51单片机实现车辆超速报警器设计.docx

51单片机实现车辆超速报警器设计.docx

《51单片机实现车辆超速报警器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《51单片机实现车辆超速报警器设计.docx（27页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

51单片机实现车辆超速报警器设计

本科生毕业论文（设计）

51单片机实现车辆超速报警器设讨

中文髓要3

美文萄宴4

引言5

1.设计方余的选择6

1.1设计要求6

1.2方凄选择6

2.洲遗传富工的确金7

2.1测速传感器的选择7

2・2测速传感器的工作原理7

3•余线破件设针W

3.1系统总、体方柩图10

3.1.1电源单元10

3.1.2光也耦合器单元11

3.1.3峥呜报警单元11

3.2电路的连接12

3.2.1测速传感器与单片机连接12

322单片机与报警新连接12

3.2.3单片机与皂示电路连接13

3.2.4单片机与按键电路的连接14

4•余统软件设计15

4.1系统流程图15

4.2主程序16

4.3初始化程序16

4.4按键扫楮程序17

年东语18

参考文收19

畋20

附录21

51单片机实现车辆超速报警器设计

苜要：

近年来，随着现代汽车挂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，沌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欢时，弯砍员长时间操纵加速均板而得不到泳动，衮另造成疫苗。

在限速路段总会出现超速现象，对他人和11乙都造成安全晦患。

本设计就是为了解决这一问题而涎生的。

本设计从名软员fl身安全角度出发，设计了一种检测车辆超速的报警条垸。

该报警条统允许驾砍员通过自缗键盘设苣本车档安全行政的及高速度，主车制处于行底状态中，该系统通过速度传感器时刻益测加动车何速度。

当发现车制速度超过驾底员设置的是高值时，峰呜及开始报警，堤催名欢员或速。

在实时检测和自动拉利的单片机应用条统中，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政精况进行蜂鸣报警和灯光报警的余饶。

该条蛇结构简单，可靠性高，操作方便，可广汰应用于摩托车、沌车等机动车制。

该设计详细介绍了条院的总体设计行案，给出了界面摸块与89c51接。

电涔,余统硬件也路及外圈设计电路，及后介绍了软件设计方法度程库流狸图。

通过LED显示出来。

关健主：

单片机；汽车超速；传感器；报警；LED显示

TheDesignoftheIntelligentAlarmSysteminControllingtheAutomobileSpeed

Abstract：

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofmodernautomotivecontroltechnologyandhighway,inthewholev/orldespeciallydevelopedcountries,whetheritistransportorpersonal,vehicleshavebecomeamajormodeoftransportforlongdistancetransport.Inalongtimeathighspeedonthehighway,thedriverforalongtimetomanipulatetheacceleratorpedaltobedeprivedoftheactivitieslikelytocausefatigue.Speedingphenomenoninthespeedlimitsectionmaycausesecurityrisk.Thisdesigncouldsolvethisphenomenonv/elL

Thisdesignisamicroprocessorcontrolledspeedalarmsystem.Alarmsystemstodetectspeedingvehiclesfromthedriver'sov/nsafetypointofvievz.Thealarmsystemallowsthedrivertosetthemaximumspeedofthisvehiclesafedrivingwhenthevehicleisinrunningstateusekeyboard.Whenthevehiclespeedexceedsthehighestvaluesetbythedriver,thebuzzeralarmtoalertthedrivertoslowtoachievethepurposeofproactive.Inreal-timedetectionandautomaticcontrolofmicrocomputerapplicationsystem,themicro-controllerisoftenusedasacorecomponentto.Thisdesignisa51MCUmotorvehiclespeedingalarmbuzzerandlightalarmsystem.Thesystemissimplestructure,highreliability,easyoperation,canbev/idelyusedinmotorcycles,carsandothermotorvehicles.Thedesigndescribestheoveralldesignofthesystem,giventhe89C51MCUinterfacemoduleandinterfacecircuit,thesystemhardv/arecircuitandtheexternaldesignofthecircuit,andfinallyintroducedtheprogramflov/chartofthesoftwaredesignmethods.ItcanbedisplaybyLED.

