单片机设计警车示警装置

刘继文 常 青

河北建筑工程学院

0 引 言

所谓示警是指用动作或信号让人警觉.对于警车在巡逻或执行任务时,需要发出一些特殊信号,警示路上的车辆应当避让,同时引起人们注意,起到提起警觉的作用.这些信号通常以闪光、声音等形式表现,即闪光报警信号和鸣音报警信号,闪动的指示灯更能提醒人们注意,而鸣音是指发出特定的音响,作用于人的听觉器官,易于引起和加强警觉.

警车示警装置是以单片机为核心,分别实现闪光控制和声音控制.在闪光控制设计中,用单片机的P1口直接驱动发光二极管,作为报警指示灯,闪光信号的闪烁时间与频率可通过软件编程来实现;在声音控制设计中,分别产生两种不同频率的音频信号,两种音频信号的发声频率与时间间隔可通过软件编程来任意指定.这种设计方法具有可靠性高、实用性强、灵活性好、对使用环境要求不高等特点.

1 硬件部分设计

1.1 系统总体结构

该系统由晶振电路、单片机、发光二极管、扬声器等部分构成,系统框图如图1所示.其中晶振电路用来提供时钟频率;单片机采用AT89C51芯片,用来完成闪光和声音的控制;发光二极管和扬声器是整个系统的输出部分,在闪光设计中,发光二极管直接被单片机驱动;在扬声器与单片机之间需要接入音频小功率放大器,从而保证系统能够提供良好的音质输出.

图1

1.2 闪光控制

闪光报警是最简单,也是最常用的一种报警方式.在闪光控制设计中,应用AT89C51的I/O口直接驱动发光二极管,按一定的时间间隔交替点亮与熄灭发光二极管.电路如图2所示,发光二极管阴极接地,当P1.2引脚为低电平时,发光二极管被点亮,反之则熄灭.在此支路中需串联限流电阻,其阻值的选择要同时考虑I/O口的带负载能力和发光二极管的驱动电流,一般可选择300Ω左右阻值的电阻.

图2

在控制发光二极管的程序中加入定时程序,用P1.2引脚控制发光二极管闪烁,闪烁间隔为0.5s.在51系列单片机的指令系统中,能控制直接地址位电平状态指令有“SETB”和“CLR”,经分析发现使用指令“CLR”来实现二极管闪烁比较简单[1].现给出如下子程序:

1.3 声音控制

在声音报警控制设计中,其发音元件采用扬声器,扬声器用2KHz信号响200ms,1KHz信号响300ms,交替进行声音报警,为了得到较好的音质输出,在AT89C51的P1.7口与扬声器之间接入功放,本次设计采用LM386作为功率放大器,在1、8脚间接入10μ F电容,电压增益可达到46dB,带宽为60KHz,电路如图3所示.

图3

2 软件部分设计

2.1 定时器的相关参数计算

本次设计采用定时器T0交替产生2KHz和1KHz信号,定时器T1交替实现200ms和300ms定时的设计思想.程序设计用定时器T0工作在方式1,分别产生2KHz和1KHz的音频信号.经过分析得出,2KHz的信号周期为0.5ms,即AT89C51的P1.7引脚的信号电平每250μ s取反1次.同理,1KHz的信号周期为1ms,P1.7引脚的信号电平为每500μ s取反一次.

由于晶振的振荡频率fosc=12MHz,则单片机的机器周期Tc=1μ s,定时范围为1～65536μ s.根据定时时间T便可确定计数次数N,其关系由下式确定:

经计算得出2KHz信号的计数次数为250次,1KHz信号的计数次数为500次.定时器在工作方式1下,计数长度为16位二进制数,最大计数值M=216=65536[2].若计数器计数N次,则应向计数器中写入的计数初值X为:

由上式得出2KHz信号的计数初值为0FF06H,1KHz信号的计数初值为0FE0CH.

定时器T1选择工作方式1,定时间隔为50ms,再用软件分别进行计数4次和6次,控制2KHz和1KHz音频信号的发音时间,即扬声器2KHz信号发音200ms,1KHz信号发音300ms,交替进行声响报警.T1的计数次数可通过式2-1计算得出,计数初值可通过式2-2计算得出.定时器的相关参数见表2.1.

表2.1 定时器的相关参数

2.2 程序流程图

图4所示为示警系统的中断服务程序流程图,由于51系列单片机的定时/计数器是加1计数,预定计数初值应装入负值(补码),这样才可能加1回零[3],因此,写入定时器T1的计数初值为3CB0H.

图4

图5

系统主程序流程图如图5所示.

3 结束语

在设计中,P1.7引脚也可直接接入扬声器(蜂鸣器),但输出的音质较差,不能得到较合适的功率输出,因此在单片机与扬声器间接入功率放大器LM386芯片,这样可以保证音频信号输出较好的音质.

由于采用了单片机的设计方法,设计出的电路具有较大的灵活性和可扩展性.实际应用中,若在单片机的P1口增加两个按钮,并且改变计数初值和发音时间,可设计成为一个叮咚电子门铃;若在P1口接入相应的传感器(如温度,压力等传感器),改变程序的设计方法,可实现温控和压力控制,同时也可设计成为水位检测报警电路等.

[1]周航慈等.单片机程序设计基础.北京:航空航天大学出版社,1999

[2]冯育长.单片机系统设计与实例分析.西安:西安电子科技大学出版社,2007.5

[3]李群芳等.单片微型计算机与接口技术.第2版.北京:电子工业出版社,2005.1