【正文】 R 內(nèi)部寄存器 P 1. 0 P 1. 1 基于單片機的汽車防追尾碰撞報警系統(tǒng)設(shè)計 14 RAM,與 80C31 內(nèi)部完全類似。 基于單片機的汽車防追尾碰撞報警系統(tǒng)設(shè)計 15 霍爾 集成 器件 測速 原理 （ 1） 霍爾效應(yīng) 1879 年，美國物理學(xué)家 Edwin Herbert Hall 在研究 金屬的導(dǎo)電機構(gòu)時 發(fā)現(xiàn) 當(dāng) 磁場 作用于 載流金 屬導(dǎo) 體、半 導(dǎo)體中 的載流 子時 ，產(chǎn)生 橫向電位差 ； 當(dāng) 電流 通過金 屬箔片 時， 若在垂 直于電 流的方 向施 加磁場 ，則金屬箔片兩 側(cè)面 會出 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。 e 為電子 基于單片機的汽車防追尾碰撞報警系統(tǒng)設(shè)計 16 的電荷量。 由（ 7）式可知，如果霍爾元件的靈敏度 HR 已知，測得了控制電流 I和產(chǎn)生的霍爾電壓 HV ，則可測定霍爾元件所在處的磁感應(yīng)強度為 ：HHIKVB? 。 xyzI 12 I43B 圖 28 在磁場中的霍爾元件 ① 厄廷豪森（ Eting hausen）效應(yīng)引起的 電勢差 EV 。 ③ 里紀 —— 勒杜克（ Righi— Leduc） 效應(yīng)產(chǎn)生的電勢差 RV 。進入 20 世紀 80 年代，隨著電子元器件制造技術(shù)的發(fā)展，霍爾電流／電壓傳感器的 39?？赏ㄟ^測量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強度的大小，由此建立了磁場與 基于單片機的汽車防追尾碰撞報警系統(tǒng)設(shè)計 19 電壓信號的聯(lián)系；根據(jù)這一關(guān)系式。這些都會對測量精度產(chǎn)生影響。圖 211 示出３種產(chǎn)生梯度磁場的磁系統(tǒng)及其與霍爾器件組成的位移傳感器的輸出特性曲線，將它們固定在被測系統(tǒng)上，可構(gòu)成霍爾微位移傳感器。由事先校準的ｐ ～ｆＶＨ雪曲線即可得到被測壓力ｐ的值。除了己非常成熟的雙極型霍爾ＩＣ外，應(yīng)用ＣＭＯＳ和Ｓ i ＣＭＯＳ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。 傳感器的工作原理是磁平衡式的 。 例如汽車點火系統(tǒng)，設(shè)計者將霍爾傳感器放在分電器內(nèi)取代機械斷電器，用作點火脈沖發(fā)生器。例如位置、位移、角度、角速度、轉(zhuǎn)速等等，并可將這些變量進行二次變 換；可測量壓力 、質(zhì)量、液 位、 流速、流量等。在揚聲器發(fā)出報警聲時，時基電路 CC7555 處于暫穩(wěn)態(tài)，此 時電源 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，使揚聲器停止發(fā)出報警聲， 直到 下一次測距結(jié)束產(chǎn)生新的報警聲 。然后調(diào)用超聲波發(fā)射子程序發(fā)出一個超聲波脈沖，打開外中斷 0 接收返回的超聲波信號。其部分源程序如下： RECEIVE0： PUSH PSW PUSH ACC CLR EX0 ；關(guān)外部中斷 0 MOV R7, TH0 ；讀取時間值 MOV R6, TL0? CLR C MOV A, R6 SUBB A, 0BBH；計算時間差 MOV 31H, A ；存儲結(jié)果 MOV A, R7 SUBB A, 3CH MOV 30H, A? SETB EX0 ；開外部中斷 0 POP ACC? POP PSW RETI 主程序 晶振采用 6M， P1 口為數(shù)碼管段輸出口， ~ 為數(shù)碼管位輸出口， 超聲波發(fā)送輸出， 超聲波接收。 主程序首先是對系統(tǒng)環(huán)境初始化，設(shè)置定時器 T0 工作模式為 16 位定時器計數(shù)器模式。 報警 發(fā)聲 電路 報警 發(fā)聲 電路由 CC7555 電路和揚聲器組成。采用功率霍爾開關(guān)電路可以減小這些現(xiàn)象。 根據(jù)霍爾效應(yīng)做成的霍爾器件，就是以磁場為工作媒體，將物體的運動參量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電壓的形式輸出，使之具備傳感和開關(guān)的功能。開環(huán)霍爾傳感器的優(yōu)點是電路形式簡單、成本相對較低；其缺點是精度和線性度較差，響應(yīng)時間較慢，溫度漂移較大。僅在汽車的電子系統(tǒng)中，使用霍爾ＩＣ的就有十幾處。磁系統(tǒng)最好用能構(gòu)成均勻梯度磁場的復(fù)合系統(tǒng)，如圖６中的（ａ）、（ｂ），也可采用單一磁體，如（ｃ）。對于霍爾輸出電壓 U 的處理，人們設(shè)計了許多種電路，但總體來講可分為兩類：一類為開環(huán) (或稱直測式、直檢式 )霍爾電流傳 感器；另一類為 閉環(huán) (或稱零磁通式、磁平衡式 )霍爾電流傳感器。在這種應(yīng)用中，霍爾器件是磁場檢測器，它檢測的是磁芯氣隙中的磁感應(yīng)強度。