基于單片機(jī)的汽車超速報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、東北林業(yè)大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 基于單片機(jī)的汽車超速報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：黃成永專業(yè)班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化2009級(jí)1班指導(dǎo)教師：張延林 副教授學(xué) 院：機(jī)電工程學(xué)院2012年12月18日題目名稱：智能家居防火防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)內(nèi)容（包括內(nèi)容、計(jì)劃、時(shí)間安排、完成工作量與水平具體要求）主要研究?jī)?nèi)容： 選擇合適型號(hào)的單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制單元。選擇相應(yīng)的gps定位儀、車速傳感器，通過(guò)gps定位儀接收汽車通過(guò)路段的實(shí)時(shí)信息，并通過(guò)語(yǔ)音告知駕駛員當(dāng)前路段的限速信息，并與當(dāng)前車速進(jìn)行比較，車速超過(guò)當(dāng)前路段限速時(shí)，能及時(shí)通過(guò)語(yǔ)音提醒駕駛員。計(jì)劃時(shí)間安排：第一階段：3月1日 3月20日 實(shí)習(xí)、調(diào)研

2、、資料收集；第二階段：3月21日4月10日 資料整理、研究方案的論證與確定：第三階段：4月11日5月31日 硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)；第四階段：6月1日 6月20日 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)、做好答辯前的準(zhǔn)備工作。 其中： 參考文獻(xiàn)篇數(shù)：說(shuō)明書字?jǐn)?shù)：圖紙張數(shù)：20篇以上（其中外文文獻(xiàn)3篇以上）1 0000字以上a3圖紙1張專業(yè)負(fù)責(zé)人意見(jiàn)簽名：年 月 日 基于單片機(jī)的汽車超速報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要近年來(lái)，隨著現(xiàn)代汽車控制技術(shù)和高速公路的飛速發(fā)展，在世界特別是發(fā)達(dá)國(guó)家，無(wú)論是運(yùn)輸業(yè)還是個(gè)人，汽車都已成為長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)闹饕煌üぞ?。汽車在公路上行駛時(shí)，通過(guò)gps定位，當(dāng)汽車的行駛速度超過(guò)該公路所規(guī)定的最高行駛速度時(shí)，蜂鳴器

3、報(bào)警，并通過(guò)語(yǔ)音提示，提醒駕駛員減速。本設(shè)計(jì)從駕駛員自身安全角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種檢測(cè)車輛超速的報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)車輛處于行駛狀態(tài)中，該系統(tǒng)通過(guò)速度傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車輛速度。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用。此設(shè)計(jì)就是一種利用51單片機(jī)對(duì)機(jī)動(dòng)車超速行駛情況進(jìn)行蜂鳴報(bào)警的系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，操作方便，可廣泛應(yīng)用于摩托車、汽車等機(jī)動(dòng)車輛。該設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，給出了界面模塊與89c51接口電路，系統(tǒng)硬件電路及外圍設(shè)計(jì)電路，通過(guò)lcd顯示出來(lái)。關(guān)鍵詞: 51單片機(jī)；汽車超速報(bào)警器；語(yǔ)音傳感器； lcd顯示monolithic integr

4、ated circuit-based automobile overspeed alarm system designabstractin recent years, with the modern auto control technology and the rapid development of highway, in the world, especially in developed countries, whether shipping or personal, cars have become the main long-distance transport vehicles.

5、 when the car driving on the highway, through the gps positioning, when the car speed is more than the highest speed specified in the road, the buzzer alarm, and through the voice prompt, and remind the driver to slow down.this design from the angle of the drivers own security, we design a test vehi

6、cle overspeed alarm system. when the vehicle in the driving state, the system through the speed sensors to monitor vehicle speed. in real-time monitoring and automatic control of microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component. this design is a kind of vehicle

7、 speeding is to make use of 51 single-chip buzzer alarm system. the system has simple structure, high reliability, convenient operation, can be widely used in motorcycles, automobiles and other motor vehicles. this design detailed introduces the systems overall design scheme of interface module and

8、89 c51 interface circuit is given, and the system hardware circuit and peripheral circuit design, through the lcd display.key words: single chip microcomputer; automobile overspeed alarm; voice sensor; the lcd display目錄摘要abstract1前言11.1 汽車超速報(bào)警系統(tǒng)研究目的及背景11.2 汽車超速報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)11.3 汽車超速報(bào)警系統(tǒng)的主要內(nèi)容22汽

