基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器設(shè)計

1、 基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器設(shè)計摘 要：本文介紹了一種基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器,它能對汽車的潤滑系統(tǒng)油壓、制動系統(tǒng)氣壓、冷卻系統(tǒng)溫度、輪胎欠壓及防盜進(jìn)行自動檢測，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時，發(fā)出聲光報警。闡述了該報警系統(tǒng)的設(shè)計思想、硬件組成及軟件思路。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 傳感器 數(shù)模轉(zhuǎn)換 報警器abstract：have introduced a kind of the automobile muti-function warning apparatus based on single chip microcomputer.it can guard against the oil press

2、ure of the lubricate system、atmospheric pressure of the braking system、temperature of the cool system、tyre owing to press and the thief of automobile to carry out the automatic detection , and sends out the sound ang light alarm signal when discovering the unusual conditions.have elaborated the desi

3、gn ideological、hardware composition and software train of thought of the alarm system.keywords: single chip microcomputer ; sensor; digital-to-analogue changes; alarming.1 引言隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和高科技的飛速發(fā)展，汽車工業(yè)的不斷擴(kuò)大，交通事業(yè)的繁榮發(fā)展，汽車將成為人們生活中理想的交通工具。但隨之而來的交通事故也逐漸增多，造成了人員傷亡及經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)的損失。為了減少汽車事故的發(fā)生率，給擁有汽車的用戶提高舒適感和安全感，使汽車更

4、加智能化、方便化、安全化。因此研制一種簡單可靠、操作方便，能自動檢測汽車各部分狀況，發(fā)現(xiàn)不正常情況給予駕駛員提醒和警報的安全系統(tǒng)具有實際意義。2 汽車多功能報警器結(jié)構(gòu)和原理2.1 汽車多功能報警器組成和結(jié)構(gòu)汽車多功能報警器設(shè)計系統(tǒng)由采樣傳感器、單片微型機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序存儲器、并行i/o擴(kuò)展口及指示燈驅(qū)動電路、聲光報警驅(qū)動電路、無線信號發(fā)射電路等組成。單片機(jī)控制報警系統(tǒng)電路方框圖如圖1所示：d觸發(fā)器熱敏傳感器壓力傳感器超聲波傳感器soi型傳感器擴(kuò)散硅傳感器無線信號發(fā)射電路指示燈驅(qū)動電路聲音報警驅(qū)動電路單片微機(jī)8051模數(shù)轉(zhuǎn)換adc0809霍爾效應(yīng)開關(guān)i/o擴(kuò)展接口程序存儲器27128圖1 基

5、于單片機(jī)控制的汽車多功能報警電路方框圖2.2 汽車多功能報警器原理汽車多功能報警原理：安置在汽車不同位置的防盜超聲波傳感器、冷卻熱敏電阻傳感器、輪胎欠壓壓力傳感器、制動soi型壓力傳感器、潤滑擴(kuò)散硅壓力傳感器，采集現(xiàn)場信號，經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換,把信號傳送給8051單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運算、比較，若發(fā)現(xiàn)異常情況，驅(qū)動聲光報警電路，發(fā)出報警信號，提醒駕駛員注意，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行處理。同時當(dāng)汽車報警系統(tǒng)處于設(shè)防狀態(tài)時，若有汽車被盜情況發(fā)生，單片機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)射無線信號給遠(yuǎn)方的駕駛員，駕駛員收到信號后及時采取措施，防止汽車被盜。此報警系統(tǒng)主要能實現(xiàn)以下檢測功能： 檢測輪胎氣壓是否符合正常

6、值； 檢測發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度高低； 汽車停放時，檢測汽車是否被盜； 檢測潤滑系統(tǒng)油壓高低； 檢測制動系統(tǒng)氣壓是否充足； 當(dāng)被盜情況發(fā)生時，能發(fā)射信號通知駕駛員。因此，單片機(jī)控制系統(tǒng)能隨汽車時空的變化，系統(tǒng)的動態(tài)改變，進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算及時作出相應(yīng)的判斷。當(dāng)有異?，F(xiàn)象出現(xiàn)時，能夠及時告知駕駛員注意，避免事故發(fā)生。3 硬件系統(tǒng)設(shè)計為完成上述的各項檢測及報警要求，本系統(tǒng)采用如圖1所示的硬件結(jié)構(gòu)。微型單片機(jī)采用mcs-8051單片機(jī)和相應(yīng)的外圍電路。由于8051的內(nèi)部程序存儲器容量較小，擴(kuò)展一片27128程序存儲器。3.1 汽車防盜報警設(shè)計設(shè)計中對汽車防盜的檢測采用超聲波傳感器，超聲波對外界光線和電磁場不

