汽車(chē)防碰撞報(bào)警系統(tǒng)研究

摘要隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷進(jìn)步,行駛在道路的車(chē)輛越來(lái)越多,而現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，交通事故發(fā)生的頻率也不斷增加。為提高汽車(chē)運(yùn)行的平安性和降低碰撞發(fā)生的可能,本文講述一種主動(dòng)型汽車(chē)防碰撞報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)裝置將單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能，與毫米波雷達(dá)的測(cè)距技術(shù)、傳感器技術(shù)相結(jié)合，可檢測(cè)汽車(chē)運(yùn)行中前方、前方障礙物與汽車(chē)的距離及汽車(chē)車(chē)速，通過(guò)數(shù)顯裝置顯示距離，并由發(fā)聲電路根據(jù)距離遠(yuǎn)近情況發(fā)出警告聲。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，毫米波，防撞雷達(dá)，霍爾集成傳感器，報(bào)警器AbstractWiththecontinuousprogressoftheautomotiveindustry,vehiclestravelingontheroadmoreandmore,andthemodernpaceoflifespeedsup,thefrequencyoftrafficaccidentsalsocontinuetoincrease.Inordertoenhancethesafetyofcarsandreducethepossibilityofacollision,thepaperaboutapro-activeanti-vehiclecollisionwarningsystem.Thesystemwillbeinstalledreal-timecontrolofthemicrocontrolleranddataprocessingfunctions,andmillimeter-waveradarrangingtechnology,sensortechnology,couldbedetectedinthevehiclerunninginfront,therearvehiclebarriersandthedistanceandvehiclespeed,throughthesignificantnumberofDeviceshowsthatdistancebydistancevoicecircuitsbasedonthesituationissuedawarningsound.Keywords:microcontroller;Millimeterwave;Anti-collisionradar;integratedHallunit;alarm目錄前言11汽車(chē)平安系統(tǒng)31.1汽車(chē)平安系統(tǒng)簡(jiǎn)介31.1.1被動(dòng)平安31.1.2主動(dòng)平安31.2汽車(chē)平安系統(tǒng)的開(kāi)展52汽車(chē)防碰撞報(bào)警系統(tǒng)82.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及簡(jiǎn)介82.1.1系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：測(cè)距82.2系統(tǒng)原理及硬件組成122.2.2AT89C2051單片機(jī)的性能及特點(diǎn)172.2.3霍爾集成器件測(cè)速原理232.2.4報(bào)警發(fā)聲電路362.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)37結(jié)束語(yǔ)38致謝39參考文獻(xiàn)41前言現(xiàn)代社會(huì)高速公路的迅猛開(kāi)展和汽車(chē)制造水平的快速提高，導(dǎo)致了汽車(chē)的行駛速度不斷上升。現(xiàn)在，各種汽車(chē)在高速公路上每小時(shí)跑上100-120公里，己經(jīng)是很平常的事了。但是自然界中的惡劣氣候及駕駛員的疲勞不適等諸多因素，隨時(shí)都有可能引發(fā)各種意外交通事故。而高速公路上一旦發(fā)生意外交通事故，恐怕就會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似于“多米諾骨牌”的效應(yīng),數(shù)輛甚至是數(shù)十輛汽車(chē)高速的碰撞在一起，彼此碰的殘頭破面、支離破碎。而這時(shí)最為可怕的卻還是車(chē)內(nèi)的乘員，因?yàn)樗麄円宰约旱难庵?qū)去和如此巨大的鋼鐵撞擊相抗?fàn)帯６軌蛏€的希望往往卻是非常的渺茫！據(jù)來(lái)自公安部門(mén)的數(shù)據(jù)說(shuō)明：2005年內(nèi)，全國(guó)發(fā)生交通事故450254起,因車(chē)禍造成98738人死亡，傷殘人469911數(shù)人，直接財(cái)產(chǎn)損失18.8億元。其中下午至晚間時(shí)段交通死亡事故多發(fā)；下午至晚間時(shí)段〔14:00～22:00〕發(fā)生交通死亡事故比例較高，共死亡44835人，占總數(shù)的45.4%。主要原因是機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛超速行駛、疲勞駕駛等。對(duì)公路交通事故的分析說(shuō)明：80%以上的車(chē)禍?zhǔn)怯捎隈{駛員反響不及所引起的追尾相撞、側(cè)面相撞。對(duì)各類(lèi)交通事故的研究說(shuō)明:假設(shè)駕駛員能夠提早1s意識(shí)到有事故危險(xiǎn)并采取相應(yīng)的正確措施,那么絕大多數(shù)的交通事故都可以防止。此外，還有相當(dāng)一局部駕駛員在倒車(chē)時(shí)，由于視線不良，很容易發(fā)生危險(xiǎn)。老駕駛員們可憑數(shù)年的經(jīng)驗(yàn)，憑感覺(jué)進(jìn)行倒車(chē)。但對(duì)新手，倒車(chē)就不是件容易的事了。倒車(chē)時(shí)不易抓住倒車(chē)距離，左右前方不易抓住倒車(chē)角度；行李箱太高，擋住倒車(chē)視線；夜間、下雨或有霧等天氣及狹窄空間停車(chē)，都會(huì)給倒車(chē)帶來(lái)煩惱。因此，本系統(tǒng)的根本之目的，就是要充分利用各種先進(jìn)的高新科學(xué)技術(shù)和手段，對(duì)運(yùn)行中各種型號(hào)的汽車(chē)實(shí)施主動(dòng)性的測(cè)速、測(cè)距分析和報(bào)警，要把各種汽車(chē)撞車(chē)事故和車(chē)禍盡可能的防患于未然，消除在無(wú)形之中。1汽車(chē)平安系統(tǒng)1.1汽車(chē)平安系統(tǒng)簡(jiǎn)介汽車(chē)的平安駕駛系統(tǒng)可分為主動(dòng)平安與被動(dòng)平安兩大方面。\o"返回頁(yè)首"被動(dòng)平安所謂被動(dòng)平安是指當(dāng)車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)對(duì)乘客及行人的保護(hù)能力，是通過(guò)設(shè)置平安帶、平安氣囊、保險(xiǎn)杠等,在事故發(fā)生時(shí)保障人員的平安。

如今這一保護(hù)的概念以及延伸到車(chē)內(nèi)外所有的人甚至物體，越來(lái)越強(qiáng)調(diào)平安設(shè)計(jì)的重要性的?！?〕被動(dòng)平安之“軟防護(hù)派”發(fā)生碰撞事故時(shí)車(chē)體通過(guò)預(yù)先設(shè)定的褶皺永久變形，能夠吸收外力沖擊的大局部，車(chē)內(nèi)乘員的保護(hù)主要通過(guò)車(chē)體結(jié)構(gòu)的潰縮實(shí)現(xiàn)，被稱(chēng)為的“軟防護(hù)派”?！?〕被動(dòng)平安之“硬防護(hù)派”認(rèn)為車(chē)身鋼板越厚越硬、車(chē)室結(jié)構(gòu)越鞏固，在發(fā)生事故時(shí)變形量也就會(huì)越小，平安性自然更高的成為“硬防護(hù)派”。〔3〕被動(dòng)平安之“設(shè)備派”通過(guò)采用智能平安氣囊、鋼化玻璃與夾層玻璃結(jié)合的平安玻璃、預(yù)緊式平安帶、乘員頭頸保護(hù)系統(tǒng)等來(lái)有效保護(hù)乘員的平安。主動(dòng)平安主動(dòng)平安那么是利用智能視野增強(qiáng)系統(tǒng)、全方位車(chē)輛防撞、避撞系統(tǒng)及智能路線控制系統(tǒng)等技術(shù),擴(kuò)展駕駛者感知環(huán)境和控制車(chē)輛的能力,將保護(hù)提前到事故發(fā)生之前,在保護(hù)的根底上更注重預(yù)防。這樣的汽車(chē)，有著比擬高的防止事故能力，尤其在突發(fā)情況的條件下保證汽車(chē)和車(chē)內(nèi)人員的平安?，F(xiàn)代科技的開(kāi)展，使得一些設(shè)備能夠幫助汽車(chē)日常的制動(dòng)或者驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，以提高車(chē)輛主動(dòng)平安性：防鎖死制動(dòng)系統(tǒng)〔ABS〕：ABS是Anti-lockBrakingSystem縮寫(xiě)。目前大多數(shù)轎車(chē)都裝有ABS。在遇到緊急剎車(chē)時(shí)，經(jīng)常需要汽車(chē)立刻停下來(lái)，但大力剎車(chē)容易發(fā)生車(chē)輪鎖死的狀況——如前輪鎖死引起汽車(chē)失去轉(zhuǎn)彎能力，后輪鎖死容易發(fā)生甩尾事故等等。安裝ABS就是為解決剎車(chē)時(shí)車(chē)輪鎖死的問(wèn)題，從而提高剎車(chē)時(shí)汽車(chē)的穩(wěn)定性及較差路面條件下的汽車(chē)制動(dòng)性能。電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)(EBD)：EBD能夠在汽車(chē)制動(dòng)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)前、后軸的制動(dòng)力分配比例，并配合ABS提高制動(dòng)穩(wěn)定性。汽車(chē)在制動(dòng)時(shí)，四只輪胎與地面的摩擦力不一樣，容易造成打滑、傾斜和車(chē)輛側(cè)翻事故。EBD用高速計(jì)算機(jī)分別對(duì)四只輪胎附著的不同地面進(jìn)行感應(yīng)與計(jì)算，根據(jù)不同的情況用不同的方式和力量制動(dòng)，并不斷調(diào)整，保證車(chē)輛的平穩(wěn)、平安。牽引力控制系統(tǒng)〔TCS〕：TCS又稱(chēng)循跡控制系統(tǒng)。汽車(chē)在光滑路面制動(dòng)時(shí)，車(chē)輪會(huì)打滑，甚至使方向失控。同樣，汽車(chē)在起步或急加速時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪也有可能打滑，在冰雪等光滑路面上還會(huì)使方向失控而出危險(xiǎn)。TCS依靠電子傳感器探測(cè)車(chē)輪驅(qū)動(dòng)情況，不斷調(diào)節(jié)動(dòng)力的輸出，從而使車(chē)輪不再打滑，提高加速性與爬坡能力。電子穩(wěn)定裝置〔ESP〕：電子穩(wěn)定裝置〔ElectronicStabilityProgram〕是一種牽引力控制系統(tǒng)，不但控制驅(qū)動(dòng)輪，而且可以控制從動(dòng)輪。如后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)常出現(xiàn)的轉(zhuǎn)向過(guò)度的情況，此時(shí)后輪會(huì)失控而甩尾，ESP便會(huì)通過(guò)對(duì)外側(cè)的前輪的適度制動(dòng)來(lái)穩(wěn)定車(chē)輛。轉(zhuǎn)向缺乏時(shí)，為了校正循跡方向，ESP那么會(huì)對(duì)內(nèi)后輪制動(dòng)，從而校正行駛方向。隨著近年電子科技的開(kāi)展，各種汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)也開(kāi)始開(kāi)展起來(lái)，主要是通過(guò)由傳感器和單片機(jī)組成的“車(chē)輛防碰撞報(bào)警系統(tǒng)”，對(duì)行車(chē)時(shí)的危險(xiǎn)進(jìn)行判斷并幫助駕車(chē)者進(jìn)行處理，這一系統(tǒng)能夠在汽車(chē)與其它物體發(fā)生撞前的瞬間，進(jìn)行提前預(yù)警以保證平安。1.2汽車(chē)平安系統(tǒng)的開(kāi)展隨著全球汽車(chē)保有量的不斷增加，汽車(chē)"公害"問(wèn)題也日益突出。降低汽車(chē)交通事故的發(fā)生率，尤其是減少車(chē)禍人員傷亡，成為世界汽車(chē)工業(yè)的重要課題。這要求汽車(chē)廠商和零部件供給商不斷的開(kāi)發(fā)出先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)造更平安的車(chē)輛。傳統(tǒng)上，車(chē)輛的平安系統(tǒng)分為主動(dòng)平安和被動(dòng)平安兩個(gè)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，主動(dòng)平安的職責(zé)是有效支持駕駛者在行駛中的操作，最大限度地防止事故發(fā)生。底盤(pán)、轉(zhuǎn)向、防抱死裝置(ABS)、車(chē)輛穩(wěn)定性控制(Vehicle