Keywords：

speedmeasurement;cyclemeasurement;safetyalarm;automobiledriving,LEDdisplay

引t

随着沌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日粕当惊人，同时也受成了巨大的经济损失。

据统计，造成各种交通事故的主要原因是车辆的超我/超速行政，而后者随机性很大，纠章困唯，而且由于中国公路条件复杂，不同等级的公路允许的景高速度不同，现有的限速装建唯以适应这种情况。

针对这种状况，开发具有智能决策模块的沌车速度报警控制系统对自动考欢显得极为重要。

因此，火力研究开发如沌车防捶装置等主动式讫车辅助安全装建，减少考孤员的负担的判断错误，对于提高交通安全将起到重要作用。

设计限速路段超速4动提示科报警余统主要是为了防止司机在一些繁华人多车多路段超速驾威。

交通事故往往发生在一些人流动大，车多的地方，司机有意无意的超速是引发交通事故的最大因素。

装有本余统的沌车能纱有效地在装有无线发射装差的限速路段，防止以下几种原因所受成交通事故的。

首先车主不知道该路段的鼠高限制速度，而开车过快所爱成的交通事故；其次车主辞酒驾欢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安全冬麦等设施相比，更为主动有效，将可能产生的交通事故防患于未燃，它与警察用的宙达测速等防止司抗超速装黄相比，显得实用有效，交警可以在不同路段根据不同情况设定不同的般高限速值，主动有效地限制车速。

使用车速报警器可以或少财产损失，总至是生命损失。

诧车报警器具有实用性，易操做性，便于维修的优点，因此被广泛采用与应用。

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，在车辆行政过程中，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打用户设置的安全参数。

当车辆速度超过考狱员设费的最高速度时，绛呜器开始报警,警告•灯点亮，提醒考孤员减速。

该系统结构简单，可竟性高，操作方便，可广泛应用于摩托车，汽车等机动车辆。

1.1针方今的选择

1.2设计要求

我们要求设计一个具有数字显示功能的单片机余统，实现车辆当if速度输出，当达到所设定的速度上限时并报警，以保证考肢人员的人身安全。

首先要我行余统的总体方金设计，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，应遵循从匏体到局部的设计原则，把复杂唯处理的问题分为若干个较为简单的、家班处理的问题，分别加以斛决。

（2）经济性要束。

为了获得较高的性能价格比，设计时不应盲目追求曼杂高级的方案。

在满足性能指骨的前•提下，应尽可能采用简单的方嗡，因为方案简单意味着所用的元器件少，可靠性高，而且比较经济。

（3）可竟性要束。

所谓可靠性是指产品在规定的条件下科规定的时间完成规定功能的能力。

可亢性指骨除了可用免成功能的概率表示外，还可以用平均无故序时间，故序率，失效率或平均寿命等来表示。

（4）操作衣维护要束。

在车速报警余统的硬件科软件设计时，应当考虑掾作方便，尽量降低的操作人员的专业知识的要束，以便产品的推广应用。

余统的椅人输出方式，操作程序应尽量简单明了，无须专门训练就能掌握其使用方弟。

1.3方凄选择

方案一：

条用模拟电路的方法，通过也分器得到电压，然后用比较器来拄制报警输出，这种方当其原理简单，多于实现。

但测量精度会比较粗，不能精确设置速度。

此方法运用曲子元器件较多，不能极好的得到测量新度的控制要求，不便于维修。

方案二：

象用车我GPS余统，能提供车辆的定板信息，包括车速信息，但价格昂贵。

方嚏■三：

象用嵌1人式车我限速装置，在设计沌车时就已经考虑并在制爱时送人整车也子技制系统中。

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依。

方嚏■一是模拟也路，特别是运放和比较器。

方嚏■二价格昂贵。

不符合我们设计的要求。

方案三在2005年以后同生产的中高档乘用车中已初见端傥，但是国约4000万辆在用汽车中的近90%并未安装。

基于此％在用沌车设计一种外挂式电车超速报警器有着巨大的市场需求。

嵌1人式车速

综上所述，我们选择方案三。

运用单片机实现车用超速报警。

2.测送带或发的确立

2.1测速传感器的选择

传感器是一种检测装置，能感受到披测量的信息，并能将检测感•免列的信息，按一定规律变换成为也信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理，存储，显示，记录科控制等要求。