7、敏感，可以用于黑暗，有灰塵、煙霧、強電磁干擾、有毒等惡劣環(huán)境中。測量靈敏度高，穿透力強，測量速度快，測量角度大，可對較大范圍內(nèi)的物體進(jìn)行檢測。超聲波傳感器由超聲波發(fā)射電路和超聲波接收電路組成。在汽車駕駛室的適當(dāng)位置，裝設(shè)超聲波發(fā)射/接收器,在隱蔽位置設(shè)置密碼開關(guān)電路t1。在汽車停放時,系統(tǒng)利用超聲波檢測車周圍的障礙物，發(fā)射和接收電路如圖2和圖3所示，8051的p1口的p1.1，p1.2對 圖2 超聲波發(fā)射電路d觸發(fā)器與初始化，p1.0控制超聲波發(fā)射，當(dāng)該位為0時，光電耦合器輸出 tp1端為1允許超聲波發(fā)射出去，依次發(fā)射/接收超聲波,循環(huán)反復(fù)進(jìn)行。同時8051內(nèi)部的計數(shù)器開始計數(shù)。汽車距障礙物的

8、距離是通過聲納發(fā)出到反射回來這段行程所花費的時間來測定并進(jìn)行計算的,計算式如下: =1/2*ct=331+0.6式中-汽車距障礙物的 距離-超聲波在空氣中傳 播的速度-測定的時間-車外空氣溫度反射信號使d觸發(fā)器產(chǎn)生一個中斷 圖3 超聲波接收電路請求信號int1，同時停止計數(shù)，讀取計數(shù)值，經(jīng)公式計算出實際距離，然后與基準(zhǔn)距離進(jìn)行比較，如果實際距離大于參考值80cm時，不進(jìn)行聲光報警，如果實際距離小于或等于參考值80cm時，通過pa6和pa7驅(qū)動指示燈顯示電路和聲音報警電路kd-9563，發(fā)出三聲二閃光。并觸發(fā)一個高電平，驅(qū)動無線信號發(fā)射電路。3.2 汽車輪胎欠壓報警設(shè)計對輪胎欠壓的檢測采用壓力傳

9、感器和霍爾效應(yīng)開關(guān)組合實現(xiàn)檢測。它們的原理圖如圖4和圖5所示，讓輪胎內(nèi)氣壓變化作為動力，通過壓力傳感器中的彈簧與波紋管組件壓縮、拉伸，使磁鋼產(chǎn) 圖5 霍爾效應(yīng)開關(guān) 圖4 壓力傳感器生位移以改變磁感應(yīng)強度，再利用空間磁場實現(xiàn)信號耦合，此時磁鋼移向霍爾元件，從而產(chǎn)生高電平電壓輸出。壓力傳感器固定安裝在汽車輪轂上,隨車輪一起轉(zhuǎn)動,由接口通過銅管與氣門心連通。而霍爾效應(yīng)開關(guān)固定安裝在制動底板上,霍爾元件與壓力傳感器中磁鋼的安裝距離為35。3.3 冷卻系統(tǒng)溫度控制報警設(shè)計對冷卻系統(tǒng)溫度控制的檢測采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻ntc，其溫度值與模擬電壓信號成反比。溫度采樣電路如圖6所示，模擬電壓信號經(jīng)電容器濾波、

10、放大后送入adc0809的ino模擬信號通道。再由a/d轉(zhuǎn)換器輸入單片機(jī)8051的p0口。當(dāng)發(fā)動機(jī)預(yù)熱時，發(fā)動機(jī)水溫為70攝示度，與單片機(jī)中數(shù)據(jù)存儲器中存放的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，經(jīng)對比后報警電路無聲光報警。隨著發(fā)動機(jī)不斷的工作，發(fā)動機(jī)的水溫開始逐漸升高，當(dāng)水溫超過110攝示度時，單片機(jī)驅(qū)動報警電路進(jìn)行報警。3.4 潤滑系統(tǒng)油壓控制報警設(shè)計為了檢測潤滑系統(tǒng)低油壓，選用了適用于高溫檢測的擴(kuò)散硅壓力傳感器，它的工作原理是根據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)為理論根據(jù)的。當(dāng)膜片上、下兩面所受不等壓力時，在恒定電流激勵下，橋路輸出與壓力大小成 比的電壓信號，經(jīng)adc0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器in2， 圖6 溫度采樣電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號

11、后傳送到單片機(jī)，與參考值進(jìn)行比較，若小于參考值，發(fā)出聲光報警。3.5 制動系統(tǒng)氣壓控制報警設(shè)計 對制動系統(tǒng)低氣壓報警電路設(shè)計采用soi型壓力傳感器。如果傳感器芯片的薄壁部分（薄膜）受到外加壓力，則傳感器的壓敏電阻元上就產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力，使元件的阻值改變，此阻值轉(zhuǎn)化為電信號而輸出。放大后經(jīng)adc0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器in3口傳送到單片機(jī)，進(jìn)行比較后若小于參考值，則驅(qū)動聲光報警電路。另外，此傳感器的soi絕緣體上外延硅能夠穩(wěn)定地在120攝示度以上進(jìn)行壓力檢測。在長達(dá)1000小時的通電情況下偏壓的變化很小。且靈敏度高、精度高。3.6 聲光報警、無線信號發(fā)射和接收電路設(shè)計聲光報警系統(tǒng)的設(shè)計采用74ls05、

