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基于单片机的车速报警器设计学士学位论文.doc
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基于单片机的车速报警器设计学士学位论文.doc
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目录
1 概述 .......................................................................3
1.1 设计思路 ..............................................................3
1.2 方案论证..............................................................3
1.3 方案的提出............................................................3
1.4 方案的比较及确定 ......................................................4
2 系统总体方案及硬件设计 .....................................................6
2.1 主控模块 ..............................................................6
2.2 测速传感器 ............................................................6
2.3 报警电路的设计........................................................7
2.4 显示电路的设计 ........................................................7
2.5 按键电路的设计 ........................................................8
2.6 共阴极 LED 显示驱动器 MAX7219 芯片......................................8
3 软件设计 ..................................................................10
4 Proteus 软件仿真 ..........................................................12
4.1 设定当前速度的仿真图:...............................................12
4.2 当前速度与设定速度仿真图.............................................13
4.3 仿真结果与分析.......................................................14
5 课程设计体会 ..............................................................15
参考文献 ....................................................................16
附 1:源程序代码 ............................................................17
第 1 章 概述
1.1 摘要及设计思路
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惊人,
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。
近年来随着科技的飞速本设计是发展,为了克服传统模拟车速显示仪表显示数不准确及没有
超速提示的缺点,数字化仪表迅速的进入汽车仪表行业,成为一种趋势,本文从驾驶员自身
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。
并通过 LED 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
的最高值时,蜂鸣器开始报警,警告灯不断闪烁,提醒驾驶员减速。达到防患于未然的目的。
单片机的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。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
8051 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。
本文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。
1.2 方案论证
车速报警系统系统组成主要由单片机控制模块、霍尔传感器、LED 数码显示器及声光报
警器组成。针对任务要求,我们发现此项设计在单片机接口芯片以及按键电路上有不同的选
择。因此,设计方案的比较主要对此展开。
3
1.3 方案的提出
方案一:采取通过带有 I/O 接口和计时器的静态 RAM8155 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 1-1 系统硬件电路简图
霍尔传感器用来产生脉冲方波,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。
单片机外部中断口接霍尔传感器的输出,车轮每转一圈产生一次 INT0 中断请求,单片
机对 INT0 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 d m,则机车的时速 V=d×n×3.6km/h。
硬件电路方框图霍尔传感器的输出信号经 AT89C51 的 INT0 口输入并存储在内部 R0M 中,
AT89C51 外扩一片 8155 芯片,其 PB 口作为 LED 数码管的段选线,PA4~PA0 作为 LED 的位选
线和键盘的列线,PCO 和 PC1 口作为键盘的行线,从而组成 10 个按键的键盘。AT89C51 的
P2.6 口外接三极管放大器用来驱动声光报警电路,P2.6 不断地输出 101010⋯⋯ 的高低电平,
驱动声光报警电路报警。只要使声光报警电路报警重复输出 256Hz 及 350Hz 的叫声各 0.73s,
便可以模拟警车的叫声,产生警示作用。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息,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:利用高集成化的串行输入/输出的共阴极 LED 驱动显示器 MAX7219 及按键电路
实现。
MAX7219 芯片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 1-2 所示。
8155
键盘
输入
LED 数码管
机车车轮
霍尔
传感器
AT89S51 单片机
节
气
门
开
度
4
图 1-2 系统硬件电路图
1.4 方案的比较及确定
方案一和方案二比较,方案一采用 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 MAX7219 是一个高集成化的串行输入/输出的共阴极 LED 驱动显示器,每片可驱动 8 位 7
段加小数点的共阴极数码管,可以数片级联,而与微处理器的连接只需 3 根线,且速度设定
只需通过几个按钮实现即可,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,且 MAX7219 内部设有扫描电路,
除了更新显示数据时从单片机接收数据外,平时独立工作,极大地节省了 MCU 有限的运行时
A
14
B
16
C
20
D
23
E
21
F
15
G
17
DP
22
DIG0
2
DIG1
11
DIG2
6
DIG3
7
DIG4
3
DIG5
10
DIG6
5
DIG7
8
DIN
11
LOAD
12
CLK
13
ISET
18
DOUT
24
U2
MAX7219
EA/VP
31
X1
19
X2
18
RESET
9
INT0
12
INT1
13
T0
14
T1
15
P1.0
1
P1.1
2
P1.2
3
P1.3
4
P1.4
5
P1.5
6
P1.6
7
P1.7
8
P0.0
39
P0.1
38
P0.2
37
P0.3
36
P0.4
35
P0.5
34
P0.6
33
P0.7
32
P2.0
21
P2.1
22
P2.2
23
P2.3
24
P2.4
25
P2.5
26
P2.6
27
P2.7
28
RD
17
WR
16
PSEN
29
ALE/P
30
TXD
11
RXD
10
U1
R1
1K
R2
1K
R3
R4
R5
R6
S0
S1
S3
LS1
SPEAKER
Q3
1
2
3
4
A
B
C
D
E
F
G
DP
Q2
1
2
3
4
A
B
C
D
E
F
G
DP
Q1
S2
D1
LED-GREEN
D2
LED-BIRG
+5V
+5V
+5V
A A A
B B B
C C C
D D D
E E E
F F F
G G G
DP
DP DP
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
当前速度
设定速度
BT0
BT1
BT2
BT3
BT0
BT1
BT2
BT3
速度设置 增加 减少 确认
C430MHZ
C1
30pF
C2
30pF
GND
单片机
8051
引入
5
间和程序资源。
对于本课题所研制的车速报警系统而言,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,提高系统的精度等级和工作的稳定性,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。有鉴于此,同时根据系
统的要求,确定系统总设计方案如图所示:
图 1-4 车速报警系统总体设计方案图
霍尔
传感器
LED 数码管
声
光
报
警
电
路
MSC-51 单片机
按键操作
机车
车轮
MAX7219 芯片
报警灯
节
气
门
开
度
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