采用单片机实现汽车防护集成系统的设计与应用

1 引言

在国际金融危机的背景下，尤其在竞争异常激烈的汽车工业领域，提高我国汽车电子产品的技术和降低产品的价格，对降低整车成本显得十分重要。汽车防护系统的集成化是一股势不可挡的趋势。采用系统性能可靠、成本较低、软件设计灵活简单、硬件接口功能丰富、扩展性好、通用性强的AT89C52单片机开发了键盘、液晶显示器、多路震动的采集等，将汽车倒车安全距离提醒、汽车无线遥控防盗报警、汽车电源锁加密、汽车行车监视后方车辆距离等诸多汽车防护系统结合在一起，对驾驶环境实施全面监控，集中比较、分析多方面的数据，这样集成的主、被动系统能实现更强的安全性能，最大程度地保护车辆、乘员乃至行人的安全，其价值远远超过了各自独立、互不相干的防护系统。

2 汽车防护系统功能与设计要求

2．1 汽车防护系统设计要求

设计一个汽车防护系统，在行车时，可以监视后方车辆的车距状态；倒车时，可以有倒车安全距离的提醒；离开车辆时，可以有电源锁加密以及无线遥控防盗报警双重保护功能。

2．2 汽车防护系统设计的性能指标

（1）测量距离：所有的测量范围在10 m以内；

（2）测量精度：倒车安全距离在1 cm以内；行车测距在0．1 m以内；

（3）用7段数码显示管显示倒车安全距离设定值，以及显示行车测距时测距变化值；

（4）控制面板由4×4键盘组成，每一项功能操作都有指示灯或7段数码显示管提示。

2．3 汽车防护系统总体规划

图1汽车防护系统框架图

3 汽车防护集成系统关键硬件优化与设计

3．1 距离测量的设计

红外线的传播速度较快，对传播时间的计算要求比较高。由于在本设计中的测量距离只在10m以内。因此，距离的测量选用超声波测量技术即可满足设计的要求，如图2、图3所示。

3．2 语音提醒的设计

语音提醒是由HFC5212语音芯片组成，工作电压在3～6V，语言集成电路 HFC5212，它内存有“嘟嘟，请注意”的语言信号，采用电平、不保持触发方式。它的最高工作电压不高于5V，为此，电路中由单片机I／O口提供5V的电压。R8为其振荡电阻，改变它的阻值大小，可改变语音的音调。HFC5212的触发端为II脚接在单片机I／O口上，这样一来，一旦单片机输出高电位，即迅速被触发而发声，如果单片机一直输出高电位，HFC5212一直被触发发声。它输出的语音信号经Q1放大，驱动喇叭发出“嘟嘟，请注意”的提醒语音，从而提高防范意识。倒车语音提醒电路如图4所示。

3．3 震动传感模块设计

震动传感器采用Z02B高灵敏度的震动传感模块，Z02B工作电压为DC 2．6 6 V（典型应用3 V，极限12 V），由于该模块输出幅度为模块端电压，可以达到数字模块的触发电压，所以使用时通过与非门和单片机I／O口相连。该震动传感器模块测试时，模块输出能力可直接驱动一支LED发光管，通过发光管即可观察到模块输出状态，而不能用万用表来测试是否有输出。安装时需将模块铜面与物体紧贴，该传感器的灵敏度极高，能检测极其微弱的震动波；抗冲击强度高，能承受同类传感器不能承受的强烈振动工作条件；防水性能好，能适应湿度较大的工作环境。因此，Z02B非常适合用于汽车防盗的震动信号采集，安装在汽车门窗、后车箱盖等一些震动敏感的地方。震动传感电路如图5所示。

3．4 防盗报警模块设计

防盗报警发射与接收采用的TDC1808／TDC1809是无线遥控发射与接收组件，它们采用内置天线，可传送数字信号或模拟信号，适用于各种无线遥控装置，具有体积小、遥控距离远、抗干扰能力强等特点。编码与解码采用 VD5026／VD5027专用编码器和解码器。防盗报警发射与接收电路如图6、图7所示。

防盗报警语音采用KD9561语音芯片，该芯片内储存了四种语音功能，对其功能引脚的不同接法，就会令其发出不同的语音。在本设计中，选用的是警车的语音报警。另外，采用的LM386芯片是为了对语音进行放大，LM386做成的小功率集成功放电路，对信号输出功率进行放大来驱动扬声器。防盗报警语音电路如图8所示。

4 软件程序的分析及设计

4．1 超声波距离测量的算法设计

超声波测距的原理是，超声波发生器T发出的一个超声波信号，当其遇到被测物体后反射回来，就被超声波接收器R所接收。这样只要计算出发出信号到接收返回信号所用的时间，就可算出超声波发生器与反射物体的距离。

距离计算公式：s=d／2=（v×t）／2。s为被测物与测距器的距离，d为超声波的往返路程，v为声速，t为超声波往返所用的时间。

超声波的频率为40kHz，机械波，通过计算，可算出超声波的周期。超声波的周期为：

T=1／（40×1000）s=0．000025s=0．025ms

在AT89C52单片机中，当选择定时器T0，工作方式2定时，可自动重装时间值，则定时的时间常数初值x=256-t（fosc／12），t为定时的时间，单位是μ s；fosc是系统使用的晶振频率。

T0初始化赋值：

（由于1 2．5四舍五入，取值1 3，则实际频率只有38．462 kHz）

4．2 电源锁软件加密设计

在PC机中，软件的加密通常都是往数据里添加某种算法，这对于运算功能强大的PC 机来说绰绰有余的。但对于单片机而言，过于复杂的算法会大大降低单片机的速度和占用大量的存储空间，因此，在本设计中，电源锁加密采用一种数据比较的方法。采用C语言定义两个全局变量的数组，相当于在内存中开辟两个特定的数据空间，一个用来储存密码，一个用来储存用户输入的密码，然后通过数据的比较来验证密码，这样可以大大提高运算速度和减少存储空间的占用。密码比较储存与设置的原理图如图9所示。

4．3 按键提示音的设计

按键的提示音通过单片机输出一定频率的信号来驱动蜂鸣器，从而使蜂鸣器发音。其发音的频率参考表1。

本系统采用的按建提示音为中音频率“Do”音，频率为523Hz，则其周期为：

T=1／f=1／523Hz=1912 μ s

因为要使蜂鸣器发音，只需在半个周期内改变其信号的状态即可，所以实际给蜂鸣器送电的时间只有T‘=T／2=956 μs。

4．4 程序流程图

采用AT89C52实现汽车倒车安全距离提醒、汽车无线遥控防盗报警、汽车电源锁加密、汽车行车监视后方车辆距离四大功能程序主要分为主程序模块、密码锁程序模块、倒车设置程序模块、行车测距程序模块和设置密码程序模块。用C语言进行单片机程序设计，采用结构化程序设计思想：在总体设计中采用“自项而下”（TOP-DOWN）的方法，在程序设计中采用模块化编程。具体的编程根据以下的程序流程图：

5 结论

本集成系统应用于吉利牌金刚JL7152U CX MT型改装实验车上得到以下实验数据：

由以上实验数据分析可得出以下结论：

（1）此系统对驾驶环境实施全面监控，AT89C52单片机能集中比较、分析多方面的数据，从而实现主、被动安全系统的高度整合。

（2）系统核中程序的设计具有很好的“亲和性”，可以随驾驶环境的不同修改其参数，在250次全方位功能检测中系统的可靠性达到99％，且研制此系统用的元件价格低廉，因此系统有很高的性价比。

（3）通过AT89C52单片机接口与存储器扩展，系统有很好的可扩展性。

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