9、車超速報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇32.1 設(shè)計(jì)要求32.2方案選擇33汽車超速報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43.1 測(cè)速傳感器的構(gòu)建43.1.1 測(cè)速傳感器的選擇43.2汽車測(cè)速傳感器的工作原理43.3主控模塊63.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖73.4.1電源單元83.4.2 光電耦合器單元83.4.3 蜂鳴報(bào)警單元93.5電路的連接93.5.1 霍爾傳感器與單片機(jī)的連接93.5.2 單片機(jī)與報(bào)警器連接103.5.3單片機(jī)與lcd顯示電路連接103.6 監(jiān)測(cè)車輛速度113.6.1 gps車速檢測(cè)114汽車超速報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)134.1 主程序134.2 子程序144.2.1 報(bào)警子程序14結(jié)論15參考文獻(xiàn)16致謝171

10、前言1.1 汽車超速報(bào)警系統(tǒng)研究目的及背景在當(dāng)今時(shí)代里，汽車時(shí)最普遍的交通運(yùn)輸工具，隨著汽車工業(yè)和告訴公路建設(shè)的發(fā)展，每年由于各種交通事故造成的人員傷亡數(shù)目驚人，給國(guó)家造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年造成各種交通事故的最重要的原因是車輛的超載和駕駛員的超速行駛，而后者隨機(jī)性往往更大可是人們總是忽視超速行駛給人們帶來(lái)的嚴(yán)重后果。每年由于司機(jī)超速行駛而造成的交通事故非常多，由此造成的經(jīng)濟(jì)損失也很嚴(yán)重?？墒呛芏嘁虺傩旭偠斐墒鹿收呋蛟S并不是他們想開(kāi)得很快，而是他們那時(shí)已經(jīng)有了快感，卻根本沒(méi)有意識(shí)到自己是在超速行駛，因此在造成交通事故后大都感到后悔。針對(duì)這種狀況，開(kāi)發(fā)超速報(bào)警器顯得尤為重要。如果汽車

11、駕駛員們?cè)诟髯云嚿习惭b了汽車超速報(bào)警器，在極大程度上能避免發(fā)生嚴(yán)重的交通事故。1.2 汽車超速報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多國(guó)家都認(rèn)識(shí)到超速行駛對(duì)交通安全具有極大的危害，都加大了對(duì)車輛行駛的管制力度，均研發(fā)先進(jìn)的信息采集設(shè)備，并對(duì)車輛超速進(jìn)行了大量的研究，以保證車輛安全的行駛。國(guó)內(nèi)研究狀況如下：迄今為止，中國(guó)有關(guān)科研、設(shè)計(jì)部門、大專院校和交通管理、建設(shè)部門等單位針對(duì)公路交通限制速度進(jìn)行了大量的調(diào)查研究和試驗(yàn)，取得了很大的成果。在1996年，國(guó)內(nèi)已經(jīng)結(jié)合設(shè)計(jì)車速和道路平縱線形等條件之間的關(guān)系，闡述了高等級(jí)公路限速標(biāo)志的設(shè)計(jì)原則，并對(duì)高等級(jí)公路分車型限速標(biāo)志的設(shè)置提出了建

12、議。目前車輛超速監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有：雷達(dá)測(cè)速、激光測(cè)速、視頻測(cè)速和線圈測(cè)速等四種方式。國(guó)內(nèi)的許多學(xué)者除了在超速數(shù)據(jù)獲取方面進(jìn)行研究外，還對(duì)超速現(xiàn)象進(jìn)行了一系列的分析，如魏秀嶺研究了高速公路車輛警示系統(tǒng)的組成及工作流程，闡述了視頻測(cè)速的原理及其方法，提出了適合高速公路實(shí)時(shí)的，動(dòng)態(tài)的陰影消除和車輛跟蹤的算法。王素琴等人研究了基于gps/gsm/gis的智能公交車輛監(jiān)控系統(tǒng)，闡述了監(jiān)控系統(tǒng)的原理。毛建民等人通過(guò)分析超速行駛及限速對(duì)交通安全的影響，認(rèn)為進(jìn)行合理限速能夠顯著減少重大交通事故發(fā)生率，并列舉了限制車速的相關(guān)措施。歐居尚等人分析了車輛超速行駛的原因及危害，并從教育、法律、交通安全措施和交通科技四個(gè)

