基于AT89C2051的智能型汽車防撞報警器的設(shè)計

　　介紹了AT89C2051單片機的性能及特點，及以其為核心的一種低成本、高精度、微型化、數(shù)字顯示的汽車防撞報警器。

　　該防撞報警器利用超聲波及集成霍爾元件實現(xiàn)對汽車的測距和測速，利用單片機的實時控制和數(shù)據(jù)處理功能，完成系統(tǒng)的控制。文章給出了報警器的硬件電路原理及軟件設(shè)計。

　　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，為提高汽車運行的安全性，本文介紹一種單片機控制的汽車防撞報警系統(tǒng)。該裝置將單片機的實時控制及數(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)動時，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動，此時，轉(zhuǎn)盤上的永久磁鐵會經(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磁信號，如果轉(zhuǎn)盤不停轉(zhuǎn)動，霍爾集成傳感器便會輸出轉(zhuǎn)速信號?？梢哉f，對汽車車速的測量實質(zhì)上是對轉(zhuǎn)速信號的頻率的測量。

　　3　控制器AT89C2051的功能與特點

　　AT89C2051是一個低功耗、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：128 bytes內(nèi)部RAM，2Kbytes EPROM，15根I/O線，2個16位定時/計數(shù)器，5個兩級中斷源，1個全雙工串行口，一個片內(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16位定時/計數(shù)器寄存器T0和T1，作定時器時，可計數(shù)機器周期，計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12;作計數(shù)器時，可對外部輸入引腳P3.4/T0和P3.5/T1上出現(xiàn)從1至0的變化時增1，計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24。

　　4　硬件系統(tǒng)設(shè)計

　　該報警器由控制系統(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時基電路和超聲波發(fā)射探頭組成。單片機AT89C2051的P1.7引腳控制CC7555時基電路產(chǎn)生40kHz的頻率信號給超聲波發(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：測量靈敏度高，穿透力強，測量速度快，測量角度大，可對較大范圍內(nèi)的物體進行檢測。

　　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，再由放大器、整形器放大和整形后送入到單片機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時基信號電路、選通門組成?；魻柤蓚鞲衅鲗④囕嗈D(zhuǎn)速信號變成脈沖信號輸出，經(jīng)放大、整形電路后送入選通門，由CC7555時基電路產(chǎn)生的單位時基信號控制選通門的開與閉，以控制轉(zhuǎn)速信號在單位時間內(nèi)通過選通門，送入單片機AT89C2051的P3.5引腳，控制T1計數(shù)器計數(shù)，實現(xiàn)了在單位時間內(nèi)的計數(shù)。

　　報警電路由CC7555電路和揚聲器組成。AT89C2051的P1.6控制CC7555電路根據(jù)測量結(jié)果，產(chǎn)生一定頻率的信號驅(qū)動揚聲器發(fā)出報警聲。在揚聲器發(fā)出報警聲時，時基電路CC7555處于暫穩(wěn)態(tài)，此時電源向電容充電，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，使揚聲器停止發(fā)出報警聲，直到下一次測距結(jié)束產(chǎn)生新的報警聲。

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

　　控制器AT89C2051主要完成程序的執(zhí)行、數(shù)據(jù)的處理和對外部電路的實時控制。內(nèi)部定時器T0工作在定時方式，T0在超聲波發(fā)射時開始計數(shù)，當(dāng)P3.2引腳收到回波后，停止計數(shù)，T0所計時間即為超聲波往返傳輸時間，單片機對該數(shù)據(jù)進行處理，即可測出距離。內(nèi)部定時器T1工作在計數(shù)方式，由P3.5引腳輸入的脈沖信號控制T1計數(shù)，由T1所計數(shù)值確定汽車的轉(zhuǎn)速。

　　單片機根據(jù)所測距離和車速進行比較，判斷是否驅(qū)動報警電路報警，如設(shè)定：當(dāng)車速小于等于30km/s時，安全距離應(yīng)大于等于1m;當(dāng)車速小于等于80km/s時，安全距離應(yīng)大于等于2m;當(dāng)車速大于80km/s時，安全距離應(yīng)大于等于5m。

　　5　軟件設(shè)計

　　本裝置的控制軟件要完成系統(tǒng)的初始化，控制觸發(fā)脈沖信號的發(fā)射與接收，根據(jù)定時時間計算障礙物的距離，根據(jù)計數(shù)頻率計算汽車車速，判斷所測距離是否在車速所對應(yīng)的安全范圍內(nèi)，并根據(jù)計算和判斷結(jié)果產(chǎn)生BCD碼和相應(yīng)頻率的脈沖信號，以驅(qū)動顯示電路和發(fā)聲電路。實現(xiàn)整個系統(tǒng)功能的主流程圖如圖2所示。

　　6　結(jié)束語

　　本文介紹的汽車報警器，利用單片機AT89C2051作為報警裝置的控制器，能充分發(fā)揮AT89C2051的數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的靈敏度。該報警器基于單片機設(shè)計，從而具有體積小、使用方便的特點。若將安全距離設(shè)為0.5m，就可作為汽車倒車報警器，提高汽車倒車時的安全性。

　　參考文獻

　　1　宋建國.AVR單片機原理及應(yīng)用.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998

　　2　黃繼昌.傳感器工作原理及應(yīng)用實例.北京：人民郵電出版社，1998