车辆测速报警系统设计.docx

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车辆测速报警系统设计

摘要

随着人民生活水平的提高，汽车也变得越来越多。

汽车的安全也更加突显，而安全事故的主要原因就是车速过快导致的。

这就需要车辆测速报警系统来提醒驾驶人员。

本设计是基于单片机来实现的。

在单片机最小系统，按键检测电路模块，电源电路模块，报警电路模块,，显示电路模块和软件编程的基础上来实现车辆测速。

文章结合了1602，蜂鸣器，STC89C52，按键，LED,霍尔传感器A3144等的使用方法。

霍尔传感器是根据磁场感应强度的大小，来改变输出电压的高低。

通过霍尔传感器来测量车轮转速，并将此信号接到单片机的INT1，通过单片机来控制LCD1602显示结果，再由按键来设置报警值的大小,超过此值，蜂鸣器报警。

实践表明，此设计有良好的应用前景。

关键词：

单片机；LCD1602；霍尔传感器；车速

Abstract

Withtheimprovementofpeople'slivingstandard,thecaralsobecomemoreandmore.Carsecurityisalsomoreconspicuous,andsecuritythemainreasonoftheaccidentistospeedtooquickly.Thisneedsvehiclespeedalarmsystemtoalertthedriver'spersonnel.

Thisdesignisbasedonsinglechipmicrocomputertofulfill.Inthesinglechipminimizesystem,keydetectioncircuitmodule,thepowersupplycircuitmodule,alarmcircuitmodule,anddisplaycircuitandthesoftwareprogrammingrealizespeedupthebasisofvehicles.Combiningwiththe1602,abuzzer,STC89C52,buttons,LED,hallsensorsA3144usemethod,etc.Hallsensorisaccordingtothesizeofthemagneticfieldsensorstrength,tochangetheoutputvoltageofhighandlow.Throughthehallsensorstomeasurethewheel

Keywords:

singlechipmicrocomputer；1602liquidcrystaldisplay；hallelement；speed

1引言

随着我国经济的飞速发展，生活水平的提高，家用汽车的数量增长迅速。

然而，每年由交通事故造成的人员伤亡数目巨大，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之一就是超速行驶，而它的随机性很大，纠章困难，而且中国公路条件复杂，不同等级的公路允许的最高速度不同，现有的汽车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前景广阔。

近年来随着科技的飞速发展，为了克服传统模拟车速显示仪表显示数据不准确及没有超速提醒的缺点，传统仪表向数字化仪表的迅速转变，成为一种趋势。

本文从驾驶员自身安全角度出发，设计出了一种检测车辆超速及报警系统。

该报警系统允许驾驶员通过键盘设置本车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（霍尔传感器）时刻监测机动车辆。

并通过LCD液晶显示屏显示车辆的实际车速和用户设置的安全参数．当发现车辆速度超过驾驶员设置的最大值时，蜂鸣器就报警，警告灯亮，提示驾驶员减速。

以达到防患于未然的目的。

单片机的应用正不断地走向深入，并且带动了传统检测方式的日新月益。

在实时检测和智能控制的单片机应用系统中，单片机（MCU）往往是作为一个核心部件来使用。

此设计就是一种利用STC89C52单片机对机动车超速行驶情况进行测量并蜂鸣报警和灯光报警的系统。

该系统的结构简单，可靠性高，操作方便，可广泛应用于机动车辆。

2系统的整体方案设计

2.1功能和设计要求

本文要求设计一个具有数字显示和报警功能的单片机系统,实现车辆当前速度输出和显示，当达到所设定的速度上限时报警，提醒驾驶人员减速，以保证车内人员的人身安全。

首先要进行系统的总体方案设计，在总体方案设计中一般应考虑以下三点：

第一：

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实现规定功能的能力。

可靠性除了用完成功能的概率表示外，还需要考虑平均无故障时间、故障率、失效率及平均寿命。

第二：

遵循从整体到局部的设计原则。

设计方案时，先考虑整体，由整体分为多个局部模块。

即把复杂的问题分解为多个简单的问题，一个一个加以解决。

第三：

方便和经济性要求。

在设计方案的过程中，要考虑此方案实际的操作是否方便，尽量简单，元件尽量少，走线方便以及经济方面的考虑。

2.2方案的提出和确定

方案一：

采取通过带有I/O接口、计时器及静态RAM的8155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2-1系统硬件电路简图

