基于单片机测速系统设计
基于单片机的超声波雷达测速系统设计
基于单片机的超声波雷达测速系统设计毕业设计（论文）题目基于单片机的超声波雷达测速系统专业班级学号308 学生指导教师二○一二年超声波测速雷达系统的研究摘要现有超声波雷达测速系统多采用单一的时差法测速或多普勒法测速，然而当被测物体的移动速度大范围变化时，单一的测速方法会引入较大的测量误差。
鉴于此，本文以单片机为核心，以超声波换能器为收发元件，通过合理的时序控制，将时差法测速和多普勒法测速集成在一套系统中,实现了两种方法的同时测量。
理论分析表明，该系统的测量误差小，测量精度高，验证了系统的可行性。
研究成果有一定的理论价值和应用前景。
关键词：超声波、多普勒、单片机The Study of Ultrasonic Velocity Radar SystemABSTRACTIn the existing ultrasonic speed radar system, most use the single use time interval velocimetry, other single use the Doppler effect velocimetry. However, when the movement speed changes in a wide range. Single velocity measurement will be Increase the measurement error, Souse the Single Chip Microcomputer as the core ,Ultrasonic transducer as the sending and receiving components, across the reasonable control of the timing , integrate Transit-time velocimetry and Doppler velocimetry in one system, realise use the two method take measurement at the same time .According to the theoretical analysis, this system has a low measurement error、high accuracy, Verify the feasibility of the system, The research has some theoretical value and application prospect.KEYWORDS: Ultrasonic wave、Doppler、Single Chip Microcomputer目录绪论 (1)课题研究背景及意义 (1)国内外研究现状 (2)本文研究工作 (3)小结 (3)超声波测速系统硬件的设计 (5)2.1 超声波测速总体设计方案 (5)2.2 测速原理 (7)2.3 超声波发射模块设计 (9)2.4 超声波接收模块设计 (12)2.5单片机控制系统设计 (16)2.6小结 (20)超声波测速系统软件的设计 (21)3.1 程序流程图 (21)3.2 小结 (24)第4章系统性能分析 (25)4.1 系统功能分析 (25)4.2 系统误差分析 (26)影响回波时间t 测定的因素及减小误差的方法 (26)测量环境对测量精度的影响分析 (27)盲区 (28)4.3 小结 (28)第5章总结 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (34)第1章绪论1.1研究背景及意义在现在这个高速发展的时代中，各类测速雷达在其中扮演了不可或缺的作用。
基于单片机的测速仪的设计与实现
基于单片机的测速仪的设计与实现在现代科技飞速发展的时代，测速仪在各个领域都有着广泛的应用，比如交通管理、工业生产、运动竞技等。
而基于单片机的测速仪因其成本低、性能稳定、易于实现等优点，成为了测速领域的重要研究方向。
一、测速仪的工作原理要理解基于单片机的测速仪的设计，首先需要了解其工作原理。
常见的测速方法有多种，如激光测速、雷达测速、编码器测速等。
在本次设计中，我们采用了编码器测速的方法。
编码器是一种能够将机械运动转换为电信号的装置。
当被测物体运动时，带动编码器旋转，编码器会输出一系列的脉冲信号。
通过测量这些脉冲信号的频率，就可以计算出被测物体的速度。
二、单片机的选择单片机是整个测速仪的核心控制单元，其性能直接影响到测速仪的准确性和稳定性。
在众多的单片机型号中，我们选择了 STM32 系列单片机。
STM32 单片机具有高性能、低功耗、丰富的外设资源等优点，能够满足测速仪的设计需求。
三、硬件电路设计硬件电路设计是测速仪实现的基础。
主要包括以下几个部分：1、传感器接口电路用于连接编码器，将编码器输出的脉冲信号传输给单片机。