Stability

Control)都屬于主動(dòng)平安系統(tǒng)。而被動(dòng)平安系統(tǒng)〔也稱(chēng)乘員平安系統(tǒng)〕在事故發(fā)生時(shí)最大限度降低對(duì)人員的傷害。平安帶、平安氣囊、各種平安電子裝置即具有這樣的防護(hù)作用。目前，主動(dòng)與被動(dòng)平安系統(tǒng)的集成是一股勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。復(fù)雜的整合技術(shù)將近距離雷達(dá)、遠(yuǎn)程雷達(dá)、影像傳感、轉(zhuǎn)向及翻滾角度傳感、穩(wěn)定控制電子傳感等諸多技術(shù)結(jié)合在一起，對(duì)駕駛環(huán)境實(shí)施全面監(jiān)控，集中比擬、分析多方面的數(shù)據(jù)，在必要時(shí)啟動(dòng)最適當(dāng)?shù)南乱患?jí)系統(tǒng)，自動(dòng)地或輔助駕駛者采取正確的防護(hù)措施。集成的主、被動(dòng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的平安性能，最大程度地保護(hù)車(chē)輛、乘員乃至行人的平安，其價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了各自獨(dú)立、互不相干的防護(hù)系統(tǒng)。

事實(shí)上，主、被動(dòng)平安系統(tǒng)的技術(shù)整合和運(yùn)用早已開(kāi)始。以預(yù)警平安系統(tǒng)為例，在發(fā)生意外時(shí)，在剎車(chē)片上施加足夠的壓力能啟動(dòng)制動(dòng)輔助〔Brake

Assist〕系統(tǒng)或車(chē)身穩(wěn)定控制〔VSC〕系統(tǒng)。感知汽車(chē)嚴(yán)重打滑，預(yù)警平安系統(tǒng)那么會(huì)自動(dòng)激活電控的座椅平安帶預(yù)張緊器〔即TRW主動(dòng)控制牽引器，ACR〕，隨之把前座椅移至最正確的平安位置。

在前座椅置于平安氣囊保護(hù)的最正確距離的同時(shí)，ACR自動(dòng)收緊座椅平安帶以加強(qiáng)乘員保護(hù)。

該階段的技術(shù)整合所采用的制動(dòng)輔助系統(tǒng)，在潛在碰撞發(fā)生前啟動(dòng)平安防護(hù)措施。TRW的

ACR技術(shù)也具可逆轉(zhuǎn)性，如果實(shí)際碰撞并未發(fā)生，ACR在幾秒鐘內(nèi)會(huì)調(diào)整至初始狀態(tài)。相比之下，其它碰撞驅(qū)動(dòng)型座椅平安帶預(yù)張緊器裝置在啟動(dòng)后無(wú)法自動(dòng)回復(fù)初始狀態(tài)，必須重新裝置。

預(yù)警駕駛輔助在集成化的第二階段，平安技術(shù)開(kāi)展到具有一定的先知先覺(jué)能力。這樣的系統(tǒng)能無(wú)須駕駛員的操作自動(dòng)運(yùn)行，監(jiān)控駕駛環(huán)境。

預(yù)警技術(shù)一般建立在傳感技術(shù)〔如雷達(dá)、實(shí)時(shí)攝像〕根底之上，傳感裝置隨時(shí)監(jiān)控相關(guān)駕駛環(huán)境。TRW一直努力研發(fā)一系列基于雷達(dá)技術(shù)的傳感系統(tǒng)，如自適性巡航控制

(Adaptive

Cruise

Control)

－

該系統(tǒng)已被應(yīng)用于德國(guó)群眾的一局部歐洲和北美的車(chē)型上。

這些通常也被稱(chēng)為駕駛輔助系統(tǒng)。早期，駕駛輔助主要提供駕駛便利，而在今后將逐步開(kāi)展成為主動(dòng)平安技術(shù)中不可或缺的局部。

以車(chē)道引導(dǎo)(Lane

Guide

)系統(tǒng)為例，當(dāng)系統(tǒng)感知車(chē)輛在車(chē)道上蜿蜒蛇行或偏離道路時(shí)，會(huì)為駕駛者提供相應(yīng)的矯正輔助。包括ACR在內(nèi)的各種保護(hù)裝置相應(yīng)啟動(dòng)，一是警示駕駛者；二是確保駕駛者處于平安氣囊保護(hù)的最理想位置；同時(shí)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供觸覺(jué)傳感反響，引導(dǎo)駕駛者回到正確的車(chē)道上。

智能化反響好的預(yù)警系統(tǒng)是"善解人意"的。它能為駕駛者提供適當(dāng)類(lèi)型及程度的反響，既提高平安性又不分散注意力、阻礙駕駛。TRW設(shè)計(jì)的平安裝置一般情況下是在不知不覺(jué)中為駕駛者提供保護(hù)的；而只有比擬嚴(yán)重的情況發(fā)生時(shí)，如車(chē)輛偏離車(chē)道或駛離道路時(shí)，音頻、視頻等明顯的反響裝置才會(huì)發(fā)揮作用。

將來(lái)，結(jié)合智能化傳輸系統(tǒng)，主動(dòng)和被動(dòng)平安系統(tǒng)都將與車(chē)輛外部環(huán)境保持更緊密的聯(lián)系。全球定位系統(tǒng)〔Global

Positioning

System〕和智能化道路都屬于智能化傳輸系統(tǒng)。

以智能化道路為例，這種系統(tǒng)利用傳感器和衛(wèi)星數(shù)據(jù)追蹤汽車(chē)位置，并在潛在意外發(fā)生前－如臨近交叉路口時(shí)及時(shí)提醒駕駛者注意路況。

全方位保護(hù)

高度集成的平安系統(tǒng)除了有效控制車(chē)輛、保護(hù)乘員，還兼顧車(chē)輛外部人員。在歐洲和日本，政府非常重視保護(hù)行人免受?chē)?yán)重或致命傷害的立法。TRW行人保護(hù)系統(tǒng)能有效降低人車(chē)相撞的機(jī)率，或在碰撞在所難免時(shí)保護(hù)駕駛者和行人的平安。首先，基于雷達(dá)或攝像的感知系統(tǒng)能發(fā)覺(jué)道路上肉眼不易發(fā)覺(jué)的物體，比方突然出現(xiàn)的行人。在感知系統(tǒng)及時(shí)提醒駕駛者的同時(shí)，制動(dòng)助力系統(tǒng)、電子液壓制動(dòng)等系統(tǒng)同時(shí)起動(dòng)，自動(dòng)降低車(chē)速，從而防止碰撞發(fā)生或降低碰撞嚴(yán)重性。

如果人車(chē)相撞不幸發(fā)生，TRW研發(fā)的行人平安氣囊會(huì)從發(fā)動(dòng)機(jī)罩下瞬間充氣展開(kāi)，減小車(chē)輛碰撞人體的力度。

