1  引言
汽车发生追尾的真正原因是因为前后车“刹车不同步”。急刹车时，后车司机始终滞后于前车，对于120km/h的车速，需要向前多冲17米。哪怕向前少冲1米，也许就少发生一场追尾事故。LED车灯具有反应速度快，辨识效果好，耐震性强等特性。智能LED紧急刹车灯系统是在车辆紧急刹车时，利用LED车灯优异的特性快速点亮刹车灯，警示后车，从而避免事故发生。本文以ATmega8L单片机为核心给出一种智能LED刹车灯的设计方案，该系统设计利用加速度传感器迅速获取车辆加速度的变化，并将结果传输至ATmega8L单片机，ATmega8L单片机再对接收到的信息进行判断、处理，并根据结果决定是否点亮紧急刹车灯。
2  器件选型
2.1 ATmega8L简介
本系统设计选用美国Atmel公司推出的AT-mega8L器件，它是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，增强型RISC内载Flash的单片机，片上Flash存储器附在用户产品中，可随时编程，易于用户产品设计，便于产品更新。AT-mega8L具有先进的指令集和单时钟周期指令执行时间，其数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。同时，ATmega8L内部集成有增强RISC 8位CPU与在线系统编程和应用编程的Flash存储器，使其成为功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活且低成本的解决方案。
ATmega8L内含8KB的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1KB SRAM，32个通用I/O端口线，32个通用工作寄存器，3个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C），片内/外中断，可编程串行USART，面向字节的两线串行接口，10位6路（8路为TQFP与MLF封装）A/D转换器，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，1个SPI串行端口，以及5种可通过软件选择的省电模式。
2.2 MMAl260D简介
本系统设计选用MMAl260D作为加速度传感器。MMAl260D是一款1.5g的z轴向加速度传感器，它由G-单元和信号调理ASIC电路两部分组成。其中，G-单元是机械结构，采用半导体制作技术、由多晶硅半导体材料制成，并且密封。而信号调理ASIC电路是由积分、放大、滤波、温度补偿、控制逻辑和EEPROM相关电路、振荡器、时钟生成器、以及自检等电路组成，用于完成G-单元测量的电容值向电压输出的转换。
G-单元相当于在两个固定的电容极板中间放置一个可移动的极板。当加速度作用于系统时，中间极板偏离静止位置。利用中间极板偏离静止位置的距离测量加速度，中间极板与一个固定极板的距离增加，而与另一个固定极板的距离减少，且距离变化值相等。距离的变化使得两极板间的电容改变，电容值的计算公式：C=Ae/D，其中A是极板的面积，D是极板间的距离，e是电介质常数。信号调理ASIC电路将G-单元测量的两电容值转换为加速度值，并使加速度与输出电压成正比。滤波单元由二阶开关电容滤波器组成，用Bessel实现平稳的延时响应，从而将脉冲完整保留。自检单元用于保证G-单元和加速计中的电路工作正常，在G-单元中有4个极板，当ST引脚施加高电平时，校准电压加在自检极板和中间极板之间，在电场的作用下使中间极板移动，由信号调理ASIC电路测得的偏移应与输出电压成比例。
3硬件电路设计
本系统设计的硬件电路主要由单片机控制电路、传感器与单片机的接口电路、电源电路、发光二极管阵列电路等组成。图l所示为系统硬件结构原理图。
3.1单片机控制电路
