【正文】 頻率的 1/12。 （ 4） 內(nèi)部 I/O 控制 AT89C2051 在內(nèi)部 I/O 控制上繼承了 MCS51 的 特性： 5 路 2 級(jí)優(yōu)待中斷，串等口， 2 路定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，內(nèi)部組成參見圖 26 圖 26 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 AT89C2051 是一個(gè)低功耗、高性能的 CMOS 8 位微處 理器 , 與 MCS251 系列指令集和引腳兼容 , 具有以下特點(diǎn) : 128 bytes 內(nèi)部 RAM , 2K bytes EPROM（ Erasable Programmable ROM，可擦除 可編程 ROM） , 15 根 IO線 , 2 個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器 , 5 個(gè)兩級(jí)中斷源 , 1 個(gè) 全雙工串行口 , 一個(gè)片內(nèi)精密 模擬 比較器 和片內(nèi) 振蕩 器 , 低 功耗的 閑置和 掉電 模式。相比之下，一般 8031 對(duì)最低工作 時(shí)鐘限制為 ，因?yàn)槠鋬?nèi)部的 RAM是動(dòng)態(tài)刷新的。 （ 3） 存儲(chǔ)器 AT89C2051 片內(nèi)含 有 2k 字節(jié) 的 Flash 程序存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)的片內(nèi)VO C R 內(nèi)部寄存器 P 1. 0 P 1. 1 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 RAM,與 80C31 內(nèi)部完全類似。 89C2051 工作于 12Hz 時(shí)，動(dòng)態(tài)電流為 ，空閑態(tài)為 1mA,掉電態(tài)僅為 20nA。其中， R 用于測(cè)量門限的調(diào)節(jié)， IN 端接輸入模擬信號(hào)。 為了增加對(duì)模擬量的輸入功能， 2051 在內(nèi)部構(gòu)造了一 個(gè)模擬信號(hào)比較器，其輸入端連到 和 口，比較結(jié)果存 入 對(duì)應(yīng)寄存器，（ 在 2051 外 部無(wú)引腳），原理見圖 24。 這樣，引腳的平均電流只 9mA。 相比之下 ， AT89C51/AT87C51 的端口下拉能力每腳最大為 15mA。 ⑦ XTAL2:作為振蕩器反相放大輸出。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時(shí)，持續(xù)給 RST 引腳的兩個(gè)機(jī)器周期需要 12 個(gè)振蕩器和時(shí)鐘周期。 ⑤ RST：復(fù)位輸入。 P3 口還用于實(shí)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(shí)器 0 外部輸入 ) T1(定時(shí)器 1 外部輸入 ) 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 P3 口還接收一些用于 Flash 存儲(chǔ)器編程和程序 校驗(yàn)控制信號(hào)。當(dāng) P3 口引腳寫入 “ 1” 時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸入信號(hào)，并且作為一通用 I/O 引腳而不訪問(wèn)。 P1 口還在 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間接收代碼數(shù)據(jù)。當(dāng) P1 口引腳寫入 “ 1” 時(shí)，可用作輸入端。 引腳 ~ 提供內(nèi)部上拉電阻。 (1) 引腳 AT89C2051 的共有 20 條引腳，引腳如圖 23 所示 ： 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 圖 23 AT89C2051 引腳圖 引腳功能說(shuō)明 ： ① Vcc:電源端 ② GND:接地端 ③ P1 口 : P1 口共 8 腳，準(zhǔn)雙向端口。 AT89C2051 單 片 機(jī) 的 性 能 及特點(diǎn) AT89C2051[12]是由 ATMEL 公司推出的一種小型單片機(jī)。t (3) f(t)＝ fmaxk對(duì) FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）汽車?yán)走_(dá)，發(fā)射波頻率按周期性三角波變化，設(shè)發(fā)射波和回波時(shí)間差 td，則： 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 2R＝ C td (1) 式中： R 為目標(biāo)距離； C 為光速。 