2、单片机最小系统包括单片机芯片、时钟电路、复位电路等，为单片机的正常工作提供必要的条件。
3、显示电路用于显示测量到的速度值，可以选择液晶显示屏（LCD）或者数码管。
4、电源电路为整个系统提供稳定的电源。
四、软件设计软件设计是测速仪实现功能的关键。
主要包括以下几个步骤：1、初始化设置对单片机的各个外设进行初始化，如定时器、中断等。
2、脉冲信号采集通过定时器捕获编码器输出的脉冲信号，并计算脉冲的频率。
3、速度计算根据脉冲频率和编码器的参数，计算出被测物体的速度。
4、显示输出将计算得到的速度值通过显示电路进行显示。
五、系统调试在完成硬件和软件设计后，需要对整个系统进行调试。
调试过程中，可能会遇到各种问题，如脉冲信号丢失、速度计算不准确、显示异常等。
针对这些问题，需要仔细分析，逐步排查，找出问题的根源，并进行相应的修改和优化。
基于单片机的电机测速系统设计
１
电机测速系统的主要功能构成
信息输 出部分包含 的电机元件 较多 ，如电机控制芯片 、电
１ ． １ 电源 部 分
机整体 、显示器均属 于信 息输 出部 分。其中 ，电机控制芯片在 收到核心芯片 的控制信息之后 ，可完成对电机整体 的控制 ，从
而让电机的转速得到相应 的调 整。而显示器与键盘 的功能有许 多相同点 ，均是为 了满足人机互 动 ，让 相应的控制信息 、转速
一
单片 机 ，通常 为 ８ 位 的处理 器 ，可进 行信 息 的反复 擦 出。通
常 ，电机测速 系统 中单 片机的型号为 Ａ Ｔ ８ ９ Ｃ ５ １ ，其 内部 的数据 保 留时间可 以达到 ｌ Ｏ 年 ，可实现对 感应器 输入 的转速 信息 以
及键盘输入 的按键信息 的准确 、有 效处理 ，并在信息处理后通
０
引
言
１ ． ３ 核 心 芯 片部 分 对 于 基 于 单 片 机 的 电机 测 速 系 代是一个机械化 的时代 ，许 多地方均 需要 对电机的 转速进行测量 ，比如常见 的发动机 、机床转轴等 。测量的 内容 可包括平均转速 、瞬时转速 、最大转速等等 。因此 ，需要 设计
由传感 器以及键盘两个部分组成 。传感器 的功能 为实现转速的 感 应 ，键盘则可实现人机互动 ，可将操作 中的按键信 息输 入到 系统中 。其 中，传感器 的工作原理是根据霍尔效应进行 ，具有
Ｋ ｗ ８ ：Ｓ ＣＭ ； Ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ； Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｄｅ ｓ ｉ ｎ ｇ
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ３ ６ ８ ． １
文献标识码 ：Ｂ
文章编号 ：１ ０ ０ １ － ９ ２ ２ ７（ ２ ０ １ ５ ）０ ３ － ０ ０ ３ ７ － ０ ３
基于单片机的车轮测速系统的设计方案
基于单片机的车轮测速系统的设计方案一、引言随着汽车行业的快速发展，车辆控制系统的智能化和精准化要求也越来越高。
车轮测速系统作为车辆动态控制系统中的关键部分，对于实现车辆的精准控速、防抱死制动（ABS）等功能起着至关重要的作用。
本文将介绍基于单片机的车轮测速系统的设计方案，包括系统原理、硬件设计、软件算法以及实施步骤。
二、系统原理车轮测速系统的原理是通过检测车轮的转速来获取车辆的运动状态，从而实现对车辆的精准控制。
系统利用传感器检测车轮的转动情况，并通过单片机进行信号处理和计算，最终得到车轮的速度信息。
车轮测速系统主要包括传感器模块、信号采集模块、单片机处理模块和输出显示模块等部分组成。
三、系统设计方案1. 传感器模块传感器模块选择旋转编码器或霍尔传感器等，用于检测车轮的转动情况，并将转动信号输出给信号采集模块。
2. 信号采集模块信号采集模块负责接收传感器模块输出的信号，并将模拟信号转换为数字信号，然后传输给单片机处理模块。
3. 单片机处理模块单片机处理模块接收并处理采集到的车轮转速信号，通过计算得到车轮的速度信息，并根据需要进行其他逻辑控制。
4. 输出显示模块输出显示模块可以选择数码管、液晶屏等，用于显示车轮的速度信息，供驾驶员参考或者提供给其他车辆控制系统使用。
四、系统实施步骤1. 传感器安装：将传感器安装在车辆的车轮上，保证传感器与车轮之间的稳固连接。
2. 信号采集电路设计：设计车轮转速信号的采集电路，包括信号放大、滤波和数字化处理等。
3. 单片机程序设计：编写单片机的程序，包括信号处理算法、速度计算和输出控制等部分。
4. 硬件连接：按照设计需求，连接传感器模块、信号采集模块、单片机处理模块和输出显示模块。
5. 系统调试：将系统连接至车辆，进行系统调试和测试，验证系统功能和稳定性。
6. 性能优化：根据测试结果对控制算法和硬件电路进行优化，提高系统的响应速度和稳定性。
五、总结基于单片机的车轮测速系统设计方案，通过传感器模块检测车轮转速，信号采集模块进行信号处理，单片机处理模块计算车轮速度，最终输出至显示模块。