兼?zhèn)湓趥鞲衅鳌Ⅰ{駛輔助、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、防滑、乘員平安等各領(lǐng)域的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)，才真正有條件整合主、被動(dòng)平安技術(shù)、全面提高未來(lái)汽車(chē)的舒適性和平安性。作為汽車(chē)行業(yè)內(nèi)眾多的平安產(chǎn)品研發(fā)者和供給商，多個(gè)大型汽車(chē)集團(tuán)正在以開(kāi)發(fā)先進(jìn)傳感技術(shù)為根底，走向驅(qū)動(dòng)汽車(chē)平安集成化的進(jìn)程。2汽車(chē)防碰撞報(bào)警系統(tǒng)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想及簡(jiǎn)介在高速公路上行駛的車(chē)輛速度快，在能見(jiàn)度很低的天氣或駕駛疲勞的情況下，將影響駕駛員對(duì)目標(biāo)的識(shí)別。采用汽車(chē)?yán)走_(dá)檢測(cè)前方障礙物的相對(duì)距離和速度，提前預(yù)警，可有效降低交通事故的發(fā)生。因此，一種響應(yīng)快、可靠性高且較為經(jīng)濟(jì)的汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)十分必要，而該系統(tǒng)的核心在于快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出汽車(chē)與障礙物間的距離，為駕駛?cè)藛T提供準(zhǔn)確的判斷信息，防止汽車(chē)追尾碰撞。本文介紹的汽車(chē)防碰撞報(bào)警系統(tǒng)是關(guān)于汽車(chē)平安系統(tǒng)的主動(dòng)平安方面，利用安裝在汽車(chē)前保險(xiǎn)杠上的雷達(dá)傳感器測(cè)量自車(chē)與前方目標(biāo)物間的距離和相對(duì)速度,通過(guò)霍爾集成傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)自車(chē)車(chē)速的測(cè)量，再由主控單元對(duì)采集的車(chē)輛實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分析并判斷當(dāng)前的行車(chē)平安狀態(tài),采取相應(yīng)的報(bào)警方式，警示當(dāng)前的行車(chē)狀況，使駕駛員提前采取相應(yīng)的措施，提高駕駛平安性。系統(tǒng)采用兩次報(bào)警的方式，當(dāng)實(shí)際測(cè)量距離大于提醒報(bào)警距離時(shí),系統(tǒng)綠燈亮、無(wú)報(bào)警音，即為平安行車(chē)狀況；當(dāng)實(shí)際測(cè)量距離小于提醒報(bào)警距離而大于危險(xiǎn)報(bào)警距離時(shí)，系統(tǒng)黃燈閃爍，產(chǎn)生間隔報(bào)警音，即為提醒報(bào)警狀態(tài)，提醒駕駛員需要松開(kāi)油門(mén)踏板；當(dāng)實(shí)際測(cè)量距離小于危險(xiǎn)報(bào)警距離時(shí)，系統(tǒng)紅燈閃爍，產(chǎn)生短間隔報(bào)警音，即為危險(xiǎn)報(bào)警狀態(tài)，要求駕駛員必須緊急制動(dòng)。系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：測(cè)距20世紀(jì)90年代以來(lái)，智能交通系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)得到了前所未有的開(kāi)展，其廣泛應(yīng)用也越來(lái)越受到各方面的關(guān)注。汽車(chē)智能防撞技術(shù)關(guān)鍵在于智能實(shí)時(shí)的測(cè)出汽車(chē)之間的距離。當(dāng)汽車(chē)之間的距離小于設(shè)定的平安距離時(shí)，防撞系統(tǒng)就應(yīng)該自動(dòng)報(bào)警并采取制動(dòng)措施。以高準(zhǔn)確度和最低的錯(cuò)誤報(bào)警概率監(jiān)視汽車(chē)前方的交通區(qū)域，因此相應(yīng)提出了很多方案，諸如超聲波、微波、激光、紅外、GPS、攝像系統(tǒng)測(cè)距等技術(shù)，這幾種測(cè)距方式各有其特點(diǎn)?！?〕超聲波測(cè)距超聲波是指諧振頻率在20KHZ以上的機(jī)械波。超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射超聲波信號(hào)，遇到障礙物(汽車(chē))后反射回來(lái)，超聲波接收器接收到信號(hào)，測(cè)出與發(fā)射信號(hào)的時(shí)間差，因?yàn)槌暡ǖ乃俣仁堑模跃嚯x就很容易求出。超聲波測(cè)距的方法很多,如相位檢測(cè)法,聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間檢測(cè)法等渡越時(shí)間檢測(cè)法,即測(cè)距時(shí)超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射超聲波,遇到障礙物(即被檢測(cè)對(duì)象)后反射回來(lái),通過(guò)超聲波接收器接收到反射波信號(hào),并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),測(cè)出從發(fā)射超聲波至接收到反射波的時(shí)間差(渡越時(shí)間,t)。t與超聲波傳播速度c相乘可求出被測(cè)距離s,即：s=ct/2超聲波特點(diǎn)是對(duì)雨、霧、雪的穿透能力強(qiáng)，傳輸過(guò)程能量衰減較小，反射能力較強(qiáng)。因此汽車(chē)聲納雷達(dá)能夠在雨、霧、雪等惡劣天氣條件下工作。超聲波測(cè)距原理簡(jiǎn)單，制作方便，本錢(qián)低。其缺點(diǎn)是:超聲波速度受外界風(fēng)速和溫度的影響較大；超聲波能量與距離的平方成正比衰減，距離越遠(yuǎn)，衰減越嚴(yán)重，反射回的聲波越少，靈敏度下降快，只適合于測(cè)低速較短的距離如果車(chē)速太快或者距離太遠(yuǎn)，測(cè)量誤差很大。因此，作為高速行駛車(chē)輛上的測(cè)距傳感儀器不可取，日本研制成功了樣機(jī)，但沒(méi)有投入使用。〔2〕激光測(cè)距目前在汽車(chē)上應(yīng)用較廣的激光測(cè)距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達(dá)和成像式激光雷達(dá)。非成像式激光雷達(dá)根據(jù)激光束傳播時(shí)間確定距離。它的工作原理是:從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后,用掃描鏡左右掃描,向空間發(fā)射,照射在前方車(chē)輛或其他目標(biāo)上,其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖,被導(dǎo)入到信號(hào)處理裝置內(nèi)光電二極管,利用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)激光二極管啟動(dòng)脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時(shí)間差,即可求得目標(biāo)距離。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測(cè)器測(cè)定反射鏡的角度即可測(cè)出目標(biāo)的方位。成像式激光雷達(dá)又可分為掃描成像激光雷達(dá)和非掃描成像激光雷達(dá)。掃描成像激光雷達(dá)把激光雷達(dá)同二維光學(xué)掃描鏡結(jié)合起來(lái),利用掃描器控制激光的射出方向,通過(guò)對(duì)整個(gè)視場(chǎng)進(jìn)行逐點(diǎn)掃描測(cè)量,即可獲得視場(chǎng)內(nèi)目標(biāo)的三維信息。非掃描成像式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過(guò)強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出,照射待測(cè)區(qū)域。由于非掃描成像激光雷達(dá)測(cè)點(diǎn)數(shù)目大大減少,從而提高了系統(tǒng)三維成像速度。激光測(cè)距是一種光學(xué)雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測(cè)量時(shí)間短，量程大，測(cè)距精度很高，車(chē)道分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。利用激光雷達(dá)測(cè)距技術(shù)，可以制成防止追尾撞車(chē)的裝置。缺點(diǎn)是：由于光波束很窄；掃描速度比擬慢，必須采取特殊的技術(shù)措施，才能覆蓋車(chē)道，另外受各種光源、天氣的影響比擬大?！?〕微波雷達(dá)測(cè)距雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波的反射來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的。工作頻率從3MHZ到3OGHZ的范圍內(nèi)。微波雷達(dá)是利用發(fā)射的電磁波信號(hào)，當(dāng)遇到前方障礙物(汽車(chē))后反射回來(lái)，接收裝置收到回波信號(hào)，測(cè)得發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)之間的時(shí)間差,微處理器可以計(jì)算出兩車(chē)之間距離。微波汽車(chē)防撞雷達(dá),各國(guó)已經(jīng)有成熟技術(shù)，如德國(guó)不倫瑞克工業(yè)大學(xué)研制了樣機(jī)已試驗(yàn)成功,但推廣起來(lái)存在一些問(wèn)題,如波束較寬,易受干擾、造價(jià)也偏高,如果目標(biāo)車(chē)的材料不是金屬、反射信號(hào)會(huì)很弱,給測(cè)距帶來(lái)困難。工作頻率在3OGHz以上的雷達(dá)稱(chēng)為毫米波雷達(dá)。作為車(chē)載雷達(dá)，一般選擇60GHz，120GHZ，180GHZ波段，其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為毫米級(jí)，故稱(chēng)為毫米波雷達(dá)。毫米波雷達(dá)分辨率高，穿透力強(qiáng)，受大氣絮流和能見(jiàn)度低的天氣影響較小，同時(shí)毫米波多譜勒頻移大，可測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)距離和速度，是有開(kāi)展?jié)摿Φ钠?chē)防撞雷達(dá)。