采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)汽車防護(hù)集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1 引言

在國(guó)際金融危機(jī)的背景下，尤其在競(jìng)爭(zhēng)異常激烈的汽車工業(yè)領(lǐng)域，提高我國(guó)汽車電子產(chǎn)品的技術(shù)和降低產(chǎn)品的價(jià)格，對(duì)降低整車成本顯得十分重要。汽車防護(hù)系統(tǒng)的集成化是一股勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。采用系統(tǒng)性能可靠、成本較低、軟件設(shè)計(jì)靈活簡(jiǎn)單、硬件接口功能豐富、擴(kuò)展性好、通用性強(qiáng)的AT89C52單片機(jī)開(kāi)發(fā)了鍵盤(pán)、液晶顯示器、多路震動(dòng)的采集等，將汽車倒車安全距離提醒、汽車無(wú)線遙控防盜報(bào)警、汽車電源鎖加密、汽車行車監(jiān)視后方車輛距離等諸多汽車防護(hù)系統(tǒng)結(jié)合在一起，對(duì)駕駛環(huán)境實(shí)施全面監(jiān)控，集中比較、分析多方面的數(shù)據(jù)，這樣集成的主、被動(dòng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的安全性能，最大程度地保護(hù)車輛、乘員乃至行人的安全，其價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了各自獨(dú)立、互不相干的防護(hù)系統(tǒng)。

2 汽車防護(hù)系統(tǒng)功能與設(shè)計(jì)要求

2．1 汽車防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)汽車防護(hù)系統(tǒng)，在行車時(shí)，可以監(jiān)視后方車輛的車距狀態(tài)；倒車時(shí)，可以有倒車安全距離的提醒；離開(kāi)車輛時(shí)，可以有電源鎖加密以及無(wú)線遙控防盜報(bào)警雙重保護(hù)功能。

2．2 汽車防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)

（1）測(cè)量距離：所有的測(cè)量范圍在10 m以內(nèi)；

（2）測(cè)量精度：倒車安全距離在1 cm以內(nèi)；行車測(cè)距在0．1 m以內(nèi)；

（3）用7段數(shù)碼顯示管顯示倒車安全距離設(shè)定值，以及顯示行車測(cè)距時(shí)測(cè)距變化值；

（4）控制面板由4×4鍵盤(pán)組成，每一項(xiàng)功能操作都有指示燈或7段數(shù)碼顯示管提示。

2．3 汽車防護(hù)系統(tǒng)總體規(guī)劃

圖1汽車防護(hù)系統(tǒng)框架圖

3 汽車防護(hù)集成系統(tǒng)關(guān)鍵硬件優(yōu)化與設(shè)計(jì)

3．1 距離測(cè)量的設(shè)計(jì)

紅外線的傳播速度較快，對(duì)傳播時(shí)間的計(jì)算要求比較高。由于在本設(shè)計(jì)中的測(cè)量距離只在10m以內(nèi)。因此，距離的測(cè)量選用超聲波測(cè)量技術(shù)即可滿足設(shè)計(jì)的要求，如圖2、圖3所示。

3．2 語(yǔ)音提醒的設(shè)計(jì)

語(yǔ)音提醒是由HFC5212語(yǔ)音芯片組成，工作電壓在3～6V，語(yǔ)言集成電路 HFC5212，它內(nèi)存有“嘟嘟，請(qǐng)注意”的語(yǔ)言信號(hào)，采用電平、不保持觸發(fā)方式。它的最高工作電壓不高于5V，為此，電路中由單片機(jī)I／O口提供5V的電壓。R8為其振蕩電阻，改變它的阻值大小，可改變語(yǔ)音的音調(diào)。HFC5212的觸發(fā)端為II腳接在單片機(jī)I／O口上，這樣一來(lái)，一旦單片機(jī)輸出高電位，即迅速被觸發(fā)而發(fā)聲，如果單片機(jī)一直輸出高電位，HFC5212一直被觸發(fā)發(fā)聲。它輸出的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)Q1放大，驅(qū)動(dòng)喇叭發(fā)出“嘟嘟，請(qǐng)注意”的提醒語(yǔ)音，從而提高防范意識(shí)。倒車語(yǔ)音提醒電路如圖4所示。

3．3 震動(dòng)傳感模塊設(shè)計(jì)

震動(dòng)傳感器采用Z02B高靈敏度的震動(dòng)傳感模塊，Z02B工作電壓為DC 2．6 6 V（典型應(yīng)用3 V，極限12 V），由于該模塊輸出幅度為模塊端電壓，可以達(dá)到數(shù)字模塊的觸發(fā)電壓，所以使用時(shí)通過(guò)與非門和單片機(jī)I／O口相連。該震動(dòng)傳感器模塊測(cè)試時(shí)，模塊輸出能力可直接驅(qū)動(dòng)一支LED發(fā)光管，通過(guò)發(fā)光管即可觀察到模塊輸出狀態(tài)，而不能用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試是否有輸出。安裝時(shí)需將模塊銅面與物體緊貼，該傳感器的靈敏度極高，能檢測(cè)極其微弱的震動(dòng)波；抗沖擊強(qiáng)度高，能承受同類傳感器不能承受的強(qiáng)烈振動(dòng)工作條件；防水性能好，能適應(yīng)濕度較大的工作環(huán)境。因此，Z02B非常適合用于汽車防盜的震動(dòng)信號(hào)采集，安裝在汽車門窗、后車箱蓋等一些震動(dòng)敏感的地方。震動(dòng)傳感電路如圖5所示。