如圖 29 所示， 當(dāng)把通有小電流的半導(dǎo)體 薄片 置于磁 場中時 ，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 差，該 電勢差 即為霍 爾電 壓 U， 這個 U電壓與磁感應(yīng)強度 B 及控制電 流 I 成正比，經(jīng)過理 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)強度； I 為控 制電流； RH 為霍爾系數(shù)：d 為半導(dǎo)體片的厚度。 0V 的正負只與電流方向 I 有關(guān)，而與 B 的方向無關(guān)。與霍爾效應(yīng)類似，該熱流也會在 4 點間形成電勢差 NV 。 嚴格地說，在半導(dǎo)體中載流子的漂移運動速度 并不完全相同，考慮到載流子速度的統(tǒng)計分布，并認為多數(shù)載流子的濃度與遷移率之積遠大于少數(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 個霍爾因子 Hr ，即 )( pernerR HHH 或? 普通物理實驗中常用 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量，霍爾因子 ?? ?Hr ，所以 neRH 183?? 式中， ???e 庫侖 （ 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，實際情況要復(fù)雜得多，在產(chǎn)生霍爾電壓 HV 的同時，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。 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)面積累負電 荷，如圖27（ b）所示，此時， A 側(cè)面電位比 B 側(cè)面高。產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的原因是形成電流的作定向運動的帶電粒子即載流子（ N 型半導(dǎo)體中的載流子是帶負電荷的電子， P 型半導(dǎo)體中的載流子是帶正電荷的空穴）在磁場中所受到的洛侖茲力作用而產(chǎn)生的。 AT89C2051 中的兩個 16 位定時計數(shù)器寄存器 T0 和 T1, 作定時器時 , 可計數(shù) 機器周期 , 計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/12。 89C2051 工作于 12Hz 時，動態(tài)電流為 ，空閑態(tài)為 1mA,掉電態(tài)僅為 20nA。 相比之下 ， AT89C51/AT87C51 的端口下拉能力每腳最大為 15mA。 P3 口還用于實現(xiàn) AT89C2051 的各種功能，如表 11 所示 表 11 AT89C2051 引腳 P3 的各種功能 端 口 /引腳 功能 RXD(串行輸入端口 ) TXD(串行輸出端口 ) INT0(外中斷 0) INT1(外中斷 1) T0(定時器 0 外部輸入 ) T1(定時器 1 外部輸入 ) 基于單片機的汽車防追尾碰撞報警系統(tǒng)設(shè)計 13 P3 口還接收一些用于 Flash 存儲器編程和程序 校驗控制信號。當(dāng) P1 口引腳寫入 “ 1” 時，可用作輸入端。t (3) f(t)＝ fmaxk 可以大 大提高毫米波導(dǎo)引頭的性能。 將光學(xué) 導(dǎo)電 效應(yīng)用 來控制 毫米波 固態(tài) 器件時 。 毫米波 發(fā)射系 統(tǒng)的 射頻 源 大致可 分為 三類： 第一 類是電 真空 器件構(gòu)成的源： 第二 類是固 態(tài)器件 構(gòu)成 的源； 第三類 是其他 方式 產(chǎn)生的 源，例如光導(dǎo)毫 米波 源等。 ⑦ 大氣衰減 “ 諧振點 ” 可作保密傳輸。為此 ，它們 在通信 、雷 達、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。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。 能充分發(fā)揮 AT89C2051的數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)，提高系統(tǒng)的靈敏度。優(yōu)點是采用雙目攝像系統(tǒng)模擬人體視覺原理，測量精度高。 缺點是：存在電磁波干擾問題，雷達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。工作頻率從 3MHZ到 3OGHZ的范圍內(nèi)。 成像式激光雷達又可分為掃描成像激光雷達和非掃描成像激光雷達。因此汽車聲納雷達能夠在雨、霧、雪等惡劣天氣條件下工作。 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 技 術(shù)：測 距 20 世紀 90 年代以來， 智能交通系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)得到了前所未有的發(fā)展 ， 其廣泛應(yīng)用也越來越受到各方面的關(guān)注 。首先，基于雷達或攝像的感知系統(tǒng)能察覺道路上肉眼不易察覺的物體，比如突然出現(xiàn)的行人。它能為駕駛者提供適當(dāng)類型及程度的反饋，既提高安全性又不分散注意力、妨礙駕駛。