基于單片機(jī)控制的汽車(chē)多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

基于單片機(jī)控制的汽車(chē)多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)-1-基于單片機(jī)控制的汽車(chē)多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)摘要：介紹了一種基于單片機(jī)控制的汽車(chē)多功能報(bào)警器,它能對(duì)汽車(chē)的潤(rùn)滑系統(tǒng)油壓、制動(dòng)系統(tǒng)氣壓、冷卻系統(tǒng)溫度、輪胎欠壓及防盜進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，發(fā)出報(bào)警。闡述了該報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、硬件組成及軟件思路。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)傳感器數(shù)模轉(zhuǎn)換報(bào)警器Abstract：Haveintroducedakindofautomobilemuti_functionwarningapparatusbasedonsinglechipmicrocomputer.Itcanguardagainsttheoilpressureofthelubricatesystem、atmosphericpressureofthebrakingsystem、temperatureofthecoolsystem、tyreowingtopressandthethiefofautomobile,andtocarryoutautomaticdetection,andsendsoutthealarmsignalwhendiscoveringunusualconditions.Haveelaboratedthedesignideological、hardwarecompositionandsoftwaretrainofthoughtofthealarmsystem.Keywords:Singlechipmicrocomputer；Sensor；Digital-to-analoguechanges；Alarming.一、引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和高科技的飛速發(fā)展，人民的生活質(zhì)量和消費(fèi)水平得到了大力改善。汽車(chē)工業(yè)的不斷擴(kuò)大，交通事業(yè)的繁榮發(fā)展，汽車(chē)將成為人們理想的交通工具。但隨之而來(lái)的交通事故也逐漸增多，造成了人員傷亡及經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)的損失。本著服務(wù)于民，造福于民的思想，使汽車(chē)智能化、方便化、安全化，給擁有汽車(chē)的用戶(hù)提高舒適感和安全感，減少汽車(chē)事故的發(fā)生率。因此研制一種簡(jiǎn)單可靠、方便操作，能自動(dòng)檢測(cè)汽車(chē)各部分狀況，發(fā)現(xiàn)不正常情況給予駕駛員提醒和警報(bào)的安全系統(tǒng)具有實(shí)際意義。二、汽車(chē)多功能報(bào)警器結(jié)構(gòu)和原理2.1汽車(chē)多功能報(bào)警器組成和結(jié)構(gòu)汽車(chē)多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)系統(tǒng)由采樣數(shù)據(jù)傳感器、單片微型機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O擴(kuò)展口及指示燈驅(qū)動(dòng)電路、聲音報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路、無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射電路等組成。單片機(jī)控制報(bào)警系統(tǒng)電路方框圖如圖1所示：圖1基于單片機(jī)控制的汽車(chē)多功能報(bào)警電路方框圖2.2汽車(chē)多功能報(bào)警器原理汽車(chē)多功能報(bào)警原理是通過(guò)不同類(lèi)型的傳感器，把他們安置在汽車(chē)的適當(dāng)位置，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)D觸發(fā)器熱敏傳感器壓力傳感器超聲波傳感器傳感器傳感器無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射電路指示燈驅(qū)動(dòng)電路聲音報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路單片微機(jī)8051模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)I/O擴(kuò)展接口程序存儲(chǔ)器27128基于單片機(jī)控制的汽車(chē)多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)-2-信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換,把信號(hào)傳送給8051單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、運(yùn)算，然后驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警電路，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員注意，對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行處理。另外對(duì)于防盜報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常情況時(shí)，單片機(jī)能夠觸發(fā)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射電路給遠(yuǎn)方的駕駛員發(fā)射信號(hào)，警告汽車(chē)有特殊情況發(fā)生。它的報(bào)警原理電子線(xiàn)路原理圖如附錄2。此報(bào)警系統(tǒng)主要能實(shí)現(xiàn)以下檢測(cè)功能：檢測(cè)輪胎氣壓是否能使汽車(chē)正常行駛；檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度情況；汽車(chē)停放時(shí)，檢測(cè)汽車(chē)是否被盜；檢測(cè)潤(rùn)滑系統(tǒng)油壓；檢測(cè)制動(dòng)系統(tǒng)氣壓是否充足。因此，單片機(jī)控制系統(tǒng)能因汽車(chē)時(shí)空的變化，部件的動(dòng)態(tài)改變，進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算及時(shí)作出響應(yīng)的判斷。當(dāng)有不常規(guī)現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，能夠及時(shí)告知駕駛員注意，避免隱情發(fā)生。三、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制器MCS-8051的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)本設(shè)計(jì)采用MCS-8051單片機(jī)來(lái)控制系統(tǒng)報(bào)警。MCS-51系列單片機(jī)中的8051采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，圖2是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線(xiàn)兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線(xiàn)兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線(xiàn)與P3口線(xiàn)復(fù)用。現(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM抄寫(xiě)程序時(shí)，接+5V電源。Pin19:時(shí)鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。Pin18:時(shí)鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12MHz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將XTAL1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從XTAL2腳輸入。本設(shè)計(jì)采用外部時(shí)鐘電路，外接晶振和電容組成振蕩器。