智能型防撞系统

论文名称：智能型汽车防撞报警器的设计

智能型汽车防撞报警器的设计

摘　要：介绍了ATC2051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。

关键词：单片机，超声波测距，霍尔集成传感器

从实验研究分析的角度，分析了汽车倒车防撞系统的基本设计原理以及目前国内外此类防撞系统存在的问题。较详细的介绍一种超声波测距系统以及根据该系统设计，研制的汽车倒车防撞报警器，它能自动检测车尾障碍物的距离。当达到极限位置的时候，它能发出声光报警，提醒司机刹车。超声波距离传感器霍尔集成传感器，这种传感器的特点在于具有方向性，汽车所用的倒车声纳系统利用超声波距离传感器的“回声”现象制成的，倒车时向车辆后方发射超声波，测定超声波遇到障碍物后返回的时间，就可以得到车到障碍物的距离。

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ATC2051的功能与特点

ATC2051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。

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ATC2051的P1．7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ATC2051的P3．2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ATC2051的P3．5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。ATC2051的P1．6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，P1．4、P1．5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ATC2051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P3．2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P3．5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总结

1、戴先中 微机硬件应用实践—原理与接口 东南大学出版社 1999

2、戴梅萼 微型计算机技术及应用 清华大学出版社 1992

3、王尧 电子线路实践 东南大学出版社 2000

4、朱欣华 姚天忠 智能仪器原理与设计 中国计量出版社 2005

5、王幸之等 单片机应用系统抗干扰技术 北京航空航天大学出版社 2000

6、何立民 MCS-51系列单片机应用系统设计 北京航空航天大学出版社 1990