基于A(yíng)Tmega8L的智能LED緊急剎車(chē)燈的設計

2 器件選型
2．1 ATmega8L簡(jiǎn)介
本系統設計選用美國Atmel公司推出的AT-mega8L器件,它是基于增強的AVR RISC 結構的低功耗8位CMOS微控制器,增強型RISC內載Flash的單片機,片上Flash存儲器附在用戶(hù)產(chǎn)品中，可隨時(shí)編程,易于用戶(hù)產(chǎn)品設計，便于產(chǎn)品更新。AT-mega8L具有先進(jìn)的指令集和單時(shí)鐘周期指令執行時(shí)間，其數據吞吐率高達1 MIPS／MHz，從而緩解系統在功耗和處理速度之間的矛盾。同時(shí),ATmega8L內部集成有增強RISC 8位CPU與在線(xiàn)系統編程和應用編程的Flash存儲器，使其成為功能強大的單片機,為許多嵌入式控制應用提供了靈活且低成本的解決方案。
ATmega8L內含8 KB的系統內可編程Flash(具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即RWW)，512字節EEPROM，1KB SRAM,32個(gè)通用I／O端口線(xiàn)，32個(gè)通用工作寄存器，3個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器／計數器(T／C)，片內／外中斷，可編程串行USART，面向字節的兩線(xiàn)串行接口,10位6路(8路為T(mén)QFP與MLF封裝)A／D轉換器，具有片內振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，1個(gè)SPI串行端口，以及5種可通過(guò)軟件選擇的省電模式。
2．2 MMA1260D簡(jiǎn)介
本系統設計選用MMA1260D作為加速度傳感器。MMA1260D是一款1．5 g的z軸向加速度傳感器，它由G-單元和信號調理ASIC電路兩部分組成。其中，G-單元是機械結構，采用半導體制作技術(shù)、由多晶硅半導體材料制成，并且密封。而信號調理ASIC電路是由積分、放大、濾波、溫度補償、控制邏輯和EEPROM相關(guān)電路、振蕩器、時(shí)鐘生成器、以及自檢等電路組成，用于完成G-單元測量的電容值向電壓輸出的轉換。
G-單元相當于在兩個(gè)固定的電容極板中間放置一個(gè)可移動(dòng)的極板。當加速度作用于系統時(shí),中間極板偏離靜止位置。利用中間極板偏離靜止位置的距離測量加速度，中間極板與一個(gè)固定極板的距離增加，而與另一個(gè)固定極板的距離減少，且距離變化值相等。距離的變化使得兩極板間的電容改變，電容值的計算公式：C=Ae／D,其中A是極板的面積，D是極板間的距離，e是電介質(zhì)常數。信號調理ASIC電路將G-單元測量的兩電容值轉換為加速度值，并使加速度與輸出電壓成正比。濾波單元由二階開(kāi)關(guān)電容濾波器組成，用Bessel實(shí)現平穩的延時(shí)響應，從而將脈沖完整保留。自檢單元用于保證G-單元和加速計中的電路工作正常,在G-單元中有4個(gè)極板,當ST引腳施加高電平時(shí)，校準電壓加在自檢極板和中間極板之間，在電場(chǎng)的作用下使中間極板移動(dòng)，由信號調理ASIC電路測得的偏移應與輸出電壓成比例。