用毫米波雷達(dá)測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)有:①檢測(cè)障礙物時(shí)對(duì)環(huán)境的變化有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，與光學(xué)式相比，它不易受對(duì)象外表形狀和顏色影響;②是環(huán)境適應(yīng)性能好，受雨、雪、霧、污穢、陽(yáng)光的干擾小，探測(cè)性能下降小。缺點(diǎn)是：存在電磁波干擾問(wèn)題，雷達(dá)彼此之間的電磁波或者其他通信電磁波都可能成為干擾因素?！?〕紅外測(cè)距紅外測(cè)距的工作原理也與上述測(cè)距方案相似：紅外線在它的傳播路徑上遇到物體就反射回來(lái),測(cè)量從發(fā)射時(shí)刻到反射光返回到發(fā)射點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間,便可計(jì)算出物體的距離。紅外線發(fā)射器不斷發(fā)射出紅外線，經(jīng)前方汽車(chē)反射，紅外線接收器接收到反射波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。測(cè)出發(fā)射波與接收到反射波的時(shí)間差T，即可求出距離：S=0.5cT式中，c為光速度，一般取3×10e8m/s。其根本原理是：紅外線發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線的狀態(tài)，當(dāng)紅外接收器第一次接收到前方汽車(chē)反射回的紅外線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)計(jì)數(shù)啟動(dòng)信號(hào)，計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)器開(kāi)始以一定頻率計(jì)數(shù)；當(dāng)紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)停止計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。通過(guò)編程，計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，用脈沖的周期t乘以脈沖數(shù)n就得到發(fā)射紅外線到接收紅外線的時(shí)間差T，即：T=nt將其代入上式就得測(cè)量距離S，同樣該方案也存在缺點(diǎn)，比方受溫度的影響比擬大,對(duì)霧的穿透性不強(qiáng)等。〔5〕攝像系統(tǒng)測(cè)距攝像系統(tǒng)指電荷藕合器件CCD常用攝像系統(tǒng)。CCD攝像機(jī)是一種用來(lái)模擬人眼的光電探測(cè)器，具有尺寸小，質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確等特點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是采用雙目攝像系統(tǒng)模擬人體視覺(jué)原理，測(cè)量精度高。缺點(diǎn)是需要高速的處理芯片,圖象處理算法復(fù)雜,成像速度慢，目前價(jià)格高，同時(shí)受到軟件和硬件的限制。且在環(huán)境比擬惡劣的條件下(如大霧、大雨等),視覺(jué)傳感器會(huì)失效。綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)，考慮性能價(jià)格比，本系統(tǒng)采用毫米波雷達(dá)測(cè)距技術(shù)作為關(guān)鍵技術(shù)。2.2系統(tǒng)原理及硬件組成汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)的原理:利用安裝在汽車(chē)前保險(xiǎn)杠上的毫米波雷達(dá)傳感器,實(shí)時(shí)測(cè)量自車(chē)與前方目標(biāo)物間的距離和相對(duì)速度等信息,再由主控單元判斷當(dāng)前的行車(chē)平安狀態(tài),采取相應(yīng)的報(bào)警方式。本系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C2051作為系統(tǒng)的控制器，利用其實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理功能,完成系統(tǒng)的控制；用毫米波雷達(dá)作為測(cè)距技術(shù)，用集成霍爾元件實(shí)現(xiàn)對(duì)本車(chē)的測(cè)速,用發(fā)聲器件構(gòu)成報(bào)警電路，系統(tǒng)的硬件原理框圖如2-1所示：發(fā)射發(fā)射接收發(fā)聲報(bào)警裝置單片機(jī)AT89C2051集成霍爾元件測(cè)速裝置毫米波雷達(dá)測(cè)距測(cè)速裝置圖2-1系統(tǒng)的硬件原理框圖能充分發(fā)揮AT89C2051的數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作于最正確狀態(tài)，提高系統(tǒng)的靈敏度。該報(bào)警器基于單片機(jī)設(shè)計(jì)，從而具有體積小、使用方便的特點(diǎn)。假設(shè)將平安距離設(shè)為0．5m，就可作為汽車(chē)倒車(chē)報(bào)警器，提高汽車(chē)倒車(chē)時(shí)的平安性。毫米波雷達(dá)原理〔1〕毫米波簡(jiǎn)介毫米波是介于微波與光波之間的電磁波,通常毫米波頻段是指30～300GHz,相應(yīng)波長(zhǎng)為1～10mm，毫米波波長(zhǎng)位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長(zhǎng)范圍，因而兼有兩種波譜的特點(diǎn)。各自的理論和技術(shù)分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的開(kāi)展。毫米波波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波雷達(dá)制導(dǎo)兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候(大雨天除外)全天時(shí)的特點(diǎn)。另外，毫米波導(dǎo)引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導(dǎo)引頭。與較低頻段的微波相比，優(yōu)點(diǎn)是：可利用的頻譜范圍寬，信息容量大。易實(shí)現(xiàn)窄波束和高增益的天線，因而分辨率高，抗干擾性好。穿透等離子體的能力強(qiáng)。多普勒頻移大，測(cè)速靈敏度高。缺點(diǎn)是：大氣中傳播衰減嚴(yán)重。器件加工精度要求高。與光波相比，它們利用大氣窗口〔毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時(shí)，由于氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率〕傳播時(shí)的衰減小，受自然光和熱輻射源影響小。為此，它們?cè)谕ㄐ?、雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感技術(shù)、射電天文學(xué)和波譜學(xué)方面都有重大的意義。目前絕大多數(shù)的應(yīng)用研究集中在幾個(gè)“窗口”頻率,包括35、45、94、140、220GHz和三個(gè)吸收峰(60、120、200GHz頻率上)。毫米波電子系統(tǒng)具有如下特性:小天線孔徑具有較高的天線增益;高跟蹤精度和制導(dǎo)精度;不易受電子干擾;低角跟蹤時(shí)多徑效應(yīng)和地雜波干擾小;多目標(biāo)鑒別性能好;雷達(dá)分辨率高;大氣衰減“諧振點(diǎn)”可作保密傳輸。利用大氣窗口的毫米波頻率可實(shí)現(xiàn)大容量的衛(wèi)星-地面通信或地面中繼通信。利用毫米波天線的窄波束和低旁瓣性能可實(shí)現(xiàn)低仰角精密跟蹤雷達(dá)和成像雷達(dá)。在遠(yuǎn)程導(dǎo)彈或航天器重返大氣層時(shí)，需采用能順利穿透等離子體的毫米波實(shí)現(xiàn)通信和制導(dǎo)。高分辨率的毫米波輻射計(jì)適用于氣象參數(shù)的遙感。用毫米波和亞毫米波的射電天文望遠(yuǎn)鏡探測(cè)宇宙空間的輻射波譜可以推斷星際物質(zhì)的成分。用在軍事領(lǐng)域比擬多比方在雷達(dá)、制導(dǎo)、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略通信、電子對(duì)抗、遙感、輻射測(cè)量等?！?〕毫米波的接受與發(fā)射發(fā)射／接收技術(shù)是毫米波雷達(dá)的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。毫米波發(fā)射系統(tǒng)的射頻源大致可分為三類(lèi)：第一類(lèi)是電真空器件構(gòu)成的源：第二類(lèi)是固態(tài)器件構(gòu)成的源；第三類(lèi)是其他方式產(chǎn)生的源，例如光導(dǎo)毫米波源等。在電真空器件中，已得到成熟開(kāi)展的是盤(pán)旋管。目前盤(pán)旋管毫米波源的效率可達(dá)40％，60GHz頻率上源的連續(xù)功率達(dá)200kW。俄羅斯和美國(guó)已經(jīng)采用盤(pán)旋管器件裝備雷達(dá)和制導(dǎo)系統(tǒng)。在目前研制出來(lái)的各類(lèi)固態(tài)器件中。雪崩二極管(IMPATT)和耿氏二極管(Gunn)是最適合做毫米波射頻源的。準(zhǔn)光學(xué)功率合成是美國(guó)提出的一種具有很好的應(yīng)用前景的功率合成技術(shù)，利用它能制造出更為緊湊的毫米波導(dǎo)引頭。準(zhǔn)光學(xué)合成利用天線和透鏡在空間將微涉及毫米波固態(tài)器件的功率組合在一起來(lái)實(shí)現(xiàn)。將光學(xué)導(dǎo)電效應(yīng)用來(lái)控制毫米波固態(tài)器件時(shí)。其寬帶寬、損耗低、在控制和被控制元件之間幾乎完全隔離、抗電磁干擾性好、質(zhì)量小、緊湊、響應(yīng)迅速且可單片集成。近年來(lái)，毫米波接收機(jī)技術(shù)已取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，非冷卻式毫米波外差接收機(jī)的性能水平已到達(dá)可與微波頻段的水平相比擬的程度。實(shí)踐證明，在這些接收機(jī)中采用梁式引線的砷化鎵半導(dǎo)體器件，對(duì)于頻率在30～100GHz范圍內(nèi)的接收機(jī)設(shè)計(jì)也是很適宜的。隨著毫米波集成電路技術(shù)的開(kāi)展，通常把振蕩、放大、混頻和其他控制器件集成為一個(gè)子系統(tǒng)，這樣接收機(jī)／發(fā)射機(jī)集成在一起，能大幅度降低尺寸和質(zhì)量，同時(shí)也降低了本錢(qián)。目前，頻率高達(dá)94GHz的集成振蕩器、放大器、混頻器、衰減器和相移器已批量生產(chǎn)。特別是在利用光學(xué)外差作用產(chǎn)生精確的毫米波信號(hào)，準(zhǔn)光學(xué)極化處理、濾波、功率合成、收發(fā)雙工、控制放大器增益。毫米波檢波和下變頻，光電轉(zhuǎn)換等方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。可以大大提高毫米波導(dǎo)引頭的性能。

