基于AT89C2051的智能型汽車防撞報警器的設計

　　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對汽車的測距和測速，利用單片機的實時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。

　　隨著現代生活節奏的加快，交通事故發生的頻率也在增加，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。該裝置將單片機的實時控制及數據處理功能，與超聲波的測距技術、傳感器技術相結合，可檢測汽車運行中后方障礙物與汽車的距離及汽車車速，通過數顯裝置顯示距離，并由發聲電路根據距離遠近情況發出警告聲。

　　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射后遇到障礙物所反射的回波，從而測出發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的。即，將裝有永久磁鐵的轉盤的輸入軸與車輪的轉軸相連，當車輪轉動時，轉盤隨之轉動，此時，轉盤上的永久磁鐵會經過霍爾集成傳感器，從而在霍爾集成傳感器的輸入端得到一個磁信號，如果轉盤不停轉動，霍爾集成傳感器便會輸出轉速信號。可以說，對汽車車速的測量實質上是對轉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內部RAM，2Kbytes EPROM，15根I/O線，2個16位定時/計數器，5個兩級中斷源，1個全雙工串行口，一個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16位定時/計數器寄存器T0和T1，作定時器時，可計數機器周期，計數頻率為振蕩頻率的1/12;作計數器時，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。

　　超聲波發射電路由CC7555時基電路和超聲波發射探頭組成。單片機AT89C2051的P1.7引腳控制CC7555時基電路產生40kHz的頻率信號給超聲波發生器，由超聲波探頭發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。霍爾集成傳感器將車輪轉速信號變成脈沖信號輸出，經放大、整形電路后送入選通門，由CC7555時基電路產生的單位時基信號控制選通門的開與閉，以控制轉速信號在單位時間內通過選通門，送入單片機AT89C2051的P3.5引腳，控制T1計數器計數，實現了在單位時間內的計數。

　　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，產生一定頻率的信號驅動揚聲器發出報警聲。在揚聲器發出報警聲時，時基電路CC7555處于暫穩態，此時電源向電容充電，從而使CC7555結束暫穩態回復到穩定狀態，輸出低電平，使揚聲器停止發出報警聲，直到下一次測距結束產生新的報警聲。

　　LED顯示電路由數碼管和驅動電路組成。用兩個數碼管顯示距離，數碼管采用靜態顯示，由芯片MCS14495驅動顯示，P1.4、P1.5分別作為驅動芯片MCS14495的鎖存信號，用于控制產生的BCD(BinaryCode Decimal，二進制編碼表示的十進制數)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時控制。內部定時器T0工作在定時方式，T0在超聲波發射時開始計數，當P3.2引腳收到回波后，停止計數，T0所計時間即為超聲波往返傳輸時間，單片機對該數據進行處理，即可測出距離。內部定時器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所計數值確定汽車的轉速。

　　單片機根據所測距離和車速進行比較，判斷是否驅動報警電路報警，如設定：當車速小于等于30km/s時，安全距離應大于等于1m;當車速小于等于80km/s時，安全距離應大于等于2m;當車速大于80km/s時，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，控制觸發脈沖信號的發射與接收，根據定時時間計算障礙物的距離，根據計數頻率計算汽車車速，判斷所測距離是否在車速所對應的安全范圍內，并根據計算和判斷結果產生BCD碼和相應頻率的脈沖信號，以驅動顯示電路和發聲電路。實現整個系統功能的主流程圖如圖2所示。

　　6　結束語

　　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，能充分發揮AT89C2051的數據處理和實時控制功能，使系統工作于最佳狀態，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。若將安全距離設為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單片機原理及應用.北京：北京航空航天大學出版社，1998

　　2　黃繼昌.傳感器工作原理及應用實例.北京：人民郵電出版社，1998