13、方面采取相應(yīng)措施預(yù)防超速。國(guó)外研究狀況：國(guó)外對(duì)超速進(jìn)行研究開(kāi)展較早也較為成熟，已經(jīng)有相關(guān)學(xué)者建立了各種不同的車速模型。西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)汽車運(yùn)行速度的研究主要集中在公路經(jīng)濟(jì)分析領(lǐng)域。早在20世紀(jì)60年代，西方發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始對(duì)超速行駛進(jìn)行研究。其中的基礎(chǔ)性工作就是對(duì)車輛運(yùn)行速度的研究，并進(jìn)行了大量的道路試驗(yàn)。車輛行駛信息采集的設(shè)備如美國(guó)的autoscoe系統(tǒng)，是最早獲得專利的視頻車輛監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)道路的車流量，車速等路況信息進(jìn)行采集。美國(guó)采用最高法定限速值和分段限速相結(jié)合的方法限速。最高法定限速是美國(guó)早期限速的主要方法，適用于美國(guó)的所有道路。由于全國(guó)道路條件和沿線環(huán)境的多樣化，同一的法定限速值并不

14、能滿足各地道路運(yùn)行的實(shí)際情況，進(jìn)行分段測(cè)速。日本的seiichikagaya建立了一個(gè)輔助決策系統(tǒng)并應(yīng)用于sapporo市，通過(guò)對(duì)道路環(huán)境因素建模，為決策者提供決策信息來(lái)提高運(yùn)輸效率。德國(guó)的大部分公路不限速；法國(guó)采用可變限速，一般晴天和雨天采用不同的限速值；新西蘭則根據(jù)道路條件、交通量、事故資料或周圍環(huán)境等因素將道路分為若干交通安全等級(jí)，將其作為制定限速值的依據(jù)，其限速值的范圍為20-100km/h。同時(shí)，這些國(guó)家正趨向于采取以“建議速度”逐步代替法定限速，從而使限速更加人性化，營(yíng)造更和諧的交通環(huán)境。此外，近年國(guó)外出現(xiàn)了另一種限速方法-分車型限速，但該方法在美國(guó)尚未達(dá)成一致的結(jié)論和共識(shí)，仍需進(jìn)

15、行更多的研究來(lái)評(píng)估該方法。與此同時(shí)，汽車電子限速裝置也在不斷發(fā)展之中，有許多電子設(shè)計(jì)者或公司從事這方面的研究，力求能設(shè)計(jì)出一種普遍使用的汽車限速裝置。其表現(xiàn)如下：（1）廣州唯創(chuàng)開(kāi)發(fā)了一款超速報(bào)警器，這是一種實(shí)時(shí)指示車輛的行駛速度，記錄超速情況，并通過(guò)語(yǔ)音提醒司機(jī)安全駕駛的智能電子設(shè)備，該設(shè)備實(shí)時(shí)顯示車輛速度。當(dāng)超過(guò)所設(shè)定速度的最高值時(shí)，及時(shí)播放語(yǔ)音提示，提醒司機(jī)。（2）據(jù)悉，法國(guó)汽車制造和營(yíng)銷委員會(huì)與法國(guó)標(biāo)致雪鐵龍汽車集團(tuán)和雷諾汽車公司近日聯(lián)合向用戶推出三種汽車限速裝置。據(jù)報(bào)道這三種裝置中，最簡(jiǎn)單的一種是“超速報(bào)警器”。如果安裝上這種裝置的汽車當(dāng)行駛速度超過(guò)限定車速時(shí)，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出聲響警報(bào)，

16、同時(shí)有指示燈閃爍，以警示司機(jī)減速。其它兩種限速裝置是可以直接對(duì)汽車的部分功能及行駛進(jìn)行調(diào)整的裝置，其它兩種分別是限速器和調(diào)速器。司機(jī)可以通過(guò)這種限速器提前設(shè)定最高時(shí)速，如果司機(jī)在汽車行駛中想超過(guò)開(kāi)車前設(shè)定的最高時(shí)速，加速器也不會(huì)響應(yīng)，而是把車速限定在一定范圍內(nèi)。1.3 汽車超速報(bào)警系統(tǒng)的主要內(nèi)容綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究成果可以看到，西方國(guó)家對(duì)公路限速控制的研究更為系統(tǒng)和深入，在理論與實(shí)際兩方面均比中國(guó)先進(jìn)，但對(duì)于城鎮(zhèn)化公路限速?zèng)]有進(jìn)行專門的研究。所以在以后的汽車超速報(bào)警裝置的研究和設(shè)計(jì)方面中國(guó)具有很大的潛力和優(yōu)勢(shì)，根據(jù)中國(guó)現(xiàn)階段的高速公路狀況，研究出一種完全符合中國(guó)現(xiàn)代發(fā)展的控制汽車車速的方案