輸入輸出(I/O)引腳：Pin39-Pin32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，Pin1-Pin1為P1.0-P1.7輸入輸出腳，Pin21-Pin28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，Pin10-Pin17為P3.0-P3.7輸入輸出腳。在設(shè)計(jì)中，P0口作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口，且是擴(kuò)展并行輸入/輸出接口的接口，另外也作為模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸口，P2口為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展口的高八位地址總線(xiàn)口，P1口為輸入/輸出口。Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電圖28051引腳圖路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫(xiě)入07H，其它專(zhuān)用寄存器被清“0”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表1：特殊功能寄存器初始態(tài)特殊功能寄存器初始態(tài)ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000H基于單片機(jī)控制的汽車(chē)多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)-3-DPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0xxxxxxxB表1寄存器初始狀態(tài)表8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)圖3。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。此設(shè)計(jì)采用自動(dòng)復(fù)位電路。Pin30:ALE/當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序器時(shí)，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ALE端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ALE會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是EPROM，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。Pin29:當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，PC的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在P0和P2口上，外部圖3復(fù)位電路程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到P0口上，由CPU讀入并執(zhí)行。在編程時(shí)，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓?？偟膩?lái)說(shuō)，MCS-8051單片機(jī)的主要功能如下：8位CPU4kbytes程序存儲(chǔ)器(ROM)128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)32條I/O口線(xiàn)111條指令，大部分為單字節(jié)指令21個(gè)專(zhuān)用寄存器2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)一個(gè)全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB邏輯操作位尋址功能雙列直插40PinDIP封裝單一+5V電源供電3.2輪胎欠壓報(bào)警電路設(shè)計(jì)汽車(chē)在行駛中,若輪胎氣壓不足,則會(huì)導(dǎo)致輪胎磨損加劇、行駛阻力增加、油耗增加。且在緊急制動(dòng)時(shí),若某側(cè)輪胎壓力偏低,就會(huì)造成車(chē)身偏轉(zhuǎn),甚至釀成事故。如果輪胎氣壓在低于某一設(shè)定值時(shí),能發(fā)出報(bào)警信號(hào),告知駕駛員應(yīng)及時(shí)補(bǔ)氣,對(duì)提高行車(chē)安全性和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。本系統(tǒng)對(duì)輪胎欠壓報(bào)警的設(shè)計(jì)解決了二個(gè)難題:一是壓力傳感器的能源,通常壓力傳感器工作時(shí)將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)必須要有電源,電源如果取自汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)或蓄電池,則需安裝電刷和集電環(huán)基于單片機(jī)控制的汽車(chē)多功能報(bào)警器設(shè)計(jì)-4-組件,因?yàn)檐?chē)輪工作時(shí)是旋轉(zhuǎn)的,如果在車(chē)輪上加裝交流發(fā)電機(jī)或安置電池,則其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。二是信號(hào)的傳輸問(wèn)題,若信號(hào)采用接觸式傳輸,因汽車(chē)車(chē)輪工作環(huán)境惡劣,這樣勢(shì)必會(huì)降低信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?；如果采用電信?hào)發(fā)射和接收方式實(shí)現(xiàn)耦合,則電路復(fù)雜、維護(hù)困難。本設(shè)計(jì)的汽車(chē)輪胎欠壓報(bào)警器巧妙地利用輪胎內(nèi)氣壓變化作為動(dòng)力,通過(guò)彈簧與波紋管組件壓縮、拉伸,使磁鋼產(chǎn)生位移以改變磁感應(yīng)強(qiáng)度,再利用空間磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合,從而大大簡(jiǎn)化了汽車(chē)輪胎欠壓報(bào)警器的結(jié)構(gòu)。3.2.1汽車(chē)輪胎欠壓報(bào)警原理輪胎欠壓報(bào)警采用輪胎內(nèi)氣壓變化作為動(dòng)力，通過(guò)壓力傳感器中的彈簧與波紋管組件壓縮、拉伸，使磁鋼產(chǎn)生位移以改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，再利用空間磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合，此時(shí)磁鋼將推動(dòng)霍爾元件開(kāi)關(guān)，從而產(chǎn)生電壓輸出，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)報(bào)警。3.2.2壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。壓力傳感器固定安裝在汽車(chē)輪轂上,隨車(chē)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng),由接口通過(guò)銅管與氣門(mén)心連通。當(dāng)輪胎內(nèi)壓力充足時(shí),在氣體壓力作用下,波紋管和彈簧被壓縮,由導(dǎo)桿帶動(dòng)磁鋼右移；當(dāng)欠壓時(shí),氣體壓力減少,波紋管與彈簧伸長(zhǎng),通過(guò)導(dǎo)桿推動(dòng)磁鋼左移,因此由輪胎內(nèi)氣體的壓力變化可實(shí)現(xiàn)磁鋼的左右移動(dòng)。彈簧的初始?jí)毫梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘來(lái)調(diào)節(jié),整個(gè)工作過(guò)程中彈簧始終處于壓縮狀態(tài),波紋管在輪胎欠壓時(shí),因彈簧伸長(zhǎng)而處于拉伸狀態(tài)；在非欠壓狀態(tài)下,其處于壓縮狀態(tài)。波紋管和彈簧組件的鋼度為:圖4壓力傳感器結(jié)構(gòu)圖=式中彈簧鋼度波紋管的鋼度,壓縮時(shí)0,拉伸時(shí)0在欠壓狀態(tài)下,=-,靈敏度=1/。設(shè)彈簧輸入功率譜密度為：()=,彈簧的阻尼系數(shù)為常數(shù),則系統(tǒng)的傳遞函數(shù):()=+若忽略磁鋼的質(zhì)量,則輸出功率譜密度:()()|()|2=()22+22=22+22故()是的實(shí)值、非負(fù)、偶函數(shù),所以系統(tǒng)工作過(guò)程是平穩(wěn)的。3.2.3霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)固定安裝在制動(dòng)底板上,霍爾元件與壓力傳感器中磁鋼的安裝距離為35?；魻栃?yīng)開(kāi)關(guān)工作原理圖如圖5所示。圖5中為霍爾元件,為運(yùn)算放大器,為觸發(fā)器,為溫度補(bǔ)償電阻。遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于霍爾元件輸入電阻,這樣溫度變化時(shí),霍爾元件控制電流幾乎不變