信號(hào)處理器是導(dǎo)引頭的核心部件。它要完成許多重要的工作，例如控制發(fā)射機(jī)的工作射頻和脈沖重復(fù)頻率，多普勒頻率跟蹤，目標(biāo)識(shí)別和抗干擾，末制導(dǎo)指令計(jì)算，導(dǎo)彈自檢和導(dǎo)引頭工作邏輯控制等。厘米波雷達(dá)中已廣泛采用的信號(hào)處理技術(shù)，諸如脈沖壓縮、視頻積累、極化分集、動(dòng)目標(biāo)顯示(MTI)、擴(kuò)頻、頻率捷變、極化捷變和合成孔徑以及線性預(yù)測(cè)法、Capon型法、信號(hào)子空間法、參量目標(biāo)模型濾波法等這些超分辨技術(shù)都已經(jīng)在毫米波雷達(dá)中得到應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)技術(shù)以及毫米波技術(shù)的不斷開(kāi)展，采用光學(xué)互連的極高速信號(hào)處理器正受到技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的重視。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究工程局于2002年啟動(dòng)了一項(xiàng)模擬光學(xué)信號(hào)處理技術(shù)研究方案，旨在研究工作頻段在20MHz～100GHz頻段范圍內(nèi)的光學(xué)信號(hào)處理技術(shù)〔3〕毫米波雷達(dá)測(cè)距原理毫米波雷達(dá)向外發(fā)射的頻率隨時(shí)間線性變化，假設(shè)有目標(biāo)時(shí)反射回波，將發(fā)射波和回波信號(hào)混頻，從混頻器輸出，再?gòu)念l譜信號(hào)中提取含目標(biāo)相對(duì)距離和速度信息。對(duì)FMCW〔調(diào)頻連續(xù)波〕汽車(chē)?yán)走_(dá)，發(fā)射波頻率按周期性三角波變化，設(shè)發(fā)射波和回波時(shí)間差td，那么：2R＝C×td(1)式中：R為目標(biāo)距離；C為光速。根據(jù)多譜勒效應(yīng)原理，當(dāng)發(fā)射物體和反射物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生頻移fd，并且以下公式成立：V＝[(C*fd)/2f0](2)圖2-2發(fā)射波與回波波形如圖2-2，設(shè)發(fā)射信號(hào)上升和下降階段分別為f(t+)、f(t-)，K為斜率，那么：f(t+)＝fmin+k·t(3)f(t-)＝fmax-k·t(4)對(duì)應(yīng)回波信號(hào)為fb(t+)、fb(t-)：fb(t+)＝fmin+k(t-τ)+fd(5)fb(t-)＝fmin-k(t-τ)+fd(6)混頻后輸出的差拍信號(hào)為：fe(t+)=︱f(t+)?fb(t+)︱=k*t-fd(7)fe(t-)=︱f(t-)?fb(t-)｜=k*t+fd(8)計(jì)算出目標(biāo)的相對(duì)距離R和相對(duì)速度V為：R=C*T[fe(t-)+fe(t+)]/〔4ΔF〕V=C*[fe(t-)-fe(t+)]/〔4f0〕ΔF為發(fā)射波帶寬，f0為發(fā)射波中心頻率。2.2.2AT89C2051單片機(jī)的性能及特點(diǎn)AT89C2051是由ATMEL公司推出的一種小型單片機(jī)。其主要特點(diǎn)為采用Flash存貯器技術(shù)，降低了制造本錢(qián)，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容，可以很快被中國(guó)廣闊用戶(hù)接受，其程序的可擦寫(xiě)特性，使得開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)比擬容易。(1)引腳AT89C2051的共有20條引腳，引腳如圖2-3所示：圖2-3AT89C2051引腳圖引腳功能說(shuō)明：Vcc:電源端GND:接地端P1口:P1口共8腳，準(zhǔn)雙向端口。P1口是一8位雙向I/O口。引腳P1.2~P1.7提供內(nèi)部上拉電阻。P1.0和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比擬器的通向輸入〔AIN0〕和反相輸入〔AIN1〕P1口輸出緩沖器可吸收20mA的電流，并能直接驅(qū)動(dòng)LED顯示。當(dāng)P1口引腳寫(xiě)入“1”時(shí)，可用作輸入端。當(dāng)引腳P1.2~P1.7用作輸入端并被外部拉低時(shí)，將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流〔IIL〕。P1口還在FlashP3口：P3口的P3.0~P3.5,P3.7是帶有上拉電阻的7個(gè)雙向I/O引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比擬器的輸入信號(hào)，并且作為一通用I/O引腳而不訪問(wèn)。P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口引腳寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸出端時(shí)，被外部拉底的P3口引腳將用上拉電阻而輸出電流〔IILP3口還用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051的各種功能，如表1-1所示表1-1AT89C2051引腳P3的各種功能端口/引腳功能P3.0RXD(串行輸入端口)P3.1TXD(串行輸出端口)P3.2INT0(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4T0(定時(shí)器0外部輸入)P3.5T1(定時(shí)器1外部輸入)P3口還接收一些用于Flash存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)控制信號(hào)。P3.0～P3.6共7腳，準(zhǔn)雙向端口，并且保存了全部的P3的第二功能，如P3.0、P3..1的串行通訊功能，P3.2、P3..3的中斷輸入功能,P3.4、P3.5的定時(shí)器輸入功能。RST：復(fù)位輸入。RST一旦變成高電平所有的I/O引腳復(fù)位到“1”。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給RST引腳的兩個(gè)機(jī)器周期需要12XTAL1:作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。XTAL2:作為振蕩器反相放大輸出。在引腳的驅(qū)動(dòng)能力上面，AT89C2051具有很強(qiáng)的下拉能力，P1,P3口的下拉能力均可到達(dá)20mA。相比之下，AT89C51/AT87C51的端口下拉能力每腳最大為15mA。但是限定9腳電流之和小于71mA。這樣，引腳的平均電流只9mA。AT89C2051驅(qū)動(dòng)能力的增強(qiáng)，使得它可以直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。為了增加對(duì)模擬量的輸入功能，2051在內(nèi)部構(gòu)造了一個(gè)模擬信號(hào)比擬器，其輸入端連到P1.0和P1.1口，比擬結(jié)果存入P3.6對(duì)應(yīng)存放器，〔P3.6在2051外部無(wú)引腳〕，原理見(jiàn)圖2-4。內(nèi)部存放器內(nèi)部存放器P1.0P1.1圖2-4比擬器圖圖2-5為測(cè)量示意圖。其中，R用于測(cè)量門(mén)限的調(diào)節(jié)，IN端接輸入模擬信號(hào)。VOCVOCR圖2-5測(cè)量示意圖(2)電源AT89C2051有很寬的工作電源電壓，可為2.7～6V,當(dāng)工作在3V時(shí)，電流相當(dāng)于6V工作時(shí)的1/4。89C2051工作于12Hz時(shí)，動(dòng)態(tài)電流為5.5mA，空閑態(tài)為1mA,掉電態(tài)僅為20nA。這樣小的功耗很適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。〔3〕存儲(chǔ)器AT89C2051片內(nèi)含有2k字節(jié)的Flash程序存儲(chǔ)器，128字節(jié)的片內(nèi)RAM,與80C31內(nèi)部完全類(lèi)似。由于2051內(nèi)部設(shè)計(jì)全靜態(tài)工作，所以允許工作的時(shí)鐘為0～20MHz,也就是說(shuō)，允許在低速工作時(shí)，不破壞RAM內(nèi)容。相比之下，一般8031對(duì)最低工作時(shí)鐘限制為3.5MHz，因?yàn)槠鋬?nèi)部的RAM是動(dòng)態(tài)刷新的。89C2051不允許構(gòu)造外部總線來(lái)擴(kuò)充程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以它也不需要ALEPSEN、RD、WR一類(lèi)的引腳?！?〕內(nèi)部I/O控制AT89C2051在內(nèi)部I/O控制上繼承了MCS51的特性：5路2級(jí)優(yōu)待中斷，串等口，2路定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，內(nèi)部組成參見(jiàn)圖2-6圖2-6AT89C2051內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AT89C2051是一個(gè)低功耗、高性能的CMOS8位微處理器,與MCS251系列指令集和引腳兼容,具有以下特點(diǎn):128bytes內(nèi)部RAM,2KbytesEPROM〔ErasableProgrammableROM，可擦除可編程ROM〕,15根IO線,2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器,5個(gè)兩級(jí)中斷源,1個(gè)全雙工串行口,一個(gè)片內(nèi)精密模擬比擬器和片內(nèi)振蕩器,低功耗的閑置和掉電模式。工作電壓范圍4.25V～5.5V,工作頻率取12MHz。AT89C2051中的兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器存放器T0和T1,作定時(shí)器時(shí),可計(jì)數(shù)機(jī)器周期,計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12;作計(jì)數(shù)器時(shí),可對(duì)外部輸入引腳P3.4T0和P3.5T1上出現(xiàn)從1至0的變化時(shí)增1,計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24?；魻柤善骷y(cè)速原理〔1〕霍爾效應(yīng)1879年，美國(guó)物理學(xué)家EdwinHerbertHall在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差；當(dāng)電流通過(guò)金屬箔片時(shí)，假設(shè)在垂直于電流的方向施加磁場(chǎng)，那么金屬箔片兩側(cè)面會(huì)出現(xiàn)橫向電位差的物理現(xiàn)象，這就是霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。將一塊半導(dǎo)體或?qū)w材料，沿Z方向加以磁場(chǎng)，沿X方向通以工作電流I，那么在Y方向產(chǎn)生出電動(dòng)勢(shì)，如圖2-7所示，這現(xiàn)象稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。稱(chēng)為霍爾電壓。(a)(b)圖2-7霍爾效應(yīng)原理圖實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，在磁場(chǎng)不太強(qiáng)時(shí)，電位差與電流強(qiáng)度I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比，與板的厚度d成反比，即(1)或(2)式〔1〕中稱(chēng)為霍爾系數(shù)，式〔2〕中稱(chēng)為霍爾元件的靈敏度，單位為mv/(mA·T)。產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的原因是形成電流的作定向運(yùn)動(dòng)的帶電粒子即載流子〔N型半導(dǎo)體中的載流子是帶負(fù)電荷的電子，P型半導(dǎo)體中的載流子是帶正電荷的空穴〕在磁場(chǎng)中所受到的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。如圖2-7〔a〕所示，一快長(zhǎng)為l、寬為b、厚為d的N型單晶薄片，置于沿Z軸方向的磁場(chǎng)中，在X軸方向通以電流I，那么其中的載流子——電子所受到的洛侖茲力為(3)式中為電子的漂移運(yùn)動(dòng)速度，其方向沿X軸的負(fù)方向。e為電子的電荷量。指向Y軸的負(fù)方向。自由電子受力偏轉(zhuǎn)的結(jié)果，向A側(cè)面積聚，同時(shí)在B側(cè)面上出現(xiàn)同數(shù)量的正電荷，在兩側(cè)面間形成一個(gè)沿Y軸負(fù)方向上的橫向電場(chǎng)〔即霍爾電場(chǎng)〕，使運(yùn)動(dòng)電子受到一個(gè)沿Y軸正方向的電場(chǎng)力，A、B面之間的電位差為〔即霍爾電壓〕，那么(4)將阻礙電荷的積聚，最后達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)有即得(5)此時(shí)B端電位高于A端電位。假設(shè)N型單晶中的電子濃度為n，那么流過(guò)樣片橫截面的電流I=nebdV得(6)將(6)式代入(5)式得(7)式中稱(chēng)為霍爾系數(shù)，它表示材料產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的本領(lǐng)大??；稱(chēng)為霍爾元件的靈敏度，一般地說(shuō)，愈大愈好，以便獲得較大的霍爾電壓。