本科生毕业论文(设计) 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 (4)
1.设计方案的选择 (5)
1.1 设计要求 (5)
1.2方法选择 (5)
2.测速传感器的确立 (6)
2.1测速传感器的选择 (6)
2.2测速传感器的工作原理 (6)
3.系统硬件设计 (9)
3.1系统总体方框图 (9)
3.1.1电源单元 (9)
3.1.2光电耦合器单元 (10)
3.1.3 蜂鸣报警单元 (10)
3.2电路的连接 (11)
3.2.1测速传感器与单片机连接 (11)
3.2.2单片机与报警器连接 (11)
3.2.3单片机与显示电路连接 (12)
3.2.4单片机与按键电路的连接 (13)
4.系统软件设计 (14)
4.1系统流程图 (14)
4.2主程序 (15)
4.3初始化程序 (15)
4.4按键扫描程序 (16)
结束语 (17)
参考文献 (18)
致谢 (19)
附录 (20)
51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。本设计就是为了解决这一问题而诞生的。
本设计从驾驶员自身安全角度出发，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安全行驶的最高速度，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。当发现车辆速度超过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，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程序流程图。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 Controlling the
Automobile Speed
Abstract: 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.
This design is a microprocessor controlled speed alarm system.Alarm systems to detect speeding vehicles from the driver's own safety point of view.The alarm system allows the driver to set the maximum speed of this vehicle safe driving when the vehicle is in running state use keyboard.When the vehicle speed exceeds the highest value set by the driver, the buzzer alarm to alert the driver to slow to achieve the purpose of proactive. In real-time detection and automatic control of microcomputer application system, the micro-controller is often used as a core component to.This design is a 51 MCU motor vehicle speeding alarm buzzer and light alarm system.The system is si mple structure, high reliability, easy operation, can be widely used in motorcycles, cars and other motor vehicles. The design describes the overall design of the system, given the 89C51 MCU interface module and interface circuit, the system hardware circuit and the external design of the circuit, and finally introduced the program flow chart of the software 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。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置,减少驾驶员的负担和判断错误,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。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。
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安全。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，把复杂难处理的问题分为若干个较为简单的、容易处理的问题，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。
(3) 可靠性要求。所谓可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性指针除了可用完成功能的概率表示外，还可以用平均无故障时间、故障率、失效率或平均寿命等来表示。
(4) 操作和维护要求。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。
1.2方法选择
方案一：采用模拟电路的方法，通过积分器得到电压，然后用比较器来控制报警输出，这种方法其原理简单，易于实现。但测量精度会比较粗，不能精确设置速度。此方法运用电子元器件较多，不能很好的得到测量精度的控制要求，不便于维修。
方案二：采用车载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：采用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，特别是运放和比较器。
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端倪，但是国内约4000万辆在用汽车中的近90%并未安装。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大的市场需求。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。
2.测速传感器的确立
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。
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。