现代汽车电子技术课程设计最后修订版.docx
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现代汽车电子技术课程设计最后修订版
现代汽车电子技术课程设计报告
论文题目：
基于51单片机汽车超速报警系统
学院信息工程学院
专业班级应用电子技术09（3）班
组员姓名郝陆杰赖金有
骆文辉许浩斌
指导教师胡红斐
2012年6月7日
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
现代汽车电子技术课程设计
学生学院
信息工程学院
专业班级
09应用电子技术3班
姓名
郝陆杰赖金有
骆文辉许浩斌
学号
31090031403109003147
31090031583109003168
一、课程设计的内容
随着汽车技术的发展，汽车电子设备的应用日益增多。
本课程设计在学生已全面系统掌握汽车电子控制技术的基础上展开，目的是掌握汽车电子设备线路设计的方法、规则与应用，以满足教学、科研和生产实际的要求，培养学生的分析解决问题的能力。
设计内容可在下列四个模块中任选一个：
1、设计一种基于CAN总线技术的汽车防碰撞报警系统，当汽车有碰撞危险时，能立刻发出警报信号，提醒司机及时处理，并在必要时自动启动制动系统；
2、设计一种基于CAN总线技术的车载发动机信号监控系统，针对发动机传感器输出信号进行实时监控，如果信号发生异常能立刻发出警报信号并进行故障显示；
3、汽车超速报警器控制电路的设计与分析，在没有超速行驶的时候能把即时汽车行驶速度显示出来，当超过设定行驶速度值时，系统能发出报警信号。
4、电子控制主动空气悬架控制系统的设计，针对汽车行驶不同工况改变空气弹簧的刚度、减震器的阻尼。
使车辆在行驶过程中保持良好的操纵稳定性同时，将车身振动频率控制理想的范围之内。
二、课程设计的要求与数据
1、以小组为单位进行，要求严格遵守学校教学纪律。
2、要求结合某一实际车型作为设计参考原型。
3、收集所选择课程设计模块的相关资料；
4、设计系统方案、详细分析系统主要部件结构和工作原理；
5、绘制各设计模块的电路图；
6、提供完整的软件流程框图及程序。
三、课程设计应完成的工作
1、硬件系统电路的设计，提交设计图纸；
2、软件设计与开发、调试；
3、撰写课程设计报告，内容要求详实
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
收集所选择课程设计模块的相关资料
学生分散进行，可根据所选择题目自由选择实验室、机房或图书馆；
教师全程在工学二号馆619答疑。
2
设计系统方案、详细分析系统主要部件结构和工作原理；
3
硬件系统电路的设计，绘制电路图；
4
完成的软件流程框图及编程
5
撰写课程设计报告
6
答辩，并针对答辩情况进行修改。
五、应收集的资料及主要参考文献
发出任务书日期：
2012年5月28日指导教师签名：
计划完成日期：
2012年6月8日基层教学单位责任人签章：
主管院长签章：
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载和超速行驶,而后者随机性很大,纠章困难,而且由于中国公路条件复杂,不同等级的公路允许的最高速度不同,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。
装有本系统的汽车能够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安全气囊等设施相比，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，交警可以在不同路段根据不同情况设定不同的最高限速值，主动有效地限制车速。
使用车速报警器可以减少财产损失，甚至是生命损失。
我们本着主动性的思路，实现设定最高安全速度可以随时修改，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，经51单片机程序控制并通过LED显示车辆的实际车速。
当车辆速度超过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，操作方便，可广泛应用于摩托车、汽车等机动车辆。
七、心得体会……………………………………………………………………………………….19
八、程序设计………………………………………………………………………………………20
一、绪论
随着汽车工业的不断进步,行驶在道路上的车辆越来越多,交通事故发生的频率也不断增加。
众所周知，交通事故的发生大部分是由驾驶员的超速驾驶造成的。
为提高汽车运行的安全性，减少交通事故的发生，本文讲述了一个由单片机控制的车速报警系统。
本文从驾驶员的角度出发，设计了一个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车辆安全行驶的最高速度，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安全参数。
当车辆速度超过驾驶员设置的最高速度时，蜂鸣器开始报警，警告灯不断闪烁，提醒驾驶员减速。
此设计利用8051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。
该系统结构简单，可靠性高，操作方便，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8051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的程序流程图。
1.1汽车超速报警器设计的背景及意义
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，驾驶员长时间操纵加速踏板而得不到活动，容易造成疲劳。
