保松韌 吳洪銳 蔡銘

摘要：警部隊擔負著維護國家安全和社會穩(wěn)定，保障人民安居樂業(yè)的神圣使命，現(xiàn)階段武警部隊的車隊在遂行任務時仍采用車載電臺或?qū)χv機的傳統(tǒng)預警方式。存在反應不及時、智能化低等缺點，從而造成安全事故時有發(fā)生。為解決上述問題，設計了一款基于STC89C52單片機的安全行車預警系統(tǒng)，保衛(wèi)了部隊車隊遂行任務的安全，對于武警部隊車隊安全管理具有重要意義。

關鍵詞：車隊行車安全;單片機;無線通信;加速度傳感器;語音播報

近幾年來，部隊交通安全事故時有發(fā)生，對于如何降低部隊交通安全事故的發(fā)生是武警部隊安全工作的重點之一。在車隊行駛過程中由于車輛眾多導致車輛在道路上行駛的靈活性相對較低，車隊冗長的隊形在道路上會給其他的地方車輛帶來許多不便和隱患，同時車隊隊形過長使得車隊車輛行駛的過程中存在許多安全隱患。通過行車預警系統(tǒng)能提高部隊車隊在行駛的過程中的預警能力，頭車能把行駛過程中的易發(fā)生安全事故的情況及時告知車隊跟車，從而降低了事故的風險，保護了人民和軍隊的生命和財產(chǎn)，保證了道路行駛安全，保證了車隊遂行任務的安全，為贏得任務爭取了寶貴的時間，為武警部隊遂行反恐、處突、維穩(wěn)等突發(fā)性事件提供了運輸安全保證。

1.系統(tǒng)設計方案

整個系統(tǒng)由前車部分和后車部分構成。前車與后車以車隊形式行駛時，當前車前方遇到障礙物時，前車傳感器檢測前車是發(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。當后車測距模塊檢測到跟車距離過近時，后車立即發(fā)出跟車過近的語音警報。

2.系統(tǒng)硬件的設計

（1）單片機最小系統(tǒng)設計

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

（2）語音芯片電路設計

本次設計選擇WT588D語音芯片，此芯片功能多、音質(zhì)好、應用范圍廣、性能穩(wěn)定，可以通過上位機軟件直接載入對應的語音內(nèi)容。芯片的內(nèi)存達到16M，根據(jù)需要可以將語音段放置到對應的內(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線制串口進行通訊直接用傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行觸發(fā);除了1線制還可以使用3線制等方式。

（3）電機驅(qū)動電路設計

本次設計的電路中需要較大驅(qū)動力的電機驅(qū)動芯片來驅(qū)動電機，通過第二章主要核心器件選型對比確定了選擇TB6612FNG芯片作為電機驅(qū)動芯片。TB6612FNG芯片為MOSFET-H橋結(jié)構，雙通道輸出，可以同時驅(qū)動兩個電機。芯片驅(qū)動均值電流為2.5A，驅(qū)動峰值電流為3.5A，散熱性能較好。

（4）NRF24L01無線收發(fā)電路設計

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

（5）紅外測距傳感器電路設計

本次設計后車測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紅外線發(fā)射與接收管，通過檢測光軸上有無有效遮擋物進而判斷前方是否有障礙物。該傳感器響應速度快，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，信號輸出引腳與單片機P3-4連接。通過程序使用循環(huán)掃描檢測的方式來判斷是否與前車距離太近。

（6）藍牙硬件設計

本次設計所選用的藍牙模塊為HC-05。HC-05藍牙模塊具有很高的穿透能力，在無障礙的情況下可以進行200米左右的遠程控制，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芯片作為藍牙模塊可以滿足本次設計的要求。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通過上拉電阻增強其通訊驅(qū)動能力，然后分別與單片機的P3-0和P3-1連接。相當于兩者的發(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計

本次設計前車端選擇使用MPU6050加速度傳感器進行加速度的檢測。其具有芯片體積小、厚度薄的優(yōu)點，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將此芯片利用在各種環(huán)境中。

3.系統(tǒng)軟件的設計

首先前車上電后，上電后單片機先初始化各個變量。然后進入到校零X軸和Y軸加速度，前車運動時，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)行相應的動作。

4.系統(tǒng)的制作和綜合調(diào)試

（1）硬件調(diào)試

硬件測試時首先對照前車和后車的總體電路圖，檢查實物的硬件連線，確保硬件的連線與原理圖保持一致。確認無誤后，按下前車和后車的電源鍵，對硬件的初始狀態(tài)進行調(diào)試。

（2）軟件的調(diào)試

因為本次設計所使用的控制小車的方式是藍牙控制的方式，所以在進行上電測試前，需要在手機下載安裝一個藍牙串口軟件，對小車發(fā)送不同的指令。

5.結(jié)束語

在整個設計過程中，首先從當前部隊車隊遂行任務的現(xiàn)狀出發(fā)，提出了本次設計所要解決的問題;根據(jù)所要解決的問題和實現(xiàn)的功能，確定主要研究內(nèi)容;對主要核心元器件進行對比選擇;對各部分電路原理圖和整體原理圖進行繪制，結(jié)合實際按電路圖實施焊接，隨后依據(jù)設計的流程圖對主程序進行編寫，最后在展開硬件、軟件的調(diào)試工作，實現(xiàn)預想要求。保證了道路行駛安全，保證了車隊遂行任務的安全。