红外对管用来产生脉冲方波，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1接红外对管的输出，车轮每转一圈产生一次INT1中断请求，单片机对INT1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调用。

具体算法如下：

设单片机每秒计数值为n，即n（r/s）。

设机车车轮的周长为L（m），则机车的时速V=L×n×3．6（km/h）。

硬件电路方框图霍尔传感器的输出信号经STC89C51的INT1口输入并存储在内部RAM中，STC89C51外扩一片8155芯片，通过LED来显示，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号，计算出机车当前的速度V，并送LED显示。

当V≥Vm时，控制声光报警电路报警发出警示音。

方案二：

利用STC89C52、LCD1602液晶显示模块、霍尔传感器、声光报警模块及按键电路实现。

LCD1602液晶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2-2所示。

图2-2系统硬件电路简图

方案一和方案二比较，方案二采用8155芯片使用单片机引脚较多，采用键盘电路较复杂，而且只能显示当前速度，驾驶员对速度上限透明度不高，总体电路较复杂；方案二采用的LCD1602，只需接P0口就可以，也只需3根控制线，霍尔传感器的测速也比红外对管方便，且速度设定只需通过几个按键即可实现，并且可以实时实现速度上限的增减，因而硬件电路简单，人眼视觉效果好，可以方便的为驾驶员提供信息，易于实现维护，单片机接收数据外，平时独立工作，极大地节省了MCU有限的运行时间和程序资源。

对于本课题所研制的车速测量报警系统而言，其基本出发点就是利用现有工艺条件，采用现代计算机软件处理技术，提高系统的工作的稳定性和精度等级，拓展其功能，并赋予其智能化特征，使报警器不仅能够及时准确地显示车辆的当前速度信息，同时尽可能地减少不必要的人工操作，使报警能随时随地不间断进行并保证报警的工作效率。

鉴于此，同时根据系统的要求，确定系统总设计方案如图2-2所示，硬件电路简图如图2-3所示：

图2-3系统硬件电路图

3系统总体方案及硬件设计

硬件设计该系统硬件主要包括以下五大模块：

STC89C52单片机主控模块、传感器模块、按键电路、显示模块和报警模块等。

其中STC89C52主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能；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；按键电路主要完成最大速度Vm的设置；显示模块完成字符、数字的显示功能。

3.1主控芯片

主控芯片采用MCS一51系列的8051单片机作为控制核心。

8051抗干扰性好，适用很多场合。

这里选用STC89C52，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash。

主要特性：

与MCS51兼容，两个16为定时器/计时器，5个中断源，128*8位内部RAM，32可编程I/O线，寿命：

1000写/擦循环，片内震荡期和时钟电路。

VCC：

接+5V电源，VSS:

接数字地。

XTAL1：

片内震荡反相放大器和时钟发生器电路的输入端，当使用片内振荡器时，该引脚接外部石英晶体和微调电容；当采用外接时钟源时，接外部时钟振荡器的信号。

XTAL2：

片内振荡器反相放大器的输出端。

当采用片内振荡器时，接外部石英晶体和微调电容；当采用外部时钟源时，悬空。

REST：

复位信号输入端，高电平有效。

加上大于2个机器周期的高电平，就可以使单片机复位。

EA/Vpp：

EA是外部程序存储访问允许控制端，Vpp在对片内Flash进行编程时可用。

ALE/PROG：

ALE为CPU访问外部程序存储器或外部数据存储器提供一个地址锁存信号，将低8为地址锁存在片外的地址锁存器中。

PROG在对片内Flash存储器编程时，此引脚作为编程脉冲输入端。

PSEN：

片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。

P0口：

8位，漏极开路的双向I/O口。

P1口：

8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

P2口：

8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

P3口：

8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。

P3口：

还可提供第二功能。

P3.0RXD（串行数据输入口）

P3.1TXD（串行数据输入口）

P3.2INT0（外部中断0输入）

P3.3INT1（外部输入1输入）

P3.4T0（定时器0外部计数输入）

P3.5T1（定时器1外部计数输入）

P3.6WR（外部数据存储器写选通输出）

P3.7RD（外部数据存储器读选通输出）

STC89C52引脚图如图3-1：

图3-1STC89C52引脚图

3.2主控模块

STC89C52是片内有FLASH的单片机。

因此，用这种芯片构成的最小系统简单、可靠。

用STC89C52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路以及扩展的简单I/O口即可。

由于受集成度、片内功能的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。

其应用特点为：

有可供用户使用的较多的I/O口线。

由于不需要扩展外部存储器，EA应接高电平，P0、P1、P2、P3均作为用户I/O口使用。

内部存储器容量有限。

应用系统开发具有特殊性。

如STC89C52的应用软件须依靠半导体厂家用半导体掩膜技术置入，故STC89C52应用系统一般用作大批量生产的应用系统。

另外，P0、P2口的应用与开发环境差别较大。

最小系统如图3-2：

图3-2最小运用系统

3.3传感器电路设计

速度传感器是车辆传感器中的易损器件．所以该系统对测速传感器进行了改进，使它具有灵敏度高、价格低廉、不易损坏等优点。

开关型霍尔传感器是无触点的，在开关状态时无火花，不产生干扰，使用寿命长，灵敏度高，有着广泛的应用领域。

而红外对管相对来说没有那么灵敏，外部电路较复杂。

因此比较红外对管和霍尔传感器，应选择霍尔传感器较好。

电机转盘上安装两个强磁铁，电机转动时，当磁铁靠近霍尔传感器的时候，霍尔传感器产生脉冲，脉冲接至单片机的外部中断1管脚。

每来一次脉冲就进行一次计数。

一般选择A3144。

霍尔传感器A3144是AlegMicroSystems公司生产的宽温、开关型霍尔效应传感器，其工作温度范围可达-40℃~150℃。

它由电压调整电路、反相电源保护电路、霍尔元件、温度补偿电路、微信号放大器、施密特触发器和OC门输出级构成，通过使用上拉电路可以将其输出接人CMOS逻辑电路。

该芯片具有尺寸小、稳定性好、灵敏度高等特点。

如图3-3为A3144的引脚图，图3-4所示为霍尔元件A3144电路图。

图3-3A3144的引脚图图3-4A3144电路图

3.4按键电路

按键电路由四个开关构成，使用单片机四个引脚，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，通过对开关的操作可以对速度报警上限值进行设定操作，由于另外有速度增减按键，可以方便的根据驾驶员的实时实地要求进行速度更改以达到报警目的，可以灵活的运用。

其简图如图3-5：

图3-5按键电路的连接图

S2：

位选择键，S3，确定键，S4：

加键，S5：

减键。

3.5显示电路

显示电路部分选用LCD1602。

液晶屏1602是一种专门用来显示数字、符号、字母等的点阵型液晶模块，液晶屏1602是由多个5X7或5X11等点阵字符组成，在液晶屏1602中每一个单独的点阵字符位都可以显示一个字符；位与位之间有一个点距的间隔行与行之间也是一样也有间隔，就是这些间隔让液晶屏在显示的时候呈现出字符间的间隔和行距之间间隔，使我们观看的时候更直观，清晰。

但是就是这种因素的存在，所以它是不能显示出图形的。

1602LCD是指在显示屏上我们可以看到16X2，也就是说可以显示两行，每行16个字符液晶模。

LCD1602电路连接图如图3-6。

图3-6LCD1602电路连接图

3.6报警电路

报警电路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一电阻，晶体管及扬声器构成，灯光报警由发光二极管构成。

