基于AT89C2051汽车防撞报警器的设计.doc
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1、目录1 引言:12 单片机的相关知识23 AT89C2051简介4AT89C516AT89C205164设计分析75硬件系统设计86软件设计11结束语23参考文献241 引言:众所周知,自从加入WTO以来,中国发生了翻天覆地的变化,随着经济的发展,汽车在世界上也日益普及,汽车带来的方便性确实给我们节省了不少时间,汽车一度在中国大地上掀起了购买狂潮,但是随着汽车的日益增多,却给我们社会也带来了不少问题。近年来人们有目共睹交通事故发生的频繁率,使人们的生命及健康收到了严重的威胁,因此,研究汽车防撞方面的问题显得格外重要。如何确定在何种范围内不会碰撞,如何知道汽车以何种速度行驶才不会超速?如何知道汽
2、车以最佳的状态行驶?貌似简单的问题在具体实际过程中往往会忽略,人们在使用过程中也往往追求速度与舒服,此课题的学习会让我们了解汽车防撞的原理,从而更好的应用与实际生活当中。 本课题针对汽车运行的安全性,设计了由单片机作为中央控制单元的汽车报警系统,主要涉及GSM网络汽车防盗报警、汽车倒车防撞报警、酒后驾车报警和汽车超速报警等功能。该设计将单片机的实时控制及数据处理功能与传感器的A/D转换技术相结合,充分地利用了AT89C2051的内部资源,使报警系统工作于最佳状态,从而提高系统的综合反映灵敏度,使报警系统及时准确,实现汽车多种功能的报警控制,最大限度的保护消费者的利益。所设计的报警系统对出现的危
3、急情况,能及时进行声、光、网络报警及相应的显示,提醒车主或驾驶员尽快地采取相应的措施,有效的保护自身和他人的利益和安全,尽可能地降低事故发生率。 作为大学生,我们需要明确我们研究此课题的目的与意义。我们有责任也有义务为我们社会尽自己的绵薄之力,尽管此课题还是仅停留在实际理论上,但对于我们以后的应用却意义深远。我们必须以严谨的态度对待,务实求真!2 单片机的相关知识 2.1 单片机简介 单片机全称为单片机微型计算机(Single Chip Microsoftcomputer)。从应用领域来看,单片机主要用来控制,所以又称为微控制器(Microcontroller Unit)或嵌入式控制器。单片机
4、是将计算机的基本部件微型化并集成在一块芯片上的微型计算机。2.2 单片机的发展史1 . 4位单片机 : 1975年,美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000;此后,各个计算机公司竞相推出四位单片机。日本松下公司的MN1400系列,美国洛克威尔公司的PPS/1系列等。四位单片机的主要应用领域有:PC机的输入装置,电池充电器,运动器材,带液晶显示的音/视频产品控制器,一般家用电器的控制及遥控器,电子玩具,钟表,计算器,多功能电话等。 2 . 8位单片机: 1972年,美国Intel公司首先推出8位微处理器8008,并于1976年9月率先推出MCS-48系列单片机。在这以后,8位单片机
5、纷纷面市。例如,莫斯特克和仙童公司合作生产的3870系列,摩托罗拉公司生产的6801系列等。随着集成电路工艺水平的提高,一些高性能的8位单片机相继问世。例如,1978年摩托罗拉公司的MC6801系列及齐洛格公司的Z8系列,1979年NEC公司的UPD78XX系列。这类单片机的寻址能力达64KB,片内ROM容量达4-8KB,片内除带有并行IO口外,还有串行IO口,甚至还有AD转化器功能。8位单片机由于功能强,被广泛用于自动化装置、智能仪器仪表、智能接口、过程控制、通信、家用电器等各个领域。 3 . 16位单片机 :1983年以后,集成电路的集成度可达几十万只管/片,各系列16位单片机纷纷面市。这
6、一阶段的代表产品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列,1987年Intel推出了80C96,美国国家半导体公司推出的HPC16040,NEC公司推出的783XX系列等。16位单片机主要用于工业控制,智能仪器仪表,便携式设备等场合。4 . 32位单片机 :20世纪80年代末推出了32位单片机,如Motorlora公司的MC683XX系列,Intel的80960系列,以及近年来流行的ARM系列单片机。32位单片机是单片机的发展趋势,随着技术的发展及开发成本和产品价格的下降。5 . 64位单片机:近年来,64位单片机在引擎控制,智能机器人,磁盘控制,语音图像通信,算法密集的实时控制场合已
7、有应用,如英国Inmos公司的Transputer T800是高性能的64位单片机。2.3 单片机的特点 1 .单片机的存储器ROM和RAM时严格区分的。ROM称为程序存储器,只存放程序,固定常数,及数据表格。RAM则为数据存储器,用作工作区及存放用户数据。2 .采用面向控制的指令系统。为满足控制需要,单片机有更强的逻辑控制能力,特别是单片机具有很强的位处理能力。3.单片机的I/O口通常时多功能的。由于单片机芯片上引脚数目有限,为了解决实际引脚数和需要的信号线的矛盾,采用了引脚功能复用的方法,引脚处于何种功能,可由指令来设置或由机器状态来区分。 图(1)AT89C51引脚图3 AT89C205
8、1简介3.1 AT89C2051的引脚图及功能特性概述AT89C2051是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含2k bytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。 AT89C2051是一个功能强大的单片机,但它只有20个引脚,15个双向输入/输出(I/O)端口,其中P1是一个完整的8位双向I/O口,两个外中断口,两个16位可编程定时计数器
