毕业设计（论文）-汽车超速检测系统设计.doc

武汉纺织大学毕业设计学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、 保密 ，在 年解密后适用本授权书。2、 不保密 。（请在以上相应方框内打“ ”。） 作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日武汉纺织大学毕业设计（论文）任务书课题名称： 汽车超速检测系统设计 完成期限： 2010年3月1日至2010年5月26日院系名称 电子信息工程学院 指导教师 李有科 专业班级 电科062 指导教师职称 副教授 学生姓名 周 婷 院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字 一、课题训练内容 1.培养学生查阅收集资料的能力（包括通过互联网、图书馆等各种渠道自主搜集资料）；2.培养学生制定工作计划和团队协作的能力；3.培养学生综合运用所学专业知识（数字电子技术、模拟电子技术、单片机及计算机编程等），理论联系实际的能力；4.培养学生自我学习的能力和对整个行业的熟悉和了解，5.通过硬件制作和软件调试培养学生的动手能力；6.培养学生运用OFFICE工作软件及PPT制作的能力；二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）该课题是基于数字电路、模拟电路、传感器、单片机技术等多学科知识点交叉运用的设计。在整个的设计过程中，主要任务和要求包括：1、查阅课题相关参考文献、技术资料，认真进行阅读并做好备份，以便以后查找。 2、归纳总结相关环节中的重要问题并拟定初始设计方案，可以两人一组，分模块进行具体设计。3、全面了解车速检测及报警电路的硬件结钩。 4、开学第四周之前上交毕业设计开题报告一份。开题报告内容与学校模板要求一致，字数不少于2000字，经指导老师检查合格后才能进行后续工作。5、合理选择模块和元器件，绘制原理图、，完成硬件电路板的制作和软件的编写。6、完成毕业设计论文，字数不少于15000字。论文应包括中文摘要、英文摘要、目录、正文、参考文献、附录（可无）、致谢7个部分；具体每一部分的格式严格按照学校教务处模板的规定。三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料系统功能及主要参数：(1) 可将转速转换成速度并显示(2) 可设置速度上限报警(3) 显示位数：6位(4) 测速范围：09999m/s(5) 测速误差：0.01m/s (6) 温度要求：-55C150C(7) 电源要求：4.5V28V (8) 仪器形式：外挂式主要参考资料：1 谢维成，杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计T.北京：清华大学出版社，2006.82 朱善君, 孙新亚, 吉吟东等. 单片机接口技术与应用T. 北京：清华大学出版社，2005 3 李光飞, 李良儿, 楼然苗等. 单片机C程序设计实例指导T. 北京：北京航空航天大学出版社，2005 4 兰吉昌等. 单片机C51完全学习手册T. 北京：化学工业出版20095 付家才、沈显庆、孙毅男。传感器与检测技术原理及实践T。北京：中国电力出版社，20086 赵玉刚, 邱东.传感器基础T.北京：中国林业出版社：北京大学出版社，20067 孙宝元, 杨宝清. 传感器及其应用手册T. 北京：机械工业出版社，20048 卢文科, 朱长纯, 方建安。霍尔元件与电子检测应用电路T。北京：中国电力出版社，20059 王鸿麟. 直流稳压电源的原理和设计T.10 孙俊喜. LCD驱动电路、驱动程序设计及典型应用T. 北京：人民邮电出版社，200911 江可石,邓煌.汽车超速报警器:中国 ,20042006951110P1200520722012 何社成,苏勇.报警指示提醒告知应用电路 M.济南:山东科学技术出版社 ,2007: 10821091四、毕业设计（论文）进度表 武汉纺织大学毕业设计（论文）进度表 序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期13.13.15确定课题的设计方向，广泛查阅资料，确定课题题目，撰写开题报告23.163.19进行系统思路设计33.203.28查找用到的芯片资料，了解它们的功能原理43.294.13进行系统硬件部分的设计，包括系统框图，硬件原理图及方案的改进等54.144.29进行软件部分的设计，包括系统程序流程图，程序编制等64.305.4系统整体的改进与调节75.55.17撰写论文85.185.21完成英文文献翻译，整理毕业设计及论文95.225.24完成论文，并交给指导老师评阅105.255.26指导老师签名，准备毕业答辩注：1.本任务书一式两份，一份院（系）留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。2.“实际完成情况”和“检查人签名”由教师用笔填写，其余各项均要求打印，打印字体和字号按照武汉纺织大学毕业设计（论文）规范执行。武汉纺织大学毕业设计（论文）开题报告课题名称汽车超速检测方案设计院系名称电子信息工程学院专 业电子信息科学与技术班 级电科062学生姓名周婷1课题研究的目的和意义目前，我国所发生的大量交通事故其主要原因是车速过高。而汽车超速很大原因是驾驶员在酒后或打瞌睡等意志不清醒的情况下判断力减弱，不知道自己的车速已经超过规定的车速。因而，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，并成为一种趋势。本课题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。本课题的设计是根据现在市场的需要而产生的，它完全符合中小型机动车用户的需要。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。通过本课题的设计，可以使我们了解电子类课题设计的一般步骤及设计方法。熟悉总体电路框图的设计、单元电路设计与分析、可以提高我们理论联系实际的能力，提高独立获取相关知识的能力，提高综合运用相关知识的能力。通过对所设计电路的理论分析与相关计算，可以提高我们分析问题和解决问题的能力。