因和載流子濃度n成反比，而半導(dǎo)體的載流子濃度遠(yuǎn)比金屬的載流子濃度小，所以采用半導(dǎo)體材料作霍爾元件靈敏度較高。又因和樣品厚度d成反比，所以霍爾片都切得很薄，一般d≈0.2mm。上面討論的是N型半導(dǎo)體樣品產(chǎn)生的霍爾效應(yīng)，B側(cè)面電位比A側(cè)面高；對(duì)于P型半導(dǎo)體樣品，由于形成電流的載流子是帶正電荷的空穴，與N型半導(dǎo)體的情況相反，A側(cè)面積累正電荷，B側(cè)面積累負(fù)電荷，如圖2-7〔b〕所示，此時(shí)，A側(cè)面電位比B側(cè)面高。由此可知，根據(jù)A、B兩端電位的上下，就可以判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類(lèi)型是P型還是N型。由〔7〕式可知，如果霍爾元件的靈敏度，測(cè)得了控制電流I和產(chǎn)生的霍爾電壓，那么可測(cè)定霍爾元件所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度為：。高斯計(jì)就是利用霍爾效應(yīng)來(lái)測(cè)定磁感應(yīng)強(qiáng)度B值的儀器。它是選定霍爾元件，即已確定，保持控制電流I不變，那么霍爾電壓與被測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度B成正比。如按照霍爾電壓的大小，預(yù)先在儀器面板上標(biāo)定出高斯刻度，那么使用時(shí)由指針示值就可直接讀出磁感應(yīng)強(qiáng)度B值。由〔7〕式知因此將待測(cè)的厚度為d的半導(dǎo)體樣品，放在均勻磁場(chǎng)中，通以控制電流I，測(cè)出霍爾電壓，再用高斯計(jì)測(cè)出磁感應(yīng)強(qiáng)度B值，就可測(cè)定樣品的霍爾系數(shù)。又因〔或〕，故可以通過(guò)測(cè)定霍爾系數(shù)來(lái)確定半導(dǎo)體材料的載流子濃度n〔或p〕〔n和p分別為電子濃度和空穴濃度〕。嚴(yán)格地說(shuō)，在半導(dǎo)體中載流子的漂移運(yùn)動(dòng)速度并不完全相同，考慮到載流子速度的統(tǒng)計(jì)分布，并認(rèn)為多數(shù)載流子的濃度與遷移率之積遠(yuǎn)大于少數(shù)載流子的濃度與遷移率之積，可得半導(dǎo)體霍爾系數(shù)的公式中還應(yīng)引入一個(gè)霍爾因子，即普通物理實(shí)驗(yàn)中常用N型Si、N型Ge、InSb和InAs等半導(dǎo)體材料的霍爾元件在室溫下測(cè)量，霍爾因子，所以式中，庫(kù)侖〔2〕霍爾效應(yīng)的副效應(yīng)上述推導(dǎo)是從理想情況出發(fā)的，實(shí)際情況要復(fù)雜得多，在產(chǎn)生霍爾電壓的同時(shí)，還伴生有四種副效應(yīng)，副效應(yīng)產(chǎn)生的電壓疊加在霍爾電壓上，造成系統(tǒng)誤差。為便于說(shuō)明，畫(huà)一簡(jiǎn)圖如圖2-8所示。圖2-8在磁場(chǎng)中的霍爾元件①厄廷豪森〔Etinghausen〕效應(yīng)引起的電勢(shì)差。由于電子實(shí)際上并非以同一速度v沿X軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)，速度大的電子回轉(zhuǎn)半徑大，能較快地到達(dá)接點(diǎn)3的側(cè)面，從而導(dǎo)致3側(cè)面較4側(cè)面集中較多能量高的電子，結(jié)果3、4側(cè)面出現(xiàn)溫差，產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。可以證明。容易理解的正負(fù)與I和B的方向有關(guān)。②能斯特〔Nernst〕效應(yīng)引起的電勢(shì)差。焊點(diǎn)1、2間接觸電阻可能不同，通電發(fā)熱程度不同，故1、2兩點(diǎn)間溫度可能不同，于是引起熱擴(kuò)散電流。與霍爾效應(yīng)類(lèi)似，該熱流也會(huì)在3、4點(diǎn)間形成電勢(shì)差。假設(shè)只考慮接觸電阻的差異，那么的方向僅與B的方向有關(guān)。③里紀(jì)——勒杜克〔Righi—Leduc〕效應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)差。在能斯特效應(yīng)的熱擴(kuò)散電流的載流子由于速度不同，一樣具有厄廷豪森效應(yīng)，又會(huì)在3、4點(diǎn)間形成溫差電動(dòng)勢(shì)。的正負(fù)僅與B的方向有關(guān)，而與I的方向無(wú)關(guān)。④不等電勢(shì)效應(yīng)引起的電勢(shì)差。由于制造上困難及材料的不均勻性，3、4兩點(diǎn)實(shí)際上不可能在同一條等勢(shì)線上。因此，即使未加磁場(chǎng)，當(dāng)I流過(guò)時(shí)，3、4兩點(diǎn)也會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差。的正負(fù)只與電流方向I有關(guān)，而與B的方向無(wú)關(guān)?！?〕霍爾效應(yīng)的應(yīng)用1879年，美國(guó)物理學(xué)家EdwinHerbertHall發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)，此后，霍爾技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著電子元器件制造技術(shù)的開(kāi)展，霍爾電流／電壓傳感器的'眭能有很大提高，特別是閉環(huán)霍爾電流／電壓傳感器的研制成功，大大擴(kuò)展了該產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域?；魻栐?yīng)用十分廣泛大致可分為以下幾個(gè)方向。測(cè)量載流子濃度根據(jù)霍爾電壓產(chǎn)生的公式，以及在外加磁場(chǎng)中測(cè)量的霍爾電壓可以判斷傳導(dǎo)載流子的極性與濃度，這種方式被廣泛的利用于半導(dǎo)體中摻雜載體的性質(zhì)與濃度的測(cè)量上。只要測(cè)出霍爾電壓ＶＢＢ′，即可算出磁場(chǎng)Ｂ的大??；并且假設(shè)知載流子類(lèi)型ｎ型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為電子，Ｐ型半導(dǎo)體多數(shù)載流子為空穴，那么由ＶＢＢ＇的正負(fù)可測(cè)出磁場(chǎng)方向，反之，假設(shè)磁場(chǎng)方向，那么可判斷載流子類(lèi)型。測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度霍爾效應(yīng)是霍爾器件的理論根底。如圖2-9所示，當(dāng)把通有小電流的半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中時(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢(shì)差，該電勢(shì)差即為霍爾電壓U，這個(gè)U電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度B及控制電流I成正比，經(jīng)過(guò)理論推算得到如下等式關(guān)系：U=〔RH/d〕*B*I(1)式中，U為霍爾電壓；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；I為控制電流；RH為霍爾系數(shù)：d為半導(dǎo)體片的厚度。在式(1)中：假設(shè)保持控制電流I不變，在一定條件下?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，由此建立了磁場(chǎng)與電壓信號(hào)的聯(lián)系；根據(jù)這一關(guān)系式。人們研制了用于測(cè)量磁場(chǎng)的半導(dǎo)體器件即霍爾器件。圖2-9測(cè)量電流強(qiáng)度將圖2-10中霍爾器件的輸出〔必要時(shí)可進(jìn)行放大〕送到經(jīng)校準(zhǔn)的顯示器上，即可由霍爾輸出電壓的數(shù)值直接得出被測(cè)電流值。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果的精度和線性度都較高?？蓽y(cè)直流、交流和各種波形的電流。但它的測(cè)量范圍、帶寬等受到一定的限制。在這種應(yīng)用中，霍爾器件是磁場(chǎng)檢測(cè)器，它檢測(cè)的是磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。電流增大后，磁芯可能到達(dá)飽和；隨著頻率升高，磁芯中的渦流損耗、磁滯損耗等也會(huì)隨之升高。這些都會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。當(dāng)然，也可采取一些改良措施來(lái)降低這些影響，例如選擇飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高的磁芯材料；制成多層磁芯；采用多個(gè)霍爾元件來(lái)進(jìn)行檢測(cè)等等。這類(lèi)霍爾電流傳感器的價(jià)格也相對(duì)廉價(jià)，使用非常方便，已得到極為廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外已有許多廠家生產(chǎn)。圖2-10閉環(huán)霍爾電流傳感器是用霍爾器件作為核心敏感元件、用于隔離檢測(cè)電流的模塊化產(chǎn)品，其工作原理是霍爾磁平衡式的(或稱(chēng)霍爾磁補(bǔ)償式、霍爾零磁通式)。眾所周知，當(dāng)電流流過(guò)一根長(zhǎng)的直導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流的大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過(guò)軟磁材料來(lái)聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)，由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線性關(guān)系，因此，可以用測(cè)得的輸出信號(hào)，直接反響導(dǎo)線中電流的大小，即I∝B∝U2式中，I為通過(guò)導(dǎo)線中的電流；B為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；U為霍爾器件在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的霍爾電壓。選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)，上述關(guān)系可表示為等式。對(duì)于霍爾輸出電壓U的處理，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多種電路，但總體來(lái)講可分為兩類(lèi)：一類(lèi)為開(kāi)環(huán)(或稱(chēng)直測(cè)式、直檢式)霍爾電流傳感器；另一類(lèi)為閉環(huán)(或稱(chēng)零磁通式、磁平衡式)霍爾電流傳感器。測(cè)量微小位移假設(shè)令霍爾元件的工作電流保持不變，而使其在一個(gè)均勻梯度磁場(chǎng)中移動(dòng)，它輸出的霍爾電壓ＶＨ值只由它在該磁場(chǎng)中的位移量Ｚ來(lái)決定。圖2-11示出３種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移傳感器的輸出特性曲線，將它們固定在被測(cè)系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。從曲線可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)〔ｂ〕在Ｚ＜２ｍｍ時(shí)，ＶＨ與Ｚ有良好的線性關(guān)系，且分辨力可達(dá)１μｍ，結(jié)構(gòu)〔Ｃ〕的靈敏度高，但工作距離較小。用霍爾元件測(cè)量位移的優(yōu)點(diǎn)很多：慣性小、頻響快、工作可靠、壽命長(zhǎng)。以微位移檢測(cè)為根底，可以構(gòu)成壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、機(jī)械振動(dòng)、加速度、重量、稱(chēng)重等霍爾傳感器。圖2-11幾種產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的磁系統(tǒng)和幾種霍爾位移傳感器的特性曲線壓力傳感器霍爾壓力傳感器由彈性元件，磁系統(tǒng)和霍爾元件等局部組成，如圖2-12所示。在圖６中，〔ａ〕的彈性元件為膜盒，〔ｂ〕為彈簧片，〔ｃ〕為波紋管。磁系統(tǒng)最好用能構(gòu)成均勻梯度磁場(chǎng)的復(fù)合系統(tǒng)，如圖６中的〔ａ〕、〔ｂ〕，也可采用單一磁體，如〔ｃ〕。加上壓力后，使磁系統(tǒng)和霍爾元件間產(chǎn)生相對(duì)位移，改變作用到霍爾元件上的磁場(chǎng)，從而改變它的輸出電壓ＶＨ。由事先校準(zhǔn)的ｐ～ｆＶＨ雪曲線即可得到被測(cè)壓力ｐ的值。圖2-12集中霍爾壓力傳感器構(gòu)成原理霍爾加速度傳感器圖2-13示出霍爾加速度傳感器的結(jié)構(gòu)原理和靜態(tài)特性曲線。在盒體的Ｏ點(diǎn)上固定均質(zhì)彈簧片Ｓ，片Ｓ的中部Ｕ處裝一慣性塊Ｍ，片Ｓ的末端ｂ處固定測(cè)量位移的霍爾元件Ｈ，Ｈ的上下方裝上一對(duì)永磁體，它們同極性相對(duì)安裝。盒體固定在被測(cè)對(duì)象上，當(dāng)它們與被測(cè)對(duì)象一起作垂直向上的加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，慣性塊在慣性力的作用下使霍爾元件Ｈ產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)盒體的位移，產(chǎn)生霍爾電壓ＶＨ的變化?？蓮模郑扰c加速度的關(guān)系曲線上求得加速度。圖2-13幾種加速傳感器的結(jié)構(gòu)及其靜態(tài)特性