這樣的系統(tǒng)能無須駕駛員的操作自動運行，監(jiān)控駕駛環(huán)境。 事實上，主、被動安全系統(tǒng)的技術(shù)整合和運用早已開始。 傳統(tǒng)上，車輛的安全系統(tǒng)分 為 主動安全和被動安全兩個系統(tǒng)。TCS 依靠電子傳感器探測車輪驅(qū)動情況，不斷調(diào)節(jié)動力的輸出，從而使車輪不再打滑，提高加速性與爬坡能力。在遇 到緊急剎車時，經(jīng) 常需要汽車立刻停下來，但 大力剎 車容易 發(fā)生 車輪鎖 死的狀 況 —— 如前輪 鎖死 引起汽 車失去 基于單片機的汽車防追尾碰撞報警系統(tǒng)設(shè)計 3 轉(zhuǎn)彎能力， 后輪鎖死容易發(fā)生甩尾事故等等。 如今 這一保 護的 概念 以及 延伸到 車內(nèi) 外所 有的人 甚至 物體 ，越來越 強調(diào)安全設(shè)計的重要 性 的 。對各類交通事故的研究表明 :若駕駛員能夠提早 1s 意識到有事故危險并采 取相應(yīng)的正確措施 ,則絕大多數(shù)的交通事故都可以避免。現(xiàn)在，各種汽車在高速公路上每小時跑上100120 公里，己經(jīng)是很平常的事了。對于保密論文，按保密的有關(guān)規(guī)定 進行法律 處理。 作者（簽字）： 簽字日期： 201 年 2 月 15 日 版權(quán)使用授權(quán)書 武漢紡織大學(xué)有權(quán)保存學(xué)位論文的電子和紙質(zhì)文檔， 可以借閱 或上網(wǎng)公開本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容， 允許論文被查閱，可以向有關(guān)部門或機構(gòu)送交并授權(quán)其保存、借閱或上網(wǎng)公布本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。 inte grate d Hall unit alarm 基于單片機的汽車防追尾碰撞報警系統(tǒng)設(shè)計 1 前 言 現(xiàn)代社會高速公路的迅猛發(fā)展和汽車制造水平的快速提高 [1]，導(dǎo)致了汽車的行駛速度不斷上升。對公路交通事故的分析表明： 80%以上的車禍是由于駕駛員反應(yīng)不及所引起的追尾相撞、側(cè)面相撞。 被動安全 所謂被 動安全 是指 當(dāng)車輛 發(fā)生碰 撞時 對乘客 及行 人的保 護能 力 ， 是通 過 設(shè) 置 安 全 帶 、 安 全 氣 囊 、 保 險 杠 等 ,在 事 故 發(fā) 生 時 保 障 人 員 的 安全。目前大多數(shù)轎車都裝有 ABS。同樣，汽車 在起步或急加速時，驅(qū)動輪也 有可 能打滑 ，在冰 雪等 光滑路 面上還 會使方 向失 控而出 危險。這要求汽車廠商和零部 件供應(yīng)商不斷 的 開發(fā)出先進技 術(shù) ，創(chuàng)造更 安全 的車輛。集成的主、被動系統(tǒng)能實現(xiàn)更強的安全性能，最大程度地保護車輛、乘員乃至行人的安全，其價值遠遠超過了各自獨立、互不相干的防護系統(tǒng)。 預(yù)警駕駛輔助在集成化的第二階段，安全技術(shù)發(fā)展到具有一定的先知先覺能力。 智能化反饋好的預(yù)警系統(tǒng)是 善解人意 的。 TRW 行人保護系統(tǒng)能有效降低人車相撞的機率，或在碰撞在所難免時保護駕駛者和行人的安全。 因此，一種響應(yīng)快、可靠性高且較為經(jīng)濟的汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)十分必要，而該系統(tǒng)的核心在于快速、準確地測量出汽車與障礙物間的距離，為駕駛?cè)藛T提供準確的判斷信息，避免汽車追尾碰撞。 t 與超聲波傳播速度 c 相乘可求出被測距離 s, 即 ： s = ct /2 超聲波 特點是對雨、霧、雪的穿透能力強 ，傳輸過程能量衰 減較小，反射能力較強。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測器測定反射鏡的角度即可測出目標的方位。 （ 3） 微波雷達測距 雷達是利用目標對電磁波的反射來發(fā)現(xiàn)目標并測定其位置的。 ②是環(huán)境適應(yīng)性能好，受雨、雪、霧、污穢、陽光的干擾小，探測性能下降小。 CCD攝像機是一種用來模擬人眼的光電探測器，具有尺寸小，質(zhì)量輕、 功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計量準確等特點。 本系統(tǒng) 以 單片機 AT89C2051作為 系統(tǒng) 的控制器 [4]， 利用 其 實時控制和數(shù)據(jù)處理功能 , 完成系統(tǒng)的控制 ； 用 毫米波 雷達 [6]作 為測距技術(shù)， 用 集成 霍爾元件實現(xiàn)對本車的測速 ,用發(fā)聲器件構(gòu)成報警電路 。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 ，具 有全天 候 (大 雨天除 外 )全 天時的 特點 。 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，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 的衰減小，受自 然光 和熱輻 射源影 響小 。 ⑥