3 硬件電路設計
本系統設計的硬件電路主要是由單片機控制電路、傳感器與單片機的接口電路、電源電路、發(fā)光二極管陣電路等組成。圖1所示為系統硬件結構原理圖。

3．1 單片機控制電路
單片機控制電路由Atmel公司的ATmega8L型單片機、濾波電容和A／D轉換電路構成，用于采集加速度傳感器信號，將采集到的信號與預先設置的閾值相比較，控制發(fā)光二極管的閃爍，如圖2所示。ATmega8L每個(gè)端口引腳都有3個(gè)寄存器位：DDxn、PORTxn和PINxn。DDxn位于DDRx寄存器,PORTxn位于PORTx寄存器，PINxn位于PINx寄存器。DDxn用于選擇引腳方向，DDxn為“1”時(shí)，Pxn設置為輸出，否則設置為輸入。當引腳置為輸入時(shí)，PORTxn為“1”，上拉電阻使能。如果需要關(guān)閉該上拉電阻，可將PORTxn清零，或者將該引腳置為輸出。復位時(shí)各引腳為高阻態(tài),即使此時(shí)并沒(méi)有時(shí)鐘在運行。當引腳配置為輸出時(shí)，若PORTxn為“1”,引腳輸出高電平，否則輸出低電平。ATmega8L判斷和處理加速度傳感器MMA1260D測得的信息，若能滿(mǎn)足條件則通過(guò)PD0、PD1、PD2引腳產(chǎn)生3路信號施加到3個(gè)繼電器依次對內、中、外三圈的LED燈進(jìn)行點(diǎn)亮與熄滅控制。若不滿(mǎn)足條件，則ATmega8L不
輸出信號。

3．2 傳感器與單片機的接口電路
MMA1260D加速度傳感器對汽車(chē)加速度數據進(jìn)行采集并通過(guò)ATmega8L的PC0端口(ADC0)傳輸至ATmega8L，MMA1260D加速度傳感器的輸出電壓與加速度成正比。為了測量加速度傳感器的輸出電壓，通常使用帶有A／D的微控制器,具體連接如圖3所示。VOUT與A／D IN引腳之間的RC具有濾波，用于減小時(shí)鐘噪聲。加速度傳感器與微控制器之間不能存在大電流。電源與地之間的0．1 μF電容為去耦電容。加速度傳感器要盡可能的靠近微控制器放置。同時(shí)為了使體積盡可能小,器件通常選用表貼封裝。

3. 3 穩壓電源電路
穩壓電源電路由7805組成，可將外接電源轉換為穩定的+5 V電源，并由VOUT輸出，向ATmega8L和MMA1260D提供穩定的5 V電源。該電路主要由二極管、電阻、三端穩壓管、電容構成。當緊急剎車(chē)時(shí)，+12 V先通過(guò)電阻降壓(主要是為了三端穩壓管散熱)，然后再通過(guò)三端穩壓管電路穩定于+5 V，并與單片機、發(fā)光二極管及加速度傳感器電路連接。
3．4 發(fā)光二極管陣電路
發(fā)光二極管電路由LED、二極管和電阻構成，LED車(chē)燈的放置遵循由內到外擺成3圈，用于緊急剎車(chē)燈時(shí)由內→中→外→內循環(huán)點(diǎn)亮熄滅，且亮度較高，以此警示后面的司機注意剎車(chē)。該電路主要由ATmega8L單片機的3個(gè)引腳控制，其LED車(chē)燈放置如圖4所示。

4 軟件設計
根據系統硬件設計的相關(guān)要求，軟件設計用于完成系統的初始化、對加速度傳感器信號提取與分析，并根據設置的門(mén)限來(lái)決定是否點(diǎn)亮緊急燈。系統軟件流程設計如圖5所示。通過(guò)對ATmega8L進(jìn)行嵌入式C語(yǔ)言編程，實(shí)現緊急剎車(chē)燈功能。一旦系統滿(mǎn)足門(mén)限條件，軟件編程可使內、中、外三圈燈通過(guò)延時(shí)不斷以高亮度閃爍，并循環(huán)判斷條件來(lái)決定是否繼續點(diǎn)亮剎車(chē)燈，這樣就易于引起后面汽車(chē)司機的警覺(jué)。一旦門(mén)限條件不滿(mǎn)足，剎車(chē)燈熄滅，單片機繼續等待中斷。

5 結束語(yǔ)
本文討論基于A(yíng)Tmega8L的智能LED緊急剎車(chē)燈的方案，簡(jiǎn)要介紹了系統各個(gè)硬件模塊，利用中斷控制來(lái)增強小車(chē)的智能性，并給出系統軟件設計流程。該系統各部分功能模塊化，易于調試，易于擴展其他功能。本設計應用前景良好。避免汽車(chē)追尾事故的發(fā)生，尤其是在夜晚，具有良好的安全效應。