介紹了AT89C2051單片機(jī)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(shù)字顯示的汽車防撞報(bào)警器。該防撞報(bào)警器利用超聲波及集成霍爾元件實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的測(cè)距和測(cè)速，利用單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理功能，完成系統(tǒng)的控制。文章給出了報(bào)警器的硬件電路原理及軟件設(shè)計(jì)。
??? 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，超聲波測(cè)距，霍爾集成傳感器
　　

　　隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，交通事故發(fā)生的頻率也在增加，為提高汽車運(yùn)行的安全性，本文介紹一種單片機(jī)控制的汽車防撞報(bào)警系統(tǒng)。該裝置將單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能，與超聲波的測(cè)距技術(shù)、傳感器技術(shù)相結(jié)合，可檢測(cè)汽車運(yùn)行中后方障礙物與汽車的距離及汽車車速，通過(guò)數(shù)顯裝置顯示距離，并由發(fā)聲電路根據(jù)距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出警告聲。

1　超聲波測(cè)距原理
　　超聲波測(cè)距的原理是，通過(guò)不斷檢測(cè)超聲波發(fā)射后遇到障礙物所反射的回波，從而測(cè)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(cè)得超聲波往返的時(shí)間，即可求得距離。
2　測(cè)速原理
　　汽車車速的測(cè)量是通過(guò)霍爾集成傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即，將裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)盤的輸入軸與車輪的轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，轉(zhuǎn)盤上的永久磁鐵會(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(hào)，如果轉(zhuǎn)盤不停轉(zhuǎn)動(dòng)，霍爾集成傳感器便會(huì)輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)。可以說(shuō)，對(duì)汽車車速的測(cè)量實(shí)質(zhì)上是對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率的測(cè)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(nèi)部RAM，2Kbytes EPROM，15根I／O線，2個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，5個(gè)兩級(jí)中斷源，1個(gè)全雙工串行口，一個(gè)片內(nèi)精密模擬比較器和片內(nèi)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(jì)數(shù)器寄存器T0和T1，作定時(shí)器時(shí)，可計(jì)數(shù)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1／12；作計(jì)數(shù)器時(shí)，可對(duì)外部輸入引腳P3．4／T0和P3．5／T1上出現(xiàn)從1至0的變化時(shí)增1，計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1／24。
4　硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　該報(bào)警器由控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)射電路、接收電路、測(cè)速電路、報(bào)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(jī)AT89C2051的P1．7引腳控制CC7555時(shí)基電路產(chǎn)生40kHz的頻率信號(hào)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(cè)距具有以下特點(diǎn)：測(cè)量靈敏度高，穿透力強(qiáng)，測(cè)量速度快，測(cè)量角度大，可對(duì)較大范圍內(nèi)的物體進(jìn)行檢測(cè)。
　　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(hào)，再由放大器、整形器放大和整形后送入到單片機(jī)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(hào)尤其是前沿不發(fā)生畸變，提高測(cè)距的精度。

　　測(cè)速電路由傳感器、脈沖放大器、整形器、CC7555時(shí)基信號(hào)電路、選通門組成。霍爾集成傳感器將車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)變成脈沖信號(hào)輸出，經(jīng)放大、整形電路后送入選通門，由CC7555時(shí)基電路產(chǎn)生的單位時(shí)基信號(hào)控制選通門的開(kāi)與閉，以控制轉(zhuǎn)速信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)選通門，送入單片機(jī)AT89C2051的P3．5引腳，控制T1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在單位時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)。
　　報(bào)警電路由CC7555電路和揚(yáng)聲器組成。AT89C2051的P1．6控制CC7555電路根據(jù)測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲時(shí)，時(shí)基電路CC7555處于暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電源向電容充電，從而使CC7555結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，輸出低電平，使揚(yáng)聲器停止發(fā)出報(bào)警聲，直到下一次測(cè)距結(jié)束產(chǎn)生新的報(bào)警聲。
　　LED顯示電路由數(shù)碼管和驅(qū)動(dòng)電路組成。用兩個(gè)數(shù)碼管顯示距離，數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示，由芯片MCS14495驅(qū)動(dòng)顯示，P1．4、P1．5分別作為驅(qū)動(dòng)芯片MCS14495的鎖存信號(hào)，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(shù)）碼是顯示高位還是低位。
　　控制器AT89C2051主要完成程序的執(zhí)行、數(shù)據(jù)的處理和對(duì)外部電路的實(shí)時(shí)控制。內(nèi)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(jì)數(shù)，當(dāng)P3．2引腳收到回波后，停止計(jì)數(shù)，T0所計(jì)時(shí)間即為超聲波往返傳輸時(shí)間，單片機(jī)對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即可測(cè)出距離。內(nèi)部定時(shí)器T1工作在計(jì)數(shù)方式，由P3．5引腳輸入的脈沖信號(hào)控制T1計(jì)數(shù)，由T1所計(jì)數(shù)值確定汽車的轉(zhuǎn)速。
　　單片機(jī)根據(jù)所測(cè)距離和車速進(jìn)行比較，判斷是否驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警，如設(shè)定：當(dāng)車速小于等于30km／s時(shí)，安全距離應(yīng)大于等于1m；當(dāng)車速小于等于80km／s時(shí)，安全距離應(yīng)大于等于2m；當(dāng)車速大于80km／s時(shí)，安全距離應(yīng)大于等于5m。
5　軟件設(shè)計(jì)
?? 本裝置的控制軟件要完成系統(tǒng)的初始化，控制觸發(fā)脈沖信號(hào)的發(fā)射與接收，根據(jù)定時(shí)時(shí)間計(jì)算障礙物的距離，根據(jù)計(jì)數(shù)頻率計(jì)算汽車車速，判斷所測(cè)距離是否在車速所對(duì)應(yīng)的安全范圍內(nèi)，并根據(jù)計(jì)算和判斷結(jié)果產(chǎn)生BCD碼和相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)顯示電路和發(fā)聲電路。實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的主流程圖如圖2所示。

6　結(jié)束語(yǔ)
　　本文介紹的汽車報(bào)警器，利用單片機(jī)AT89C2051作為報(bào)警裝置的控制器，能充分發(fā)揮AT89C2051的數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的靈敏度。該報(bào)警器基于單片機(jī)設(shè)計(jì)，從而具有體積小、使用方便的特點(diǎn)。若將安全距離設(shè)為0．5m，就可作為汽車倒車報(bào)警器，提高汽車倒車時(shí)的安全性。

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