车载超速报警系统设计.docx
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车载超速报警系统设计
摘要
超速报警器的设计从硬件和软件方面阐述了单片机在汽车超速报警上的应用，以较低的成本实现超速报警的功能，方便驾驶员能根据自己的需要设置合适的车速上限，保障行车安全，具有很好的实用价值。
超速报警器的设计将车速传感器产生的车速信号送入霍尔传感器电路，得到一个与车速信号频率一致的信号，送入单片机记数。
与单片机内部设定值相比较。
如果超过了预设值则可判断汽车超速，蜂鸣器报警提示。
该系统由电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路、键盘（设定报警车速值）、报警电路、霍尔传感器连接电路和控制单片机组成。
它在一定程度上有效解决汽车超速驾驶的问题。
关键词：
单片机超速报警器传感器安全
Abstract
OverspeedalarmexpoundedfromtheaspectsofhardwareandsoftwaredesignofMCUapplicationinautomobileoverspeedalarm,atarelativelylowcosttorealizetheoverspeedalarmfunctions,convenientforthedrivercanaccordingtotheirownneeds,setuptheappropriatespeedlimits,safety,hastheverygoodpracticalvalue.Overspeedalarmdesignwillhaveaspeedsignalintothehallspeedsensor,thesensorcircuit,getaconsistentwiththespeedsignalfrequencysignal,intothemicrocontrollernumeration.Comparedwithsinglechipmicrocomputerinternalvalue.Ifmorethanthepresetvaluecanjudgethecarspeeding,buzzeralarmprompt.Thesystemconsistsofpowersupplycircuit,clockingcircuitandresetcircuit,displaycircuit,keycircuit,speedthekeyboard（setalarmspeedvalue）,alarmcircuit,hallsensorconnectioncircuitandthecontrolofsinglechipmicrocomputer.Ittoacertainextent,solvetheproblemofthecarspeeding.
Keywords:
singlechipmicrocomputerOverspeedalarmThesensorsecurity
目录
摘要I
第一章绪言1
第一节报警系统的发展与运用前景1
第二章系统方案原理及特色2
第一节超速报警器设计思路2
第二节超速报警器的总原理图2
第三节超速报警器的特色3
第三章超速报警器硬件设计4
第一节主控模块4
第二节时钟电路6
第三节复位电路7
第四节霍尔传感器连接电路8
第五节按键电路9
第六节显示电路10
第七节报警电路11
第四章超速报警器软件设计12
第一节程序流程图12
第二节程序设计12
第五章结束语17
谢辞18
参考文献19
第一章绪言
第一节报警系统的发展与运用前景
汽车作为现代化交通工具，既对人类社会文明的进程发挥了积极的促进作用，也对人类的健康和财产安全造成了负面效应。
自从1886年汽车诞生至今，汽车给人们带来的利益与其带来的问题同样多。
美国著名学者乔治·威伦研究了美国和其他一些国家的交通、消防与犯罪的问题后通过其著作《交通法院》告知世人：
“人们应该承认，交通事故已经成为今天国家最大的问题之一。
它比消防问题更加严重，这是因为每年交通死亡的人数日渐增多，遭受的财产损失更大；它比犯罪问题更加严重。
这是因为交通事故跟整个人类有关，不管是强者还是弱者、富人还是穷人、聪明人还是愚蠢人，每一个男人、女人、孩子，只要他们在街道或公路上，每一分钟都可能遭遇交通事故。
”据有关方面统计，全世界每年死于交通道路事故的人数约60万之众，这相当于每年有一个中等城市被摧毁；因车祸受伤的人多达1200万；在许多国家，交通事故引起的人员伤亡和经济损失，比火灾、水灾、意外伤害等灾难造成的人员伤亡总和及经济损失还大得多。
因此人称交通事故为“柏油路上的战争”，“文明世界的第一大公害”。
第二章系统方案原理及特色
第一节超速报警器设计思路
基于单片机的超速报警器电路是一个具有数字显示功能的单片机系统，通过速度显示电路得知车辆当前速度输出，当达到所设定的速度上线时通过报警电路进行报警，使驾驶人员得知车辆已经超速，使驾驶员作出反应，以保证驾驶人员的人身安全。
首先要进行的总体方案设计，在设计中一般应该考虑一下几点：
1、遵循从整体到局部的设计原则2、可靠性安全要求3、经济性要求4、便于操作和维护要求
第二节超速报警器的总原理图
超速报警器的设计将车速传感器产生的车速信号送入霍尔传感器电路，得到一个与车速信号频率一致的信号，送入单片机记数。
得到的数值通过与单片机内部设定值相比较。
如果超过了键盘输入的最大值则可判断汽车超速，然后通过蜂鸣器报警提示。
该系统由电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路、键盘（设定报警车速值）、报警电路、霍尔传感器连接电路和控制单片机组成。
单片机
报警电路
电源电路
显示电路
时钟电路
霍尔传感器连接电路
复位电路
按键电路
图1总原理图
第三节超速报警器的特色
1、超速报警器的设计实现限速路段超速报警，并能语音报警。
本系统的功能在车主超速时提醒车主，保证驾驶人员的人身安全。
2、超速报警器的设计将车速传感器产生的车速信号与单片机内部设定值相比较。
如果超过了预设值则可判断汽车超速，蜂鸣器报警提示。
3、超速报警器的设计将电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路、报警电路、霍尔传感器连接电路等电路组合起来组成超速报警器。
第三章超速报警器硬件设计
第一节主控模块
本系统采用MCS一51系列的8051单片机作为控制核心。
MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。
8051的片内程序存储器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程序固化进去。