它是实现自动桧测科盲动控制的首要环节。

测速传感器是能测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。

测速传感器包括测量或速度传感器/测量转速度传感器.O

线速度传感器是用来测量直发运动速度的传感器，它的输出电压科波测物体运动速度成发性关条，该传感器具有极高的频率响应，可检测小模数齿轮科其它物体的转速，具有稔定的工作性能。

输出为方撅信号，能实现送.距禽传输。

战速度传感器具有结构简单可靠，不用外加电源稔压器，频率响应好，输出灵敏度高，测量闺大，抗干扰能力强等优点，它的输出克流电压可直接由高椅人阻抗的克流也压表显示。

转速传感器是将瓶转物体的转速转换为电量输出的传感器，居于间接式测量装置。

楼信号形式的不同，转速传感器可分为模拟式科教字式两种。

前者的输出信号值是转速的线性乱数，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。

常用的转速传感器有光电灰、电参灰、变磁阻式以及测速发也机等。

在实际测量中我们要测量车轮的转速，要输出方波信号，不加电源税压器，我就要选择转速度传感器。

在测速传感器中，旋转运动速度测量较多，而且宜爱运动速度也经常通过旋转速度间接测量。

目的广泛使用的测速传感器是直流测速发电机，可以将旅转速度转变成电信号。

测速机要求输出也压与转速同保椅发性关余，并要求输出也压陡度大，时间及温度稳定性好。

测速机一般可分为宜流式打交荒式两种。

直流式测速机的励赧方式可分为他励式和永磁式两种，也枢结构有带槽的、空心的，盘式印刷电路等形式，其中带梢式-敷为常用。

其中，由于承电式传感器具看易于讨算的特点，故我们选择了烧也式感应传感器。

2.2测速传感器的工作原理

磁.电感应式传感器简称感应式传感器，也称电动式传感器。

它杷敝测物理量的变化转变为感应也动势，是一种机也能量变换型传感器，不需要外部供电电源，也路简单，性能稔定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应用（一般为10~

1000Hz）,适用于娘动，转速、扭矩等测量。

按工作原理不同，磁.电感应式传感器可分为恒定磁.通式和变磁.通式，即动图式传感器和磁•阻式传感器。

设路系统产生恒定的直流磁场，景路中的工作气隙固定不变，因而先隙中场通也是恒定不变的。

其运动部件可以是线图（动图式），也可以是磕铁r动铁式），动图式和动铁式的工作原理都是免全相同的。

当壳体随披测振动体一起振动是，当振动频率足够高（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性极大，来不及随振动体一起损动，近乎杼止不动，娘动能量几乎全拔弹黄吸收，永久微铁与线图的相对运动速度接近振动体振动速度，赧铁与瑞图的相对运动切到赧力发，从而产生感应也动势。

戏图相对磁.场运动的速度V或角速度3表示，利所产生的感&也动势e为

e=-NBLv

e=-NBSco

式中：

N-瑞图在工作赧场中的也救；L—每瓯爱图的平均长度；B一线图所在磁场的蜷感应强度；S—每画发图的平均截面积。

在传感器中当结构参数确定后，B.L、N,S均为定值，感应也动势e与线图相对烧场的运动速度（v或3）成正比，所以这类传感器的基本形式是速度传感器，能直接测量线速度或角速度。

如果在其测量电路中接入积分电路或微分电路，那么还可以用来测量0移式加速度。

但由上述工作原理可知，场电感应式传感器只适用于动点测量。

变烧通式又称（变）成阻式或变气隙灰，常用来测量瓶转物体的角速度,线图和磷.铁停止不动，测量齿轮（导蟾.材料制成）每转过一个齿，传感器学路窿阳变化一次，发图产生的感应也动势的变化频率等于测量缶轮1上齿轮的齿敷打转速的取东。

