基于单片机控制的汽车多功能报警器设计.doc
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基于单片机控制的汽车多功能报警器设计
摘要：
本文介绍了一种基于单片机控制的汽车多功能报警器,它能对汽车的润滑系统油压、制动系统气压、冷却系统温度、轮胎欠压及防盗进行自动检测，并在发现异常情况时，发出声光报警。
阐述了该报警系统的设计思想、硬件组成及软件思路。
关键词：
单片机传感器数模转换报警器
Abstract：
Haveintroducedakindoftheautomobilemuti-functionwarningapparatusbasedonsinglechipmicrocomputer.Itcanguardagainsttheoilpressureofthelubricatesystem、atmosphericpressureofthebrakingsystem、temperatureofthecoolsystem、tyreowingtopressandthethiefofautomobiletocarryouttheautomaticdetection,andsendsoutthesoundanglightalarmsignalwhendiscoveringtheunusualconditions.Haveelaboratedthedesignideological、hardwarecompositionandsoftwaretrainofthoughtofthealarmsystem.
Keywords:
Singlechipmicrocomputer;Sensor;Digital-to-analoguechanges;Alarming.
1引言
随着社会经济的不断进步和高科技的飞速发展，汽车工业的不断扩大，交通事业的繁荣发展，汽车将成为人们生活中理想的交通工具。
但随之而来的交通事故也逐渐增多，造成了人员伤亡及经济财产的损失。
为了减少汽车事故的发生率，给拥有汽车的用户提高舒适感和安全感，使汽车更加智能化、方便化、安全化。
因此研制一种简单可靠、操作方便，能自动检测汽车各部分状况，发现不正常情况给予驾驶员提醒和警报的安全系统具有实际意义。
2汽车多功能报警器结构和原理
2.1汽车多功能报警器组成和结构
汽车多功能报警器设计系统由采样传感器、单片微型机、模数转换器、程序存储器、并行I/O扩展口及指示灯驱动电路、声光报警驱动电路、无线信号发射电路等组成。
单片机控制报警系统电路方框图如图1所示：
D触发器
热敏传感器
压力传感器
超声波传感器
SOI型传感器
扩散硅传感器
无线信号
发射电路
指示灯
驱动电路
声音报警
驱动电路
单片微机8051
模数转换ADC0809
霍尔效应开关
I/O扩展接口
程序存储器27128
图1基于单片机控制的汽车多功能报警电路方框图
2.2汽车多功能报警器原理
汽车多功能报警原理：
安置在汽车不同位置的防盗超声波传感器、冷却热敏电阻传感器、轮胎欠压压力传感器、制动SOI型压力传感器、润滑扩散硅压力传感器，采集现场信号，经过放大、滤波、模数转换,把信号传送给8051单片机，单片机将数据进行处理、运算、比较，若发现异常情况，驱动声光报警电路，发出报警信号，提醒驾驶员注意，对出现的问题进行处理。
同时当汽车报警系统处于设防状态时，若有汽车被盗情况发生，单片机控制系统发射无线信号给远方的驾驶员，驾驶员收到信号后及时采取措施，防止汽车被盗。
此报警系统主要能实现以下检测功能：
Ø检测轮胎气压是否符合正常值；
Ø检测发动机冷却系统温度高低；
Ø汽车停放时，检测汽车是否被盗；
Ø检测润滑系统油压高低；
Ø检测制动系统气压是否充足；
Ø当被盗情况发生时，能发射信号通知驾驶员。