在限速路段总会出现超速现象，对他人和自己都造成安全隐患。
本设计是为解决汽车行驶过程中存在的安全隐患的角度出发，设计出一种检测车辆超速的报警系统。
驾驶员可以自行设置车辆安全行驶的最高速度，当车辆处于行驶状态时，该系统通过速度传感器时刻监测机动车辆，当发现车辆行驶速度超过驾驶员设置的最高时速时，则开始报警提醒驾驶员减速，从而达到防患于未然的目的。
二、系统方案设计及工作原理
2.1系统方案设计
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。
在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着所用的元器件少，可靠性高，而且比较经济。
在车速报警系统的硬件和软件设计时，应当考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。
系统的输入—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法。
系统方案方框图
在protues仿真中用方波发生器代替传感器，将输入的一定值的脉冲转换为对应的速度值，并在lcd上显示出来。
脉冲与速度的换算关系由程序决定。
程序设定，一秒时间内由计数器记到的脉冲个数v=f，v是汽车当前速度值，单位是km/h，f是方波信号的频率，单位为kHz。
当速度在设置的正常速度范围内，在lcd上显示当前速度值，并显示正常状态“Normal”；当速度超过预定的值时，在lcd上显示当前速度值，并显示超速状态“Speeding”由蜂鸣器长鸣发出提示声，红LED灯闪烁提示超速。
2.2工作原理
2.2.1MCS-51
8051单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线。
2.2.2LCD
LCD的横截面好像是很多层三明治叠在一起。
每面最外一层是透明的玻璃基体，玻璃基体中间就是薄膜电晶体。
颜色过滤器和液晶层可以显示出红、蓝和绿三种最基本的颜色。
通常，LCD后面都有照明灯以显示画面。
一般只要电流不变动，液晶都在非结晶状态。
这时液晶允许任何光线通过。
液晶层受到电压变化的影响后，液晶只允许一定数量的光线通过。
光线的反射角度按照液晶控制。
当液晶的供应电压变动时，液晶就会产生变形，因而光线的折射角度就会不同，从而产生色彩的变化。
一个完整的TFT显示屏由很多像素构成，每个像素象一个可以开关的晶体管。
这样就可以控制TFT显示屏的分辨率。
如果一台LCD的分辨率可以达到1024x768像素（SVGA），它就有那么多像素可以显示。
三、测速传感器的确立
3.1测速传感器的选择
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规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、处理、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线速度传感器和测量转速度传感器。
线速度传感器是用来测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，测量范围大，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，属于间接式测量装置。
按信号形式的不同，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。
常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机等。
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，旋转运动速度测量较多，而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。
目前广泛使用的测速传感器是直流测速发电机，可以将旋转速度转变成电信号。
测速机要求输出电压与转速间保持线性关系，并要求输出电压陡度大，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，其中带槽式最为常用。
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。
3.2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。
它把被测物理量的变化转变为感应电动势，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，即动圈式传感器和磁阻式传感器。
磁路系统产生恒定的直流磁场，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（远大于传感器固有频率）时，运动部件惯性很大，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，从而产生感应电动势。
线圈相对磁场运动的速度v或角速度ω表示，则所产生的感应电动势e为
e=-NBLv
e=-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动态测量。
变磁通式又称（变）磁阻式或变气隙式，常用来测量旋转物体的角速度.线圈和磁铁静止不动，测量齿轮（导磁材料制成）每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，线圈产生的感应电动势的变化频率等于测量齿轮1上齿轮的齿数和转速的乘积。
图3-1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）。