12、發(fā)光二極管和揚聲器組成。同時，防盜報警裝置采用的是集成的報警電路kd9563，它能發(fā)出三聲二 圖7 無線信號發(fā)射電路閃光報警。無線信號發(fā)射電路的設(shè)計以micrf102為核心，無線信號發(fā)射電路如圖7所示。micrf102是microl公司推出的一個單片uhfask發(fā)射器、采用sop（m）-8封腳，芯片內(nèi)包含有：由基準(zhǔn)振蕩器、相位檢波器、分頻器、帶通濾波器、壓控振蕩器構(gòu)成的合成器，發(fā)射偏置控制，rf功率放大器，無線調(diào)諧控制和變?nèi)荻O管等電路，是一個真正的 圖8 無線信號接收電路“數(shù)據(jù)輸入-無線輸出”的單片無線發(fā)射器件。由它發(fā)送給駕駛員無線信號。 無線接收電路以micrf007為核心，無線信號接收電

13、路如圖8所示。micrf007采用sop9（m）-8封裝，芯片內(nèi)電路可分為uhf下變換器、ook解調(diào)器和基準(zhǔn)控制三部分。uhf下變換器包含rf放大器、混頻器、中頻放大器、帶通濾波器、峰值檢波器、合成器、agc控制電路；ook解調(diào)器包含低通濾波器、比較器；基準(zhǔn)控制電路包含基準(zhǔn)振蕩器和邏輯控制電路。通過它駕駛員可以接收到遠(yuǎn)方的報警信號。 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計主程序的框圖如圖9所示。系統(tǒng)通電后，主程序先完成初始化工作，包括堆棧指針，設(shè)定定時器/計數(shù)器的工作方式及初值，將有關(guān)存儲單元置初值，啟動定時器/計數(shù)器，開中斷等等。然后輪詢各狀態(tài)輸入口線，查看是否需要報警。當(dāng)汽車處于工作狀態(tài)時，多功能報警器只對汽車

14、的輪胎欠壓、潤滑系統(tǒng)油壓、制動系統(tǒng)氣壓、發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度進(jìn)行檢測，一切都正常時，報警器不報警。進(jìn)行循環(huán)查詢，當(dāng)油壓、氣壓、溫度檢測到的數(shù)據(jù)與單片機(jī)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后，如果與上限或下限產(chǎn)生了越權(quán)，產(chǎn)生中斷則將驅(qū)動聲、光報警電路，發(fā)出對應(yīng)的相關(guān)顏色光。而輪胎欠壓檢測到的壓力在現(xiàn)場進(jìn)行處理，當(dāng)?shù)陀谳喬サ淖钚≈瘟r，將壓力傳感器的磁鋼移向霍爾元件開關(guān)，產(chǎn)生一個電壓信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個高電平，觸發(fā)單片機(jī)執(zhí)行下一步命令。y開始初始化判斷是否需對溫度、油壓、氣壓、輪胎欠壓報警是否需防盜？啟動超聲波發(fā)射系統(tǒng)設(shè)定計數(shù)器初值有異常情況？s80cm傳送無線信號報警檢測狀況好？報警nnyny圖9 報警器軟件

15、設(shè)計流程圖當(dāng)汽車停放時，啟動定時器和計數(shù)器，同時經(jīng)過p1.0口觸發(fā)d觸發(fā)器發(fā)出超聲波，當(dāng)檢測到障礙物后給單片機(jī)一個電平信號，通過計算、比較后，發(fā)出報警。同時給無線發(fā)射電路一個數(shù)據(jù)，讓它發(fā)射一個信號，通知駕駛員。另外，一般報警程序中所需的時間參數(shù)都是由定時器通過硬件計數(shù)進(jìn)行中斷控制，但是超聲波檢測中，在發(fā)射信號期間不允許中斷，否則導(dǎo)致發(fā)射信號頻率不精確；同時在檢測過程中如果產(chǎn)生定時器中斷，也會給計數(shù)帶來誤差。因此，報警程序不采用中斷方式，而是將檢測報警所需的時間參數(shù)與單次檢測時間結(jié)合起來，將蜂鳴器的鳴響頻率和led的閃動頻率規(guī)定為500ms，即檢測10次的時間。5 結(jié)束語本文設(shè)計的基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器，利用單片機(jī)mcs-51作為報警裝置的控制器，能充分利用8051的內(nèi)部資源，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的綜合反映敏感度，報警及時，完善地實現(xiàn)汽車多方面的控制。實踐證明該系統(tǒng)能充分利用各種傳感器，檢測汽車的多個關(guān)鍵部位，防患于未然，其效果優(yōu)于其他報警器。具有體積小、操作簡單、使用方便、多功能報警的特點。 參考文獻(xiàn):1 王福瑞.單片微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998.4.2 張友德,趙志英等.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實驗.上海：復(fù)旦大