基于51单片机的数字测速系统的设计方案
基于51单片机的数字测速系统的设计方案 0 引言 本方案所设计的基于霍尔元件的脉冲发生器要求成本低，构造简单，性能好。
在电气控制系统中存在着较为恶劣的电磁环境，因此要求产品本身要具有较强的抗干扰能力。
系统主要由AT89S52 单片机处理系统、电机、传感器检测单元、信号处理单元和显示系统等几个部分组成。
1 总体方案设计 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。
霍尔元件测速法是利用霍尔开关元件测转速的。
霍尔开关元件内含稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、施密特触发器和输出电路。
输出电平与TTL 电平兼容，在电机转轴上装一个圆盘，圆盘上装若干对小磁钢，小磁钢越多，分辨率越高，霍尔开关固定在小磁钢附近，当电机转动时，每当一个小磁钢转过霍尔开关，霍尔开关便输出一个脉冲，计算出单位时间的脉冲数，即可确定旋转体的转速。
其系统框图如图1 所示。
2 系统硬件电路设计 该系统包括霍尔传感器、隔离整形电路、主CPU、显示电路、报警电路及电源等部分。
其测量过程是测量转速的霍尔传感器和电机机轴同轴连接，机轴每转一周，产生一定量的脉冲个数，由霍尔器件电路输出，经隔离整形后送入单片机进行处理，单片机收到信号将该值数据处理后，在LCD 液晶显示器上显示出来。
一旦超速，CPU 通过蜂鸣器进行报警。
2.1 传感器的选择 测量电机转速的第一步就是要将电机的转速表示为单片机可以识别的脉冲信号，从而进行脉冲计数。
利用霍尔器件检测脉冲信号因其具有结构牢固、体积小、重量轻、寿命长、安装方便等优点。
当电机转动时，带动传感器运动，产生对应频率的脉冲信号，经过信号处理后输出到计数器或其他的脉冲计数装置，进行转速的测量。
2.2 微处理器的选择 为了减少体积与功耗，采用较常使用且较经济的AT89S52单片机：AT89S52 是一种低功耗、高性能CMOS 的8 位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器。
其最小系统包括单片机AT89S52接口电路、晶振电路、复位电路。
基于单片机的车速测量系统设计
机电信息2009年第24期总第234期基于单片机的车速测量系统设计王松林傅和平（洛阳师范学院物理与电子信息学院，河南洛阳４７１０２２）摘要：基于单片机的公路车速测量系统，详细介绍了系统的设计方案、工作原理、硬件结构、软件设计。
该系统采用单片机STC11F01E作控制和运算单元；用红外光电传感器监测车辆的通过并由单片机计算车速，如果车速超出设定范围可将数据保存并启动报警及交通录像系统。
关键词：单片机；车速测量；红外光传感器在公路上超速行驶是较为常见的交通违章，且是引发交通事故的重要原因。
交管部门要对超速违章进行管制和处罚必须有可靠的车速测量系统。
现在应用的一般为雷达测速系统。
但现在市场上有车载“电子狗”可以提醒车主是否进入雷达测速区[1]，使有些违章车辆逃避超速处罚并在不测速路段超速行驶。
本文设计一种小型简单的测速系统，适合隐蔽安装，并且测速可靠，工作稳定。
1系统总体设计车速测量系统采用单片机作为控制和处理单元，两个外部检测电路检测是否有车辆通过，如图1所示，当车辆经过检测电路A 时，单片机开始计时，当车辆经过检测电路B 时，单片机停止计时，根据AB 电路安装的距离和计时时间可就算出车速，当车速超出设定范围时，单片机启动报警电路和摄像系统，并可将数据保存，或远传给上位机，以备查询。
2硬件电路设计作为系统的控制核心，单片机选用STC11F01E [2]，STC11F01E 是一款高速度单片机，晶振频率选择12MHz ，每个机器周期只有1／12μm ，它有2个8位并行双向输入／输出（I ／O ）端口，5个支持掉电唤醒的外部中断，2个16位可编程定时计数器，1KB 内部程序存储器，256B 数据存储器，并且有2K 的EEPROM ，可将违章相关信息或其它重要数据永久保存。
检测电路采用38KHz 调制红外光电传感器，该传感器包括红外光发射部分和接收部分，发射和接收部件分别安装在道路两侧，发射管一直发出38KHz 的调制红外光，无物体遮挡可被接收管接收，接收管只对38KHz 的红外光起作用。
基于单片机自行车测速系统设设计报告
单片机原理及系统课程设计基于单片机自行车测速系统设计1 设计目的实现自行车运行过程中对行驶里程、平均速度、运行时间、当前瞬时速度进展测量和显示,通过对速度的测量来控制自行车的运行，当速度超过限定值时发出报警提醒减速，以确保自行车平安的运行。
2设计方案及原理2.1系统总体设计思路和原理本系统实现自行车运行过程中对行驶里程、平均速度、运行时间、当前瞬时速度进展测量和显示，系统包括控制器模块、信号检测采集模块、显示模块、电源模块四局部组成。
