51单片机实现车辆超速报警器设计(5)

本科生结业论文(设计)之马矢奏春创作51单片机实现车辆超速报警器设计目录中文摘要2英文摘要3引言41.1 设计要求53.1.3 蜂鸣报警单位10结束语17参考文献18致谢19附录2051单片机实现车辆超速报警器设计摘要：近年来,随着现代汽车控制技术和高速公路的飞速发展,在世界各国特别是发达国家,无论是运输业还是个人,汽车都已成为长距离运输的主要交通工具.在高速公路上长时间高速行驶时,驾驶员长时间把持加速踏板而得不到活动,容易造成疲劳.在限速路段总会呈现超速现象,对他人和自己都造成平安隐患.本设计就是为了解决这一问题而出生的.本设计从驾驶员自身平安角度动身,设计了一种检测车辆超速的报警系统.该报警系统允许驾驶员通过自带键盘设置本车辆平安行驶的最高速度,当车辆处于行驶状态中,该系统通过速度传感器时刻监测机动车辆速度.当发现车辆速度超越驾驶员设置的最高值时,蜂鸣器开始报警,提醒驾驶员减速.在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用.此设计就是一种利用51单片机对机动车超速行驶情况进行蜂鸣报警和灯光报警的系统.该系统结构简单,可靠性高,把持方便,可广泛应用于摩托车、汽车等机动车辆.该设计详细介绍了系统的总体设计方案,给出了界面模块与89C51接口电路,系统硬件电路及外围设计电路,最后介绍了软件设计方法度法式流程图.通过LED显示出来.关键字：单片机；汽车超速；传感器；报警；LED显示The Design of the Intelligent Alarm System in Controllingthe Automobile SpeedAbstract:In recent years, with the rapid development of modern automotive control technology and highway, in the whole world especially developed countries, whether it is transport or personal, vehicles have become a major mode of transport for long distance transport. In a long time at high speed on the highway, the driver for a long time to manipulate the accelerator pedal to be deprived of the activities likely to cause fatigue. Speeding phenomenon in the speed limit section may cause security risk. This design could solve this phenomenon well.Thisdesign is amicroprocessor controlledspeedalarm system.Alarm systems todetectspeeding vehiclesfrom the driver's own safety point of view.The alarm systemallowsthedrivertosetthemaximum speedofthisvehiclesafe drivingwhenthevehicleis in running state use keyboard.When thevehicle speedexceedsthe highest valuesetbythedriver, thebuzzeralarm to alertthedriver to slowto achieve thepurpo搜索引擎优化fproactive. In real-timedetection andautomatic control ofmicrocomputer application system, themicro-controlleris oftenusedasa core component to.This designis a51MCUmotor vehiclespeedingalarm buzzerandlightalarmsystem.The systemissimple structure, high reliability, easy operation, can be widelyusedinmotorcycles,cars and othermotor vehicles. The design