基于单片机的超速报警器设计.docx

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基于单片机的超速报警器设计

长　沙　学　院

CHANGSHAUNIVERSITY

毕业设计（论文）资料

设计（论文）题目：

基于单片机的超速报警器的

　　设计

系　　　　部：

电子与通信工程

专业：

通信工程

学生姓名：

班级：

学号

指导教师姓名：

职称

最终评定成绩

第一部分设计说明书

一、设计说明书

第二部分过程管理资料

一、毕业设计（论文）课题任务书

二、本科毕业设计（论文）开题报告

三、本科毕业设计（论文）中期报告

四、毕业设计（论文）指导教师评阅表

五、毕业设计（论文）评阅教师评阅表

六、毕业设计（论文）答辩评审表

摘要

随着经济的不断增长、城市化速度的加快，汽车产业的发展非常迅速，汽车已成为了人们出行和城市正常工作的主要工具，然而汽车给我们的生活带来方便的同时，也产生了一系列社会问题。

因汽车超速造成的交通事故而导致的伤亡人数占了意外伤亡人数的比重相当大，给社会造成了巨大的经济损失。

所以提高汽车的制动、超速报警等性能是非常必要的。

本文介绍了一种基于AT89C52单片机的汽车超速报警系统。

该系统由测速模块、控制显示模块、报警模块和最高速调整模块组成。

运用了光电传感器测速、LED显示等技术。

设计了以AT89C52单片机为核心的汽车超速报警系统的硬件电路和软件算法。

本设计是在以电机带动转轮模拟车轮转动的条件下实现的。

模拟实验表明该方案可行，能有效提高汽车的制动、超速报警等性能，且系统硬件结构简单，软件快速高效，采样速度快，抗干扰能力较好，经济成本小等优点，有一定的应用价值。

关键词：

车速，光电传感器，AT89C52单片机，报警

ABSTRACT

Keywords:

第1章绪论

1.1研究背景

随着我国市场经济的发展，人民生活水平的不断提高，私家车已经走入千家万户，成为主要的交通工具。

然而，私家车主由于不是专业的司机，熟练程度、速度的感觉不是特别好，车速往往根据偏好，随意提速、超速行驶，当汽车处于超速行驶状态下，其稳定性与安全性大大降低，一旦出现紧急情况，往往会导致车毁人亡的重大交通事故发生。

当今的中国已经是一个汽车大国，伴随着国内机动车数量的迅速飙升。

随着社会经济的发展,我国机动车的保有量不断增加,道路交通事故频繁发生。

根据我国2003年交通事故统计的数据发现，2003年全国共发生道路交通事故567753起，造成99217人死亡、451810人受伤，直接财产损失27.7亿元。

仔细对比其中的数据我们发现车辆超速行驶造成交通事故的比例高达16%左右，共造成约19741人死亡，88180多人受伤，在多种交通事故原因中仅次于无照驾驶所造成的危害[1]。

20l0年上半年全国道路交通事故情况，1至6月份，按照道路交通事故同比口径统计，全国共发生道路交通事故99282起，造成27270人死亡、l16982人受伤，直接财产损失4.1亿元。

同比分别下降9.3％、12％、10.6％和5.3％，在交通事故中损失的经济财产之大让人膛目结舌。

其中，发生一次死亡10人以上特大道路交通事故l5起,同比增加3起。

全国共发生适用简易程序处理的道路交通事故1694l53起，同比上升31.7％。

更让人吃惊的是超速超载所导致的交通事故占有比较大的比例。

而现实生活中，绝大多数的驾驶员并不是出于主观意愿驾驶超速，而是在驾驶中对速度问题产生忽略而超速甚至酿成大祸。

通过对多次因超速发生的车祸进行分析和研究，得出超速对驾驶员的影响可由以下五点原因决定：

1、驾驶员的空间认知能力减退；2、影响驾驶员全面地观察处理情况；3、影响驾驶员对其他交通参与者速度的判断；4、影响驾驶员对车外事物判断的准确性；5、驾驶员极易疲劳。

所以本产品就是使驾驶员起到重视速度问题，并且及时监督提醒作用驾驶员不要超速。

而且在行驶过程中，对速度的要求也是不同的，比如在城区环路一般限速到8迈，而在高速公路上行驶，小型轿车一般车速要达到120迈，所以本设计产品不能只拥有单一的速度最高额度，要能实现根据驾驶者的自身的行驶背景对车速的最大值进行调控。