系统工作时，传感器采集到信号〔用按键代表脉冲信号输入〕传输给单片机，单片机计数器统计脉冲个数，定时器记录相应时间长度，经过运算，将行驶里程、全程平均速度、运行总时间送给液晶显示器显示，当前〔瞬时〕速度送给数码管显示。
通过以下计算公式算出里程、平均速度、瞬时速度。
通过相应的显示机构显示出来。
里程=脉冲总数×车轮周长平均速度=里程÷运行总时间瞬时速度=每五秒的行程÷52.2自行车测速系统方案设计系统包括控制器模块、信号检测采集模块、显示模块、电源模块四局部，控制器模块由AT89C51组成，它运用于数据储存和外部设备管理，信号采集模块用的是模拟霍尔传感器，通过外部脉冲来控制圈数，显示模块用1602和数码管，1602显示里程、全程平均速度以及运行时间，数码管LED显示五秒的平均速度即当前瞬时速度，电源模块给整个系统提供电压，使系统可以正常工作。
系统框图如图1所示。
图1 自行车测速系统设计原理图3硬件设计3.1系统原理电路图系统中里程、速度等都是由霍尔元器件测量。
通过按钮输出脉冲，脉冲数目代表车轮转动圈数，自行车轮胎的周长为2.15m，输入一个脉冲，轮子转动一圈，里程为一个周长的距离，通过脉冲数可以算出总里程，通过单片机T0定时器和T1计数器记录时间，用5秒的前进距离除以时间5秒，得到5秒的平均速度即当前速度。
而总里程L除以总时间t得到平均速度。
基于单片机的自行车测速系统设计
基于单片机的自行车测速系统设计摘要本文介绍了一种基于单片机的自行车测速系统的设计和实现，该系统能够准确地测量骑行速度、里程和骑行时间等信息，为自行车运动员提供了更加科学的训练手段。
在该系统中，使用了脉冲信号测速传感器和Infrared distance sensors 作为检测器，通过单片机控制和数据处理实现测速和数据存储功能。
实验结果表明，该系统具有精度高、稳定性好、易操作等特点，具有很好的应用前景。
关键词：单片机，自行车测速系统，脉冲信号测速传感器，Infrared distance sensorsAbstractThis paper introduces a design and implementation of a bicycle speed measurement system based on single-chip microcomputer, which can accurately measure cycling speed, mileage, and cycling time. It provides more scientific training methods for cyclists. In this system, pulse signal speed sensors and Infrared distance sensors are used as detectors, and speed measurement and data storage functions are realized through single-chip microcomputer control and data processing. The experimental results show that the system has the characteristics of high accuracy, good stability, and easy operation, and has good application prospects.Keywords: single-chip microcomputer, bicycle speed measurement system, pulse signal speed sensor, Infrared distance sensors1 引言自行车运动是一项健康、环保又方便的运动方式，越来越受到人们的关注和喜爱。
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基于单片机自行车测速系统设计摘要：随着科技的迅速发展，单片机的应用也越来越广泛，并带动传统控制检测技术不断更新。
现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD即时显示，显示更加直观。
电子式车速表采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制，进一步有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。
本次设计给出了以AT89C2051为核心，利用单片机的运算和控制功能，并采用系统化LED显示模块实时显示所测速度的设计方案，以及串口数据存储电路和系统软件。
该方案由于使用了数码管显示模块和E2PROM，以及高效快速算法，因而可在节约系统资源和简化程序设计的基础上保证测量精度和系统实时性。
