基于单片机控制的汽车多功能报警器设计毕业论文.doc

基于单片机控制的汽车多功能报警器设计-1-基于单片机控制的汽车多功能报警器设计摘要：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：Haveintroducedakindofautomobilemuti_functionwarningapparatusbasedonsinglechipmicrocomputer.Itcanguardagainsttheoilpressureofthelubricatesystem、atmosphericpressureofthebrakingsystem、temperatureofthecoolsystem、tyreowingtopressandthethiefofautomobile,andtocarryoutautomaticdetection,andsendsoutthealarmsignalwhendiscoveringunusualconditions.Haveelaboratedthedesignideological、hardwarecompositionandsoftwaretrainofthoughtofthealarmsystem.Keywords:Singlechipmicrocomputer；Sensor；Digital-to-analoguechanges；Alarming.一、引言随着社会经济的不断进步和高科技的飞速发展，人民的生活质量和消费水平得到了大力改善。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。本着服务于民，造福于民的思想，使汽车智能化、方便化、安全化，给拥有汽车的用户提高舒适感和安全感，减少汽车事故的发生率。因此研制一种简单可靠、方便操作，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。二、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数据传感器、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、声音报警驱动电路、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：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是通过不同类型的传感器，把他们安置在汽车的适当位置，采集现场数据D触发器热敏传感器压力传感器超声波传感器传感器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基于单片机控制的汽车多功能报警器设计-2-信号，经过放大、滤波、模数转换,把信号传送给8051单片机，单片机根据数据进行整理、运算，然后驱动声光报警电路，发出报警信号，提醒驾驶员注意，对现存问题进行处理。另外对于防盗报警系统，当发现有异常情况时，单片机能够触发无线信号发射电路给远方的驾驶员发射信号，警告汽车有特殊情况发生。它的报警原理电子线路原理图如附录2。此报警系统主要能实现以下检测功能：检测轮胎气压是否能使汽车正常行驶；检测发动机冷却系统温度情况；汽车停放时，检测汽车是否被盗；检测润滑系统油压；检测制动系统气压是否充足。因此，单片机控制系统能因汽车时空的变化，部件的动态改变，进行数据的计算及时作出响应的判断。当有不常规现象出现时，能够及时告知驾驶员注意，避免隐情发生。三、硬件系统设计3.1控制器MCS-8051的结构与特点本设计采用MCS-8051单片机来控制系统报警。MCS-51系列单片机中的8051采用40Pin封装的双列直接DIP结构，图2是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。现在我们对这些引脚的功能加以说明：Pin40:正电源脚，正常工作或对片内EPROM抄写程序时，接+5V电源。Pin19:时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。Pin18:时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。8051的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体(2-12MHz)和振荡电容，振荡电容的值一般取10p-30p。另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入。本设计采用外部时钟电路，外接晶振和电容组成振荡器。输入输出(I/O)引脚：Pin39-Pin32为P0.0-P0.7输入输出脚，Pin1-Pin1为P1.0-P1.7输入输出脚，Pin21-Pin28为P2.0-P2.7输入输出脚，Pin10-Pin17为P3.0-P3.7输入输出脚。在设计中，P0口作为程序存储器扩展口，且是扩展并行输入/输出接口的接口，另外也作为模数转换的数据传输口，P2口为程序存储器扩展口的高八位地址总线口，P1口为输入/输出口。