电路图如下图所示。

图3-7声音报警电路图3-8灯光报警电路

3.7电源电路

电源电路是由变压器，单相桥式整流电路，三端稳压器7805，滤波电路组成。

此次的设计需要的是一个5V的直流电源，但一般正常的日常电压是220V，不能直接接在电路上，所以在这里就需要一个变压器将电压降下来。

日常220V电压是交流电压，但我的设计需要的是直流，所以在此加上一个单相桥式整流电路，将交流电压转换成设计所需的直流电压，它是由四个二极管组成，桥式整流电路是利用二极管的单向导电性，利用四个二极管，使他们交替的导通，在负载上得到的始终是一个单向的脉动电压。

电解电容单位体积电容比较大，能比其他的大到几百倍，价格也比较合理，而且电解电容是有极性的，能够防止电压反相，电容的充放电也起到了滤波的作用，最后引出两个接口作为电源的正负极。

图3-9电源电路

3.8电机调速电路

LM317国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。

LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。

此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。

LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

可调整输出电压低到1.2V。

保证1.5A输出电流。

典型线性调整率0.01%。

典型负载调整率0.1%。

80dB纹波抑制比。

输出短路保护、过流、过热保护。

调整安全工作区保护。

标准三端晶体管封装。

其封装形式如图3-10所示，LM317的内部结构图如图3-11所示，LM317可调电源调速电路如图3-12所示。

通过调节电源电压来调节电机的转速。

图3-10LM317封装图图3-11LM317内部电路图

图3-12LM317可调电源调速电路

3.9系统总原理图

系统的总原理图就是以上电路的总和，有单片机最小系统，传感器电路，按键电路，1602液晶显示电路，蜂鸣器报警和指示灯电路，电源电路，电机驱动电路。

详情见附录三

4软件设计

对于软件编程，有汇编、C、C++等语言。

汇编的时间精确，C容易一直、也较容易差错，汇编错了一个地方，需要从头到尾的查看和改动，而C++一般运用于面向对象。

因此选择C编。

用于单片机编程的选择KeilC51。

4.1KeilC51语言介绍

C语言是世界上广泛流行的计算机高级语言。

它适合作为系统描述语言，既可以用来编写系统软件，也可以用来编写应用软件。

C语言是美国国家标准协会（ANSI）制定的编程语言标准，1987年公布了87ANSIC，即现行的标准C（即ANSIC）语言。

KeilC51语言是在ANSIC的基础上针对51单片机的硬件特点进行扩展，并向51单片机上移植，经过多年努力，C51语言已经成为公认的高效、简洁而又贴近51单片机硬件的实用高级编程语言。

目前大多数的51单片机用户都在使用C51语言进行程序设计。

用C51进行单片机的软件开发，具有如下优点：

（1）可读性好。

C51语言程序比汇编语言的可读性好，因而编程效率高，程序便于修改。

（2）模块化开发与资源共享。

用C51开发出来的程序模块可以不经修改，直接被其他项目所用，这使得开发者能够很好地利用已有的大量标准C程序资源与丰富的库函数，减少重负劳动。

（3）可移植性好。

为某种型号单片机开发的C语言程序，只需将与硬件相关之处和编译连接的参数进行适当修改，就可以方便地移植到其他型号的单片机上。

4.2主程序设计

在车速测量报警系统的软件设计中采用了模块化程序设计方法，系统各个模块的具体功能都是通过子程序调用实现的。

既使得程序结构清晰，又便于以后进一步扩展其功能。

系统程序流程图如图4-1所示。

软件分为主程序、数据处理子程序、按键子程序、中断服务子程序、LED数码显示子程序、声光报警器报警程序等。

主程序主要完成硬件初始化、子程序调用以及显示、报警等功能。

数据处理子程序主要完成监测车辆速度即主要是计算出车辆的时速，为报警子程序提供参考数据；按键中断子程序主要实现合法参数的输入；报警子程序主要实现车辆在超速行驶状态下发出报警信号，包括蜂鸣器输出子程序和警报灯子程序；显示子程序设计采用数字化显示用户设定的最高上限时速和车辆实际时速，用LCD1602液晶屏动态显示。