隨著計(jì) 算機(jī)技 術(shù)、 光學(xué)技 術(shù)以及毫米波技 術(shù)的 不斷發(fā) 展，采 用光 學(xué)互連 的極高 速信號(hào) 處理 器正受 到技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的重視。它 要完 成許多 重要的 工作 ，例如控制發(fā)射 機(jī)的 工作射 頻和脈 沖重 復(fù)頻率 ，多普 勒頻率 跟蹤 ，目標(biāo) 識(shí)別和抗干擾， 末制 導(dǎo)指令 計(jì)算， 導(dǎo)彈 自檢 和 導(dǎo)引頭 工作邏 輯控 制等。 可以大 大提高毫米波導(dǎo)引頭的性能。特 別是 在利用 光學(xué)外 差作用 產(chǎn)生 精確的 毫米波信號(hào)，準(zhǔn)光學(xué)極化處理 、濾波、功率合成 、收發(fā)雙工 、控制放大器增益。隨著毫米波集成電路技術(shù)的發(fā)展，通 常把 振蕩、 放大、 混頻 和其他 控制器 件集成 為 一 個(gè)子系 統(tǒng)，這樣接收機(jī) ／發(fā) 射機(jī)集 成在一 起， 能大幅 度降低 尺寸和 質(zhì)量 ，同時(shí) 也降低了成本。 近年來(lái) ，毫米 波接 收機(jī)技 術(shù)已取 得相 當(dāng)?shù)倪M(jìn) 展， 非冷卻 式毫 米波外差接收機(jī) 的性 能水平 已達(dá)到 可與 微波頻 段的水 平相比 較的 程度。 將光學(xué) 導(dǎo)電 效應(yīng)用 來(lái)控制 毫米波 固態(tài) 器件時(shí) 。準(zhǔn) 光學(xué)功 率合成 是美國(guó) 提出 的一種 具有很好的應(yīng)用 前景 的功率 合成技 術(shù)， 利用它 能制造 出更為 緊湊 的毫米 波導(dǎo)引頭。在目前研制出 來(lái)的 各類固 態(tài)器 件中 。目前 回 旋 管 毫 米 波 源 的 效 率 可 達(dá) 40％， 60GHz 頻 率 上 源 的 連 續(xù) 功 率 達(dá) 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10 200kW。 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。用在 軍事領(lǐng) 域比 較多比 如在雷達(dá)、制導(dǎo)、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略通信、電子對(duì)抗、遙感、輻射測(cè)量等 [8]。高分 辨率的 毫米 波輻射 計(jì)適用于氣象參 數(shù)的 遙感。利 用毫米 波天線 的窄 波束和 低旁瓣 性能可 實(shí)現(xiàn) 低仰角 精密跟蹤雷達(dá)和 成像 雷達(dá)。 ⑦ 大氣衰減 “ 諧振點(diǎn) ” 可作保密傳輸。 ⑤ 多目標(biāo)鑒別性能好 。 ③ 不易受電子干擾 。 毫米波電子系統(tǒng)具有如下特性 : ① 小天線孔徑具有較高的天線增益 。為此 ，它們 在通信 、雷 達(dá)、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。 ② 器件加工精度要求高。 ④ 多普勒頻移大，測(cè)速靈敏度高。 ② 易實(shí)現(xiàn)窄波束和高增益的天線，因而分辨率高，抗干擾性好。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。同 厘米 波導(dǎo)引頭相比， 毫米 波導(dǎo)引 頭具有 體積 小、質(zhì) 量輕和 空間 分 辨率 高的特 點(diǎn)。 各自的 理論和 技術(shù) 分別是 微波向高頻的延 伸和 光波向 低頻的 發(fā)展 。若將 安全距離設(shè)為 0． 5m，就可作為汽車倒車報(bào) 警器，提高汽車倒車時(shí)的安全性。 能充分發(fā)揮 AT89C2051的數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)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。 ： 汽車防 追尾碰 撞報(bào)警系統(tǒng)的原理 :利用安裝在汽車前保險(xiǎn)杠上的 毫米波 雷達(dá)傳感器 [5],實(shí)時(shí)測(cè)量自車與前方目標(biāo)物間的距離和相對(duì)速度等信息 ,再由主控單元判斷當(dāng)前的行車安全狀態(tài) ,采取相應(yīng)的報(bào)警方式 。 系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 本文介紹的汽車 防碰撞 報(bào)警 系統(tǒng)是關(guān)于汽車安全系統(tǒng)的主動(dòng)安全方面 ， 利用安裝在汽車前保險(xiǎn)杠上的雷達(dá)傳感器測(cè)量自車與前方目標(biāo)物間的距離和相對(duì)速度 , 通過(guò)霍爾集成 傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)自車車速的測(cè)量，再由主控單元對(duì)采集的車輛實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分析并判斷當(dāng)前的行車安全狀態(tài) ,采取相應(yīng)的報(bào)警方式 ， 警示當(dāng)前的行車狀況，使駕駛員提前采取相應(yīng)的措施，提高駕駛安全性。 