3．4 防盜報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

防盜報(bào)警發(fā)射與接收采用的TDC1808／TDC1809是無(wú)線遙控發(fā)射與接收組件，它們采用內(nèi)置天線，可傳送數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，適用于各種無(wú)線遙控裝置，具有體積小、遙控距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。編碼與解碼采用 VD5026／VD5027專用編碼器和解碼器。防盜報(bào)警發(fā)射與接收電路如圖6、圖7所示。

防盜報(bào)警語(yǔ)音采用KD9561語(yǔ)音芯片，該芯片內(nèi)儲(chǔ)存了四種語(yǔ)音功能，對(duì)其功能引腳的不同接法，就會(huì)令其發(fā)出不同的語(yǔ)音。在本設(shè)計(jì)中，選用的是警車的語(yǔ)音報(bào)警。另外，采用的LM386芯片是為了對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行放大，LM386做成的小功率集成功放電路，對(duì)信號(hào)輸出功率進(jìn)行放大來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。防盜報(bào)警語(yǔ)音電路如圖8所示。

4 軟件程序的分析及設(shè)計(jì)

4．1 超聲波距離測(cè)量的算法設(shè)計(jì)

超聲波測(cè)距的原理是，超聲波發(fā)生器T發(fā)出的一個(gè)超聲波信號(hào)，當(dāng)其遇到被測(cè)物體后反射回來(lái)，就被超聲波接收器R所接收。這樣只要計(jì)算出發(fā)出信號(hào)到接收返回信號(hào)所用的時(shí)間，就可算出超聲波發(fā)生器與反射物體的距離。

距離計(jì)算公式：s=d／2=（v×t）／2。s為被測(cè)物與測(cè)距器的距離，d為超聲波的往返路程，v為聲速，t為超聲波往返所用的時(shí)間。

超聲波的頻率為40kHz，機(jī)械波，通過(guò)計(jì)算，可算出超聲波的周期。超聲波的周期為：

T=1／（40×1000）s=0．000025s=0．025ms

在AT89C52單片機(jī)中，當(dāng)選擇定時(shí)器T0，工作方式2定時(shí)，可自動(dòng)重裝時(shí)間值，則定時(shí)的時(shí)間常數(shù)初值x=256-t（fosc／12），t為定時(shí)的時(shí)間，單位是μ s；fosc是系統(tǒng)使用的晶振頻率。

T0初始化賦值：

（由于1 2．5四舍五入，取值1 3，則實(shí)際頻率只有38．462 kHz）

4．2 電源鎖軟件加密設(shè)計(jì)

在PC機(jī)中，軟件的加密通常都是往數(shù)據(jù)里添加某種算法，這對(duì)于運(yùn)算功能強(qiáng)大的PC 機(jī)來(lái)說(shuō)綽綽有余的。但對(duì)于單片機(jī)而言，過(guò)于復(fù)雜的算法會(huì)大大降低單片機(jī)的速度和占用大量的存儲(chǔ)空間，因此，在本設(shè)計(jì)中，電源鎖加密采用一種數(shù)據(jù)比較的方法。采用C語(yǔ)言定義兩個(gè)全局變量的數(shù)組，相當(dāng)于在內(nèi)存中開(kāi)辟兩個(gè)特定的數(shù)據(jù)空間，一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存密碼，一個(gè)用來(lái)儲(chǔ)存用戶輸入的密碼，然后通過(guò)數(shù)據(jù)的比較來(lái)驗(yàn)證密碼，這樣可以大大提高運(yùn)算速度和減少存儲(chǔ)空間的占用。密碼比較儲(chǔ)存與設(shè)置的原理圖如圖9所示。

4．3 按鍵提示音的設(shè)計(jì)

按鍵的提示音通過(guò)單片機(jī)輸出一定頻率的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，從而使蜂鳴器發(fā)音。其發(fā)音的頻率參考表1。

本系統(tǒng)采用的按建提示音為中音頻率“Do”音，頻率為523Hz，則其周期為：

T=1／f=1／523Hz=1912 μ s

因?yàn)橐狗澍Q器發(fā)音，只需在半個(gè)周期內(nèi)改變其信號(hào)的狀態(tài)即可，所以實(shí)際給蜂鳴器送電的時(shí)間只有T‘=T／2=956 μs。

4．4 程序流程圖

采用AT89C52實(shí)現(xiàn)汽車倒車安全距離提醒、汽車無(wú)線遙控防盜報(bào)警、汽車電源鎖加密、汽車行車監(jiān)視后方車輛距離四大功能程序主要分為主程序模塊、密碼鎖程序模塊、倒車設(shè)置程序模塊、行車測(cè)距程序模塊和設(shè)置密碼程序模塊。用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想：在總體設(shè)計(jì)中采用“自項(xiàng)而下”（TOP-DOWN）的方法，在程序設(shè)計(jì)中采用模塊化編程。具體的編程根據(jù)以下的程序流程圖：

5 結(jié)論

本集成系統(tǒng)應(yīng)用于吉利牌金剛JL7152U CX MT型改裝實(shí)驗(yàn)車上得到以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

由以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可得出以下結(jié)論：

（1）此系統(tǒng)對(duì)駕駛環(huán)境實(shí)施全面監(jiān)控，AT89C52單片機(jī)能集中比較、分析多方面的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)主、被動(dòng)安全系統(tǒng)的高度整合。

（2）系統(tǒng)核中程序的設(shè)計(jì)具有很好的“親和性”，可以隨駕駛環(huán)境的不同修改其參數(shù)，在250次全方位功能檢測(cè)中系統(tǒng)的可靠性達(dá)到99％，且研制此系統(tǒng)用的元件價(jià)格低廉，因此系統(tǒng)有很高的性價(jià)比。

（3）通過(guò)AT89C52單片機(jī)接口與存儲(chǔ)器擴(kuò)展，系統(tǒng)有很好的可擴(kuò)展性。

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