感器便會(huì)輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)?？梢哉f，對汽車車速的測量實(shí)質(zhì)上是對轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率的測量。

　　3　控制器AT89C2051的功能與特點(diǎn)

　　AT89C2051是一個(gè)低功耗、高性能的CMOS8位微處理器，與MCS-51系列指令集和引腳兼容，具有以下特點(diǎn)：128 bytes內(nèi)部RAM，2Kbytes EPROM，15根I/O線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)兩級中斷源，1個(gè)全雙工串行口，一個(gè)片內(nèi)精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，低功耗的閑置和掉電模式。工作電壓范圍4.25V～5.5V，工作頻率取12MHz。

　　AT89C2051中的兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器寄存器T0和T1，作定時(shí)器時(shí)，可計(jì)數(shù)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12;作計(jì)數(shù)器時(shí)，可對外部輸入引腳P3.4/T0和P3.5/T1上出現(xiàn)從1至0的變化時(shí)增1，計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。

　　4　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　該報(bào)警器由控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、接收電路、測速電路、報(bào)警電路、LED顯示電路組成，電路原理框圖見圖1。

　　超聲波發(fā)射電路由CC7555時(shí)基電路和超聲波發(fā)射探頭組成。單片機(jī)AT89C2051的P1.7引腳控制CC7555時(shí)基電路產(chǎn)生40kHz的頻率信號(hào)給超聲波發(fā)生器，由超聲波探頭發(fā)射的超聲波射向障礙物。利用超聲波測距具有以下特點(diǎn)：測量靈敏度高，穿透力強(qiáng)，測量速度快，測量角度大，可對較大范圍內(nèi)的物體進(jìn)行檢測。

　　超聲波接收電路由超聲波接收探頭、放大器和整形器組成。由障礙物反射回來的超聲波經(jīng)接收探頭，變換為電脈沖信號(hào)，再由放大器、整形器放大和整形后送入到單片機(jī)AT89C2051的P3.2引腳。放大器宜選用有足夠增益和較低噪聲的寬帶放大器，以保持脈沖信號(hào)尤其是前沿不發(fā)生畸變，提高測距的精度。

　　測速電路由傳感器、脈沖放大器、整形器、CC7555時(shí)基信號(hào)電路、選通門組成。霍爾集成傳感器將車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)變成脈沖信號(hào)輸出，經(jīng)放大、整形電路后送入選通門，由CC7555時(shí)基電路產(chǎn)生的單位時(shí)基信號(hào)控制選通門的開與閉，以控制轉(zhuǎn)速信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)通過選通門，送入單片機(jī)AT89C2051的P3.5引腳，控制T1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)。

　　報(bào)警電路由CC7555電路和揚(yáng)聲器組成。AT89C2051的P1.6控制CC7555電路根據(jù)測量結(jié)果，產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲時(shí)，時(shí)基電路CC7555處于暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電源向電容充電，從而使CC7555結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，輸出低電平，使揚(yáng)聲器停止發(fā)出報(bào)警聲，直到下一次測距結(jié)束產(chǎn)生新的報(bào)警聲。

　　LED顯示電路由數(shù)碼管和驅(qū)動(dòng)電路組成。用兩個(gè)數(shù)碼管顯示距離，數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示，由芯片MCS14495驅(qū)動(dòng)顯示，P1.4、P1.5分別作為驅(qū)動(dòng)芯片MCS14495的鎖存信號(hào)，用于控制產(chǎn)生的BCD(BinaryCode Decimal，二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù))碼是顯示高位還是低位。