8051抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。
8051CPU的工作频率采用12MHZ，方便系统对速度传感器的计数脉冲进行快速的处理。
805l的输入，输出引脚具有32根I／O口线。
可以连接存储器、LED显示器、速度传感器等各种外部器件。
8051具有低功耗和低电压工作模式的特点，可以利用电池对系统供电。
但8051内部只有256B的数据存储器，系统可以外接RAM芯片以满足系统的需求。
图3.18051单片机引脚图
8051单片机引脚说明：
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址
时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚 备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
第二节时钟电路
时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。
通过时钟电路可以得知计算机的工作状态。
AT89C51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZ，MCS-51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1、XTAL2分别为振荡电路反相放大器输入和输出端，时钟可由内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。
外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。
系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。
CMOS型单片机内部（如AT89C51）有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器，图为CMOS型单片机时钟电路框图[3]。
振荡器工作受/PD端控制，由软件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD＝0，振荡器停止工作，整个单片机也就停止工作，以达到节电目的。
清“0”PD，使振荡器工作产生时钟，单片机便正常运行。
图中SYS为晶振或陶瓷谐振器，振荡器产生的时钟频率主要由SYS参数确定（晶振上标明的频率）。
电容C1和C2的作用有两个：
其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用（C1、C2大，f变小），其典型值为30p。
图3.2时钟电路图
第三节复位电路
单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行[4]。
单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。
复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。
按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。
本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，当上电时，C1相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位键时单片机复位[5]。
在有时碰到干扰时会造成错误复位，但在大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位，如果在复位端加一个电容，则会得到很好的效果。
单片机采用的复位方式是自动复位方式。
AT89C51单片机只要接一个电容至VCC即可。
在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使AT89C51单片机有效的复位。
RST端在加电时应保持的高电平时间包括VCC的上升时间和振荡器起振的时间，所以一般为了可靠的复位，RST在上电应保持20ms以上的高电平。
RC时间常数越大，上电RST端保持高电平的时间越长。
图3.3复位电路
第四节霍尔传感器连接电路
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器[6]。
霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
图3.4霍尔传感器图片和管脚图
霍尔传感器检测转速示意图如下。
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附近。
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可以得出圆盘的转速[8]。
没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。
图3.5测速示意图
图3.6霍尔传感器安装图
图3.7霍尔传感器电路
第五节按键电路
按键电路由四个开关加上拉电阻构成，使用单片机P07口与P32口，四个开关分别是速度设置、速度增加、速度减小以及速度确定，有四个开关可以对速度上限值进行设定，另外有速度增减按键，可以方便的根据当地限速的要求实时实地进行速度更改以达到报警目的，具有很强的灵活性。
方便驾驶员的操作。
图3.8按键电路
第六节显示电路
显示电路由MAX7219芯片完成，MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示[10]。
其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。
只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。
一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。
每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。
MAX7219同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。
整个设备包含一个150μA的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。