17、具有很高的前景。我們本著主動(dòng)性的思路，在汽車內(nèi)安裝速度傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車輛，并通過(guò)lcd顯示車輛的實(shí)際車速和用戶設(shè)置的安全參數(shù)。當(dāng)車輛行駛速度超過(guò)公路限定的最高速度時(shí)，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，警告燈閃爍，提醒駕駛員減速。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、操作方便。2汽車超速報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇2.1 設(shè)計(jì)要求我們要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有數(shù)字顯示功能的單片機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛當(dāng)前速度輸出，當(dāng)達(dá)到公路限定速度值時(shí)蜂鳴器報(bào)警，提醒駕駛員減速，以保證駕駛?cè)藛T及行人的人身安全。首先要進(jìn)行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中一般應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：（1）遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則。在過(guò)程中，應(yīng)遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則，把復(fù)雜難處理的問(wèn)題分

18、為若干個(gè)較為簡(jiǎn)單的、容易處理的問(wèn)題，分別加以解決。（2）經(jīng)濟(jì)性要求。為了獲得較高的性價(jià)比，設(shè)計(jì)師不應(yīng)盲目追求復(fù)雜高級(jí)的方案。在滿足性能指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能采用簡(jiǎn)單的方案，因?yàn)榉桨负?jiǎn)單意味著所用的元器件少，可靠性高，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。（3）可靠性要求。所謂可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和時(shí)間內(nèi)完成功能的概率表示外，還可以用平均無(wú)故障時(shí)間或平均壽命來(lái)表示。（4）操作和維護(hù)要求。在車速報(bào)警系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮操作方便，盡量降低對(duì)操作人員的專業(yè)知識(shí)的要求，以便產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，操作程序應(yīng)盡量簡(jiǎn)單明了，無(wú)須專門訓(xùn)練就能掌握其使用方法。2.2方案選擇采用嵌入式車載限速裝置，在設(shè)計(jì)汽車時(shí)就已經(jīng)考慮并在制

19、造時(shí)嵌入整車電子控制系統(tǒng)中。傳感器將車速轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，傳入單片機(jī)，單片機(jī)將輸入的一定值的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的速度值。該方案在2005年以后國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的中高檔乘用車中已初見(jiàn)端倪，但是國(guó)內(nèi)約4000萬(wàn)輛在用汽車中的近90%并未安裝。鑒于此為汽車設(shè)計(jì)一種外掛式汽車超速報(bào)警器有著巨大的市場(chǎng)需求，運(yùn)用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)車輛的超速報(bào)警。3汽車超速報(bào)警系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 測(cè)速傳感器的構(gòu)建3.1.1 測(cè)速傳感器的選擇傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的

20、首要環(huán)節(jié)。要實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的報(bào)警，故應(yīng)該選擇測(cè)速傳感器。測(cè)速傳感器包括測(cè)量線速度傳感器和測(cè)量轉(zhuǎn)速度傳感器。線速度傳感器是用來(lái)測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)速度的傳感器，它的輸出電壓和被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度成線性關(guān)系，可檢測(cè)小模數(shù)齒輪和其他物體的轉(zhuǎn)速，具有穩(wěn)定的工作性能，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。線速度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，不用外加電源穩(wěn)壓器，頻率響應(yīng)好，輸出靈敏度高，測(cè)量范圍大，抗干擾力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)速度傳感器是將物體的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量輸出的傳感器，屬于間接式測(cè)量裝置。按信號(hào)形式的不同，轉(zhuǎn)速傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。前者的輸出信號(hào)值是轉(zhuǎn)速的線性函數(shù)，后者的輸出信號(hào)頻率與轉(zhuǎn)速成正比。常用的轉(zhuǎn)速傳感器有光電式、電容式、變磁阻式等

21、。在實(shí)際測(cè)量中要測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速，要輸出方波信號(hào)，不加電源穩(wěn)壓器，由此選擇轉(zhuǎn)速度傳感器。在測(cè)速傳感器中，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度測(cè)量較多，而且直線運(yùn)動(dòng)速度也經(jīng)常通過(guò)旋轉(zhuǎn)速度間接測(cè)量。目前廣泛使用的測(cè)速傳感器是直流測(cè)速發(fā)電機(jī)，可以將旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。測(cè)速機(jī)要求輸出電壓與轉(zhuǎn)速間保持線性關(guān)系，并要求輸出電壓陡度大，時(shí)間及溫度穩(wěn)定性好。測(cè)速機(jī)一般可分為直流式和交流式兩種。直流式測(cè)速機(jī)的勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)式和永磁式兩種，電樞結(jié)構(gòu)有帶槽的、空心的、盤式印刷電路等形式，其中帶槽式最為常用。其中，由于磁電式傳感器具有易于計(jì)算等特點(diǎn)，故我們選擇了磁電式傳感器。3.2汽車測(cè)速傳感器的工作原理磁電式傳感器有時(shí)也稱作感應(yīng)式傳感