由此，我觉得开发一个超速报警系统是很有必要的，对于驾驶员及其家人的生命财产安全有重大意义，可以降低交通事故发生率。

课题：

基于单片机的汽车超速报警系统的设计与研究，正是在此背景下提出的，故而有很大的现实意义。

1.2本课题设计的发展现状

70年代前，电子仪表在汽车上应用还比较少，机械仪表作为汽车仪表的主体，随着集成电路的快速发展，电子仪表开始在汽车上得到广泛应用。

从70年代末期至90年代中期，汽车电子技术开始迅速发展并趋向于成熟，逐渐形成了比较系统的规模。

进入21世纪至今，汽车电子作为工程技术己经成熟，已形成汽车电子技术群，汽车往往会被装上若干个自动控制系统，不断融入当今各学科和各领域的新技术、新材料成果，向功能多元化、机电一体化、系统工程化、高度集成化方向发展。

汽车自动化、智能化程度已相当的高，汽车性能也得到极大的提高[2]。

现阶段的汽车测速报警装置尽管相当先进，但是受传感器技术、外界干扰和动态测量等因素的影响，精准度还需要进一步提高。

随着传感器的不断升级，微处理器的智能程度的不断提高，其他高新技术的发展，误差修正技术的不断发展，相信不久的将来，汽车会达朝着更高的智能化发展。

未来的汽车不仅是在现有的速度测量等方便更加精准，而且通过一系列高端传感器和微处理器组成若干个的监测、控制系统，未来的汽车将能根据环境的特殊紧急要求自动及时改变状态。

例如，发现危险时的自动急刹车，超速报警后司机无反应时自动减速，甚至发展到根据要求自行调整方向等，最终达到能根据预期设置在行驶中摆脱对人的依赖。

1.3研究内容

基于单片机的超速报警器，根据不同道路最高车速的限制不同，利用按键对最高速度进行初设，其中通过LED数码管与其驱动芯片实现显示，再利用速度传感器进行测速，最后通过单片机对实时速度与初设最高速度进行对比，如若超速，发出警报，警示驾驶者减速。

