基于STC89C52單片機(jī)的安全行車預(yù)警系統(tǒng)

保松韌 吳洪銳 蔡銘

摘要：警部隊(duì)擔(dān)負(fù)著維護(hù)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定，保障人民安居樂業(yè)的神圣使命，現(xiàn)階段武警部隊(duì)的車隊(duì)在遂行任務(wù)時(shí)仍采用車載電臺(tái)或?qū)χv機(jī)的傳統(tǒng)預(yù)警方式。存在反應(yīng)不及時(shí)、智能化低等缺點(diǎn)，從而造成安全事故時(shí)有發(fā)生。為解決上述問題，設(shè)計(jì)了一款基于STC89C52單片機(jī)的安全行車預(yù)警系統(tǒng)，保衛(wèi)了部隊(duì)車隊(duì)遂行任務(wù)的安全，對(duì)于武警部隊(duì)車隊(duì)安全管理具有重要意義。

關(guān)鍵詞：車隊(duì)行車安全;單片機(jī);無線通信;加速度傳感器;語音播報(bào)

近幾年來，部隊(duì)交通安全事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)于如何降低部隊(duì)交通安全事故的發(fā)生是武警部隊(duì)安全工作的重點(diǎn)之一。在車隊(duì)行駛過程中由于車輛眾多導(dǎo)致車輛在道路上行駛的靈活性相對(duì)較低，車隊(duì)冗長(zhǎng)的隊(duì)形在道路上會(huì)給其他的地方車輛帶來許多不便和隱患，同時(shí)車隊(duì)隊(duì)形過長(zhǎng)使得車隊(duì)車輛行駛的過程中存在許多安全隱患。通過行車預(yù)警系統(tǒng)能提高部隊(duì)車隊(duì)在行駛的過程中的預(yù)警能力，頭車能把行駛過程中的易發(fā)生安全事故的情況及時(shí)告知車隊(duì)跟車，從而降低了事故的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)了人民和軍隊(duì)的生命和財(cái)產(chǎn)，保證了道路行駛安全，保證了車隊(duì)遂行任務(wù)的安全，為贏得任務(wù)爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間，為武警部隊(duì)遂行反恐、處突、維穩(wěn)等突發(fā)性事件提供了運(yùn)輸安全保證。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

整個(gè)系統(tǒng)由前車部分和后車部分構(gòu)成。前車與后車以車隊(duì)形式行駛時(shí)，當(dāng)前車前方遇到障礙物時(shí)，前車傳感器檢測(cè)前車是發(fā)生急剎車還是發(fā)生急轉(zhuǎn)彎后通過無線通信發(fā)送模塊將相應(yīng)信息傳遞給后車，后車接收到信息后立即發(fā)出注意急剎車和急轉(zhuǎn)彎的語音警報(bào)。當(dāng)后車測(cè)距模塊檢測(cè)到跟車距離過近時(shí)，后車立即發(fā)出跟車過近的語音警報(bào)。

2.系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)

（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是能使單片機(jī)正常工作的最小硬件電路，由時(shí)鐘電路和復(fù)位電路、電源共同組成了單片機(jī)最小系統(tǒng)。時(shí)鐘電路的輸出經(jīng)過XTAL1和XTAL2引腳輸入到單片機(jī)的內(nèi)部，復(fù)位電路通過RESET引腳與單片機(jī)相連。

（2）語音芯片電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)選擇WT588D語音芯片，此芯片功能多、音質(zhì)好、應(yīng)用范圍廣、性能穩(wěn)定，可以通過上位機(jī)軟件直接載入對(duì)應(yīng)的語音內(nèi)容。芯片的內(nèi)存達(dá)到16M，根據(jù)需要可以將語音段放置到對(duì)應(yīng)的內(nèi)存中。其芯片觸發(fā)模式也有很多種，可以通過按鈕觸發(fā);可以通過1線制串口進(jìn)行通訊直接用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行觸發(fā);除了1線制還可以使用3線制等方式。

（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的電路中需要較大驅(qū)動(dòng)力的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，通過第二章主要核心器件選型對(duì)比確定了選擇TB6612FNG芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。TB6612FNG芯片為MOSFET-H橋結(jié)構(gòu)，雙通道輸出，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)。芯片驅(qū)動(dòng)均值電流為2.5A，驅(qū)動(dòng)峰值電流為3.5A，散熱性能較好。