图2-1车速传感笈结构

以AudilOO舜车为例，其车速传感器由一个舌费开关管科一个带有4对我板的塑料环构成（如图2所示）。

后者安装在变速器左输出轴上，与轴一同旅转形

成旋转城场。

舌黄开关管安装在竟近塑料环的变速器壳体上，宅是在一个玻瑞管装有2个细长的触头构成的开关元件，其触头由场性材料制成。

舌黄开关管与塑料环间具有很小的间隙，当塑料环瓶转时，舌费开关管触点接近塑料板时诩合，南开塑料板时新开，由此得到与沌车行政速度相对应的方波信号（如图2・2所示）。

18.75-

12.50-

6.25-

100200300400500

时间t/ms

图2-2车速信号图形

汽车超速报警器的工作原理：

沌车行肢过程中，车轮每转一图，车速传感器产生8个脉冲。

对已知车型可知其车轮直往D,例如规格为185/70VR14的轮胎，185就示轮胎宽度为185mm,70代表轮胎高/宽比为70,14表示轮辆直往为Minch,据此可计算出轮胎立役

D=18.5x0.7x2+14x2.54=61.46cm

根据欲限定的汽车速度，可计算车轮在单位时间转过的图数：

n=v/nDo产生脉冲数f0=8n。

比较，如果f>f0,则车速报警器发出声光报警；反之，车速报警器将执行下一个比较任务。

3.系统现件设计

3.1系统总、体方柩图

首先我们设计余统总框图。

当车辆处于行威状态时，孩余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测量速度传送到单片机中，为了减少系统谖爰和信号的干扰，实现非接触测量我们就需要在单片机打测速传感器之间加上一个关电耦合单元”】。

对于单片机我们需要稳定的也压，所以我们需要也源单元。

•最后采集的速度与设定的速度送往液晶“，粕比较，超速就需要报警，我们就需要报警单元。

故可以画出以下的超速报警系统总柩图。

图3-1超速报警京货总框图

汽车超速报警器的硬件设计将车速传感器产生的车速信号送入光电耦合器单元，得到一个与车速信号频率一改的信号，送入单片九记救。

记救满后与单片机部设定值粕比较。

如果超过了预设值则可判断沌车超速，绛呜器报警提示。

条统以AT89c51单片机务核心，由电源单元、充也耦合器单元、网速单元尹声光报警单元组成。

3.1.1也源单元

也源单元由三端集成稳压器W7805组成（如图3-2所示）o三端稔压器由启动也路，基准也压电路，采样比较放大也路，调整也路和保护也路■等部分组成。

|W7805

也农C用来抵访因输入发太长而产生的也感效应，防止产生€激板荡，连战不长时可以不用，家量一般在0.1〜0.33"⑵。

用来清除高频噪声和改善输出的瞬次特性，即在负莪也流变化时不玫引起输出端产生较大的波动。

当电路的输人瑞u大于5V时，输出端输出稳.定的5V电压。

3.1.2光也耦合器单元

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R于嵩也平时，发光源发光并推制受光器导通，羽受光器输出端产生与车速传感器频率一致的也压信号。

采用光电耦合器PC817传输车速信号的目的是为了隔禽车速传感器与单片机的直接联系，话除车速传感器信号对单片机的不利影响。

车速传感器产生的是恒流低阻抗信号，电压值受外部负莪的影响大。

以AudilOO舜车为例，车速传感器信号送人单片机T0端。

后，其高也平也压值亚速由9V下降为0.25V,而T0端。

需要的最低识别电压为2V。

+5V

方波信号

°P3.5

图3-3佶号柄合电路

3.1.3峥呜报警单元

压电式绛呜器约需10mA的驱动也流，因此可以用条列集成电路7406式7407低也平期动，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,使峥呜器引爱获得接近5V的直流也压，而产生峥呜音。

当P2.7端输出低也平0时，7406的输出端升高的约+5V,压电绛呜器两引线间的直流也压降接近于0V,发生停止。

我们用单片机的P2.7与绛呜器相连,输出高也平，则报警。

3.2也路的连接

3.2.1

测速传感器与单片机连接

测速传感器两个电刷，将车轮转过的频率一一方波信号，传送给光电耦合器,实现非接触测量，再将信号送到单片机的P3.5。

，单片机接胭动也压。

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部，是报警电路的关键一步。

3.2.2

单片机与报警器连接

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，报警也路均比较简单，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。

当速度大于设定速度的时候单片机就将P2.7,P1.7o置为高也平，将红灯点亮，同时绿灯四天。

P2.7高电平就将三极管发射极导通，实现speak报警。

3.2.3单片机与显示电路连接

皂示也路由AAAX7219芯片免成，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住7段加小敷点的共阴极数吗管。

SEGA-SEGG（图中为A到G）为LED七段显示器段3区动端，SEGDP为小数支驱动瑞；SEGA*SEGG,DP3区动显示器7段及小数点的输出也竞，一般为40mA左右，可软件明整，关闭状态时，接入GND【3】。

DIG7-DIG0：

80数值胭动线。

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荒的住驱动线。

其敷大值可达500mA,关讯状杰时，输出+VCC。

MW21P.