后者安装在变速器左输出轴上，与轴一同旋转形成旋转磁场。
舌簧开关管安装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，其触头由磁性材料制成。
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，由此得到与汽车行驶速度相对应的方波信号（如图3-2所示）。
图3-2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，车速传感器产生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表示轮胎宽度为185mm，70代表轮胎高／宽比为70，l4表示轮辋直径为14inch，据此可计算出轮胎直径
D=18.5×0.7×2+14×2.54=61.46cm
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。
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。
四、系统硬件设计
4.1系统总体方框图
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测量速度传送到单片机中，为了减少系统误差和信号的干扰，实现非接触测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元。
对于单片机我们需要稳定的电压，所以我们需要电源单元。
最后采集的速度与设定的速度送往液晶屏，相比较，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较。
如果超过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，由电源单元、光电耦合器单元、凋速单元和声光报警单元组成。
4.1.1电源单元
电源单元由三端集成稳压器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、采样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。
图3-2电源单元
电容C用来抵消因输入线太长而产生的电感效应，防止产生自激振荡，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，即在负载电流变化时不致引起输出端产生较大的波动。
当电路的输入端u大于5V时，输出端输出稳定的5V电压。
4.1.2光电耦合器单元
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，则受光器输出端产生与车速传感器频率一致的电压信号。
采用光电耦合器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，电压值受外部负载的影响大。
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
4.1.3蜂鸣报警单元
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，使蜂鸣器引线获得接近5V的直流电压，而产生蜂鸣音。
当P2.7端输出低电平0时，7406的输出端升高的约+5V，压电蜂鸣器两引线间的直流电压降接近于0V，发生停止。
我们用单片机的P2.7与蜂鸣器相连，输出高电平，则报警。
4.2电路的连接
4.2.1测速传感器与单片机连接
图4-4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，实现非接触测量，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。
4.2.2单片机与报警器连接
图4-5声光式报警电路
报警模块主要负责声音报警和灯光报警，报警电路均比较简单，声音报警由单片机引脚接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P3.1，口置为高电平,将红灯点亮，同时绿灯熄灭。
P3.2高电平就将三极管发射极导通，实现speak报警。
4.2.3单片机与显示电路连接
采用总线连接，P1作为数据、指令传输口
五、调试过程
6.1自检模式
上电运行，自检模式开始，红LED灯和绿LED灯都亮，蜂鸣器长响，LCD显示欢迎界面“Life'sprecious!
”和“*SafeDriving!
*”，2秒后，自检模式完成，红LED灯和绿LED灯都灭，蜂鸣器灭，LCD不显示，再过1秒，系统开始正常工作。
其中：
输入方波1为0.8KHz，输出速度为69.4km/h；
输入方波2为1.3KHz，输出速度为112.5km/h；
输入方波3为1.6KHz，输出速度为138.9km/h；
输入方波4为2.2KHz，输出速度为191.0km/h；
自检模式
6.2正常模式
以方波信号1、2产生的脉冲数模拟车速，当车速不高于120Km/h，系统处于正常模式，绿LED灯长亮，红LED灯灭，蜂鸣器不响，LCD显示当前速度“Speed:
69.4km/h”或“Speed:
112.5km/h”并显示当前状态是正常状态“Status:
Normal”。
正常速度
6.3超速模式
方波的频率增加为方波3、4，模拟的车速增加，当车速超过120km/h时，系统工作于超速模式，绿LED灯灭，蜂鸣器长响报警，红LED灯不断闪烁，红LED灯亮时，LCD显示当前速度“138.9km/h”或“191.0km/h”，并显示当前状态是超速状态“Status:
Speeding!
”；红LED灯灭时，LCD显示当前速度“138.9km/h”或“191.0km/h”，并显示警告信息“WARNING!