describestheoverall designofthesystem,giventhe89C51MCUinterfacemoduleandinterface circuit, the system hardwarecircuitand the externaldesign of the circuit, and finally introduced theprogram flow chartofthesoftware design methods.It can be display by LED.Key words: speed measurement; cycle measurement; safety alarm; automobile driving,LED display引言随着汽车工业和高速公路建设的发展,每年由各种交通事故造成的人员伤亡数目相当惊人,同时也造成了巨年夜的经济损失.据统计,造成各种交通事故的主要原因是车辆的超载和超速行驶,而后者随机性很年夜,纠章困难,而且由于中国公路条件复杂,分歧品级的公路允许的最高速度分歧,现有的限速装置难以适应这种情况.针对这种状况,开发具有智能决策模块的汽车速度报警控制系统对自动驾驶显得极为重要.因此,年夜力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助平装置置,减少驾驶员的负担和判断毛病,对提高交通平安将起到重要作用.设计限速路段超速自动提示和报警系统主要是为了防止司机在一些繁华人多车多路段超速驾驶.交通事故往往发生在一些人流动年夜,车多的处所,司机有意无意的超速是引发交通事故的最年夜因素.装有本系统的汽车能够有效地在装有无线发射装置的限速路段,防止以下几种原因所造成交通事故的.首先车主不知道该路段的最高限制速度,而开车过快所造成的交通事故；其次车主醉酒驾驶无意超速所引起的交通事故；最后车主有意开快车所造成交通事故.我们设计的限速路段超速自动提示和报警系统与平安气囊等设施相比,更为主动有效,将可能发生的交通事故防患于未燃,它与警察用的雷达测速等防止司机超速装置相比,显得实用有效,交警可以在分歧路段根据分歧情况设定分歧的最高限速值,主动有效地限制车速.使用车速报警器可以减少财富损失,甚至是生命损失.汽车报警器具有实用性,易操做性,便于维修的优点,因此被广泛采纳与应用.我们本着主动性的思路,实现设定最高速度可以随时修改,声光报警等特点,在车辆行驶过程中,该系统通过速度传感器时刻监测机动车辆,并通过LED显示车辆的实际车速和用户设置的平安参数.当车辆速度超越驾驶员设置的最高速度时,蜂鸣器开始报警,警告灯点亮,提醒驾驶员减速.该系统结构简单,可靠性高,把持方便,可广泛应用于摩托车、汽车等机动车辆.1.设计方案的选择1.1 设计要求我们要求设计一个具有数字显示功能的单片机系统, 实现车辆以后速度输出,当到达所设定的速度上限时并报警,以保证驾驶人员的人身平安.首先要进行系统的总体方案设计,在设计中一般应考虑以下几点：(1) 遵循从整体到局部的设计原则.在过程中,应遵循从整体到局部的设计原则,把复杂难处置的问题分为若干个较为简单的、容易处置的问题,分别加以解决.(2) 经济性要求.为了获得较高的性能价格比,设计时不应盲目追求复杂高级的方案.在满足性能指针的前提下,应尽可能采纳简单的方案,因为方案简单意味着所用的元器件少,可靠性高,而且比力经济.(3) 可靠性要求.所谓可靠性是指产物在规定的条件下和规定的时间内完陈规定功能的能力.可靠性指针除可用完胜利能的概率暗示外,还可以用平均无故障时间、故障率、失效率或平均寿命等来暗示.(4) 把持和维护要求.在车速报警系统的硬件和软件设计时,应当考虑把持方便,尽量降低对把持人员的专业知识的要求,以便产物的推广应用.系统的输入输出方式,把持法式应尽量简单明了,无须专门训练就能掌握其使用方法.选择方案一：采纳模拟电路的方法,通过积分器获得电压,然后用比力器来控制报警输出,这种方法其原理简单,易于实现.但丈量精度会比力粗,不能精确设置速度.此方法运用电子元器件较多,不能很好的获得丈量精度的控制要求,方便于维修.方案二：采纳车载GPS系统,能提供车辆的定位信息,包括车速信息,但价格昂贵.方案三：采纳嵌入式车载限速装置,在设计汽车时就已经考虑并在制造时嵌入整车电子控制系统中.传感器将车速转化为脉冲信号,传入单片机,单片机将输入的一定值的脉冲转换为对应的速度值.方案一是模拟电路,特别是运放和比力器.方案二价格昂贵.不符合我们设计的要求.方案三在2005年以后国内生产的中高档乘用车中已初见眉目,可是国内约 4000万辆在用汽车中的近90%并未装置.鉴于此为在用汽车设计一种外挂式汽车超速报警器有着巨年夜的市场需求.嵌入式车速综上所述,我们选择方案三.运用单片机实现车辆超速报警.