Pin9:RESET/Vpd复位信号复用脚，当8051通电，时钟电图28051引脚图路开始工作，在RESET引脚上出现24个时钟周期以上的高平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H，P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态如下表1：特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态ACC00HB00HPSW00HSP07HDPH00HTH000H基于单片机控制的汽车多功能报警器设计-3-DPL00HTL000HIPxxx00000BTH100HIE0xx00000BTL100HTMOD00HTCON00HSCONxxxxxxxxBSBUF00HP0-P31111111BPCON0xxxxxxxB表1寄存器初始状态表8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见图3。此外，RESET/Vpd还是一复用脚，Vcc掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。此设计采用自动复位电路。Pin30:ALE/当访问外部程序器时，ALE(地址锁存)的输出用于锁存地址的低位字节。而访问内部程序存储器时，ALE端将有一个1/6时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。更有一个特点，当访问外部程序存储器，ALE会跳过一个脉冲。如果单片机是EPROM，在编程其间，将用于输入编程脉冲。Pin29:当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号，PC的16位地址数据将出现在P0和P2口上，外部图3复位电路程序存储器则把指令数据放到P0口上，由CPU读入并执行。在编程时，EA/Vpp脚还需加上21V的编程电压。总的来说，MCS-8051单片机的主要功能如下：8位CPU4kbytes程序存储器(ROM)128bytes的数据存储器(RAM)32条I/O口线111条指令，大部分为单字节指令21个专用寄存器2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为64kB外部程序存储器寻址空间为64kB逻辑操作位寻址功能双列直插40PinDIP封装单一+5V电源供电3.2轮胎欠压报警电路设计汽车在行驶中,若轮胎气压不足,则会导致轮胎磨损加剧、行驶阻力增加、油耗增加。且在紧急制动时,若某侧轮胎压力偏低,就会造成车身偏转,甚至酿成事故。如果轮胎气压在低于某一设定值时,能发出报警信号,告知驾驶员应及时补气,对提高行车安全性和经济性具有十分重要的意义。本系统对轮胎欠压报警的设计解决了二个难题:一是压力传感器的能源,通常压力传感器工作时将压力转换为电信号必须要有电源,电源如果取自汽车交流发电机或蓄电池,则需安装电刷和集电环基于单片机控制的汽车多功能报警器设计-4-组件,因为车轮工作时是旋转的,如果在车轮上加装交流发电机或安置电池,则其结构复杂、成本高。二是信号的传输问题,若信号采用接触式传输,因汽车车轮工作环境恶劣,这样势必会降低信号传输的可靠性；如果采用电信号发射和接收方式实现耦合,则电路复杂、维护困难。本设计的汽车轮胎欠压报警器巧妙地利用轮胎内气压变化作为动力,通过弹簧与波纹管组件压缩、拉伸,使磁钢产生位移以改变磁感应强度,再利用空间磁场实现信号耦合,从而大大简化了汽车轮胎欠压报警器的结构。3.2.1汽车轮胎欠压报警原理轮胎欠压报警采用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，此时磁钢将推动霍尔元件开关，从而产生电压输出，经过模数转换实现报警。3.2.2压力传感器的结构和工作原理压力传感器的结构如图4所示。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。当轮胎内压力充足时,在气体压力作用下,波纹管和弹簧被压缩,由导杆带动磁钢右移；当欠压时,气体压力减少,波纹管与弹簧伸长,通过导杆推动磁钢左移,因此由轮胎内气体的压力变化可实现磁钢的左右移动。弹簧的初始压力可以通过调节调整螺钉来调节,整个工作过程中弹簧始终处于压缩状态,波纹管在轮胎欠压时,因弹簧伸长而处于拉伸状态；在非欠压状态下,其处于压缩状态。波纹管和弹簧组件的钢度为:图4压力传感器结构图=式中弹簧钢度波纹管的钢度,压缩时0,拉伸时0在欠压状态下,=-,灵敏度=1/。设弹簧输入功率谱密度为：()=,弹簧的阻尼系数为常数,则系统的传递函数:()=+若忽略磁钢的质量,则输出功率谱密度:()()|()|2=()22+22=22+22故()是的实值、非负、偶函数,所以系统工作过程是平稳的。3.2.3霍尔效应开关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35。霍尔效应开关工作原理图如图5所示。图5中为霍尔元件,为运算放大器,为触发器,为温度补偿电阻。远远大于霍尔元件输入电阻,这样温度变化时,霍尔元件控制电流几乎不变