根据系统的要求完成汽车超速报警器的硬件和软件设计。

系统研究的主要内容包括：

构架系统的整体结构；对速度传感器、驱动芯片、单片机等硬件进行选定；完成各个硬件的设计；给出系统的软件设计，并作相关说明。

第2章车速测量原理及方案

通过车速传感器输出与车速成正比的脉冲或者准脉冲信号，对传感器输出信号频率进行测量，然后通过处理、转换、计算，即可得出汽车速度。

速度信号作为本系统的基量，能否精确测量速度对系统的精准和性能有着决定性的影响。

所以测速方法的选择尤为关键。

2.1频率量的测量方法

频率的测量方法不仅会影响到测量精度，而且也会影响到整个系统的动态性能。

常见的频率测量方法有频率法、周期法、混合测频法及频压转换法[2]。

下面对这四种方法进行简介：

2.1.1频率法

频率法又叫直接计数法，被测量信号的频率为f，在某一选定时间闸门T内，对被测量的信号脉冲进行计数，然后根据计数值M和闸门时间T求得所测信号的频率。

频率法的特点是测量时间基本恒定，动态性能由闸门时间T决定，T越小，动态能越好。

在T恒定的情况下，f越大，误差就越小。

用此方法，通过单片机的定时/计数器，在阀门时间（定时时间）里记录脉冲数，再通过转换即可得到被测信号频率。

例如定时50毫秒，计数器读到的脉冲数乘以20就是被测信号的频率。

这种方法的缺点就是在闸门时间T内捕捉到的信号可能会丢失，造成测量的主要误差。

图2.1频率法脉冲丢失原理图

第一个脉冲的上升沿和最后一个脉冲的下降沿不在闸门时间T内，就造成了信号丢失。

即测到的脉冲数少于实际的脉冲数，这就造成了误差。

但是如果脉冲的频率很高，丢失的脉冲数对测量结果影响就不大，误差相对较小。

所以频率法只适合于测量高频信号。

2.1.2周期法

参考时钟脉冲的频率为f，被测信号的周期为T，计数值为M，其原理是在被测信号的周期T内，对某一基准时钟脉冲进行计数，计数值除以时钟脉冲的频率便是被测信号周期T。

在f确定的情况下，被测信号的周期越大，测量结果的误差越小，被测信号的周期越小，测量结果误差就越大，所以此方法适合于测量低频信号而不适于测高频信号。

图2.2周期法原理图

2.1.3频率和周期混合法

如果需要对汽车慢速行驶和快速行驶时的速度进行测量和显示，可综合频率法和周期法。

即设定一个分界频率，高于分界频率用频率法，低于此频率用周期法。

即可相互弥补各自的缺陷。

不过此方法相对复杂。

对以上几种频率量的方法进行比较，可知频率和周期混合法是较完美的测量方法，但是此方法比较复杂，实现难度较大。

本设计虽然对车速进行测量，但测量的目的是为了对其超速时报警，报警的速度范围一般为中高速，所以测速时着重考虑中高速的测量。

尽管频率法在测量低频信号时误差较大，即测量低速行驶的汽车车速时误差较大，但是本系统不要求对汽车低速时报警。

该方法可以满足汽车行驶时的中高速信号测量，可满足该设计的要求，故本设计选择频率法作为频率量测量方法。

2.2速度的实现

向司机显示实时行驶的速度，是本设计的基本要求。

不同的频率对应什么样的速度，怎样把频率转换成相应的速度，这都是后面编程时算法的依据。

故把测到的频率量转化成现成的速度量是本设计的重要工作。

2.2.1频率与车速的对应关系

选用光电传感器时，传感器输出信号的频率量与车速成正比。

以仿真模型为例子，转盘孔数为4，当定时器定时1s，所安装的光电传感器输出信号的脉冲数为100，可得转盘共转了25圈，所以转速为每秒25圈[2][3]。

2.2.2频率与车速的转换

固定安装好传感器后，取100个速度差相同的速度点对传感器输出信号进行测频，标定好各速度点对应的频率后，进行直线拟合。

拟合后的频率～速度特性就作为编程时频率转换成速度的依据。

第3章系统总体设计

3.1系统总体设计方案

本课题的设计是基于单片机处理的小型应用系统。

总体设计思路为：

利用车速传感器采集车速信号，对车速信号进行滤波处理，除去干扰信号，然后利用整形芯片对信号整形处理，转换为单片机能识别的脉冲信号，输入单片机。

经单片机计算处理后显示实时速度，并在超过最高限定速度时报警，最高限定速度可以根据不同的路段通过按键设定。

图3.1系统总体框图

3.2测速传感器的选用

在选用车速传感器时，要充分考虑传感器的工作环境，灵敏度，线性范围，频率响应特性，稳定性，抗干扰性能，耐用性，系统性能要求等。

下面介绍几种常用的车速传感器[3]。

3.2.1磁电式传感器

磁电式传感器是将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器，它不需要辅助电源，直接把被测对象的机械能转换成比较容易测量的电信号，是用于测量转速比较理想的有源传感器。

磁电式车速传感器就是一个模拟交流信号发生器，产生交变电流信号，通常由带两个接线柱的磁芯及线圈组成。

下图为某型号磁电式传感器的结构图：

图3.2磁电式传感器

磁阻式磁电传感器在汽车上的应用可以用来检测发动机转速和车轮转速,一般由传感头和齿圈组成,而传感头主要由永磁体、磁极和感应线圈组成。

当齿圈的齿隙与传感器的极轴端部相对时,极轴端部与齿圈之间的空气间隙最大,磁阻也最大,通过感应线圈的磁通量最小。

而当齿圈的齿顶与传感器的极轴端部相对应时,极轴端部与齿圈之间的空气隙最小,磁阻也最小,通过感应线圈的磁通量最大。

当齿圈随同车轮转动时,齿圈的齿顶和齿隙就交替地与传感器极轴顶部相对,传感器感应线圈周围的磁场随之发生强弱交替变化,在感应线圈中就会感应出交变电动势,齿圈的齿数为固定值，感应电动势的频率和转速成正比。

3.2.2霍尔传感器

霍尔式传感器由传感头和齿圈组成,，其传感头由霍尔元件、永磁体和电子电路等组成，结构图如下：

图3.3霍尔传感器

霍尔传感器是利用霍尔效应原理进行工作的，当在