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大学毕业论文-—基于单片机的行车测速系统.doc
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大学毕业论文-—基于单片机的行车测速系统.doc
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电 子 信 息 科 学 与 技 术 专 业 毕 业 设 计
- 1-
基于单片机的行车测速系统
XX
(XXXX,XXXX)
摘 要 本设计采用 AT89S52 单片机作为控制芯片,利用霍尔传感器采集被测信号,将被测信号通过单
片机计算在 LCD 上进行显示,另外通过矩阵键盘设置计算参数,并使用存储芯片储存重要数据和参数,
构成了基于单片机的行车测速系统。该测速系统除了可以测量车辆行驶速度,还可以记录车辆行驶里
程,而且具有价格便宜、使用方便、可靠性高等特点,并能够有效提高对测速传感器输出信号测量的
准确性和稳定性,在日常生活运用中具有独特的优势。
关键词 AT89S52; 测速系统; 霍尔传感器
1 绪论
如今随着半导体技术的不断发展,微控制单元 MCU(MicroControllerUnit)以其集成
度高、功能强、速度快、可靠性好等特点被电子系统开发人员广泛的运用到控制系统、智
能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品等领域。单片机的突出特点是体积小,
抗干扰性好,功耗小,可靠性好,有较强的模拟接口,代码保密性好,所以得到了官方的
应用
[1]
。采用单片机作为主芯片可以有效的解决对采样信号的处理问题,并能够降低开发
成本,提升开发的效率和开发的质量。
现代汽车上一般都装有发动机控制、自动驾驶、ABS、TRC、自动锁车门、主动式悬
架、导向系统、电子仪表等装置
[2]
,这些装置都需要汽车车速信号。速度是一个很重要的
物理量,获取准确的速度能够保证车辆行驶的安全性,而基于单片机技术的测速系统具有
价格便宜、使用方便、可靠性高等特点,能有效提高对测速传感器输出信号测量的准确性
和稳定性。
因此本文提出了一种基于单片机的行车测速系统,有效速度范围为 10~300 km/h,完
全符合 JJG 527-2007 的标准测速仪的速度范围为 20~180 km/h 和 MPE 为±1%的要求。因
此,其可用于机动车的测速,为机动车的安全驾驶提供安全保障和技术支持。
2 方案的设计与论证
2.1 测速系统主要组成器件的选择与论证
2.1.1 微控制器的选择
方案一:采用 80C52 单片机实现。80C52 内置 8 位中央处理单元、256 字节内部数据
存储器 RAM、8k 片内程序存储器(ROM)、32 个双向输入/输出(I/O)口、3 个 16 位定时/计
数器和 5 个两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路
[3]
。此外,80C52
还可工作于低功耗模式,可通过两种软件选择空闲模式和掉电模式。在空闲模式下冻结 CPU
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而 RAM 定时器、串行口和中断系统维持其功能
[4]
。掉电模式下,保存 RAM 数据,时钟振荡
停止,同时停止芯片内其它功能。
方案二:采用 AT89S52 单片机实现。AT89S52 具有以下标准功能:8k 字节 Flash,256
字节 RAM,32 位 I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个 16 位定时器/计数器,一
个 6 向量 2 级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路
[5]
。另外,AT89S52 可降至
0Hz 静态逻辑操作,支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许
RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护模式下,RAM 内容被保存,振荡器
被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止
[6]
。
由于 80C52 不支持在线系统编程,而 AT89S52 支持,80C52 具有一个数据指针 DPTR,
而 AT89S52 具有两个数据指针 DPTR0 和 DPTR1,且 AT89S52 含有一个看门狗定时器,具有
断电标志 POF,因此本设计选择 AT89S52。
2.1.2 测速传感器的选择
方案一:光电式脉冲发生器。
主要由光源、光敏器件和遮光盘组成。车轮旋转带动遮光盘旋转,当遮光盘没有遮住
光源时,光源的光射到光敏器件上,光敏器件中有电流流过,于是在输出端产生电压输出。
其脉冲频率与车速成正比,经过单片机处理后,即可得出车辆的速度。这种光脉冲发生装
置,在转换速度较高的情况下,由于车辆运行中的振动引起的光脉冲干扰等问题不好解决,
现在采用的不多。
方案二:磁电式脉冲发生器。
将导磁材料的齿轮固定在转轴上,对着齿轮端面固定一块磁钢,霍尔元件贴在磁钢的
一个端面上,随着齿轮转动,元件的电压信号输出呈周期性变化。霍尔传感器输出频率与
转速成正比,此信号经单片机处理后,即可得出车辆的速度。
本设计的测速传感器要求稳定性好,灵敏度高和精度高,而且对汽车速度的测量还要
要求传感器能够适应各种各样的环境,所以这里选择方案二,并采用 HAL44E 霍尔传感器。
其原因还有三点:一是霍尔传感器输出信号电压幅值不受转速的影响;二是频率响应高,
其响应频率高达 20kHz
[7]
,相当于车速为 1000km/h 时所检测的信号频率;三是抗电磁波干
扰能力强。
2.1.3 显示模块的选择
方案一:数码管显示。 优点:亮度高,价格便宜,寿命长。缺点:显示简单,只能显
示 0-9 的数字及简单的字符,数码管电路连接比较复杂。
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方案二:Nokia5110 LCD 显示。 优点:可以显示字符、汉字,具有功耗低、与单片机
之间的数据通信简单易操作等特点。缺点:亮度较低。
综合本设计的功能需求及电路连接的繁简程度,本设计选择 Nokia5110 LCD 显示。
2.2 系统的设计方案及结构框图
2.2.1 测速系统的测速原理
本设计是采用 AT89S52 单片机作为主控制芯片,通过对转子旋转引起的周期脉冲信号
的频率进行测量,将所得频率通过计算变换成实际的运行速度,并通过计算转子旋转总圈
数得出行驶里程,然后通过串行存储芯片 24c02 芯片储存行驶数据并通过 Nokia5110 LCD
显示器显示车速和车辆行驶里程。测速系统的结构框图如图 2-1 所示。
图 2-1 系统结构框图
2.2.2 测速系统设计概述
通过对测速系统的理论研究和实际电路的设计,将霍尔传感器、单片机、存储器、按
键、LCD 显示器有机的结合在一起从而构成了一个完整的测速系统。其关键技术主要在四
个方面:初级信号采集模块的设计,核心处理计算模块的设计,目标信息的显示模块的设
计,关键数据的存储读写模块的设计。通过显示器直观的显示数据信息,使用者可以方便
的了解到当前的车速和行驶里程。该系统实现了对行驶数据的采集、计算、存储和显示等
基本功能。
3 系统硬件电路设计
测速系统的硬件电路大致分为五个模块:由单片机最小系统构成的核心计算模块,霍
尔传感器作为主要器件的数据采集模块,由 24c02 串行存储芯片等核心器件构成的存储模
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