其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形：信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机接口的TTL 信号。
通过单片机的设置可使INT0 引脚能够对内部定时器T0 的工作进行控制,这样能精确地测出加到INT0 引脚的正脉冲宽度(即测出脉冲信号的期) 。
速度显示部分采用数码显示, 所得的数据采用I2C总线, 并通过E2PROM来存储, 因而节省了所需单片机的口线和外围器件, 同时也简化了显示部分的软件编程。
本方案实现了电动车速度即时显示，并可通过控制两个按键显示速度或里程，同时加入了超速语音报警功能，使之更加人性化。
关键词：单片机；霍尔传感器；数码显示；语音报警；DC/DC变换器The bicycle’ Speed system design based on single-chipTonghai chen（School of Information Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin 300401，China）Abstract:With the rapid development of technology, more and more widespread application of microcomputer, and promote the traditional control detection technology constantly updated. Electronic speedometer flexible shaft using the contact speed sensor instead of driving, speed tables can be installed without distance limitations, and further to effectively overcome the mechanical disadvantages of speed in the table.The AT89C2051 is designed to give the core of computing and the use of microcomputer control, and adopting a systematic LED display module shows the measured real-time speed design, and the serial data storage circuits and system software.The program due to the use of the digital display module and E2PROM, and efficient fast algorithm, thus saving resources and simplifying programming system based on the system to ensure accuracy and real-time. Signal pre-processing circuit which includes signal amplification, wave conversion and waveform shaping: signal pre-processing circuit in the amplifier for the amplified signal could be to reduce the requirements on signal amplitude; wave transformation and wave-shaping circuitry is used to enlarge the signal converted into TTL signals with the microcontroller interface. The INT0 pin is added to the pulse width (ie measured pulse signal period). Speed display part of a digital display, the data collected using I2C bus, and through E2PROM to store, thus saving the need microcontroller port lines and peripheral devices, but also simplifies the display part of the software programming.The program achieved the speed of real-time electric vehicle revealed two buttons can be displayed by controlling the speed or mileage, while adding a speed voice alarm function, make it more humane.Key words: microcomputer；Hall sensor；digital display；voice alarm；DC / DC convert1 前言1.1 研究背景在全球倡导绿色环保的大趋势下，我国加大了对车辆排放和噪声的管理，由于电动自行车具有无污染、低噪声和轻便快捷等优点，是一种绿色环保的交通工具。