22、器，也稱電動(dòng)式傳感器。它把被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)變?yōu)楦袘?yīng)電動(dòng)勢(shì)，是一種機(jī)電能量變換型傳感器，不需要外部供電電源，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，輸出阻抗小，又具有一定的頻率響應(yīng)范圍（一般為10-1000hz），適用于振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、扭矩等測(cè)量。按工作原理不同，磁電感應(yīng)式傳感器可分為恒定磁通式和變磁通式，即動(dòng)圈式傳感器和磁阻式傳感器。 磁路系統(tǒng)產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)，磁路中的工作氣隙固定不變，因而氣隙中磁通也是恒定不變的。其運(yùn)動(dòng)部件可以使線圈（動(dòng)圈式），也可以是磁鐵（動(dòng)鐵式），動(dòng)圈式和動(dòng)鐵式的工作原理都是完全相同的。當(dāng)殼體隨被測(cè)振動(dòng)體一起振動(dòng)時(shí)，當(dāng)振動(dòng)頻率足夠高（遠(yuǎn)大于傳感器固有頻率）時(shí)，運(yùn)動(dòng)部件慣性 很大，來(lái)不及隨振

23、動(dòng)體一起振動(dòng)，近乎靜止不動(dòng)，振動(dòng)能量幾乎全被彈簧吸收，永久磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度接近振動(dòng)體振動(dòng)速度，磁鐵與線圈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線，從而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的速度v或角速度表示，則所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 e=-nblv e=-nbls 式中，n-表示線圈在工作磁場(chǎng)中的匝數(shù)；l-表示每匝線圈的平均長(zhǎng)度；b-表示線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；s-表示每匝線圈的平均截面積。 在傳感器中當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，b、l、n、s均為定值，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e與線圈相對(duì)磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)速度（v或）成正比，所以這類傳感器的基本形式是速度傳感器，能直接測(cè)量線速度或角速度。如果在其測(cè)量電路中接入積分電路或微分電路，那么還可以

24、用來(lái)測(cè)量位移或加速度。但由上述工作原理可知，磁電感應(yīng)式傳感器只適用于動(dòng)態(tài)測(cè)量。變磁通式又稱（變）磁阻式或變氣隙式，常用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)物體的角速度。線圈和磁鐵靜止不動(dòng)，測(cè)量齒輪（導(dǎo)磁材料制成）每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，傳感器磁路磁阻變化一次，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的變化頻率等于測(cè)量齒輪1上齒輪的齒數(shù)和轉(zhuǎn)速的乘積。圖3-1 車速傳感器結(jié)構(gòu)車速傳感器由一個(gè)舌簧開(kāi)關(guān)盒一個(gè)帶有4對(duì)磁極的塑料環(huán)構(gòu)成，如圖3-1所示。后者安裝在變速器左輸出軸上，與軸一同旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。舌簧開(kāi)關(guān)管安裝在靠近塑料環(huán)的變速器殼體上，它是在一個(gè)玻璃管內(nèi)裝有2個(gè)細(xì)長(zhǎng)的觸頭構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件，其觸頭由磁性材料制成。舌簧開(kāi)關(guān)管與塑料環(huán)間具有很小的間隙，當(dāng)塑

25、料環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，舌簧開(kāi)關(guān)管內(nèi)觸點(diǎn)接近塑料極時(shí)閉合，離開(kāi)塑料極時(shí)斷開(kāi)，由此得到與汽車行駛速度相對(duì)應(yīng)的方波信號(hào),如圖3-2所示。 電壓u/v 12.506.25時(shí)間t/ms100 200 300 400 500-6.25圖3-2 汽車車速信號(hào)圖形汽車超速報(bào)警器的工作原理：汽車在行駛過(guò)程中，車輪每轉(zhuǎn)一圈，車速傳感器產(chǎn)生8個(gè)脈沖。對(duì)已知車型可知其車輪直徑為d，例如規(guī)格為185/70r14的輪胎，185表示輪胎兩邊側(cè)面之間的寬度為185mm，70代表輪胎高/寬比為70，14表示輪胎直徑為14英尺，r代表單詞radial，表示子午輪胎。據(jù)此可計(jì)算出輪胎直徑d=18.50.72+142.54=61.46cm根據(jù)