确立2.1测速传感器的选择传感器是一种检测装置,能感受到被丈量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定例律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处置、存储、显示、记录和控制等要求.它是实现自动检测和自动控制的首要环节.测速传感器是能丈量被测物运行速度的仪器.我们要实现对速度的报警,故应该选择测速传感器.测速传感器包括丈量线速度传感器和丈量转速度传感器.线速度传感器是用来丈量直线运动速度的传感器,它的输出电压和被测物体运动速度成线性关系,该传感器具有极高的频率响应,可检测小模数齿轮和其它物体的转速,具有稳定的工作性能.输出为方波信号,能实现远距离传输.线速度传感器具有结构简单可靠,不用外加电源稳压器,频率响应好,输出灵敏度高,丈量范围年夜,抗干扰能力强等优点,它的输出直流电压可直接由高输入阻抗的直流电压表显示.转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器,属于间接式丈量装置.按信号形式的分歧,转速传感器可分为模拟式和数字式两种.前者的输出信号值是转速的线性函数, 后者的输出信号频率与转速成正比, 或其信号峰值间隔与转速成反比.经常使用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发机电等.在实际丈量中我们要丈量车轮的转速,要输出方波信号,不加电源稳压器,我就要选择转速度传感器.在测速传感器中,旋转运动速度丈量较多,而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接丈量.目前广泛使用的测速传感器是直流测速发机电,可以将旋转速度转酿成电信号.测速机要求输出电压与转速间坚持线性关系,并要求输出电压陡度年夜,时间及温度稳定性好.测速机一般可分为直流式和交流式两种.直流式测速机的励磁方式可分为他励式和永磁式两种,电枢结构有带槽的、空心的、盘式印刷电路等形式,其中带槽式最为经常使用.其中,由于磁电式传感器具有易于计算的特点,故我们选择了磁电式感应传感器.磁电感应式传感器简称感应式传感器,也称电动式传感器.它把被测物理量的变动转酿成感应电动势,是一种机电能量变换型传感器,不需要外部供电电源,电路简单,性能稳定,输出阻抗小,又具有一定的频率响应范围(一般为10～1000Hz),适用于振动、转速、扭矩等丈量.按工作原理分歧,磁电感应式传感器可分为恒定磁通式和变磁通式,即动圈式传感器和磁阻式传感器.磁路系统发生恒定的直流磁场,磁路中的工作气隙固定不变,因而气隙中磁通也是恒定不变的.其运动部件可以是线圈（动圈式）,也可以是磁铁（动铁式）,动圈式和动铁式的工作原理都是完全相同的.当壳体随被测振动体一起振动是,当振动频率足够高（远年夜于传感器固有频率）时,运动部件惯性很年夜,来不及随振动体一起振动,近乎静止不动,振动能量几乎全被弹簧吸收,永久磁铁与线圈的相对运动速度接近振动体振动速度,磁铁与线圈的相对运动切割磁力线,从而发生感应电动势. 线圈相对磁场运动的速度v或角速度ω暗示,则所发生的感应电动势e为e=-NBLve=-NBSω式中：N—线圈在工作磁场中的匝数；L—每匝线圈的平均长度；B—线圈所在磁场的磁感应强度；S—每匝线圈的平均截面积.在传感器中当结构参数确定后,B、L、N、S均为定值,感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度(v或ω)成正比,所以这类传感器的基本形式是速度传感器,能直接丈量线速度或角速度.如果在其丈量电路中接入积分电路或微分电路,那么还可以用来丈量位移或加速度.但由上述工作原理可知,磁电感应式传感器只适用于静态丈量.变磁通式又称 (变) 磁阻式或变气隙式,经常使用来丈量旋转物体的角速度.线圈和磁铁静止不动,丈量齿轮（导磁资料制成）每转过一个齿,传感器磁路磁阻变动一次,线圈发生的感应电动势的变动频率即是丈量齿轮1上齿轮的齿数和转速的乘积.图2-1 车速传感器结构以Audi100轿车为例,其车速传感器由一个舌簧开关管和一个带有4对磁极的塑料环构成 (如图2所示) .后者装置在变速器左输出轴上,与轴一同旋转形成旋转磁场.舌簧开关管装置在靠近塑料环的变速器壳体上,它是在一个玻璃管内装有2个细长的触头构成的开关元件,其触头由磁性资料制成.舌簧开关管与塑料环间具有很小的间隙,当塑料环旋转时,舌簧开关管内触点接近塑料极时闭合,离开塑料极时断开,由此获得与汽车行驶速度相对应的方波信号 (如图2-2所示) .图2-2车速信号图形汽车超速报警器的工作原理：汽车行驶过程中,车轮每转一圈,车速传感器发生8个脉冲.