随着我国城市规模的迅速扩大及农村道路的日益改善，长期依靠脚踏自行车的人们将会把目标转向电动自行车，对电动自行车需求也会越来越大。
人们对环境的关注以及相关技术的更新，有力地促进了电动自行车的发展。
1.2 研究意义传统的机械式车速表是由旋转磁场作用于转动盘，使转动盘连同车速表指针发生同向的偏转。
当电磁转矩与弹簧产生的阻力矩平衡时，指针偏转停留在某一角度上。
指针偏转角与车速成正比，因而可用其表示车速。
机械式车速表的缺陷是明显的。
由于表盘指针偏转程度正比于软轴的转动时产生的磁力，当转速较低的时候，磁力较小，随转速变化波动较大。
因此，低速时车速表指针摆动剧烈、测量及显示精度不高。
对于发动机后置的车辆，要将车速表指针的偏转动力由变速箱经软轴等传至驾驶室，软轴必然布置的较长，如何将这种长长的转动软轴从结构上布置妥当，肯定是一件十分困难的事情。
现在的车速表大多是电子式的，用LED数码管或LCD显示，使速度显示更加直观。
采用接触车速传感器代替软轴传动,可使车速表的安装位置不受距离限制,有效地克服了机械式车速表中的诸多不足。
电子式车速表更加智能，车速表的功能也更加人性化，如加上了里程累计、超速提醒等功能。
2 总体设计方案速度里程表由信号预处理电路、A T89C2051单片机、数码管显示电路、串口数据存储电路和系统软件组成。
其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。
信号预处理电路中的放大器用于对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与单片机接口的TTL 信号；通过单片机的设置可使INT0 引脚能够对内部定时器T0 的工作进行控制,这样能精确地测出加到INT0 引脚的正脉冲宽度(即测出脉冲信号的周期)；速度显示部分采用数码显示模块, 所得的数据采用I2C总线, 并通E2PROM来存储, 因而节省了所需单片机的口线和外围器件, 同时也简化了显示部分的软件编程。
系统软件包括单片机和液晶模块的初始化模块、液晶模块的写数据/ 命令子模块、周期测量模块、速度里程计算模块、数据存储模块、速度和里程显示数据转BCD 码模块、显示数据消多余零模块、数据显示模块以及实时中断服务模块等。
该设计能实时地将所测的速度显示出来, 同时也能够累计显示总里程数。
该速度表能将传感器输入到单片机的脉冲信号的宽度(传感器将车速转变成相应宽度的脉冲信号) 实时地测量出来,然后通过单片机计算出速度和里程, 再将所得的数据存储到串口数据存储器, 并由动态数码显示模块实时显示出所测速度。
本设计用两个按键来控制显示速度或里程。
考虑到信号的衰减、干扰等影响,在信号送入单片机前应对其进行放大整形, 然后再输入到单片机进行测速。
单片机利用定时器T0 的控制功能测出输入信号的周期后, 再利用单片机的算术运算功能将周期转换成速度, 同时每秒钟进行一次里程累计,从而计算出总里程。
最后将得出的速度、里程值存储在E2PROM中, 并根据两个按键的选择情况来显示速度或里程。
为了方便计算要显示数据值的段码, 可再将其转换成压缩的BCD 码, 然后通过查表将要显示的数据值中每一位的压缩BCD 码转换成8 段码送到显示缓冲区, 最后经串口送至液晶显示模块以显示所测的速度或里程。
设计时, 应综合考虑测速精度和系统反应时间。
为了保证系统的实时性, 系统的速度转换模块和显示数据转BCD 码模块都采用快速算法。
另外, 还应尽量保证其它子模块在编程时的通用性和高效性。
本设计的速度和里程值采用2位显示。
系统方框图如图2-1所示。
图2-1 系统方框图3 系统硬件设计3.1 变换电路设计由于电动车电瓶的电源电压大多是24V，36V，48V等，所以把电瓶电源24V转换为单片机所需要的电压5V，本系统采用的是MC34063制作的降压变换电源。
MC34063引脚图及原理框图如图3-1所示：图3-1 MC34063引脚图及原理框图图3-5 速度显示电路掉电保护电路设计为了用户方便、节省电能，本设计加入了系统自动开启与关断功能。
当电动车由静止开始移动时，系统自动开启。
当电动车的速度小于0.1KM/H(261.5型)时，系统认为电动车已停止，经过的延时系统关断电源，单片机进入掉电状态。