单片机车速报警器.docx
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单片机车速报警器
第1章概述
摘要及设计思路
随着汽车工业和高速公路建设的进展，每一年由各类交通事故造成的人员伤亡数量惊人，造成了庞大的经济损失。
据统计，造成各类交通事故的要紧缘故是车辆的超载和超速行驶，而后者随机性专门大，纠章困难，而且由于中国公路条件复杂，不同品级的公路许诺的最高速度不同，现有的限速装置难以适应这种情形。
针对这种状况，开发具有智能决策模块的汽车。
最近几年来随着科技的飞速本设计是进展，为了克服传统模拟车速显示仪表显示数不准确及没有超速提示的缺点，数字化仪表迅速的进入汽车仪表行业，成为一种趋势，本文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。
该报警系统许诺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。
并通过LED显示车辆的实际车速和用户设置的平安参数．当发觉车辆速度超过驾驶员设置的最高值时，蜂鸣器开始报警，警告灯不断闪烁，提示驾驶员减速。
达到防患于未然的目的。
单片机的应用正在不断地走向深切，同时带动传统操纵检测日新月益更新。
在实时检测和自动操纵的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来利用。
此设计确实是一种利用8051单片机对机动车超速行驶情形进行蜂鸣报警和灯光报警的系统。
该系统结构简单，靠得住性高，操作方便，可普遍应用于摩托车、汽车等机动车辆。
本文要求设计一个具有数字显示功能的单片机系统,实现车辆当前速度输出，当达到所设定的速度上限时并报警，以保证驾驶人员的人身平安。
第一要进行系统的整体方案设计，在设计中一样应考虑以下几点：
（1）遵循从整体到局部的设计原那么。
在进程中，应遵循从整体到局部的设计原那么，把复杂难处置的问题分为假设干个较为简单的、容易处置的问题，别离加以解决。
（2）经济性要求。
为了取得较高的性能价钱比，设计时不该盲目追求复杂高级的方案。
在知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，靠得住性高，而且比较经济。
（3）靠得住性要求。
所谓靠得住性是指产品在规定的条件下和规定的时刻内完成规定功能的能力。
靠得住性指针除可用完成功能的概率表示外，还能够用平均无端障时刻、故障率、失效率或平均寿命等来表示。
方案论证
车速报警系统系统组成要紧由单片机操纵模块、霍尔传感器、LED数码显示器及声光报警器组成。
针对任务要求，咱们发觉此项设计在单片机接口芯片和按键电路上有不同的选择。
因此，设计方案的比较要紧对此展开。
方案的提出
方案一：
采取通过带有I/O接口和计时器的静态RAM8155芯片与设定速度的键盘电路，速度显示电路，8155芯片具有256个字节的RAM，两个8位、一个6位的可编程I/O口和一个14为计数器。
系统的硬件电路简图如图1-1所示。
图1-1系统硬件电路简图
霍尔传感器用来产生脉冲方波，键盘输入用来设定限制速度，当车速超过最大速度Vm时，声光报警电路将发出报警信号。
单片机外部中断口接霍尔传感器的输出，车轮每转一圈产生一次INT0中断请求，单片机对INT0中断请求的次数进行计数。
并将在1秒内的计数值转换成机动车的时速，送至显示缓冲区以供显示程序挪用。
具体算法如下：
设单片机每秒计数值为n，即nr/s。
设机车车轮的周长为dm，那么机车的时速V=d×n×3．6km/h。
硬件电路方框图霍尔传感器的输出信号经AT89C51的INT0口输入并存储在内部R0M中，AT89C51外扩一片8155芯片，其PB口作为LED数码管的段选线，PA4～PA0作为LED的位选线和键盘的列线，PCO和PC1口作为键盘的行线，从而组成10个按键的键盘。
AT89C51的P2．6口外接三极管放大器用来驱动声光报警电路，P2．6不断地输出101010⋯⋯的高低电平，驱动声光报警电路报警。
只要使声光报警电路报警重复输出256Hz及350Hz的叫声各0．73s，即能够模拟警车的叫声，产生警示作用。
机车的上限速度Vm通过键盘设置并存储起来。
单片机检测霍尔传感器输出的信息，计算出机车当前的速度v，并送LED显示。
当V≥Vm时，操纵声光报警电路报警发出警示音。
方案二：
利用高集成化的串行输入/输出的共阴极LED驱动显示器MAX7219及按键电路实现。
MAX7219芯片用来显示当前及设定速度，当速度超过最大速度Vm时，声光报警电路发出报警，按键设定用来设定报警速度（最大速度Vm）。
系统的硬件电路简图如图1-2所示。
图1-2系统硬件电路图
方案的比较及确信
方案一和方案二比较，方案一采纳8155芯片利用单片机引脚较多，采纳键盘电路较复杂，而且只能显示当前速度，驾驶员对速度上限透明度不高，整体电路较复杂；方案二采纳的MAX7219是一个高集成化的串行输入/输出的共阴极LED驱动显示器，每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管，能够数片级联，而与微处置器的连接只需3根线，且速度设定只需通过几个按钮实现即可，而且能够实时实现速度上限的增减，因此硬件电路简单，人眼视觉成效好，能够方便的为驾驶员提供信息，易于实现保护，且MAX7219内部设有扫描电路，除更新显示数据时从单片机接收数据外，平常独立工作，极大地节省了MCU有限的运行时刻和程序资源。