对已知车型可知其车轮直径D,例如规格为l85／70VRl4的轮胎,185暗示轮胎宽度为185mm,70代表轮胎高／宽比为70,l4暗示轮辋直径为14inch,据此可计算出轮胎直径根据欲限定的汽车速度,可计算车轮在单位时间内转过的圈数：n=v/πD.发生脉冲数f0=8n.比力,如果f＞f0,则车速报警器发作声光报警；反之,车速报警器将执行下一个比力任务.首先我们设计系统总框图.当车辆处于行驶状态时,该系统通过测速传感器时刻监测车辆速度,故我们需要测速传感器来丈量速度传送到单片机中,为了减少系统误差和信号的干扰,实现非接触丈量我们就需要在单片机和测速传感器之间加上一个关电耦合单位【1】.对单片机我们需要稳定的电压,所以我们需要电源单位.最后收集的速度与设定的速度送往液晶屏,相比力,超速就需要报警,我们就需要报警单位.故可以画出以下的超速报警系统总框图.图3-1 超速报警系统总框图汽车超速报警器的硬件设计将车速传感器发生的车速信号送入光电耦合器单位,获得一个与车速信号频率一致的信号,送人单片机记数.记数满后与单片机内部设定值相比力.如果超越了预设值则可判断汽车超速,蜂鸣器报警提示.系统以AT89C5l单片机为核心,由电源单位、光电耦合器单位、凋速单位和声光报警单位组成.电源单位由三端集成稳压器W7805组成（如图3-2所示）.三端稳压器由启动电路、基准电压电路、采样比力放年夜电路、调整电路和呵护电路等部份组成.图3-2电源单位电容C用来抵消因输入线太长而发生的电感效应,防止发生自激振荡,连线不长时可以不用,容量一般在0.1～0.33µF【2】.用来消除高频噪声和改善输出的瞬态特性,即在负载电流变动时不致引起输出端发生较年夜的摆荡.当电路的输入端u年夜于5V时,输出端输出稳定的5V电压.光电耦合器是以光为媒介,传输信号的一种电一光一电转换器件,由发光源和受光器组成(如图3-3所示).车速传感器信号位于高电平时,发光源发光并控制受光器导通,则受光器输出端发生与车速传感器频率一致的电压信号.采纳光电耦合器PC817传输车速信号的目的是为了隔离车速传感器与单片机的直接联系,消除车速传感器信号对单片机的晦气影响.车速传感器发生的是恒流低阻抗信号,电压值受外部负载的影响年夜.以Audil00轿车为例,车速传感器信号送入单片机T0端口后,其高电平电压值迅速由9V下降为0.25V,而T0端口需要的最低识别电压为2V.图3-3信号耦合电路3.1.3 蜂鸣报警单位压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流,因此可以用系列集成电路7406或7407低电平驱动, 驱动器的输入端接89C51的P2.7.当P2.7输出高电平1时,7406的输出为低电平0,使蜂鸣器引线获0时,输出图3-4传感器与单片机连接测速传感器两个电刷,将车轮转过的频率——方波信号,传送给光电耦合器,实现非接触丈量,再将信号送到单片机的P3.5口,单片机接驱动电压.实现单片机与测速传感器的连接.其主要作用是测试的速度可以用非接触的方式传送到单片机内部,是报警电路的关键一步.图3-5 声光式报警电路报警模块主要负责声音报警和灯光报警,报警电路均比力简单,声音报警由单片机引脚接上拉电阻,晶体管及扬声器构成,灯光报警由两个发光二极管构成.当速度没有超速的时候,绿灯点亮,不报警.当速度年夜于设定速度的时候单片机就将P2.7,P1.7口置为高电平,将红灯点亮,同时绿灯熄灭.P2.7高电平就将三极管发射极导通,实现speak报警.显示电路由MAX7219芯片完成,MAX7219是一种高集成化的串行输入/输出的共阴极LED显示驱动器.每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管.SEGA~SEGG（图中为A到G）为LED七段显示器段驱动端,SEGDP为小数点驱动端； SEGA~SEGG,DP驱动显示器7段及小数点的输出电流,一般为40 mA左右,可软件调整,关闭状态时,接入GND【3】.DIG7~DIG0：8位数值驱动线.输出位选信号,从每个LED公共阴极吸入电流,吸收显示器共阴极电流的位驱动线.其最年夜值可达500 mA,关闭状态时,输出＋VCC.图3-6显示电路连接图计数器可以统计输入脉冲的个数,可以用其来统计汽车轮子在1s内的转动圈数,本电路采纳两片十进制计数器组成模值为100的计数器.锁存器的作用是在1s 信号结束后将计数器的状态锁存并送至译码显示器,直到新的信号到来为止,以保证显示器能稳定的显示数据.选用8D锁存器可以完成上述功能,那时钟脉冲CP的正跳变来到时,锁存器的输出即是输入,即Q=D,从而将计数器的输出值送到锁存器的输出端.正脉冲结束后,无论D为何值,输出端Q 的状态仍坚持原来的状态Qn不变,所以在计数期间内,计数器的输出不会送到译码显示器.