人們?cè)诶没魻栃?yīng)開(kāi)發(fā)的各種傳感器，磁羅盤(pán)、磁頭、電流傳感器、非接觸開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、位置、角度、速度、加速度傳感器、壓力變送器、無(wú)刷直流電機(jī)以及各種函數(shù)發(fā)生器、運(yùn)算器等，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和信息處理各個(gè)方面。僅在汽車(chē)的電子系統(tǒng)中，使用霍爾ＩＣ的就有十幾處。如點(diǎn)火控制、發(fā)動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)、燃料噴射控制、底盤(pán)控制、門(mén)鎖控制以及方位導(dǎo)航控制等。除了己非常成熟的雙極型霍爾ＩＣ外，應(yīng)用ＣＭＯＳ和ＳiＣＭＯＳ技術(shù)的霍爾產(chǎn)品業(yè)已廣泛使用，ＭＯＳ霍爾ＩＣ的功耗更低，功能更強(qiáng)?；魻枺桑玫姆N類(lèi)較多，大致可分為霍爾線性ＩＣ和霍爾開(kāi)關(guān)ＩＣ。前者的輸出與磁場(chǎng)成正比，用于各種參量的測(cè)量：后者的輸出為高、低電平兩利，狀態(tài)，常用于無(wú)刷電機(jī)和汽車(chē)點(diǎn)火裝置中。此外，大功率的霍爾ＩＣ的應(yīng)用也非常廣泛，它將功率驅(qū)動(dòng)級(jí)和各種保護(hù)電路集成到霍爾ＩＣ中，使得器件具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，它們可直接驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，也常用在汽車(chē)中作開(kāi)關(guān)器件。在實(shí)際使用中，經(jīng)常將霍爾集成電路，有時(shí)也用霍爾元件與永磁體、軟磁材料等封裝在一起，組成適用于特定應(yīng)用場(chǎng)合的霍爾傳感器組件。針對(duì)霍爾傳感器的電路形式，人們最容易想到的是將霍爾元件的輸出電壓用運(yùn)算放大器直接放大，得到所需要的信號(hào)電壓，由此電壓值來(lái)標(biāo)定原邊被測(cè)電流的大小，這種形式的霍爾傳感器通常稱(chēng)為開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器。開(kāi)環(huán)霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)是電路形式簡(jiǎn)單、本錢(qián)相對(duì)較低；其缺點(diǎn)是精度和線性度較差，響應(yīng)時(shí)間較慢，溫度漂移較大。為克服開(kāi)環(huán)傳感器的缺點(diǎn)，20世紀(jì)80年代末期，國(guó)外出現(xiàn)了閉環(huán)霍爾電流傳感器。傳感器的工作原理是磁平衡式的。如圖2-14所示。即原邊電流(IN)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)副邊線圈的電流(IM)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。使霍爾器件始終處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。當(dāng)原副邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁芯中到達(dá)平衡時(shí)式(3)成立：N*IN=n*IM(3)式中：IN為原邊電流；N為原邊線圈的匝；IM為副邊補(bǔ)償電流；n為副邊線圈的匝數(shù)。圖2-14由式(3)看出，當(dāng)傳感器原邊和副邊線圈匝數(shù)時(shí)，通過(guò)測(cè)量副邊補(bǔ)償電流IM的大小，即可推算匠邊電流IN的值，從而實(shí)現(xiàn)原邊電流的隔離測(cè)量。根據(jù)霍爾效應(yīng)做成的霍爾器件，就是以磁場(chǎng)為工作媒體，將物體的運(yùn)動(dòng)參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開(kāi)關(guān)的功能。迄今為止，已在現(xiàn)代汽車(chē)上廣泛應(yīng)用的霍爾器件有：在分電器上作信號(hào)傳感器、ABS系統(tǒng)中的速度傳感器、汽車(chē)速度表和里程表、液體物理量檢測(cè)器、各種用電負(fù)載的電流檢測(cè)及工作狀態(tài)診斷、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及曲軸角度傳感器、各種開(kāi)關(guān)，等等。例如汽車(chē)點(diǎn)火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者將霍爾傳感器放在分電器內(nèi)取代機(jī)械斷電器，用作點(diǎn)火脈沖發(fā)生器。這種霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器隨著轉(zhuǎn)速變化的磁場(chǎng)在帶電的半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生脈沖電壓，控制電控單元〔ECU〕的初級(jí)電流。相對(duì)于機(jī)械斷電器而言，霍爾式點(diǎn)火脈沖發(fā)生器無(wú)磨損免維護(hù)，能夠適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，還能精確地控制點(diǎn)火正時(shí)，能夠較大幅度提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。用作汽車(chē)開(kāi)關(guān)電路上的功率霍爾電路，具有抑制電磁干擾的作用。許多人都知道，轎車(chē)的自動(dòng)化程度越高，微電子電路越多，就越怕電磁干擾。而在汽車(chē)上有許多燈具和電器件，尤其是功率較大的前照燈、空調(diào)電機(jī)和雨刮器電機(jī)在開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，使機(jī)械式開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)產(chǎn)生電弧，產(chǎn)生較大的電磁干擾信號(hào)。采用功率霍爾開(kāi)關(guān)電路可以減小這些現(xiàn)象?；魻柶骷ㄟ^(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)變化，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出，可用于監(jiān)視和測(cè)量汽車(chē)各部件運(yùn)行參數(shù)的變化。例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進(jìn)行二次變換；可測(cè)量壓力、質(zhì)量、液位、流速、流量等?；魻柶骷敵隽恐苯优c電控單元接口，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。目前的霍爾器件都可承受一定的振動(dòng)，可在零下40攝氏度到零上150攝氏度范圍內(nèi)工作，全部密封不受水油污染，完全能夠適應(yīng)汽車(chē)的惡劣工作環(huán)境?！?〕霍爾集成器件測(cè)速原理霍爾集成測(cè)速器件是利用霍爾效應(yīng)制成的一種速度測(cè)量傳感器。汽車(chē)車(chē)速的測(cè)量是通過(guò)霍爾集成傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即將裝有永久磁鐵的轉(zhuǎn)盤(pán)的輸入軸與車(chē)輪的轉(zhuǎn)軸相連,當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),轉(zhuǎn)盤(pán)隨之轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí),轉(zhuǎn)盤(pán)上的永久磁鐵會(huì)經(jīng)過(guò)霍爾集成傳感器,從而在霍爾集成傳感器的輸入端得到一個(gè)磁信號(hào),如果轉(zhuǎn)盤(pán)不停轉(zhuǎn)動(dòng),霍爾集成傳感器便會(huì)輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)?？梢哉f(shuō),對(duì)汽車(chē)車(chē)速的測(cè)量實(shí)質(zhì)上是對(duì)轉(zhuǎn)速信號(hào)的頻率的測(cè)量。2.2.4報(bào)警發(fā)聲電路報(bào)警發(fā)聲電路由CC7555電路和揚(yáng)聲器組成。AT89C2051的P1．6控制CC7555電路根據(jù)測(cè)量結(jié)果，產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。在揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲時(shí)，時(shí)基電路CC7555處于暫穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電源向電容充電，從而使CC7555結(jié)束暫穩(wěn)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，輸出低電平，使揚(yáng)聲器停止發(fā)出報(bào)警聲，直到下一次測(cè)距結(jié)束產(chǎn)生新的報(bào)警聲。CC7555器件圖如2-15所示：地地觸發(fā)輸出復(fù)位+Vcc放電閩值控制電壓12345678圖2-15CC7555器件圖雙列8腳貼片封裝,單時(shí)基定電路,互補(bǔ)MOS結(jié)構(gòu),電源電壓=2～18V,最大功耗=0.05W,電源電壓=120uA,時(shí)間誤差=2%,輸出上升時(shí)間=40ns,輸出下降時(shí)間=40ns,最大振蕩頻率=500kHz。從微秒到小時(shí)定時(shí)，可在單穩(wěn)態(tài)或多諧振蕩方式工作，可調(diào)節(jié)占空比，輸出端可供給或吸入200mA電流，輸出和電源與TTL兼容，溫度穩(wěn)定性?xún)?yōu)于0.005%/℃，常開(kāi)與常關(guān)輸出端。2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本裝置的控制軟件要完成系統(tǒng)的初始化，控制觸發(fā)脈沖信號(hào)的發(fā)射與接收，根據(jù)定時(shí)時(shí)間計(jì)算障礙物的距離，根據(jù)計(jì)數(shù)頻率計(jì)算汽車(chē)車(chē)速，判斷所測(cè)距離是否在車(chē)速所對(duì)應(yīng)的平安范圍內(nèi)，并根據(jù)計(jì)算和判斷結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)發(fā)聲電路。實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的主流程圖如圖2-16所示。YYYYYYNNNNN開(kāi)始參數(shù)初始化發(fā)射超聲回波數(shù)據(jù)處理車(chē)速≤80km？報(bào)警車(chē)速≤30km？收到回波否距離<5m?距離<1m?距離<2m?N圖2-16軟件設(shè)計(jì)流程圖結(jié)束語(yǔ)隨著汽車(chē)化的快速開(kāi)展,交通供需矛盾的日益嚴(yán)重,道路交通平安形勢(shì)將會(huì)日趨惡化。而車(chē)輛智能化技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā),不但可以提高車(chē)輛的控制與駕駛水平,保障車(chē)輛行駛的平安暢通、高效,而且智能化的車(chē)輛控制系統(tǒng),由于延伸了廣闊駕駛員的控制、視覺(jué)和感官功能,將極大地促進(jìn)道路交通的平安性。因此,車(chē)輛的智能化開(kāi)展與交通平安息息相關(guān),為了改善交通平安狀況,保障道路交通的平安、暢通、高效、持續(xù)開(kāi)展,研究與開(kāi)發(fā)智能車(chē)輛控制技術(shù)將是未來(lái)車(chē)輛技術(shù)的核心問(wèn)題。文首先介紹了公路汽車(chē)防撞系統(tǒng)的開(kāi)展?fàn)顩r,然后提出一種的基于利用單片機(jī)AT89C2051作為報(bào)警裝置的控制器，能充分發(fā)揮AT89C2051的數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制功能，使系統(tǒng)工作于最正確狀態(tài)，提高系統(tǒng)的靈敏度。該報(bào)警器基于單片機(jī)設(shè)計(jì)，從而具有體積小、使用方便的特點(diǎn)。這種系統(tǒng)具有較強(qiáng)的智能功能，可記憶、輸出汽車(chē)運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)測(cè)車(chē)距，自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前車(chē)速下的有效制動(dòng)距離，自動(dòng)制動(dòng)，對(duì)有效地減少汽車(chē)尾追現(xiàn)象具有重要意義，這對(duì)于我國(guó)智能交通的開(kāi)展也具有一定的意義。致謝單片機(jī)編程產(chǎn)生超聲波，在系統(tǒng)發(fā)射超聲波的同時(shí)利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能開(kāi)始計(jì)時(shí)，接受到回波后，接受電路輸出端產(chǎn)生的負(fù)跳變?cè)趩纹瑱C(jī)的外部中斷源輸入口產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷子程序，停止計(jì)時(shí)，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離，然后通過(guò)軟件譯碼，將數(shù)據(jù)通過(guò)LED顯示。軟件設(shè)計(jì)的主要思路是將預(yù)置、發(fā)射、接收、顯示等功能編成獨(dú)立的模塊，當(dāng)按下控制鍵后，在一定的周期內(nèi)一次接收各個(gè)模塊，調(diào)用預(yù)置子程序、發(fā)射子程序、查詢(xún)子程序、定時(shí)子程序。并將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析處理，根據(jù)決定顯示程序的內(nèi)容。主程序首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時(shí)器T0工作模式為16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器模式。置位總中斷允許位EA并給顯示端口P0和P1清0。然后調(diào)用超聲波發(fā)射子程序發(fā)出一個(gè)超聲波脈沖，翻開(kāi)外中斷0接收返回的超聲波信號(hào)。由于采用的是12MHz的晶振，計(jì)數(shù)器每計(jì)一個(gè)數(shù)就是1μs，當(dāng)主程序檢測(cè)到接收成功的標(biāo)志位后，將計(jì)數(shù)器T0中的數(shù)〔即超聲波來(lái)回所用的時(shí)間〕通過(guò)與溫度補(bǔ)償后的聲速，即可得障礙物與汽車(chē)的距離。測(cè)出距離后結(jié)果將以十進(jìn)制BCD碼方式送往LED顯示約0.5s，然后再發(fā)射超聲波脈沖重復(fù)測(cè)量過(guò)程。通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置的報(bào)警距離值同樣以LED顯示，通過(guò)霍爾傳感器，通過(guò)程序設(shè)置產(chǎn)生不同情況下的預(yù)警。2系統(tǒng)的控制程序程序功能：測(cè)試障礙物距離，用數(shù)碼管顯示結(jié)果計(jì)算超聲波傳播時(shí)間在啟動(dòng)發(fā)射電路的同時(shí)啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器T0，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)功能記錄超聲波發(fā)射的時(shí)間和收到反射波的時(shí)間。當(dāng)收到超聲波反射波時(shí)，接收電路輸出端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)跳變，在INT0或INT1端產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)外部中斷請(qǐng)求，執(zhí)行外部中斷效勞子程序，讀取時(shí)間差，計(jì)算距離。其局部源程序如下：RECEIVE0：PUSHPSWPUSHACCCLREX0；關(guān)外部中斷0MOVR7,TH0；讀取時(shí)間值MOVR6,TL0?CLRCMOVA,R6SUBBA,#0BBH；計(jì)算時(shí)間差MOV31H,A；存儲(chǔ)結(jié)果MOVA,R7SUBBA,#3CHMOV30H,A?SETBEX0；開(kāi)外部中斷0POPACC?POPPSWRETI5.2.2主程序;晶振采用6M，P1口為數(shù)碼管段輸出口，P3.0~P3.2為數(shù)碼管位輸出口，P3.5超聲波發(fā)送輸出，P3.7超聲波接收。

