《基于单片机的汽车防撞报警器的设计研究分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的汽车防撞报警器的设计研究分析（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基于单片机的汽车防撞报警器设计摘 要：本文是基于AT89C51单片机的汽车防撞报警器的设计，主要是利用超声波的特点和优势，将超声波测距系统和AT89C51单片机结合于一体。该系统采用软、硬件结合的方法，具有模块化和多用化的特点。关键字：单片机 防撞报警 超声波一、系统总体方案设计二、超声波测距原理超声测距从原理上可分为共振式、脉冲反射式两种。由于应用要求限定，在这里使用脉冲反射式，即利用超声的反射特性。超声波测距原理是通过超声波发射传感器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就停止计时。常温下超声波在空气中的传播速
2、度为 c=340m/s，根据计时器记录的时间 t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=c*t/2=c*t0 （2-1）其中，t0就是所谓的渡越时间。三、系统各组成单元设计该超声波测距系统由超声波发射与接收电路、单片机硬件接口电路、显示报警电路组成，下面主要通过各个模块的各种方案比较，确定设计的最终方案。该系统的核心部分采用性能较好的AT89C51单片机。3.1发射与接收电路的设计方案超声波发射接收电路如图3.1所示。该电路简单实用，通过两极放大，增强接收信号，比较适合本设计需要。测距系统中的超声波传感器采用压电陶瓷传感器，他的工作电压是40kHZ的脉冲信号，前方测距电路的输入端接单
3、片机P1.0端口，单片机执行程序后，在P1.0端口输出一个40kHZ的脉冲信号，经过三极管T放大，驱动超声波发射头UCM40T，发出40kHZ的脉冲超声波，且持续发射200s。右侧和左侧测距电路的输入端分别接P1.1和P1.2端口，原理和前方测距相同。图3.1超声波测距系统发射接收电路由AT89C51单片机编程，执行程序后P1.0 口产生40KHZ的脉冲信号，经三极管放大后来驱动超声波发射探头UCM40T，产生超声波。接收头采用和发射头配对的UCM40R，将超声波调制脉冲变为交变电压信号，经运算放大器两级放大后加至IC2。IC2是带有锁定环的音频译码集成块LM567，内部的压控振荡器的中心频率
4、f0=1/1.1R8C3,电容C4 决定其锁定带宽。调解R8在发射的载频上，则LM567输入信号大于25mv，输出端8脚由高电平越变为低电平，作为中断请求信号，送至单片机处理。在启动发射电路的同时启动单片机内部的定时器T0，利用定时器的计数功能记录超声波发射的时间和收到反射波的时间。当收到超声波反射波时，接收电路输出端产生一个负跳变，在INTO或INT1端产生一个中断请求信号，单片机响应外部中断请求，执行外部中断服务子程序，读取时间差，计算距离。发射电路电路图如图3.2所示：图3.2系统发射电路此电路由一个9V的电源,R1=3.6K欧,R2=360欧,三极管T一个,激励换能器T40-16一个。
5、其流程图如图3.3所示：图3.3流程图发射电路原理：当单片机AT89C51,通过P1.0这个I/O口,发送一系列的脉冲,经过三极管T进行放大,从而使T40-16这个激励换能器发射出超声波。接收电路如3.4所示：图3.4接收电路图其原理框图如下：图3.5 原理框图此系统为了全方位测距，故有左、右、中三个测距电路，其电路都相同。3.2 显示报警单元方案设计显示报警单元是经过超声波发射接收电路及单片机AT89C51处理后把信号转化为人为可以知觉的数字显示和报警响应，以进一步避免事故发生。显示报警电路由显示和报警两部分电路组成，主要实现在出现紧急情况下的显示报警功能，以此提醒驾驶员。3.2.1系统显示
6、电路设计显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。最简单的显示器可以使LED 发光二极管，给出一个简单的开关量信息，而复杂的较完整的显示器应该是 CRT监视器或者屏幕较大的 LCD 液晶屏。综合课题的实际要求以及考虑单片机的接口资源，采用串行方式显示的 LED 驱动输出设备。由于全程显示的距离范围在 4 米之内，用 3 个 LED 数码管表示距离的 cm数值。在单片机应用系统中，发光二极管LED显示器常用两种驱动方式：静态显示驱动和动态显示驱动。所谓静态显示驱动，就是给要点亮的LED通以恒定的电流，即每一位LED
7、显示器各引脚都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口。单片机只需要把要显示的字形段码发送到接口电路并保持不变即可，如果要显示新的数据，再发送新的字形段码。因此，使用这种方法单片机中CPU开销小，但这种驱动方法需要寄存器、译码器等硬件设备。当需要显示的位数增加时，所需的器件和连线也相应增加，成本也增加。而所谓动态显示驱动就是给欲点亮的LED通以脉冲电流，即采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮，这时LED的亮度就是通断的平均亮度。考虑各种因素，本设计选用动态驱动显示。本设计选用8155芯片作为单片机应用系统扩展的I/O口。8155的PA口作为LED的字形输出口，为提高显
8、示亮度，采用8路反相驱动器74LS244驱动；PC口作为LED的位选控制口，采用共阳极的LED显示器，由于8段全亮时位控线的驱动电流较大，采用6路反相驱动器74LS06以提高驱动能力。图3.6系统显示电路3.2.2系统报警电路设计系统报警电路由一个运算放大器、一个发光二极管和一个喇叭组成。R25的阻值为1K，R26的阻值为10K。对于二级运算放大,都采用F007芯片.两级放大电路均是负反馈接法,即反相比例运算电路.而反相比例运算电路中,输入信号从反相输入端输入,同相输入端接地.根据“虚短”和“虚断”的特点，即u_=u+,i_=i+=0.可得u+=0.而所谓“虚短”是由于理想集成运放Au0。所以
