基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器設(shè)計畢業(yè)論文.doc

基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器設(shè)計-1-基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器設(shè)計摘要：介紹了一種基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器,它能對汽車的潤滑系統(tǒng)油壓、制動系統(tǒng)氣壓、冷卻系統(tǒng)溫度、輪胎欠壓及防盜進(jìn)行自動檢測，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時，發(fā)出報警。闡述了該報警系統(tǒng)的設(shè)計思想、硬件組成及軟件思路。關(guān)鍵詞：單片機(jī)傳感器數(shù)模轉(zhuǎn)換報警器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。汽車工業(yè)的不斷擴(kuò)大，交通事業(yè)的繁榮發(fā)展，汽車將成為人們理想的交通工具。但隨之而來的交通事故也逐漸增多，造成了人員傷亡及經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)的損失。本著服務(wù)于民，造福于民的思想，使汽車智能化、方便化、安全化，給擁有汽車的用戶提高舒適感和安全感，減少汽車事故的發(fā)生率。因此研制一種簡單可靠、方便操作，能自動檢測汽車各部分狀況，發(fā)現(xiàn)不正常情況給予駕駛員提醒和警報的安全系統(tǒng)具有實(shí)際意義。二、汽車多功能報警器結(jié)構(gòu)和原理2.1汽車多功能報警器組成和結(jié)構(gòu)汽車多功能報警器設(shè)計系統(tǒng)由采樣數(shù)據(jù)傳感器、單片微型機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序存儲器、并行I/O擴(kuò)展口及指示燈驅(qū)動電路、聲音報警驅(qū)動電路、無線信號發(fā)射電路等組成。單片機(jī)控制報警系統(tǒng)電路方框圖如圖1所示：圖1基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警電路方框圖2.2汽車多功能報警器原理汽車多功能報警原理是通過不同類型的傳感器，把他們安置在汽車的適當(dāng)位置，采集現(xiàn)場數(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線信號發(fā)射電路指示燈驅(qū)動電路聲音報警驅(qū)動電路單片微機(jī)8051模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809霍爾效應(yīng)開關(guān)I/O擴(kuò)展接口程序存儲器27128基于單片機(jī)控制的汽車多功能報警器設(shè)計-2-信號，經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換,把信號傳送給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)動聲光報警電路，發(fā)出報警信號，提醒駕駛員注意，對現(xiàn)存問題進(jìn)行處理。另外對于防盜報警系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常情況時，單片機(jī)能夠觸發(fā)無線信號發(fā)射電路給遠(yuǎn)方的駕駛員發(fā)射信號，警告汽車有特殊情況發(fā)生。它的報警原理電子線路原理圖如附錄2。此報警系統(tǒng)主要能實(shí)現(xiàn)以下檢測功能：檢測輪胎氣壓是否能使汽車正常行駛；檢測發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)溫度情況；汽車停放時，檢測汽車是否被盜；檢測潤滑系統(tǒng)油壓；檢測制動系統(tǒng)氣壓是否充足。因此，單片機(jī)控制系統(tǒng)能因汽車時空的變化，部件的動態(tài)改變，進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算及時作出響應(yīng)的判斷。當(dāng)有不常規(guī)現(xiàn)象出現(xiàn)時，能夠及時告知駕駛員注意，避免隱情發(fā)生。三、硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1控制器MCS-8051的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)本設(shè)計采用MCS-8051單片機(jī)來控制系統(tǒng)報警。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個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根，4組8位共32個I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明：Pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)EPROM抄寫程序時，接+5V電源。Pin19:時鐘XTAL1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。Pin18:時鐘XTAL2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。8051的時鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時鐘振蕩方式，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。另外一種是外部時鐘方式，即將XTAL1接地，外部時鐘信號從XTAL2腳輸入。本設(shè)計采用外部時鐘電路，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)計中，P0口作為程序存儲器擴(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口為程序存儲器擴(kuò)展口的高八位地址總線口，P1口為輸入/輸出口。Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時鐘電圖28051引腳圖路開始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個時鐘周期以上的高平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“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)控制的汽車多功能報警器設(shè)計-3-DPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0xxxxxxxB表1寄存器初始狀態(tài)表8051的復(fù)位方式可以是自動復(fù)位，也可以是手動復(fù)位，見圖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)計采用自動復(fù)位電路。Pin30:ALE/當(dāng)訪問外部程序器時，ALE(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時，ALE端將有一個1/6時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個時鐘向外輸出。更有一個特點(diǎn)，當(dāng)訪問外部程序存儲器，ALE會跳過一個脈沖。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)訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號，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，EA/Vpp腳還需加上21V的編程電壓?？偟膩碚f，MCS-8051單片機(jī)的主要功能如下：8位CPU4kbytes程序存儲器(ROM)128bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)32條I/O口線111條指令，大部分為單字節(jié)指令21個專用寄存器2個可編程定時/計數(shù)器5個中斷源，2個優(yōu)先級一個全雙工串行通信口外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB外部程序存儲器尋址空間為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輪胎欠壓報警電路設(shè)計汽車在行駛中,若輪胎氣壓不足,則會導(dǎo)致輪胎磨損加劇、行駛阻力增加、油耗增加。且在緊急制動時,若某側(cè)輪胎壓力偏低,就會造成車身偏轉(zhuǎn),甚至釀成事故。如果輪胎氣壓在低于某一設(shè)定值時,能發(fā)出報警信號,告知駕駛員應(yīng)及時補(bǔ)氣,對提高行車安全性和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。本系統(tǒng)對輪胎欠壓報警的設(shè)計解決了二個難題:一是壓力傳感器的能源,通常壓力傳感器工作時將壓力轉(zhuǎn)換為電信號必須要有電源,電源如果取自汽車交流發(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)控制的汽車多功能報警器設(shè)計-4-組件,因?yàn)檐囕喒ぷ鲿r是旋轉(zhuǎn)的,如果在車輪上加裝交流發(fā)電機(jī)或安置電池,則其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。二是信號的傳輸問題,若信號采用接觸式傳輸,因汽車車輪工作環(huán)境惡劣,這樣勢必會降低信號傳輸?shù)目煽啃?；如果采用電信號發(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)計的汽車輪胎欠壓報警器巧妙地利用輪胎內(nèi)氣壓變化作為動力,通過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,再利用空間磁場實(shí)現(xiàn)信號耦合,從而大大簡化了汽車輪胎欠壓報警器的結(jié)構(gòu)。3.2.1汽車輪胎欠壓報警原理輪胎欠壓報警采用輪胎內(nèi)氣壓變化作為動力，通過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，再利用空間磁場實(shí)現(xiàn)信號耦合，此時磁鋼將推動霍爾元件開關(guān)，從而產(chǎn)生電壓輸出，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)報警。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輪轂上,隨車輪一起轉(zhuǎn)動,由接口通過銅管與氣門心連通。當(dāng)輪胎內(nèi)壓力充足時,在氣體壓力作用下,波紋管和彈簧被壓縮,由導(dǎo)桿帶動磁鋼右移；當(dāng)欠壓時,氣體壓力減少,波紋管與彈簧伸長,通過導(dǎo)桿推動磁鋼左移,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。彈簧的初始壓力可以通過調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘來調(diào)節(jié),整個工作過程中彈簧始終處于壓縮狀態(tài),波紋管在輪胎欠壓時,因彈簧伸長而處于拉伸狀態(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0,拉伸時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)工作過程是平穩(wěn)的。3.2.3霍爾效應(yīng)開關(guān)霍爾效應(yīng)開關(guān)固定安裝在制動底板上,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,霍爾元件控制電流幾乎不變