26、汽車的速度，可計(jì)算車輪在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)：n=v/d。產(chǎn)生脈沖數(shù)f0=8n。若ff0，則車速報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警；反之，車速報(bào)警器將執(zhí)行下一個(gè)比較任務(wù)。3.3主控模塊本系統(tǒng)采用mcs-51系列的8051單片機(jī)作為控制核心1。mcs51系列單片機(jī)是美國(guó)intel公司于1980年推出的一種8位單片機(jī)系列。8051的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（rom）是掩膜型的，即在制造芯片時(shí)已將應(yīng)用程序固化進(jìn)去。8051抗干擾性好，適用于惡劣環(huán)境的場(chǎng)合。8051cpu的工作頻率采用12mhz，方便系統(tǒng)對(duì)速度傳感器的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行快速的處理。8051的輸入，輸出引腳具有32根i/o線。可以連接存儲(chǔ)器、led顯示器、速度傳感器等

27、各種外部器件。8051具有低功耗和低電壓工作模式的特點(diǎn)，可以利用電池對(duì)系統(tǒng)供電。但8051內(nèi)部只有256b的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，系統(tǒng)可以外接ram芯片以滿足系統(tǒng)的需求2。圖3-3 8051單片機(jī)引腳圖8051單片機(jī)引腳說(shuō)明：vcc：供電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個(gè)8位漏極開(kāi)路雙向i/o口，每腳可接收8ttl門電流。當(dāng)p1的管腳第一次寫入1時(shí)，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在flash編程時(shí)，p0口作為原碼輸入口，當(dāng)flash進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，p0輸出原碼，此時(shí)p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩

28、沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管教寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口作為第八位地址接收。p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫入1是，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管教被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，p2口輸出地址的高八位。在給出地址時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫時(shí)，p2口輸出其特殊功能寄

29、存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。p3口：p3口管腳是8個(gè)帯內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p3口寫入后，他們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口也可作為輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如表3-1所示：表3-1 單片機(jī)各管腳功能口管腳 備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1 (外部中斷1)p3.4 t0 (計(jì)時(shí)器0外部輸入)p3.5 t1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）p3.

30、6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ale端以不變的頻率表周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6.因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0.此時(shí)，ale只有在執(zhí)行movx,mo

31、vc指令時(shí)ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。乳溝微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無(wú)效。/psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。，在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/psen信號(hào)將不出現(xiàn)。3.4系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)車輛處于行駛狀態(tài)時(shí)，該系統(tǒng)通過(guò)測(cè)速傳感器時(shí)刻監(jiān)測(cè)車輛速度，需要測(cè)速傳感器來(lái)測(cè)量速度傳送到單片機(jī)中，為了減少系統(tǒng)誤差和信號(hào)的干擾，實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量需要在單片機(jī)和測(cè)速傳感器之間加上一個(gè)光電耦合單元3。對(duì)于單片機(jī)需要穩(wěn)定的電壓，最后采集的速度與設(shè)定的速度送往液晶屏，相比較，超速就需要報(bào)警，由此需要電源單元，如圖3-4所示。

32、報(bào)警單元電源單元at89c51單片機(jī)光電耦合單元測(cè)速傳感器顯示單元圖3-4 超速報(bào)警系統(tǒng)總框圖汽車超速報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)將車速傳感器產(chǎn)生的車速信號(hào)送入光電耦合器耦合單元，得到一個(gè)與車速信號(hào)頻率一致的信號(hào)，送入單片機(jī)記數(shù)。記數(shù)滿后與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定值相比較。如果超過(guò)了預(yù)設(shè)值則可判斷汽車超速，蜂鳴器報(bào)警提示。系統(tǒng)以at89c51單片機(jī)為核心，由電源單元、光電耦合器單元、調(diào)速單元和聲光報(bào)警單元組成。3.4.1電源單元電源單元由三端集成穩(wěn)壓器w7805組成，如圖3-5所示。三端穩(wěn)壓器由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、采樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成。w78055ui ci co uo 圖3-5 電源