单片机控制电路由Atmel公司的ATmega8I型单片机、滤波电容和A/D转换电路构成，用于采集加速度传感器信号，将采集到的信号与预先设置的阈值相比较，控制发光二极管的闪烁，如图2所示。
ATmega8L每个端口引脚都有3个寄存器位：DDxn、PORTxn和PINxn。DDxn位于DDRx寄存器，PORTxn位于PORTx寄存器，PINxn位于PINx寄存器。DDxn用于选择引脚方向，DDxn为“1”时，Pxn设置为输出，否则设置为输入。当引脚置为输入时，PORTxn为“1”，上拉电阻使能。如果需要关闭该上拉电阻，可将PORTxn清零，或者将该引脚置为输出。复位时各引脚为高阻态，即使此时并没有时钟在运行。当引脚配置为输出时，若PORTxn为“1”，引脚输出高电平，否则输出低电平。ATmega8L判断和处理加速度传感器MMAl260D测得的信息，若能满足条件则通过PDO、PD1、PD2引脚产生3路信号施加到3个继电器依次对内、中、外三圈的LED灯进行点亮与熄灭控制。若不满足条件，则ATmega8L不输出信号。
3.2传感器与单片机的接口电路
MMAl260D加速度传感器对汽车加速度数据进行采集并通过ATmega8L的PCO端口（ADCO）传输至ATmega8L，MMAl260D加速度传感器的输出电压与加速度成正比，为了测量加速度传感器的输出电压，通常使用带有A/D的微控制器，具体连接如图3所示。VOUT与A/D IN引脚之间的RC具有滤波功能，用于减小时钟噪声。加速度传感器与微控制器之间不能存在大电流。电源与地之间的0.1μF电容为去耦电容。加速度传感器要尽可能的靠近微控制器放置。同时为了使体积尽可能小，器件通常选用表贴封装。
3.3稳压电源电路
稳压电源电路由7805组成，可将外接电源转换为稳定的+5V电源，并由VOUT输出，向ATmega8L和MMAl260D提供稳定的5V电源。该电路主要由二极管、电阻、三端稳压管、电容构成。当紧急刹车时，+12V先通过电阻降压（主要是为了三端稳压器散热），然后再通过三端稳压器电路稳定于+5V，并与单片机、发光二极管及加速度传感器电路连接。
3.4发光二极管阵列电路
发光二极管电路由LED、二极管和电阻构成，LED车灯的放置遵循由内到外摆成3圈，用于紧急刹车灯时由内→中→外→内循环点亮熄灭，且亮度较高，以此警示后面的司机注意刹车。该电路主要由ATmega8L单片机的3个引脚控制，其LED车灯放置如图4所示。
4软件设计
根据系统硬件设计的相关要求，软件设计用于完成系统的初始化、对加速度传感器信号提取与分析，并根据设置的门限来决定是否点亮紧急灯。系统软件流程设计如图5所示。通过对ATmega8L进行嵌入式C语言编程，实现紧急刹车灯功能。一旦系统满足门限条件，软件编程可使内、中、外三圈灯通过延时不断以高亮度闪烁，并循环判断条件来决定是否继续点亮刹车灯，这样就易于引起后面汽车司机的警觉。一旦门限条件不满足，刹车灯熄灭，单片机继续等待中断。
5结束语
本文讨论基于ATmega8L的智能LED紧急刹车灯的方案，简要介绍了系统各个硬件模块，利用中断控制来增强小车的智能性，并给出系统软件设计流程。该系统各部分功能模块化，易于调试，易于扩展其他功能。本设计应用前景良好，避免汽车追尾事故的发生，尤其是在夜晚，具有良好的安全效应。
参考文献
[1] 杨恒. LED照明驱动电路设计与实例精选[M]. 北京: 中国电力出版社， 2008.
[2] 包秀荣. AVR单片机的特点及其应用[M]. 呼和浩特: 内蒙古科技与经济出版社. 2004.
[3] 沙占友. 集成化智能传感器原理与应用[M]. 北京:电子工业出版社. 2004.
[4] 马潮， 詹卫前， 耿德根. ATmega8L原理与应用手册[M].北京:清华大学出版社， 2003.
[5] 沈文， 詹卫前. AVR单片机C语言开发入门指导[M]. 北京: 清华大学出版社，2003．
作者简介
卢珞先（1962-），女，江西丰城人，武汉理工大学信息工程学院副教授，硕士生导师。

转载自《国外电子元器件》（2008年第8期）