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的转动图数,本也路采用两片十段制计数器组成模值为100的计数器。

锐存器的作用是在1s信号结束后将计效器的状杰被存并送至年吗显示器，直到新的信号到来％止，以保证显示器能稔定的显示数据。

选用8D锐存器可以完成上述功能，当时钟脉冲CP的正跳变来到时，锁存器的输出等于输入，即、;口，从而将计效器的输出

值送到铳存器的输出端。

正脉冲结束后，无力D%何值，输出端Q的状杰仍保持原来的状忐Qn不变，所以在计教期间，计数器的输出不会送到译码皂示器。

3.2.4单片机与核键也路的连接

本设计为了能够€行设定景高上限速度，故设计了按键也略，我们选用单片机的P2.3、P2.4、P2.5.P2.6。

分别与KO、KLK2,K3相逢。

当楼使楼下去，产生低电手将数据传送单片机。

其图如下：

VCC

89C51

P2.3

P2.4

P2.5

P2.6

3-7单片机与楼键,也路的连接

4.东统秋件谀计

4.1系统流程图

沌车超速报警器的总、体竞程图如图所示。

软件婚程采用C语言，用单片机的T1作为定时器，设定定时时间为1S。

由于单片机-簸大允许时间只有65S,需炉展定时时间。

一般有晚件炉展和软件炉展两种方式，本文采用软件步强方式。

设TO定时时间为50ms,定时时间一到，溢出中耕，在中新服务程序中，对中新次数寄存器加1,重复定时中断20次，时间为1so1s定时时间列，读取定时器T1（P3.5引脚）输入的脉冲效，为实时车速的频率鱼。

将该频率值与单片机部设定阀值比较，判定是否超速。

图4-1软件设计洗狸图

主程序主要免成硬件初始化，孑程序碉用以及显示、报警等功能。

数据处理子程序主要电成监测车辆速度即主要是计算出车辆的时速，为报警孑程序提供参考数据；按键中新孑程序主要实现合乐参救的输入；报警孑程序主要实现在车辆超速行欢状忠下发出报警信号，包括SPEAKER输出于程序打警报灯的闪斑孑程序；显示孑程序设计象用救字化显示用户设定的景高时速"车辆实际时速，用MAX7219芯片驱动LED遂行动态显示。

软件分为主程序，初始化程序，按键孑程序，中新服务子程序等。

4.2主程序

此系统由众多单元组成，为了便于修改，采用模块化分层管理。

主程序中应该包含单片机初始化，MAX7219」nit初始化，数据、地址传入模块，显示测量速度，显示设定的初始速度，报警等单元。

图4-2立狸存流程图

4.3初始化程序

单片机初始化，我们先来写TCON的控制室，首先将EA置为0,毋薮所有的中新请求。

接下来设定时器/计数器捶制寄存器TCON。

TCON用于捶制T0.T1的启动"停止。

我们选择电平触发方式，故IT=0,其最住DO应该设为0；IE0为外部中新靖求0的中新请求标志位，在每个机器周期的S5P2象样/INTO引脚，若/INTO脚为低电平，刑IE0请“0”，故D1为设为0。

同理，D2,D3是对外部中新1设定的，与外部中断。

一样都设为0。

当启动T0计救后，定时器/计效器T0从初值开始加1计数多最高位产生溢出时，由硬件使TFO匿“1"，右CPU申靖中新。

CPU响应TFO中新时，TFO自动请“0”，TFO也可由软件清“0”，我们将其D5设%0。

同理D7=0。

故TCON状忐字设为0x00。

特殊功能计数器TMOD