33、單元電容c用來(lái)抵消因輸入線太長(zhǎng)而產(chǎn)生的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩，連線不長(zhǎng)時(shí)可以不用，容量一般在0.1-0.33f4。用來(lái)消除高頻噪聲和改善輸出的瞬態(tài)特性，即在負(fù)載電流變化時(shí)不致引起輸出端產(chǎn)生較大的波動(dòng)。當(dāng)電路的輸入端大于5v時(shí)，輸出端輸出穩(wěn)定的5v電壓。3.4.2 光電耦合器單元光電耦合器是以光為媒介，傳輸信號(hào)的一種電-光-電轉(zhuǎn)換期間，由發(fā)光源和受光器組成，如圖3-6所示。車速傳感器信號(hào)位于高電平時(shí)，發(fā)光源發(fā)光并控制受光器導(dǎo)通，則受光器輸出端產(chǎn)生與車速傳感器頻率一致的電壓信號(hào)。采用光信號(hào)電耦合器pc817傳輸車速信號(hào)的目的是為了隔離車速傳感器與單片機(jī)的直接聯(lián)系，消除車速傳感器信號(hào)對(duì)單片機(jī)的不

34、利影響。車速傳感器產(chǎn)生的是恒流低阻抗信號(hào)，電壓值受外部負(fù)載的影響大。車速傳感器信號(hào)送入單片機(jī)t0端口后，其高電平電壓值迅速有9v下降為0.25v，而t0端口需要的最低識(shí)別電壓為2v。+5v方波信號(hào)+- 1 2p3.51-發(fā)光源 2-受光器圖3-6 信號(hào)耦合電路3.4.3 蜂鳴報(bào)警單元壓電式蜂鳴器約需10ma的驅(qū)動(dòng)電流，因此可以用系列集成電路7406或7407低電平驅(qū)動(dòng), 驅(qū)動(dòng)器的輸入端接89c51的p2.7。當(dāng)p2.7輸出高電平1時(shí)，7406的輸出為低電平0，使蜂鳴器引線獲得接近5v的直流電壓，而產(chǎn)生蜂鳴音。當(dāng)p2.7端輸出低電平0時(shí)，7406的輸出端升高的約+5v，壓電蜂鳴器兩引線間的直流電

35、壓降接近于0v，發(fā)生停止。我們用單片機(jī)的p2.7與蜂鳴器相連，輸出高電平，則報(bào)警。3.5電路的連接3.5.1 霍爾傳感器與單片機(jī)的連接霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器5?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（1855-1938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬?gòu)?qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面?；魻栃?yīng)是研究半導(dǎo)體材料性能的基本方法。通過(guò)霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)6?；魻杺鞲衅鳈z測(cè)轉(zhuǎn)速

36、示意圖如圖3-7所示。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖。通過(guò)單片機(jī)測(cè)量產(chǎn)生的脈沖頻率就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速7。沒(méi)有磁鋼時(shí)輸出高電平，有磁鋼時(shí)輸出低電平。圖3-7 霍爾傳感器測(cè)速示意圖3.5.2 單片機(jī)與報(bào)警器連接圖3-8 聲光式報(bào)警電路3.5.3單片機(jī)與lcd顯示電路連接顯示電路由max7219芯片完成，max7219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極led顯示驅(qū)動(dòng)器。它連接微處理器與8位數(shù)字的lcd顯示9。其上包括一個(gè)片上的b型bcd編碼器、多路掃描回路、段字驅(qū)動(dòng)器，而且還有一個(gè)8*8的靜態(tài)ram用來(lái)存儲(chǔ)每一個(gè)數(shù)據(jù)。只

37、有一個(gè)外部寄存器用來(lái)設(shè)置各個(gè)lcd的段電流。一個(gè)方便的四線串行接口可以連接所有通用的微處理器。每個(gè)數(shù)據(jù)可以尋址在更新時(shí)不需要改寫所有的顯示。max7219同樣允許用戶對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)選擇編碼或者不編碼。整個(gè)設(shè)備包含一個(gè)150微安的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個(gè)掃描限制寄存器允許用戶顯示1-8位數(shù)據(jù)，還有一個(gè)讓所有l(wèi)cd發(fā)光的檢測(cè)模式10。顯示電路輸出位選信號(hào)，從每個(gè)lcd公共陰極吸入電流，吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動(dòng)線11。其最大值可達(dá)500毫安，關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，輸出+vcc。圖3-9 lcd顯示電路連接圖計(jì)數(shù)器可以統(tǒng)計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，可以用其來(lái)統(tǒng)計(jì)汽車輪子在1s內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，本電路采用兩片