9、,两个全双向串行通信口,一个模拟比较放大器。图(2) AT8951引脚图主要功能特性: 兼容MCS51指令系统 2k可反复擦写(1000次)Flash ROM 15个双向I/O口 6个中断源 两个16位可编程定时/计数器 2.7-6.V的宽工作电压范围 时钟频率0-24MHz 128x8bit内部RAM 两个外部中断源 两个串行中断 可直接驱动LED 两级加密位 低功耗睡眠功能 内置一个模拟比较放大器 可编程UARL通道 软件设置睡眠和唤醒功能AT89C2051实物图如下:图(3) 89C51实物图3.2其和89C51单片机的比较如下:AT89C51AT89C20514KB可编程Flash存储
10、器(可擦写1000次) 2KB可编程Flash存储器(可擦写1000次) 三级程序存储器保密 两级程序存储器保密 静态工作频率:0Hz-24MHz 静态工作频率:0Hz-24MHz 128字节内部RAM 128字节内部RAM 2个16位定时/计数器 2个16位定时/计数器 一个串行通讯口 一个串行通讯口 6个中断源 6个中断源 32条I/O引线 15条I/O引线 片内时种振荡器 1个片内模拟比较器 表21AT89C51和AT89C2051主要性能表 3.3 如何使用和检测89C2051单片机:检测AT89C2051可用指针式万用表电阻检测管脚(10)(接红表笔)和其他各脚之间的电阻值。图(4)
11、89C51检测电路图下面给出的是用MF47万用表Rx1k档时测出的数据:红表笔接(10)脚,黑表笔接其余各脚的电阻值:(1)一30Ok、(2)一2Ok、(3)一2Ok、(5)一1OOk、(6)一30Ok、(7)一2Ok、(8)一2Ok、(9)一2Ok、(10)一2Ok、(11)一2Ok、(12)一40k、(13)一40k、(14)-2Ok、(15)一16Ok、(16)一16Ok、(17)一2Ok、(18)一2Ok、(19)一2Ok、(20)一4Ok。本次课题设计介绍了AT89C2051单片机的性能及特点,及以其为核心低成本、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
12、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。文章给出了报警器的硬件电路原理及软件设计。4设计分析4.1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SCT2,其中,C为超声波波速,常温下取为344ms。声速确定后,只要测得超声波往返的时间,即可求得距离。4.2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
13、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。AT89C2051中的两个16位定时计数器寄存器T0和T1,作定时器时,可计数机器周期,计数频率为振荡频率的112;作计数器时,可对外部输入引脚P34T0和P35T1上出现从1至0的变化时增1,计数频率为振荡频率的124。4.3 系统据此判本设计实现的技术指标 车用直流电源,DC12V 传感器输出的是0-5V的电压值且电压值稳定 超声波发射频率、接收频率: 49.2kHz(中心频率) 超声波收/发延时:2.38ms 单片机晶振频率:12MHZ 报警间歇时间:约2.8s 数据传送
14、方式:SMS短信、GPRS 工作温度:-20+75 相对湿度:93%(常温) 存贮温度:-40+855硬件系统设计5.1 电路图的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。 图(5) 系统原理图5.2 电路原理的分析超声波发射电路由CC7555时基电路和超声波发射探头组成。单片机AT89C2051的P17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
15、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AT89C2051的P32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AT89C2051的P35引脚,控制T1计数器计数,实现了在单位时间内的计数。报
16、警电路由CC7555电路和扬声器组成。AT89C2051的P16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,P14、P15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
17、位。控制器AT89C2051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P32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P35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30kms时,安全距离应大于等于1m;当车速小于等于80kms时,安全距离应大于等于2m;当车速大于80kms时,安全距离应大于等于5m。采用51系列单片机中的简易型产品
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