因此，单片机控制系统能随汽车时空的变化，系统的动态改变，进行数据的计算及时作出相应的判断。
当有异常现象出现时，能够及时告知驾驶员注意，避免事故发生。
3硬件系统设计
为完成上述的各项检测及报警要求，本系统采用如图1所示的硬件结构。
微型单片机采用MCS-8051单片机和相应的外围电路。
由于8051的内部程序存储器容量较小，扩展一片27128程序存储器。
3.1汽车防盗报警设计
设计中对汽车防盗的检测采用超声波传感器，超声波对外界光线和电磁场不敏感，可以用于黑暗，有灰尘、烟雾、强电磁干扰、有毒等恶劣环境中。
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。
超声波传感器由超声波发射电路和超声波接收电路组成。
在汽车驾驶室的适当位置，装设超声波发射/接收器,在隐蔽位置设置密码开关电路T1。
在汽车停放时,系统利用超声波检测车周围的障碍物，发射和接收电路如图2和图3所示，8051的P1口的P1.1，P1.2对图2超声波发射电路
D触发器①与②初始化，P1.0控制超声波发射，当该位为0时，光电耦合器输出TP1端为1允许超声波发射出去，依次发射/接收超声波,循环反复进行。
同时8051内部的计数器开始计数。
汽车距障碍物的距离是通过声纳发出到反射回来这段行程所花费的时间来测定并进行计算的,计算式如下:
ｄ=1/2*ct
ｃ=331+0.6θ
式中 ｄ----汽车距障碍物的
距离
ｃ----超声波在空气中传
播的速度
ｔ----测定的时间
θ----车外空气温度
反射信号使D触发器产生一个中断图3超声波接收电路
请求信号INT1，同时停止计数，读取计数值，经公式计算出实际距离，然后与基准距离进行比较，如果实际距离大于参考值80cm时，不进行声光报警，如果实际距离小于或等于参考值80cm时，通过PA6和PA7驱动指示灯显示电路和声音报警电路KD-9563，发出三声二闪光。
并触发一个高电平，驱动无线信号发射电路。
3.2汽车轮胎欠压报警设计
对轮胎欠压的检测采用压力传感器和霍尔效应
开关组合实现检测。
它们的原理图如图4和图5所示，让轮胎内气压变化作为动力，通过压力传感器中的弹簧与波纹管组件压缩、拉伸，使磁钢产
图5霍尔效应开关图4压力传感器
生位移以改变磁感应强度，再利用空间磁场实现信号耦合，此时磁钢移向霍尔元件，从而产生高电平电压输出。
压力传感器固定安装在汽车轮毂上,随车轮一起转动,由接口通过铜管与气门心连通。
而霍尔效应开关固定安装在制动底板上,霍尔元件与压力传感器中磁钢的安装距离为3～5ｍｍ。
3.3冷却系统温度控制报警设计
对冷却系统温度控制的检测采用负温度系数热敏电阻NTC，其温度值与模拟电压信号成反比。
温度采样电路如图6所示，模拟电压信号经电容器滤波、放大后送入ADC0809的INO模拟信号通道。
再由A/D转换器输入单片机8051的P0口。
当发动机预热时，发动机水温为70摄示度，与单片机中数据存储器中存放的数据进行比较，经对比后报警电路无声光报警。
随着发动机不断的工作，发动机的水温开始逐渐升高，当水温超过110摄示度时，单片机驱动报警电路进行报警。
3.4润滑系统油压控制报警设计
为了检测润滑系统低油压，选用了适用于高温检测的扩散硅压力传感器，它的工作原理是根据半导体的压阻效应为理论根据的。
当膜片上、下两面所受不等压力时，在恒定电流激励下，桥路输出与压力大小成比的电压信号，经ADC0809模数转换器IN2，图6温度采样电路
转化为数字信号后传送到单片机，与参考值进行比较，若小于参考值，发出声光报警。
3.5制动系统气压控制报警设计
对制动系统低气压报警电路设计采用SOI型压力传感器。
如果传感器芯片的薄壁部分（薄膜）受到外加压力，则传感器的压敏电阻元上就产生相应的应力，使元件的阻值改变，此阻值转化为电信号而输出。