且在環(huán)境比較惡劣的條件下 (如大霧、大雨等 ) ,視覺傳感器會(huì)失效。優(yōu)點(diǎn)是采用雙目攝像系統(tǒng)模擬人體視覺原理，測(cè)量精度高。 （ 5）攝像系統(tǒng)測(cè)距 攝像系統(tǒng)指電荷藕合器件 CCD常用攝像系統(tǒng)。其基本原理是：紅外線發(fā)射器始終處于發(fā)射紅外線的狀態(tài)，當(dāng)紅外接收器第一次接收到前方汽車反射回的紅外 線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)計(jì)數(shù)啟動(dòng)信號(hào)，計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù)器開始以一定頻率計(jì)數(shù)；當(dāng)紅外線接收器第二次接收到反射回的紅外線時(shí)，經(jīng)電路處理單片機(jī)給出一個(gè)停止計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 紅外線發(fā)射器不斷發(fā)射出 紅外線，經(jīng)前方汽車反射，紅外線接收器接收到反射波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。 缺點(diǎn)是：存在電磁波干擾問(wèn)題，雷達(dá)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。 用毫米波雷達(dá)測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)有 : ① 檢測(cè)障礙物時(shí)對(duì)環(huán)境的變化有很強(qiáng)的穩(wěn)定性， 與光學(xué)式相比，它不易受對(duì)象表面形狀和顏色影響 。作為車載雷達(dá)，一般選擇 60GHz， 120GHZ， 180GHZ波段，其對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)為 毫米級(jí)，故稱為毫米 波雷達(dá)。 微波 汽車防撞雷達(dá) ,各國(guó)已經(jīng)有成熟技術(shù)，如德國(guó)不倫瑞克工業(yè)大學(xué)研制了樣機(jī)已試驗(yàn)成功 ,但推廣起來(lái)存在一些問(wèn)題 ,如波束 較寬 ,易受干擾、造價(jià)也 偏高 ,如果目標(biāo)車的材料不是金屬、反射信號(hào)會(huì)很弱 ,給測(cè)距帶來(lái)困難 。工作頻率從 3MHZ到 3OGHZ的范圍內(nèi)。缺點(diǎn)是：由于光波束很窄 ； 掃描速度比較慢 ， 必須采取特殊的技術(shù)措施 ， 才能覆蓋車道 ， 另外受各種光源、天氣的影 響比較大。 激光測(cè)距是一種光學(xué)雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測(cè)量時(shí)間短，量程大， 測(cè)距精度很高 ， 車道分辨率 高 等優(yōu)點(diǎn)。非掃描成像式激光雷達(dá)將光源發(fā)出的經(jīng)過(guò)強(qiáng)度調(diào)制的激光經(jīng)分束器系統(tǒng)分為多束光后沿不同方向射出 ,照射待測(cè)區(qū)域 。 成像式激光雷達(dá)又可分為掃描成像激光雷達(dá)和非掃描成像激光雷達(dá)。它的工作原理是 :從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后 ,用掃描鏡左右掃描 ,向空間發(fā)射 , 照射在前方車輛或其他目標(biāo)上 ,其反射光經(jīng)掃描鏡、接收物鏡及回輸光纖 ,被導(dǎo)入到信號(hào)處理裝置內(nèi)光電二極管 ,利用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)激光二極管啟動(dòng)脈沖與光電二極管的接收脈沖間的時(shí)間差 ,即可求得目標(biāo)距離。 （ 2） 激光測(cè)距 目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測(cè)距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達(dá)和成像式激光雷達(dá)。其缺點(diǎn)是 : ① 超聲波速度受外界 風(fēng)速和溫度的影響較大； ② 超聲波能量與距離的平方成正比衰減，距離越遠(yuǎn)，衰減越 嚴(yán)重 ，反射回的聲波越少，靈敏度下降快，只適合于測(cè)低速較短的距離 如果車速太快或者距離太遠(yuǎn)，測(cè)量誤差很大。