采用單片機實現(xiàn)汽車防護(hù)集成系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

1 引言

在國際金融危機的背景下，尤其在競爭異常激烈的汽車工業(yè)領(lǐng)域，提高我國汽車電子產(chǎn)品的技術(shù)和降低產(chǎn)品的價格，對降低整車成本顯得十分重要。汽車防護(hù)系統(tǒng)的集成化是一股勢不可擋的趨勢。采用系統(tǒng)性能可靠、成本較低、軟件設(shè)計靈活簡單、硬件接口功能豐富、擴展性好、通用性強的AT89C52單片機開發(fā)了鍵盤、液晶顯示器、多路震動的采集等，將汽車倒車安全距離提醒、汽車無線遙控防盜報警、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，對駕駛環(huán)境實施全面監(jiān)控，集中比較、分析多方面的數(shù)據(jù)，這樣集成的主、被動系統(tǒng)能實現(xiàn)更強的安全性能，最大程度地保護(hù)車輛、乘員乃至行人的安全，其價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各自獨立、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)計要求

2．1 汽車防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計要求

設(shè)計一個汽車防護(hù)系統(tǒng)，在行車時，可以監(jiān)視后方車輛的車距狀態(tài)；倒車時，可以有倒車安全距離的提醒；離開車輛時，可以有電源鎖加密以及無線遙控防盜報警雙重保護(hù)功能。

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

（1）測量距離：所有的測量范圍在10 m以內(nèi)；

（2）測量精度：倒車安全距離在1 cm以內(nèi)；行車測距在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，以及顯示行車測距時測距變化值；

（4）控制面板由4×4鍵盤組成，每一項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

3．1 距離測量的設(shè)計

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

3．2 語音提醒的設(shè)計

語音提醒是由HFC5212語音芯片組成，工作電壓在3～6V，語言集成電路 HFC5212，它內(nèi)存有“嘟嘟，請注意”的語言信號，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，可改變語音的音調(diào)。HFC5212的觸發(fā)端為II腳接在單片機I／O口上，這樣一來，一旦單片機輸出高電位，即迅速被觸發(fā)而發(fā)聲，如果單片機一直輸出高電位，HFC5212一直被觸發(fā)發(fā)聲。它輸出的語音信號經(jīng)Q1放大，驅(qū)動喇叭發(fā)出“嘟嘟，請注意”的提醒語音，從而提高防范意識。倒車語音提醒電路如圖4所示。

3．3 震動傳感模塊設(shè)計

震動傳感器采用Z02B高靈敏度的震動傳感模塊，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，所以使用時通過與非門和單片機I／O口相連。該震動傳感器模塊測試時，模塊輸出能力可直接驅(qū)動一支LED發(fā)光管，通過發(fā)光管即可觀察到模塊輸出狀態(tài)，而不能用萬用表來測試是否有輸出。安裝時需將模塊銅面與物體緊貼，該傳感器的靈敏度極高，能檢測極其微弱的震動波；抗沖擊強度高，能承受同類傳感器不能承受的強烈振動工作條件；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信號采集，安裝在汽車門窗、后車箱蓋等一些震動敏感的地方。震動傳感電路如圖5所示。

3．4 防盜報警模塊設(shè)計

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

防盜報警語音采用KD9561語音芯片，該芯片內(nèi)儲存了四種語音功能，對其功能引腳的不同接法，就會令其發(fā)出不同的語音。在本設(shè)計中，選用的是警車的語音報警。另外，采用的LM386芯片是為了對語音進(jìn)行放大，LM386做成的小功率集成功放電路，對信號輸出功率進(jìn)行放大來驅(qū)動揚聲器。防盜報警語音電路如圖8所示。

4 軟件程序的分析及設(shè)計

4．1 超聲波距離測量的算法設(shè)計

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

距離計算公式：s=d／2=（v×t）／2。s為被測物與測距器的距離，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間。

超聲波的頻率為40kHz，機械波，通過計算，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單片機中，當(dāng)選擇定時器T0，工作方式2定時，可自動重裝時間值，則定時的時間常數(shù)初值x=256-t（fosc／12），t為定時的時間，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，則實際頻率只有38．462 kHz）

4．2 電源鎖軟件加密設(shè)計

在PC機中，軟件的加密通常都是往數(shù)據(jù)里添加某種算法，這對于運算功能強大的PC 機來說綽綽有余的。但對于單片機而言，過于復(fù)雜的算法會大大降低單片機的速度和占用大量的存儲空間，因此，在本設(shè)計中，電源鎖加密采用一種數(shù)據(jù)比較的方法。采用C語言定義兩個全局變量的數(shù)組，相當(dāng)于在內(nèi)存中開辟兩個特定的數(shù)據(jù)空間，一個用來儲存密碼，一個用來儲存用戶輸入的密碼，然后通過數(shù)據(jù)的比較來驗證密碼，這樣可以大大提高運算速度和減少存儲空間的占用。密碼比較儲存與設(shè)置的原理圖如圖9所示。

4．3 按鍵提示音的設(shè)計

按鍵的提示音通過單片機輸出一定頻率的信號來驅(qū)動蜂鳴器，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

因為要使蜂鳴器發(fā)音，只需在半個周期內(nèi)改變其信號的狀態(tài)即可，所以實際給蜂鳴器送電的時間只有T‘=T／2=956 μs。

4．4 程序流程圖

采用AT89C52實現(xiàn)汽車倒車安全距離提醒、汽車無線遙控防盜報警、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、行車測距程序模塊和設(shè)置密碼程序模塊。用C語言進(jìn)行單片機程序設(shè)計，采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想：在總體設(shè)計中采用“自項而下”（TOP-DOWN）的方法，在程序設(shè)計中采用模塊化編程。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型改裝實驗車上得到以下實驗數(shù)據(jù)：

由以上實驗數(shù)據(jù)分析可得出以下結(jié)論：

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

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

（3）通過AT89C52單片機接口與存儲器擴展，系統(tǒng)有很好的可擴展性。

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