（4）NRF24L01無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于前車和后車之間存在距離，所以本次設(shè)計(jì)前車與后車的信息交互選擇無線模塊NRF24L01進(jìn)行遠(yuǎn)程無線通訊。它的工作電壓在1.9V和3.6V之間，最大傳輸速率為2M每秒。該模塊被應(yīng)用于工作環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合（溫度區(qū)間在40℃～+85℃）。

（5）紅外測(cè)距傳感器電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)后車測(cè)距傳感器選擇的是紅外光電傳感器。紅外光電傳感器具有一對(duì)紅外線發(fā)射與接收管，通過檢測(cè)光軸上有無有效遮擋物進(jìn)而判斷前方是否有障礙物。該傳感器響應(yīng)速度快，能檢出具有速度的物體。紅外光電傳感器的電源vcc引腳接+5v電源，接地引腳接地，信號(hào)輸出引腳與單片機(jī)P3-4連接。通過程序使用循環(huán)掃描檢測(cè)的方式來判斷是否與前車距離太近。

（6）藍(lán)牙硬件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)所選用的藍(lán)牙模塊為HC-05。HC-05藍(lán)牙模塊具有很高的穿透能力，在無障礙的情況下可以進(jìn)行200米左右的遠(yuǎn)程控制，在有障礙物隔離的情況下，也能穿透至少5堵墻。所以選擇HC-05芯片作為藍(lán)牙模塊可以滿足本次設(shè)計(jì)的要求。芯片的工作電壓在3.3V到5v之間。在此次開發(fā)中使用的是串口通訊的端口。端口TX和RX通過上拉電阻增強(qiáng)其通訊驅(qū)動(dòng)能力，然后分別與單片機(jī)的P3-0和P3-1連接。相當(dāng)于兩者的發(fā)送端口和接收端口是交叉連接的。

（7）加速度傳感器電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)前車端選擇使用MPU6050加速度傳感器進(jìn)行加速度的檢測(cè)。其具有芯片體積小、厚度薄的優(yōu)點(diǎn)，表面積只有1平方厘米，厚度只有0.5毫米。使用者可以利用其質(zhì)量輕和體積小的特點(diǎn)將此芯片利用在各種環(huán)境中。

3.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

首先前車上電后，上電后單片機(jī)先初始化各個(gè)變量。然后進(jìn)入到校零X軸和Y軸加速度，前車運(yùn)動(dòng)時(shí)，加速度傳感器采集校正完畢后的X和Y軸方向加速度的變化，判斷X軸方向加速度是否超過正常范圍值，判斷Y軸方向加速度是否超過正常范圍值，后車主要進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的接收和解析，然后根據(jù)解析結(jié)果執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。

4.系統(tǒng)的制作和綜合調(diào)試

（1）硬件調(diào)試

硬件測(cè)試時(shí)首先對(duì)照前車和后車的總體電路圖，檢查實(shí)物的硬件連線，確保硬件的連線與原理圖保持一致。確認(rèn)無誤后，按下前車和后車的電源鍵，對(duì)硬件的初始狀態(tài)進(jìn)行調(diào)試。

（2）軟件的調(diào)試

因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)所使用的控制小車的方式是藍(lán)牙控制的方式，所以在進(jìn)行上電測(cè)試前，需要在手機(jī)下載安裝一個(gè)藍(lán)牙串口軟件，對(duì)小車發(fā)送不同的指令。

5.結(jié)束語

在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，首先從當(dāng)前部隊(duì)車隊(duì)遂行任務(wù)的現(xiàn)狀出發(fā)，提出了本次設(shè)計(jì)所要解決的問題;根據(jù)所要解決的問題和實(shí)現(xiàn)的功能，確定主要研究?jī)?nèi)容;對(duì)主要核心元器件進(jìn)行對(duì)比選擇;對(duì)各部分電路原理圖和整體原理圖進(jìn)行繪制，結(jié)合實(shí)際按電路圖實(shí)施焊接，隨后依據(jù)設(shè)計(jì)的流程圖對(duì)主程序進(jìn)行編寫，最后在展開硬件、軟件的調(diào)試工作，實(shí)現(xiàn)預(yù)想要求。保證了道路行駛安全，保證了車隊(duì)遂行任務(wù)的安全。