显示电路输出位选信号，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[11]。
其最大值可达500毫安，关闭状态时，输出＋VCC。
图3.9显示电路连接图
第七节报警电路
报警模块主要有声音报警，报警电路相对来说比较简单，声音报警由单片机引脚接上两个10K电阻，电源，一只三极管8550和一只蜂鸣器组成[12]。
共同组成报警电路来进行报警作用。
以此来通知驾驶员进行调速，减少发生交通事故。
三极管8550是一种常用的普通三极管。
它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管。
三极管8550包括1、发射极 2、基极 3、集电极8550三级管参数:
类型:
开关型;极性:
PNP;材料:
硅;最大集电极电流（A）:
0.5A;直流电增益:
10to60;功耗:
625mW;最大集电极发射电压（VCEO）:
25;频率:
150MHz
图3.10报警电路
第四章超速报警器软件设计
第一节程序流程图
图4.1程序流程图
第二节程序设计
ORG0000H
LJMPSTART
ORG001BH
LJMPINTT1
ORG0030H
START:
MOVSP,#60H
MOVDPTR,#TABLE
MOV40H,#0
MOV41H,#0
MOV50H,#15
MOV52H,#0
MOV57H,#25
MOV58H,#10
SETBP1.6
SETBP1.7
MOVTMOD,#15H
MOVTH0,#0H
MOVTL0,#0H
MOVTH1,#15H
MOVTL1,#0A0H
SETBEA
SETBET1
SETBTR0
SETBTR1
LOOP:
LCALLCALCULATE
LCALLSCAN
LCALLDISPLAY
LCALLCOMPAR
SJMPLOOP
COMPAR:
MOVA,55H
CJNEA,57H,LP1
LP1:
JCLP2
DJNZ58H,LP3
CPLP1.6
CPLP1.7
MOV58H,#10
RET
LP2:
SETBP1.6
SETBP1.7
LP3:
RET
SCAN:
JBP1.0,KEY2
LCALLDELAY
JBP1.0,KEY2
JNBP1.0,$
MOV57H,#15
LJMPNEXT
KEY2:
JBP1.1,KEY3
LCALLDELAY
JBP1.1,KEY3
JNBP1.1,$
MOV57H,#20
LJMPNEXT
KEY3:
JBP1.2,EXT
LCALLDELAY
JBP1.2,EXT
JNBP1.2,$
MOV57H,#25
NEXT:
SETBP1.6
SETBP1.7
MOVR7,40H
MOVR6,41H
MOVA,57H
MOVB,#10
DIVAB
MOV40H,A
MOV41H,B
MOV59H,#60
LLR:
LCALLDISPLAY
DJNZ59H,LLR
MOV40H,R7
MOV41H,R6
EXT:
RET
INTT1:
MOVTH1,#15H
MOVTL1,#0A0H
DJNZ50H,EXIT
CLRTR0
MOV51H,TH0
MOV52H,TL0
MOV50H,#15
MOVTH0,#0
MOVTL0,#0
SETBTR0
EXIT:
RETI
CALCULATE:
MOVA,52H
MOVB,#2
MULAB
MOVB,#10
DIVAB
MOVR1,A
MOVA,52H
CLRC
SUBBA,R1
MOV55H,A
MOVB,#10
DIVAB
MOV40H,A
MOV41H,B
RET
DISPLAY:
SETBP3.1
CLRP3.0
MOVA,40H
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,A
LCALLDELAY
SETBP3.0
CLRP3.1
MOVA,41H
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,A
LCALLDELAY
RET
DELAY:
MOV30H,#1
LR2:
MOV31H,#100
LR1:
MOV32H,#100
DJNZ32H,$
DJNZ31H,LR1
DJNZ30H,LR2
RET
TABLE:
DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H
DB
0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EHEND
第五章结束语
通过本次应用系统设计，在很大程度上提高了我的独立思考能力和单片机的专业知识，有过这样的一次经历，深刻了解到理论与实际应用的差距还是比较大的。
本文主要设计一个具有数字显示功能的单片机系统,以较低的成本实现超速报警的功能，方便驾驶员能根据自己的需要设置合适的车速上限，实现车辆当前速度输出，当达到所设定的速度上线时并报警，随着科技的日趋发展，各种科技发展完善，随着科技的发展，汽车电路系统中应用的行车安全保障设备也越来越多，汽车电路系统中应用的行车安全保障设备也越来越多，对驾驶人员的人身安全起到重要作用，具有很好的实用价值。
谢辞
大学三年学习时光已经接近尾声，在这伞年里我学到了很多的专业知识，在此我想对我的母校科创学院，我的老师和同学们、表达我由衷的谢意。
感谢母校科创学院给了我这大学三年的深造机会，让我能继续学习和提高。
三年珍贵的学习期间，让我的知识体系更加完善，整体素质得到了极大的锻炼；感谢学院各位领导和老师的谆谆教诲。
在这三年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。
毕业论文暂告收尾，通过这次设计，对三年的学习做了进一步的总结，更加明确了自己学习的目标和方向。
在设计过程中，自己也学到了许多新的知识，有很多感悟和体验心得。
而且，对工程设计的流程和步骤有了清晰的认识，为自己日后的学习和研究打下了坚实的基础。
另外，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。
正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，也感谢我的毕业论文所参考的书籍及期刊文献的作者们。
时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。
恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激。
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