关于本课题所研制的车速报警系统而言，其大体起点确实是利用现有工艺条件，采纳现代运算机软件处置技术，提高系统的精度品级和工作的稳固性，拓展其功能，并给予其智能化特点，使报警器不仅能够及时准确地显示车辆的当前速度信息，同时尽可能地减少没必要要的人工操作，使报警能随时随地不中断进行并保证报警的工作效率。
有鉴于此，同时依照系统的要求，确信系统总设计方案如下图：
图1-4车速报警系统整体设计方案图
第二章系统整体方案及硬件设计
硬件设计该系统硬件要紧包括以下四大模块：
8051单片机主拄模块、传感器模块、报警模块和显示模块等。
其中8051要紧完成外围硬件的操纵和一些运箅功能：
传感器完成信号的采样功能；报警模块丰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。
主控模块
本系统采纳MCS一51系列的8051单片机作为操纵核心。
8051抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。
8051CPU的工作频率采纳12MHZ，方便系统对速度传感器的计数脉冲进行快速的处置。
805l的输入，输出引脚具有32根I／O口线。
能够连接存储器、LED显示器、速度传感器等各类外部器件。
8051具有低功耗和低电压工作模式的特点，能够利用电池对系统供电。
但8051内部只有256B的数据存储器，系统可之外接RAM芯片以知足系统的需求。
8051最小应用系统如下
图2-18051最小应用系统
测速传感器
速度传感器是车辆传感器中的易损器件．因此该系统对测速传感器进行了改良，使它具有灵敏度高、价钱低廉、不易损坏等优势。
测速传感器由霍尔开关、磁铁组成．其工作原理足将霍尔开关和磁铁别离安装在车架、车轮的适当位置，车辆行驶时，在磁铁的作用下，霍尔开关产生的开关信号输人到单片机的计数器T1引脚．．805l的按时器0按时段时刻后。
提取Tl中的脉冲个数．就可计算出车辆的行驶的瞬时速度。
霍尔传感器的外形图和与磁场的作用关系如以下图所示。
磁钢用来提供霍尔能感应的磁场，当霍尔元件以切割磁力线的方式相对磁钢运动时在霍尔输出端口就会有电压输出，因此霍尔传感器和磁钢需要配对利用。
霍尔传感器检测转速示用意如下。
在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘周围。
圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。
通过单片机测量产生脉冲的频率，就能够够得出圆盘的转速。
一样道理，依照圆盘（车轮）的转速，再结合圆盘的周长就能够够计算出物体的位移。
报警电路的设计
报警模块丰要负责声音报警和灯光报警，报警电路均比较简单，声音报警由单片机引脚接上拉电阻，晶体管及扬声器组成，灯光报警由两个发光二极管组成，电路设计简图如以下图
图2-2声光式报警电路
显示电路的设计
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，一样为40mA左右，可软件调整，关闭状态时，接入GND。
）DIG7~DIG0：
8位数值驱动线。
输出位选信号，从每一个LED公共阴极吸入电流，吸收显示器共阴极电流的位驱动线。
其最大值可达500mA，关闭状态时，输出＋VCC。
MAX7219与LED数码管连接如以下图
图2-3MAX7219与LED数码管连接电路图
按键电路的设计
按键电路由四个开关加上拉电阻组成，利用单片机四个引脚，四个开关别离是速度设置、速度增加、速度减小和速度确信，通过对开关的操作能够对速度上限值进行设定操作，由于另外有速度增减按键，能够方便的依照驾驶员的实时实地要求进行速度更改以达到报警目的，具有很强的操作灵活性。
其简图如下：
图2-4按键电路的连接图
共阴极LED显示驱动器MAX7219芯片
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，能够数片级联，而与微处置器的连接只需3根线。
MAX7219内部设有扫描电路，除更新显示数据时从单片机接收数据外，平常独立工作，极大地节省了MCU有限的运行时刻和程序资源。
MAX7219芯片上包括BCD译码器、多位扫描电路、段驱动器、位驱动器和用于寄存每一个数据位的8×8静态RAM和数个工作寄放器。
通过指令设置这些工作寄放器，能够使MAX7219进入不同的工作状态。
MAX7219的时序图（DINCLKLOAD原理）
图2-7MAX7219工作时序图
那个图很简单反映了DIN，CLK和LOAD的工作时序，确实是告知大伙儿三个端口是怎么合作传送数据的。
其中，DIN是串行数据输入端，CLK和LOAD事实上是充当了组织者。
针对单片MAX7219介绍一下数据传送的进程：