9、可以认为两个输入端之间的差模电压近似为零，即Uid=u_=u+0.即u_=u+,而u0具有一定值。由于两个输入端间的电压为零，而又不是短路，故称为“虚短”。而“虚断”是由于理想集成运放的输入电阻Rid，故可以认为输入端不取电流，即i_=i+0.这样，输入端相当于断路，而又不是断开，称为“虚断”。而电路中，反相输入端与地端等电位，但又不是真正接地，这种情况称为“虚地”。所以iI=,iF=，因为i_=0,iI=if,则可得u0=-uI.故可将信号进行放大。图3.7 系统报警电路当单片机AT89C51通过P1.0，P1.1，P1.2三个I/O口，发射出超声波的信号，即输出一个高电平给这三个I/O口，
10、大约5V的电压，同时单片机计数器T0开始计时。则信号经过三极管T1，T2，T3进行放大。使电流达到T40-16的工作电流，从而发射出超声波。当T40-16发射出去的超声波遇到障碍物时会被反射回来，这时接收器R40-16便会将反射回来的超声波接收，并转换成电信号，经过运算放大器的两极放大，将信号送给LM567的输入端，当LM567的输入端电流大于25mA时，其8号输出引脚会产生一个信号，使得单片机AT89C51产生一个中断。这样，计数器便停止计数。单片机把计得的时间差进行运算，根据S=170*t这个公式来计算车与障碍物的距离，并把运算结果以十进制的方式送到七段LED显示电路去显示。如果距离小于0
11、.5m，则单片机AT89C51便给P1.5口一个信号，使得报警电路工作，实现报警。四、系统硬件及软件实现4.1 单片机硬件4.1.1单片机AT89C51图4.1 AT89C51单片机芯片根据系统设计要求，各接口功能如下：P1.0: 产生输出一个40KHZ的脉冲信号。（用于前方测距电路）P1.1: 产生输出一个40KHZ的脉冲信号。（用于右侧测距电路）P1.2: 产生输出一个40KHZ的脉冲信号。（用于左侧测距电路）INT0: 产生中断请求，接前方测距电路。INT1: 产生中断请求，接前方测距电路。P1.3: 接ICA3输入端，用于中断优先级的判断。P1.4: 接ICA3输入端，用于中断优先级的
12、判断。P0.0: 用于显示输出，接显示器。P0.1: 用于显示输出，接显示器。P0.2: 用于显示输出，接显示器。P0.3: 用于显示输出，接显示器。P0.4: 用于显示输出，接显示器。P0.5: 用于显示输出，接显示器。P0.6: 用于显示输出，接显示器。P0.7: 用于显示输出，接显示器。P2.7: 接报警电路P2.0: 接报警电路P2.1: 接报警电路XTAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，些引脚应接地。XTAL2：接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡
13、器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。RST：AT89C51 的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片又时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C51 便能完成系统复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。4.1.2 8155芯片介绍图4.2 8155芯片8155引脚功能：AD7AD0（1912脚）：三态地址/数据引出线；CE（8）：片选信号线，低电平有效；RD（9）：存储器读信号线，低电平有效；WR（10）：存储器写信号线，低电平有效；ALE（11）：地址及片选信号锁存信号线，高电平有效；IO/M (7)：I/O接口与存储器选择信号线，高电
14、平表示选择I/O接口，低电平表示选择存储器；PA7PA0（2821）：A口输入/输出线；PB7PB0（3629）：B口输入/输出线；PC5PC0（5、2、1、39、38、37）：C口输入/输出线或控制信号线；T/IN（3）：定时器/计数器输入端；（T/OUT）（6）：定时器/计数器输出端；RESET（4）：复位，高电平有效，复位后三个I/O口均为输入功能。4.1.3 探头UCM介绍压电陶瓷超声波换能器（超声波传感器）体积小，灵敏度高、性能可靠、价格低廉，是遥控、遥测、报警等电子装置最理想的电子器件、用此换能器构成的超声波遥控开关，可使家电产品、电子玩具加速更新换代，提高市场竞争能力。表2.1
15、传感器特性参数型号UCMT40K1UCMR40K1结构开放式开放式发射距离810米810米使用方式发射接收谐振频率40KHZ1KHZ40KHZ1KHZ频带宽2KHZ0.5KHZ2KHZ0.5KHZ灵敏度70dB / V / ubar70dB / V / ubar外形尺寸16mm22.5mm16mm22.5mm温度范围20 + 60 20 + 60 相对湿度20 5时达98%20 5时达98% 使用注意事项：两接线脚焊接时间不宜过长，以免器件内之焊点溶化脱焊及造成底座与接线脚之间松动。不宜与腐蚀性物质接触。4.2 系统软件结构在系统硬件构架了超声波测距的基本功能之后，系统软件所实现的功能主要是针对系统功能的实现及数据的处理和应用。根据第二节所述系统硬件设计和所完成的功能，系统软件需要实现以下功能：一、信号控制在系统硬件中，已经完成了发射电路、接收电路、检测电路、显示电路、门限检测的设计。在系统软件中，要完成增益控制信号
