基于AT89C2051的智能型汽车防撞报警器的设计

6294316 2006-9-29 10:01 楼主

摘　要　介绍了AT89C2051单片机的性能及特点，及以其为核心的一种低成本、高精度、微型化、数字显示的汽车防撞报警器。该防撞报警器利用超声波及集成霍尔元件实现对汽车的测距和测速，利用单片机的实时控制和数据处理功能，完成系统的控制。文章给出了报警器的硬件电路原理及软件设计。
关键词：单片机，超声波测距，霍尔集成传感器
　　

　　随着现代生活节奏的加快，交通事故发生的频率也在增加，为提高汽车运行的安全性，本文介绍一种单片机控制的汽车防撞报警系统。该装置将单片机的实时控制及数据处理功能，与超声波的测距技术、传感器技术相结合，可检测汽车运行中后方障碍物与汽车的距离及汽车车速，通过数显装置显示距离，并由发声电路根据距离远近情况发出警告声。

1　超声波测距原理
　　超声波测距的原理是，通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离S＝C×T／2，其中，C为超声波波速，常温下取为344m／s。声速确定后，只要测得超声波往返的时间，即可求得距离。
2　测速原理
　　汽车车速的测量是通过霍尔集成传感器来实现的。即，将装有永久磁铁的转盘的输入轴与车轮的转轴相连，当车轮转动时，转盘随之转动，此时，转盘上的永久磁铁会经过霍尔集成传感器，从而在霍尔集成传感器的输入端得到一个磁信号，如果转盘不停转动，霍尔集成传感器便会输出转速信号。可以说，对汽车车速的测量实质上是对转速信号的频率的测量。
3　控制器AT89C2051的功能与特点
　　AT89C2051是一个低功耗、高性能的CMOS8位微处理器，与MCS－51系列指令集和引脚兼容，具有以下特点：128 bytes内部RAM，2Kbytes EPROM，15根I／O线，2个16位定时／计数器，5个两级中断源，1个全双工串行口，一个片内精密模拟比较器和片内振荡器，低功耗的闲置和掉电模式。工作电压范围4．25V～5．5V，工作频率取12MHz。
　　AT89C2051中的两个16位定时／计数器寄存器T₀和T₁，作定时器时，可计数机器周期，计数频率为振荡频率的1／12；作计数器时，可对外部输入引脚P_3．4／T₀和P_3．5／T₁上出现从1至0的变化时增1，计数频率为振荡频率的1／24。
4　硬件系统设计
　　该报警器由控制系统、超声波发射电路、接收电路、测速电路、报警电路、LED显示电路组成，电路原理框图见图1。
　　超声波发射电路由CC7555时基电路和超声波发射探头组成。单片机AT89C2051的P_1．7引脚控制CC7555时基电路产生40kHz的频率信号给超声波发生器，由超声波探头发射的超声波射向障碍物。利用超声波测距具有以下特点：测量灵敏度高，穿透力强，测量速度快，测量角度大，可对较大范围内的物体进行检测。
　　超声波接收电路由超声波接收探头、放大器和整形器组成。由障碍物反射回来的超声波经接收探头，变换为电脉冲信号，再由放大器、整形器放大和整形后送入到单片机AT89C2051的P_3．2引脚。放大器宜选用有足够增益和较低噪声的宽带放大器，以保持脉冲信号尤其是前沿不发生畸变，提高测距的精度。

　　测速电路由传感器、脉冲放大器、整形器、CC7555时基信号电路、选通门组成。霍尔集成传感器将车轮转速信号变成脉冲信号输出，经放大、整形电路后送入选通门，由CC7555时基电路产生的单位时基信号控制选通门的开与闭，以控制转速信号在单位时间内通过选通门，送入单片机AT89C2051的P_3．5引脚，控制T₁计数器计数，实现了在单位时间内的计数。
　　报警电路由CC7555电路和扬声器组成。AT89C2051的P_1．6控制CC7555电路根据测量结果，产生一定频率的信号驱动扬声器发出报警声。在扬声器发出报警声时，时基电路CC7555处于暂稳态，此时电源向电容充电，从而使CC7555结束暂稳态回复到稳定状态，输出低电平，使扬声器停止发出报警声，直到下一次测距结束产生新的报警声。
　　LED显示电路由数码管和驱动电路组成。用两个数码管显示距离，数码管采用静态显示，由芯片MCS14495驱动显示，P_1．4、P_1．5分别作为驱动芯片MCS14495的锁存信号，用于控制产生的BCD（BinaryCode Decimal，二进制编码表示的十进制数）码是显示高位还是低位。
　　控制器AT89C2051主要完成程序的执行、数据的处理和对外部电路的实时控制。内部定时器T₀工作在定时方式，T₀在超声波发射时开始计数，当P_3．2引脚收到回波后，停止计数，T₀所计时间即为超声波往返传输时间，单片机对该数据进行处理，即可测出距离。内部定时器T₁工作在计数方式，由P_3．5引脚输入的脉冲信号控制T₁计数，由T₁所计数值确定汽车的转速。
　　单片机根据所测距离和车速进行比较，判断是否驱动报警电路报警，如设定：当车速小于等于30km／s时，安全距离应大于等于1m；当车速小于等于80km／s时，安全距离应大于等于2m；当车速大于80km／s时，安全距离应大于等于5m。
5　软件设计
本装置的控制软件要完成系统的初始化，控制触发脉冲信号的发射与接收，根据定时时间计算障碍物的距离，根据计数频率计算汽车车速，判断所测距离是否在车速所对应的安全范围内，并根据计算和判断结果产生BCD码和相应频率的脉冲信号，以驱动显示电路和发声电路。实现整个系统功能的主流程图如图2所示。

6　结束语
　　本文介绍的汽车报警器，利用单片机AT89C2051作为报警装置的控制器，能充分发挥AT89C2051的数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态，提高系统的灵敏度。该报警器基于单片机设计，从而具有体积小、使用方便的特点。若将安全距离设为0．5m，就可作为汽车倒车报警器，提高汽车倒车时的安全性。