單片機(jī)在智能剎車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

溫黎明

（太原鋼鐵 （集團(tuán)）有限公司 煉鋼二廠，山西 太原 030003）

0 引言

自主緊急剎車系統(tǒng)可以預(yù)知潛在的碰撞事故，并及時(shí)通知駕駛員，而且在必要的情況下可自動(dòng)控制制動(dòng)踏板完成剎車的操作，以避免或減輕碰撞傷害。德國(guó)、日本、美國(guó)等先進(jìn)的汽車生產(chǎn)國(guó)在10年前已經(jīng)開(kāi)始了主動(dòng)防撞安全裝置的研究與開(kāi)發(fā)。本文介紹一個(gè)基于單片機(jī)的智能剎車控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

基于單片機(jī)的汽車智能剎車系統(tǒng)主要包括3個(gè)部分：①信號(hào)采集系統(tǒng)；②數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；③執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該剎車系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示，它以單片機(jī)為控制器，通過(guò)傳感器檢測(cè)車前障礙物信號(hào)，在危險(xiǎn)情況下，達(dá)到自動(dòng)報(bào)警、強(qiáng)制停車的目的。

圖1 剎車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)采用89C51單片機(jī)作為控制器，采用單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)，時(shí)鐘信號(hào)采用12MHz，同時(shí)采用上電自動(dòng)復(fù)位與手動(dòng)復(fù)位兩種復(fù)位方式，通過(guò)固定式三端穩(wěn)壓器W7805得到＋5V電壓作為系統(tǒng)電源，為單片機(jī)供電。激光位移傳感器對(duì)障礙物進(jìn)行信號(hào)采集，系統(tǒng)所使用的傳感器輸出頻率為1Hz，A／D轉(zhuǎn)換器0809每隔1s收集一次傳感器發(fā)出信號(hào)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，經(jīng)過(guò)判斷之后，發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電隔離之后驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，或者驅(qū)動(dòng)電磁繼電器控制電磁鐵輸出小位移，使汽車踏板踩下。

2 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 時(shí)鐘電路

本系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖2 所示，利用芯片內(nèi)部反相器和電阻組成的振蕩電路，在XTAL1和XTAL2引腳上跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，其值的大小對(duì)振蕩器頻率有微調(diào)作用。

圖2 內(nèi)部時(shí)鐘方式

2.2 復(fù)位電路

本設(shè)計(jì)采用按鍵自動(dòng)／手動(dòng)復(fù)位方式，其電路圖如圖3 所示。該電路除了具有上電復(fù)位功能外，若要手動(dòng)復(fù)位只需按下按鈕S即可。當(dāng)晶體振蕩頻率fosc＝12MHz時(shí)，圖3 中取C＝10μF，R2＝8kΩ即可復(fù)位，取R1＝300Ω。

2.3 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用固定式三端穩(wěn)壓器W7805通過(guò)外接汽車24V電源為單片機(jī)供電。固定式三端穩(wěn)壓器構(gòu)成的電源電路如圖4 所示。

圖3 按鍵自動(dòng)／手動(dòng)復(fù)位電路

2.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

ADC0809是CMOS工藝的8位逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存譯碼器、8位A／D轉(zhuǎn)換器及三態(tài)輸出鎖存器構(gòu)成。系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖5 所示。

3 執(zhí)行器選擇

3.1 報(bào)警器選擇與系統(tǒng)連接

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)擬采用蜂鳴器作為報(bào)警器件。通過(guò)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲達(dá)到警告、提示的作用。報(bào)警電路接到單片機(jī)P1.6口，單片機(jī)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后輸出控制信號(hào)，執(zhí)行語(yǔ)句SETB P1.6。通過(guò)光電隔離控制電磁繼電器接通或關(guān)斷蜂鳴器電源，三極管基極通過(guò)電阻接1 000Hz的方波信號(hào)。當(dāng)電磁鐵得電，三極管導(dǎo)通，使得蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。平時(shí)，P1.6口為低電平，蜂鳴器不會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。

圖4 單片機(jī)電源電路

圖5 ADC0809數(shù)據(jù)采集電路

3.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)連接

電磁繼電器方式輸出開(kāi)關(guān)量，是較為常用的輸出方式。用紅色LED燈來(lái)模擬電磁鐵工作，藍(lán)燈模擬電磁鐵不工作。89C51單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)從P1.7端口輸出高電平時(shí)，系統(tǒng)不工作，仿真時(shí)藍(lán)色LED燈亮；當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，光電耦合器工作控制電磁繼電器動(dòng)作，從而控制推拉式電磁鐵得電動(dòng)作，電磁鐵通過(guò)動(dòng)作部件實(shí)現(xiàn)短位移行程，推下汽車踏板，仿真時(shí)紅色LED燈亮，達(dá)到強(qiáng)制剎車的目的。

4 系統(tǒng)仿真及結(jié)果

本文應(yīng)用Proteus軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析。Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件，該系統(tǒng)能夠使從事電路系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的專業(yè)技術(shù)人員加快電路系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度，縮短開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本，提高電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的效率。

仿真中，使用分段線性脈沖激勵(lì)源模擬產(chǎn)生傳感器信號(hào)，用蜂鳴器作為報(bào)警器件，軟件控制其發(fā)出報(bào)警聲。執(zhí)行器即電磁鐵的動(dòng)作是用兩只不同顏色的LED燈來(lái)顯示的，藍(lán)燈亮代表電磁鐵不動(dòng)作，車輛正常行駛；紅燈亮代表電磁鐵動(dòng)作，踏板被強(qiáng)制推下，強(qiáng)制控制車輛剎車。系統(tǒng)仿真電路如圖6 所示。

圖6 系統(tǒng)仿真電路圖

［1］林立.單片機(jī)原理及應(yīng)用：基于Proteus和 Keilc［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009.

［2］舒華，姚國(guó)平.汽車電子控制技術(shù)［M］.第2版.北京：人民交通出版社，2008.