超聲波測(cè)距

中斷入口程序

ORG0000H

ljmpstart

ORG002BH主程序

START:MOVR0,#70H

MOVR7,#0BH

MOV20H,#00H

CLEARDISP:MOV@R0,#00H

INCR0

DJNZR7,CLEARDISP

MOVTMOD,#99H

CJZCX:MOVTL0,#00H

MOVTH0,#00H

MOVR0,#0bH

MOVR1,#0bh

MOV16H,#03H

MOV15H,#54H

MOV17H,#90H

PUZEL:MOV14H,#32H;超聲波發(fā)射持續(xù)200ms

HERE:CPLP3.5;輸出40kHz方波

NOP

NOP

OP

DJNZ14H,HERE

ETBTR0

ETBP3.2

MQ:DJNZ15H,$

DJNZ16H,MQ

QBA:JNBP3.7,QBC

DJNZR1,QBA

DJNZR0,QBA

QBC:djnz17h,QBC

CLRP3.2

CLRTR0

MOV70h,TL0

MOV71h,TH0

MOVR2,71h

MOVR3,70h

MOVR6,#22H

MOVR7,#0H

LCALLMULD

MOVR6,#64H

MOVR7,#0H

LCALLDIVD

MOV73H,R2

MOV74H,R3

CLRR3

CLRR4

CLRR5

MOVR6,73H

MOVR7,74H

LCALLHB2

MOVA,R4

MOVB,#10H

DIVAB

MOV78H,A

MOV77H,B

MOVA,R5

MOVB,#10H

DIVAB

MOV76H,A

MOV75H,B

MOVA,78H

CJNEA,#0H,PDCX

MOVA,77H

CJNEA,#5H,PDCX

MOVA,76H

CJNEA,#0H,PDCX

MOV78H,#0BH

MOV77H,#0BH

MOV76H,#0BH

AJMPXXCX

PDCX:MOVA,78H

CJNEA,#4H,XXCX

MOVA,77H

CJNEA,#0H,XXCX

MOVA,76H

CJNEA,#0H,XXCX

MOV78H,#0AH

MOV77H,#0AH

MOV76H,#0AH

XXCX:MOV7AH,#0EFH

XXX:LCALLDISPLAY

DJNZ7AH,XXX

AJMPCJZCH

MULD:MOVA,R3

MOVB,R7

MULAB

MOVR4,B

MOVR5,A

MOVA,R3

MOVB,R6

MULAB

ADDA,R4

MOVR4,A

CLRA

ADDCA,B

MOVR3,A

MOVA,R2

MOVB,R7

MULAB

ADDA,R4

MOVR4,A

MOVA,R3

ADDCA,B

MOVR3,A

CLRA

RLCA

XCHA,R2

MOVB,R6

MULAB

ADDA,R3

MOVR3,A

MOVA,R2

ADDCA,B