放大后经ADC0809模数转换器IN3口传送到单片机，进行比较后若小于参考值，则驱动声光报警电路。
另外，此传感器的SOI绝缘体上外延硅能够稳定地在120摄示度以上进行压力检测。
在长达1000小时的通电情况下偏压的变化很小。
且灵敏度高、精度高。
3.6声光报警、无线信号发射和接收电路设计
声光报警系统的设计采用74LS05、发光二极管和扬声器组成。
同时，防盗报警装置采用的是集成的报警电路KD9563，它能发出三声二图7无线信号发射电路
闪光报警。
无线信号发射电路的设计以MICRF102为核心，无线信号发射电路如图7所示。
MICRF102是Microl公司推出的一个单片UHFASK发射器、采用SOP（M）-8封脚，芯片内包含有：
由基准振荡器、相位检波器、分频器、带通滤波器、压控振荡器构成的合成器，发射
偏置控制，RF功率放大器，无线调谐控制和变容二极管等电路，是一个真正的图8无线信号接收电路
“数据输入-无线输出”的单片无线发射器件。
由它发送给驾驶员无线信号。
无线接收电路以MICRF007为核心，无线信号接收电路如图8所示。
MICRF007采用SOP9（M）-8封装，芯片内电路可分为UHF下变换器、OOK解调器和基准控制三部分。
UHF下变换器包含RF放大器、混频器、中频放大器、带通滤波器、峰值检波器、合成器、AGC控制电路；OOK解调器包含低通滤波器、比较器；基准控制电路包含基准振荡器和逻辑控制电路。
通过它驾驶员可以接收到远方的报警信号。
4软件系统设计
主程序的框图如图9所示。
系统通电后，主程序先完成初始化工作，包括堆栈指针，设定定时器/计数器的工作方式及初值，将有关存储单元置初值，启动定时器/计数器，开中断等等。
然后轮询各状态输入口线，查看是否需要报警。
当汽车处于工作状态时，多功能报警器只对汽车的轮胎欠压、润滑系统油压、制动系统气压、
发动机冷却系统温度进行检测，一切都正常时，报警器不报警。
进行循环查询，当油压、气压、温度检测到的数据与单片机中的数据进行比较后，如果与上限或下限产生了越权，产生中断则将驱动
声、光报警电路，发出对应的相关颜色光。
而轮胎欠压检测到的压力在现场进行处理，当低于轮胎的最小支撑力时，将压力传感器的磁钢移向霍尔元件开关，产生一个电压信号，经过模数转换产生一个高电平，触发单片机执行下一步命令。
Y
开始
初始化
判断是否需对温度、油压、气压、轮胎欠压报警
是否需防盗？
启动超声波发射系统设定计数器初值
有异常情况？
S≤80cm
传送无线信号
报警
检测状况好？
报警
N
N
Y
N
Y
图9报警器软件设计流程图
当汽车停放时，启动定时器和计数器，同时经过P1.0口触发D触发器发出超声波，当检测到障碍物后给单片机一个电平信号，通过计算、比较后，发出报警。
同时给无线发射电路一个数据，让它发射一个信号，通知驾驶员。
另外，一般报警程序中所需的时间参数都是由定时器通过硬件计数进行中断控制，但是超声波检测中，在发射信号期间不允许中断，否则导致发射信号频率不精确；同时在检测过程中如果产生定时器中断，也会给计数带来误差。
因此，报警程序不采用中断方式，
而是将检测报警所需的时间参数与单次检测时间结合起来，将蜂鸣器的鸣响频率和LED的闪动频率规定为500ms，即检测10次的时间。
5结束语
本文设计的基于单片机控制的汽车多功能报警器，利用单片机MCS-51作为报警装置的控制器，能充分利用8051的内部资源，进行数据处理和实时控制功能，使系统工作于最佳状态，提高系统的综合反映敏感度，报警及时，完善地实现汽车多方面的控制。
实践证明该系统能充分利用各种传感器，检测汽车的多个关键部位，防患于未然，其效果优于其他报警器。
具有体积小、操作简单、使用方便、多功能报警的特点。
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