!
”。
汽车超速行驶，系统通过红LED灯闪烁，扬声器长鸣报警，提醒司机减速行驶，注意安全。
超速状况
警告
6.4调速模式
调速模式具体调节报警速度上限的功能，可根据汽车行驶状况调节最高报警速度。
加速调节
减速调节
六、结论
本次课程设计是关于汽车超速报警器控制电路的设计与分析，紧密结合了当今汽车行驶过程中所面临的安全问题，具有实际应用价值。
汽车超速报警系统是能够被驾驶员设置最高的车速，在行驶的过程中如果超过设置值就报警的一个系统。
具有结构简单，易操作，成本低，实用性强等特点，可以进一步保障驾驶员开车期间的安全问题。
系统上电后进行自检，自检模式完成后，系统开始正常工作。
车速不高于设定的最高车速时，系统工作于正常模式，显示当前车速；当车速高于设定的最高车速时，汽车工作于超速模式，红LED灯闪烁，蜂鸣器长鸣，起到报警的作用，提醒司机减速行驶。
该系统起到了显示当前车速，超速报警的功能，是一个成功的设计。
七、心得体会
在本次课程设计中，我们组员分工合作，团结一致，最终完成本次课程设计。
在这过程中，我们讨论确定本次课程设计所要选择的方向，然后分配每个组员所要学习的内容和所应该做的工作，通过对课本知识的进一步学习和网上查找所需要的各种资料，然后学习其中的原理，再进行设计，再通过软件进行仿真，完成本次的课程设计的基本内容。
最后再将资料进行整合，完成实验报告。
经过这次课程设计，让我们学会将学科之间的知识进行综合应用，也将学到的知识应用到实践中来，达到学以致用的目的。
在实践的过程中，又加深了对课本理论知识的理解。
八、程序设计
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitrs=P2^0;
sbitrw=P2^1;
sbiten=P2^2;
sbitjiasu=P3^2;
sbitjiansu=P3^3;
uintspeed;
uintHspeed=1200;
uchartest=1;//自检模式
ucharnormal=0;//正常模式
ucharnor_speed;//不超速
ucharexc_speed;//超速
ucharcnt_ovtime;//单位时间内计数器溢出次数
uintdatadis[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};//存放速度个,十,百,还有小数点后一位,还有个中间变量
uintdatadis1[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};
voiddelay_ms（uinti）
{
uintj;
while（i--）
{
for（j=0;j<125;j++）;
}
}
//初始化定时器T0
voidinit_timer0（）//定时10毫秒
{
TMOD=0x01;//GATE0=0;C/T0#=0;M10=0;M00=1;
TH0=0xD8;//初始值
TL0=0xF0;
ET0=1;//允许T0中断
EA=1;//开总中断
TR0=1;//启动T0
}
//初始化定时器T1
voidinit_timer1（）
{
TMOD=0x51;
TH1=0x00;//初始值
TL1=0x00;
ET1=1;
EA=1;
TR1=1;
}
voidit_timer0（）interrupt1
{
ucharcounter;
//TF0=0;
TH0=0xD8;//初始值,10ms中断一次
TL0=0xF0;
counter++;
if（counter==100）//中断100次就是1秒
{
speed=（TH1*256+TL1+65536*cnt_ovtime）/8*3.14*0.6146*3.6;//提取脉冲数,并通过计算转换一个速度
if（speed>=Hspeed）//判断是否超速
{
exc_speed=1;//速度大于120,标志为超速
nor_speed=0;
}
else
{
nor_speed=1;
exc_speed=0;
}
TH1=TL1=0x00;//THx清0
counter=0;//中断次数清0
cnt_ovtime=0;
}
}
voidit_timer1（）interrupt3
{
//TF1=0;//定时器T1用于单位时间内收到的脉冲数
cnt_ovtime++;
}
voidext0_init（）
{
IT0=0;
EX0=1;
升级会员 