38、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器組成模值位100的計(jì)數(shù)器。鎖存器的作用是在1s信號(hào)結(jié)束后將計(jì)數(shù)器的狀態(tài)鎖存病送至譯碼顯示器。直到新的信號(hào)到來(lái)為止，以保證顯示器能穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。選用8d鎖存器可以完成上述功能，當(dāng)時(shí)鐘脈沖cp的正跳變來(lái)到時(shí)，鎖存器的輸出等于輸入，即q=d,從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖結(jié)束后，無(wú)論d為何值，輸出端q的裝填仍保持原來(lái)的狀態(tài)q=n不變，所以在計(jì)數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器的輸出q的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器。3.6 監(jiān)測(cè)車輛速度3.6.1 gps車速檢測(cè) gps是（global positioning system）即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英語(yǔ)縮寫，由遍布全球的24顆全球定位衛(wèi)星組成。目前，

39、全球gps技術(shù)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，價(jià)格也越來(lái)越低。利用gps和gis技術(shù)可以對(duì)車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位、跟蹤、報(bào)警、通信等，能夠滿足并掌握車輛基本信息、對(duì)車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要12-13。gps的基本定位原理如圖3-12所示，衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接受到這些信息后，經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。圖3-11 gps的基本定位原理主要是計(jì)算出車輛的時(shí)速，為報(bào)警提供參考依據(jù)。計(jì)算過(guò)程如下：若t0為各衛(wèi)星時(shí)間，t為車載gps接受時(shí)間(x1-x)2+(y1-y)2+(z1-z)2+c2(t-t01)2=d12(x2-x)2+(y2-y)2+(z2-z)2+c

40、2(t-t02)2=d22(x3-x)2+(y3-y)2+(z3-z)2+c2(t-t03)2=d32(x4-x)2+(y4-y)2+(z4-z)2+c2(t-t04)2=d42聯(lián)立方程式，求解未知數(shù)（x，y，z，t），即為gps定位目標(biāo)車輛所處的位置、時(shí)刻，同理求得下一時(shí)刻車輛所處的位置、時(shí)刻（x，y，z，t）。則可根據(jù)式3-1可得到檢測(cè)車輛的行駛車速v。v=(x-x)2+(y-y)2+(z-z)2 /（t-t） (式3-1)4汽車超速報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序主程序主要完成硬件初始化、子程序調(diào)用以及顯示、報(bào)警燈功能。數(shù)據(jù)處理子程序主要完成監(jiān)測(cè)車輛速度即主要是計(jì)算出車輛的時(shí)速，為報(bào)警子程

41、序提供參考數(shù)據(jù)；按鍵中斷子程序主要實(shí)現(xiàn)合法參數(shù)的輸入；報(bào)警子程序主要實(shí)現(xiàn)在車輛超速行駛狀態(tài)下發(fā)出報(bào)警信號(hào)，包括speaker輸出子程序和報(bào)警燈的閃爍子程序；顯示子程序設(shè)計(jì)采用數(shù)字化顯示用戶設(shè)定的最高時(shí)速和車輛實(shí)際時(shí)速，用max7219芯片驅(qū)動(dòng)lcd進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，系統(tǒng)的主程序流程圖如圖4-1所示。開(kāi)始初始化初始化t0關(guān)中斷接收傳感信號(hào)開(kāi)中斷按鍵輸入vm計(jì)算車速vvmy聲光報(bào)警n顯示結(jié)束圖4-1 主程序流程圖4.2 子程序4.2.1 報(bào)警子程序 主要實(shí)現(xiàn)在車輛超速行駛狀態(tài)下發(fā)出報(bào)警信號(hào)。包括speaker輸出子程序和報(bào)警燈的閃爍子程序?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。結(jié)論此系統(tǒng)硬件主

42、要包括以下四大模塊：89c51主控模塊、傳感器模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊等。其中89c51主要完成外圍硬件的控制以及一些運(yùn)算功能，傳感器完成信號(hào)的采樣功能，報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警和燈光報(bào)警，顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。此基于單片機(jī)的車速報(bào)警系統(tǒng)利用51單片機(jī)及高集成化的串行輸入/輸出的共陰極lcd顯示驅(qū)動(dòng)器max7219實(shí)現(xiàn)，這里敘述了該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面的理論分析、軟件設(shè)計(jì)方面的理論分析以及有關(guān)電路設(shè)計(jì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。利用max7219芯片僅使用單片機(jī)三根引腳即可，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，每四位分別顯示當(dāng)前速度和設(shè)定的速度上線，通過(guò)四個(gè)按鍵可以對(duì)速度上線不同要求地進(jìn)行更改設(shè)置，方便使用。該系統(tǒng)具有硬件簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)、實(shí)用性好等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用在各種機(jī)動(dòng)車輛上。參考文獻(xiàn)1 白延敏.51單片機(jī)典型系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例精講m.北京：電子工業(yè)出版 社.2009:1830