因此汽車聲納雷達(dá)能夠在雨、霧、雪等惡劣天氣條件下工作。 超聲波測(cè)距的方法很多 , 如相位檢測(cè)法 , 聲波幅值檢測(cè)法和渡越時(shí)間檢測(cè)法等 渡越時(shí)間檢測(cè)法 , 即測(cè)距時(shí)超聲波發(fā)射器不斷發(fā)射超聲波 , 遇到障礙物 (即被檢測(cè)對(duì)象 ) 后反射回來(lái) , 通過(guò)超聲波接收器接收到反射波信 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 號(hào) , 并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào) , 測(cè)出從發(fā)射超聲波至接收到反射波的時(shí)間差(渡越時(shí)間 ,t)。 （ 1） 超聲波測(cè)距 超聲波是指諧振頻率在 20KHZ以上的機(jī)械波 。當(dāng)汽車之間的距離小于設(shè)定的安全距離時(shí)，防撞系統(tǒng)就應(yīng)該自動(dòng)報(bào)警并采取制動(dòng)措施。 系 統(tǒng) 的 關(guān) 鍵 技 術(shù)：測(cè) 距 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)， 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(lái)越受到各方面的關(guān)注 。采用汽車?yán)走_(dá)檢測(cè)前方障礙物的相對(duì)距離和速度，提前預(yù)警，可有效降低交通事故的發(fā)生。作為 汽車 行業(yè)內(nèi) 眾多 的安全產(chǎn)品研發(fā)者和供應(yīng)商，多個(gè)大型汽車集團(tuán)正在以開發(fā)先進(jìn)傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，走向驅(qū)動(dòng)汽車安全集成化 的進(jìn)程。 如果人車相撞不幸發(fā)生， TRW 研發(fā)的行人安 全氣囊會(huì)從 發(fā)動(dòng)機(jī) 罩下瞬間充氣 展開，減小車輛碰撞人體的力度。首先，基于雷達(dá)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。在歐洲和日本，政府非常重視保護(hù)行人免受嚴(yán)重或致命傷害的立法。 以智能化道路為例，這種系統(tǒng)利用 傳感器 和衛(wèi)星 數(shù)據(jù)追蹤汽車位置，并在潛在意外發(fā)生前－如臨近交叉路 口時(shí) 及時(shí)提醒駕駛者注意路況。 將來(lái)，結(jié)合智能化傳輸系統(tǒng)，主動(dòng)和被動(dòng)安全系統(tǒng)都將與車輛外部環(huán)境保持更緊密的聯(lián)系。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。 包 括 ACR 在內(nèi)的各種保護(hù)裝置相應(yīng)啟動(dòng)，一是警示駕駛者；二是確保駕駛者處于安全氣囊保護(hù)的最理想位置；同時(shí)電子轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供觸覺傳感反饋，引導(dǎo)駕駛者回到正確的車道上。早期，駕駛輔助主要提供駕駛便利，而在今后將逐步發(fā)展成為主動(dòng)安全技術(shù)中不可或缺的部分。 TRW 一直努力研發(fā)一系列基于雷達(dá)技術(shù)的傳感系統(tǒng)，如自適性巡航控制 (Adaptive Cruise Control) － 該系統(tǒng)已被應(yīng)用于德國(guó) 大眾 的一部分歐洲和北美的車型上。這樣的系統(tǒng)能無(wú)須駕駛員的操作自動(dòng)運(yùn)行，監(jiān)控駕駛環(huán)境。相比之下，其它碰撞驅(qū)動(dòng)型座椅安全帶預(yù)張緊器裝置在啟動(dòng)后無(wú)法自動(dòng)回復(fù)初始狀態(tài)，必須重新裝置。 該階段的技術(shù)整合所采用的制動(dòng)輔助系統(tǒng)，在潛在碰撞發(fā)生前啟動(dòng)安全防護(hù) 措施。感知汽車嚴(yán)重打滑，預(yù)警安全系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)激活電控的座椅安全帶預(yù)張緊器（即 TRW主動(dòng)控制牽引器， ACR），隨之把前座椅移至最佳的安全位置。 事實(shí)上，主、被動(dòng)安全系統(tǒng)的技術(shù)整合和運(yùn)用早已開始。復(fù)雜的整合技術(shù)將近距離雷達(dá)、遠(yuǎn)程雷達(dá)、影像傳感、轉(zhuǎn)向及翻滾角度傳感、 基于單片機(jī)的汽車防追尾碰撞報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 穩(wěn)定控制電子傳感 [11]等諸多技術(shù)結(jié)合在一