图4-1系统程序流程图

5电路焊接及调试

5.1硬件的焊接和调试

此次毕业设计实物的焊接也是很重要的一大部分，做出实物即就是把论文中的理论实践到实物中来，实物的成功能够让我们更加直观的了解设计的功能原理带来的结果。

由于要做的实物元件不是很多，走线也方便，从经济方面考虑。

选择了手工焊接。

对此，在焊接前，我先规划了一下整个电路的布局，対元件一个一个的检测是否合格，了解清楚元件的引脚对应的解法，乘早发现有问题的元件，以避免在万能班上卸元件。

在焊接时，先焊接小的，再焊接大的元件，便于操作。

每焊好一个模块，就检测是否良好。

以避免整块好了以后，不知道哪出问题了。

电路的调试我们可以分步骤来就行：

第一步：

元器件在焊接之前用万用表对其进行检测。

第二步：

测试按键输入模块，用万用表接到按键的信号输入端口，如果按键按下信号肯定会有变化，并且会在万用表上直接测试读出，这样直接通过硬件测量按键是否能打到预期的效果。

第三步：

软件测试，可以编写一个功能小程序来检测电路模块是否能正常工作，若是不能正常工作，在来判断是硬件的焊接错误还是软件程序的编写错误。

5.2软件调试

在软件编程过程中，先可以写出单元模块的程序然后在单元模块上进行测试，这样的做法是让我们思路更清晰不会混乱。

然后，再整体在一起，调试整个程序是否正确无误。

程序调试除了一点错误，要从头到尾一个一个模块程序检查，还有程序流程是否正确。

6总结

经过几个月的学习和工作，我终于完成了论文。

从开始接到论文题目到系统的实现，再到论文文章的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我大学期间独立完成的最大项目。

通过这次制作毕业设计我感受到自己学习的过程和研究的过程是最可贵的。

只有不断的学习才能使自己的研究能力提高。

此次设计是对大学四年所学的一个小总结，涉及到多方面的专业知识，首先根据设计的要求需要选定了STC89C52单片机作为此次设计的主体，而后在加上总结的构思添加了LCD1602液晶显示模块，霍尔传感器模块，蜂鸣器报警电路。

通过这次设计，我更加熟悉了LCD1602，对霍尔传感器也有了一定认识，也更加熟悉和掌握51单片机。

通过此次课程设计也得到了一定的收获，在设计过程当中，同学之间相互探讨，相互学习，共同进步，使我们对所学的理论知识有了进一步的巩固。

通过了广泛地寻找资料，结合各种资料总结，参考其他相关的设计资料，并设计出相应的报警系统。

对于C51语言编程有了更进一步的了解。

使理论结果与实践相结合,加深理论的理解。

通过本次课程设计，理解到知识的广泛性，本身知识仍然不够，以后将会继续努力拓展知识面

虽然我的设计作品还有很多不足之处。

但是这次设计项目的经历让我受益匪浅。

这次的经历能让我知道要有耐心去做每一件事情这样才能使自己成功。

设计作品和论文能够顺利的完成，需要感谢指导老师和许多同学对我的帮助，在这里请你们接受我诚挚的谢意。

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综合版-2006年02M期

附录一系统程序

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defineLCD_dataP0//数据口

#definedelay_msNOP（）;{_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;};

sbitlcdrs=P2^7;//定义IO口

sbitlcdrw=P2^6;

sbitlcden=P2^5;

sbits1=P1^0;

sbits2=P1^1;

sbits3=P1^2;

sbits4=P1^3;

sbitledr=P2^4;

sbitledg=P2^3;

sbitbeep=P