本设计为了能够自行设定最高上限速度,故设计了按键电路,我们选用单片机的P2.3、P2.4、P2.5、P2.6口分别与K0、K1、K2、K3相连.当按键按下去,发生低电平将数据传送单片机.其图如下：3-7 单片机与按键电路的连接C语言,用单片机的T1夜允许时间只有展两种方式,按时时间一到,溢出中断,1,重复按时中断20T1(P3.5引脚)图4-1软件设计流程图主法式主要完成硬件初始化、子法式调用以及显示、报警等功能.数据处置子法式主要完成监测车辆速度即主要是计算出车辆的时速,为报警子法式提供参考数据；按键中断子法式主要实现合法参数的输入；报警子法式主要实现在车辆超速行驶状态下发出报警信号,包括SPEAKER输出子法式和警报灯的闪烁子法式；显示子法式设计采纳数字化显示用户设定的最高时速和车辆实际时速,用MAX7219芯片驱动LED进行静态显示.软件分为主法式、初始化法式、按键子法式、中断服务子法式等.此系统由众多单位组成,为了便于修改,采纳模块化分层管理.主法式中应该包括单片机初始化,MAX7219_Init初始化,数据、地址传人模块,显示丈量速度,显示设定的初始速度,报警等单位.图4-2主法式流程图单片机初始化,我们先来写TCON的控制字,首先将EA置为0,屏蔽所有的中断请求.接下来设按时器/计数器控制寄存器TCON.TCON用于控制T0、T1的启动和停止.我们选择电平触发方式,故IT=0,其最位D0应该设为0；IE0为外部中断请求0的中断请求标识表记标帜位,在每个机器周期的S5P2采样/INT0引脚,若/INT0脚为低电平,则IE0清“0”,故D1为设为0.同理,D2、D3是对外部中断1设定的,与外部中断0一样都设为0.当启动T0计数后,按时器/计数器T0从初值开始加1计数当最高位发生溢出时,由硬件使TF0置“1”,向CPU申请中断.CPU响应TF0中断时,TF0自动清“0”,TF0也可由软件清“0”,我们将其D5设为0.同理D7=0.故TCON状态字设为0x00.特殊功能计数器TMOD用于选择按时器/计数器T0、T1的工作模式和工作方式,接下来我们来写TMOD的状态字.TMOD高4位控制T1方式,最高位D7为门控位,当其为0时,金庸运行控制位TRx （x=0,1）来控制按时器/计数器计数.将其设定为方式1,16位按时计数器/计数器,故D5,D4设定为0和1.将T1设定为计数器,故D6=1.同理,T0工作在方式1下,T0为按时器模式.故其状态字设为0x51.将按时器/计数器写好初值后,将TR0,TR1置为1,均翻开,写中断允许寄存器IE将其最高位D7设为1,允许所有的中断请求,允许T1,T0溢出中断,故D3,D1均写.故其状态字为0x8a.法式图4-3按键扫描流程图先检测K1是不是低电平（按下）,若没有按下,就执行延时法式,等候其输入数据；再次,检测K2是否按下,以此类推检测K3,就可以设定其最年夜速度.结束语：该系统的设计思想是主动式的,从人本主义动身,考虑的是时刻提醒驾驶员的自我平安意识,最年夜限度防止因为车辆超速造成交通事故.此系统硬件主要包括以下四年夜模块: 89C51主控模块、传感器模块、报警模块和显示模块等.其中89C51 主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能; 传感器完成信号的采样功能,报警模块主要负责声音报警和灯光报警,显示模块完成字符、数字的显示功能.此基于单片机的车速报警系统利用51单片机及高集成化的串行输入/输出的共阴极LED显示驱动器MAX7219实现, 这里叙述了该系统硬件设计方面的理论分析、软件设计方面的理论分析以及有关电路设计的实践经验.利用MAX7219芯片仅使用单片机三根引脚即可,电路设计简单,驱动共八位7段加小数点的共阴极数码管,每四位分别显示以后速度和设定的速度上限,通过四个按键可以对速度上限分歧要求地进行更改设置,方便使用.该系统具有硬件简单"可靠性高"抗干扰性强"实用性好等优点,可以广泛应用在各种机动车辆上.通过了广泛地寻找资料,结合各种资料总结,掌握Proteus的基本用法及了解了很多新知识,参考其他相关的设计资料,并设计出相应的报警系统.对C语言编程有了更进一步的了解.同时通过Proteus仿真验证了设计的正确性,使理论结果与实践相结合, 加深理论的理解.通过本次课程设计,理解到知识的广泛性,自己知识仍然不够,以后将会继续努力拓展知识面.参考文献[1] 张俊谟. 单片机的发展与应用 [J]. 电子制作,2007,(08):31.[2] 袁霞.娄云.汽车灯光网络化控制系统的研究 [J]. 河南机电高等专科学校学报, 2008,(05):18-19,32[3] 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