基于A(yíng)T89C2051的智能型汽車(chē)防撞報警器的設計

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

　　該防撞報警器利用超聲波及集成霍爾元件實(shí)現對汽車(chē)的測距和測速，利用單片機的實(shí)時(shí)控制和數據處理功能，完成系統的控制。文章給出了報警器的硬件電路原理及軟件設計。

　　隨著(zhù)現代生活節奏的加快，交通事故發(fā)生的頻率也在增加，為提高汽車(chē)運行的安全性，本文介紹一種單片機控制的汽車(chē)防撞報警系統。該裝置將單片機的實(shí)時(shí)控制及數據處理功能，與超聲波的測距技術(shù)、傳感器技術(shù)相結合，可檢測汽車(chē)運行中后方障礙物與汽車(chē)的距離及汽車(chē)車(chē)速，通過(guò)數顯裝置顯示距離，并由發(fā)聲電路根據距離遠近情況發(fā)出警告聲。

　　1　超聲波測距原理

　　超聲波測距的原理是，通過(guò)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(chē)車(chē)速的測量是通過(guò)霍爾集成傳感器來(lái)實(shí)現的。即，將裝有永久磁鐵的轉盤(pán)的輸入軸與車(chē)輪的轉軸相連，當車(chē)輪轉動(dòng)時(shí)，轉盤(pán)隨之轉動(dòng)，此時(shí)，轉盤(pán)上的永久磁鐵會(huì )經(jīng)過(guò)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，如果轉盤(pán)不停轉動(dòng)，霍爾集成傳感器便會(huì )輸出轉速信號?？梢哉f(shuō)，對汽車(chē)車(chē)速的測量實(shí)質(zhì)上是對轉速信號的頻率的測量。

　　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內部RAM，2Kbytes EPROM，15根I/O線(xiàn)，2個(gè)16位定時(shí)/計數器，5個(gè)兩級中斷源，1個(gè)全雙工串行口，一個(gè)片內精密模擬比較器和片內振蕩器，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)/計數器寄存器T0和T1，作定時(shí)器時(shí)，可計數機器周期，計數頻率為振蕩頻率的1/12;作計數器時(shí)，可對外部輸入引腳P3.4/T0和P3.5/T1上出現從1至0的變化時(shí)增1，計數頻率為振蕩頻率的1/24。

　　4　硬件系統設計

　　該報警器由控制系統、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(jiàn)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AT89C2051的P1.7引腳控制CC7555時(shí)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(diǎn)：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(lái)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(shí)基信號電路、選通門(mén)組成?；魻柤蓚鞲衅鲗④?chē)輪轉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(mén)，由CC7555時(shí)基電路產(chǎn)生的單位時(shí)基信號控制選通門(mén)的開(kāi)與閉，以控制轉速信號在單位時(shí)間內通過(guò)選通門(mén)，送入單片機AT89C2051的P3.5引腳，控制T1計數器計數，實(shí)現了在單位時(shí)間內的計數。

　　報警電路由CC7555電路和揚聲器組成。AT89C2051的P1.6控制CC7555電路根據測量結果，產(chǎn)生一定頻率的信號驅動(dòng)揚聲器發(fā)出報警聲。在揚聲器發(fā)出報警聲時(shí)，時(shí)基電路CC7555處于暫穩態(tài)，此時(shí)電源向電容充電，從而使CC7555結束暫穩態(tài)回復到穩定狀態(tài)，輸出低電平，使揚聲器停止發(fā)出報警聲，直到下一次測距結束產(chǎn)生新的報警聲。

　　LED顯示電路由數碼管和驅動(dòng)電路組成。用兩個(gè)數碼管顯示距離，數碼管采用靜態(tài)顯示，由芯片MCS14495驅動(dòng)顯示，P1.4、P1.5分別作為驅動(dòng)芯片MCS14495的鎖存信號，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)碼是顯示高位還是低位。

　　控制器AT89C2051主要完成程序的執行、數據的處理和對外部電路的實(shí)時(shí)控制。內部定時(shí)器T0工作在定時(shí)方式，T0在超聲波發(fā)射時(shí)開(kāi)始計數，當P3.2引腳收到回波后，停止計數，T0所計時(shí)間即為超聲波往返傳輸時(shí)間，單片機對該數據進(jìn)行處理，即可測出距離。內部定時(shí)器T1工作在計數方式，由P3.5引腳輸入的脈沖信號控制T1計數，由T1所計數值確定汽車(chē)的轉速。

　　單片機根據所測距離和車(chē)速進(jìn)行比較，判斷是否驅動(dòng)報警電路報警，如設定：當車(chē)速小于等于30km/s時(shí)，安全距離應大于等于1m;當車(chē)速小于等于80km/s時(shí)，安全距離應大于等于2m;當車(chē)速大于80km/s時(shí)，安全距離應大于等于5m。

　　5　軟件設計

　　本裝置的控制軟件要完成系統的初始化，控制觸發(fā)脈沖信號的發(fā)射與接收，根據定時(shí)時(shí)間計算障礙物的距離，根據計數頻率計算汽車(chē)車(chē)速，判斷所測距離是否在車(chē)速所對應的安全范圍內，并根據計算和判斷結果產(chǎn)生BCD碼和相應頻率的脈沖信號，以驅動(dòng)顯示電路和發(fā)聲電路。實(shí)現整個(gè)系統功能的主流程圖如圖2所示。

　　6　結束語(yǔ)

　　本文介紹的汽車(chē)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的數據處理和實(shí)時(shí)控制功能，使系統工作于最佳狀態(tài)，提高系統的靈敏度。該報警器基于單片機設計，從而具有體積小、使用方便的特點(diǎn)。若將安全距離設為0.5m，就可作為汽車(chē)倒車(chē)報警器，提高汽車(chē)倒車(chē)時(shí)的安全性。

　　參考文獻

　　1　宋建國.AVR單片機原理及應用.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用實(shí)例.北京：人民郵電出版社，1998