首先，在CLK的下降沿，无效，在CLK的上升沿，第一位二进制数据被移入内部移位寄存器，然后CLK再出现下降沿，无效，然后CLK再出现上升沿，第二位二进制数据被移入内部移位寄存器，就这样工作十六个周期，完成十六个二进制（前八个是地址，后八个是数据）的传送，这当中LOAD一直是低电平，当完成十六个二进制的传送后。
把LOAD置成高电平，产生上升沿，把这16位串行数据锁存到数据或控制寄存器中。
完成装载。
然后再把LOAD还原为低。
重复开始的动作。
周而复之……
3系统原理图
第三章软件设计
系统程序流程图如下：
图4-1系统流程图
软件分为主程序、数据处置子程序、按键子程序、中断效劳子程序、LED数码显示子程序、声光报警器报警程序等。
主程序要紧完成硬件初始化、子程序挪用和显示、报警等功能。
数据处置子程序要紧完成监测车辆速度即主若是计算出车辆的时速，为报警子程序提供参考数据；按键中断子程序要紧实现合法参数的输入；报警子程序要紧实此刻车辆超速行驶状态下发出报警信号，包括SPEAKER输出子程序和警报灯的闪烁子程序；显示子程序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进行动态显示。
第四章课程设计体会
该系统的设计思想是主动式的，从人本主义动身，考虑的是时刻提示驾驶员的自我平安意识，最大限度幸免因为车辆超速造成交通事故。
该系统硬件要紧包括以下四大模块:
8051单片机主控模块、传感器模块、报警模块和显示模块等。
其中8051要紧完成外围硬件的操纵和一些运算功能;传感器完成信号的采样功能;报警模块要紧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MSC-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,那个地址表达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和有关电路设计的实践体会。
利用MAX7219芯片仅利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，每四位别离显示当前速度和设定的速度上限，通过四个按键能够对速度上限不同要求地进行更改设置，方便利用。
该系统具有硬件简单"靠得住性高"抗干扰性强"有效性好等优势，能够普遍应用在各类机动车辆上。
通过这次课程设计也取得了必然的收成，在设计进程当中，组员之间彼此探讨，彼此学习，一起进步，使咱们对所学理论知识有了进一步的巩固。
通过了普遍地寻觅资料，结合各类资料总结，把握proteus的大体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。
关于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,加深理论的明白得。
通过本次课程设计，明白取得知识的普遍性，本身知识仍然不够，以后将会继续尽力拓展知识面。
参考文献
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综合版-2006年02M期
附1：
源程序代码
#ifndef_Max7219_H_
#define_Max7219_H_
#include<>
#include<>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineDECODE_MODE0x09//译码方式
#defineINTENSITY0x0A
#defineSCAN_LIMIT0x0B
#defineSHUT_DOWN0x0C
#defineDISPLAY_TEST0x0D
#definedelay1us_nop_（）;
#definedelay2us{delay1us;delay1us;}
#definedelay4us{delay2us;delay2us;}
#definedelay5us{delay4us;delay1us;}
#definedelay12us{delay4us;delay4us;delay4us;}
sbitdin=P2^0;
sbitload=P2^1;
sbitclk=P2^2;
voidMax7219_Wr_byte（ucharwrdat）;
voidMax7219_Wr_data（ucharaddr,uchardat）;
voidInit_Max7219（void）;
voidDisp_speed（uintspeed）;
voidDisp_set_speed（uintset_speed）;
//初始化MAX7219
voidMax7219_Init（void）
{
Max7219_Wr_data（SHUT_DOWN,0x01）;
Max7219_Wr_data（DISPLAY_TEST,0x00）;
Max7219_Wr_data（DECODE_MODE,0xff）;
Max7219_Wr_data（SCAN_LIMIT,0x07）;
Max7219_Wr_data（INTENSITY,0x0a）;
}
voidMax7219_Wr_byte（ucharwrdat）
{
bitdat;
uchari;
for（i=0;i<8;i++）
{
clk=0;
dat=（bit）（wrdat&0x80）;
if（dat）
din=1;
else
din=0;
wrdat<<=1;
clk=1;
}
}
voidMax7219_Wr_data（ucharaddr,uchardat）
{
load=0;
Max7219_Wr_byte（addr）;
Max7219_Wr_byte（dat）;
load=1;
}
voidDisp_speed（uintspeed）
{
ucharspeed_buf[4];
uchari;
speed_buf[0]=speed%10;
speed_buf[1]=speed/10%10|0x80;
speed_buf[2]=speed/100%10;
speed_buf[3]=speed/1000;
if（0==speed_buf[3]）
{
speed_buf[3]=0x0f;
if（0==speed_buf[2]）
speed_buf[2]=0x0f;
}
for（i=1;i<=4;i++）
{
Max7219_Wr_data（i,speed_buf[i-1]）;
}
}
voidDisp_set_speed（uintset_speed）
{
ucharspeed_buf[4];
uchari;
speed_buf[0]=set_speed%10;
speed_buf[1]=set_speed/10%10|0x80;
speed_buf[2]=set_speed/100%10;
speed_buf[3]=set_speed/1000;
if（0==speed_buf[3]）
{
speed_buf[3]=0x0f;
if（0==speed_buf[2]）
speed_buf[2]=0x0f;
}
for（i=1;i<=4;i++）
{
Max7219_Wr_data（i+4,speed_buf[i-1]）;
}
}
#endif
#include<>
sbitKEY0=P2^3;
sbitKEY1=P2^4;
sbitKEY2=P2^5;
sbitKEY3=P2^6;
sbitSPK=P2^7;
sbitLED_GREEN=P1^6;
sbitLED=P1^7;
uintset_speed;
uintspeed;
ucharsec_cnt;
voidInit_8051（void）;
voidDelay（uchartime）;
uintGet_key（void）;
voidWarn_ring（void）;
voidmain（void）
{
Init_8051（）;
Max7219_Init（）;
while
（1）
{
set_speed=Get_key（）;
Disp_speed（speed）;
Disp_set_speed（set_speed）;
Warn_ring（）;
}
}
voidDelay（uchartime）
{
uchart1,t2;
for（t1=time;t1>0;t1--）
for（t2=248;t2>0;t2--）;
}
//初始化
voidInit_8051（void）
{
EA=0;
TCON=0x00;
TMOD=0x51;
TL0=0xe0;//定时20ms
TH0=0xb1;//T1计数13个脉冲
TL1=0xf3;
TH1=0xff;
TR0=1;
TR1=1;
IE=0x8a;
SPK=0;
LED=0;
LED_GREEN=1;
}
//按时器0函数，按时50*20ms=1s
voidTimer0_speed（void）interrupt1
{
ET0=0;
TR0=0;
TL0=0xe0;
TH0=0xb1;
TR0=1;
sec_cnt++;
ET0=1;
}
//计数中断计数10次半径d=20cm
//speed=*60*10/sec_cnt*36km/h
voidCounter_speed（void）interrupt3
{floata=6250;
ET1=0;
TR1=0;
TL1=0xf3;
TH1=0xff;
TR1=1;
speed=*a/sec_cnt;
sec_cnt=0;
ET1=1;
}
//键盘处置函数
uintGet_key（void）
{
staticuintkey_value;
if（!
KEY0）
{
Delay（40）;
if（!
KEY0）
{
while（KEY3）
{
if（!
KEY1）
{
Delay（40）;
if（0==KEY1）
{
while（0==KEY1）
{
Disp_set_speed（key_value）;
}
key_value+=10;
if（key_value==9999）
key_value=0;
}
}
if（!
KEY2）
{
Delay（40）;
if（0==KEY2）
{
while（0==KEY2）
{
Disp_set_speed（key_value）;
}
key_value-=10;
if（key_value==0）
key_value=9999;
}
}
}
}
}
return（key_value）;
}
//报警函数
voidWarn_ring（void）
{
if（speed>set_speed）
{
LED=1;
SPK=0;
Delay
（1）;
SPK=1;
}
else
LED=0;
}
升级会员 