2所属领域的现状，及发展状况随着人民生活水平的提高，汽车已成为当今社会的主要交通工具。交通问题与节能环保问题已成为当今汽车工程领域三大具有重要社会意义和经济意义的研究点，并且得到了相关部门的高度重视。汽车的增加造成的交通事故与日俱增，其中由汽车超速行驶酿造的事故占一半以上。“十次事故九次快”，这是人们在无数次的交通事故中总结出来的安全警语。除了我国，超速和限速也是其他许多国家汽车行业和交通运输面临的重大问题，除了交管部门在道路上采取各种各样的限速设施和方法外，汽车生产企业也在行车限速、保障安全方面做出了很多努力，其中最为突出的就是汽车超速提示和限速器，但其成本太高，合资和国产自主品牌车型在出产时一般不安装此装置。目前为止，国内仍有绝大部分的汽车还未安装超速或限速装置，因此设计一种高性能价格比的汽车超速报警系统有巨大的市场需求。3. 课题的研究内容和手段本次设计的汽车超速检测系统就是汽车行驶记录仪中的一部分，对车辆超速驾驶等违章行为有监督作用，防止交通事故的发生。设计的主要内容有：利用51单片机建立单片机工作系统，用霍尔传感器产生的方波代替车轮的转数，将信号输入单片机，通过软件将该转数按一定规则转换为车速，并用LED显示器显示，当车速超过预先设定的上限值时，发出声光报警信息,并将该超速值记录下来。汽车超速报警器系统的硬件设计如图1所示：霍尔传感器单片机报警单元电源降压稳压单元显示单元 图1 系统硬件框图汽车超速报警器系统的软件设计流程如图2所示：4. 课题的研究方法及步骤：（1）研究分析各模块，拟定方案后分块设计。（2）学习画原理图的相关知识，如Protel DXP。（3）大量阅读和学习与设计相关的软硬件知识，便于以后硬件制作和软件编程。（4）熟悉相关的软件，分别进行硬件部分的设计和软件部分的设计。（5）购买相关的元器件，电路板的焊接与程序的调试。（6）对整个设计进行检查，写报告告 系统初始化开始启动定时器T1，开始定时启动计数器T0，开始计数计数值f大于基准值f0P2.1置零，P2.0置1发出声光警报P2.1置1P2.0置零否是图2 系统软件流程图5.参考文献：1 朱善君, 孙新亚, 吉吟东等. 单片机接口技术与应用T. 北京：清华大学出版社，20052 李光飞, 李良儿, 楼然苗等. 单片机C程序设计实例指导T. 北京：北京航空航天大学出版社，2005 3 兰吉昌等. 单片机C51完全学习手册T. 北京：化学工业出版社，2009 4 赵玉刚, 邱东.传感器基础T.北京：中国林业出版社：北京大学出版社，20065 孙宝元, 杨宝清. 传感器及其应用手册T. 北京：机械工业出版社，20046 卢文科, 朱长纯, 方建安。霍尔元件与电子检测应用电路T。北京：中国电力出版社，20057 王鸿麟. 直流稳压电源的原理和设计T.8 孙俊喜. LCD驱动电路、驱动程序设计及典型应用T. 北京：人民邮电出版社，20099 江可石,邓煌.汽车超速报警器:中国 ,20042006951110P1200520722010 何社成,苏勇.报警指示提醒告知应用电路 M .济南:山东科学技社,2007:10821091 指导教师签名： 年 月 日摘 要本设计基于对汽车行车安全的考虑，设计了简易的汽车车速检测及报警装置。本汽车超速报警系统以AT89C51单片机作为主控制器。当车辆处于行驶状态时，霍尔传感器将车轮转速转换并产生脉冲信号，用单片机统计单位时间内产生的脉冲个数，然后通过计算判断是否超过预先设定的数值，从而判断汽车是否超速，并通过LED显示车辆的实际车速和预先设置的安全参数。当发现车辆速度超过设置好的安全速度时，扬声器开始报警，警告灯开始发光，提醒驾驶员减速，达到防患于未然的目的。该装置应用检测与转换技术、微机控制与接口技术、数字电路技术等知识，对汽车的速度进行实时检测，达到对汽车速度的实时跟踪、检测和限速的目的，提醒人们在生活中注意行车安全。关键词:AT89C51单片机； 霍尔传感器； 车速测量； 显示； 报警 ABSTRACTThis design is a simple installment which can examine the cars speed and auto-alarm for the car traffic safety. The car speed alarm system takes AT89C51 MCU as the main controller. The MCU counts up the number of pulses which are produced by Hall sensor when car wheel is turning unit time，and calculates to determine whether the data is more than the value setting in advance，then judges whether the car is over-speed and shows statistics through LED display. The circuit will actuate the buzzer to warn and the light to brighten up if the measurable speed is faster than the restricted speed in order to call attention to driver. The installment used the examination and transformation technology、 microcomputer control and connection technology and digital circuit technology，which can track、survey and restrict the cars speed real-time and could warn the people to keep safety when they are driving.Key words：AT89C51MCU； Hall sensor； measuring of cars velocity； display； alarm目 录1. 绪论11.1 引言11.2 题目来源及课题意义11.3 车速检测发展过程和趋势12设计方案32.1 设计要求32.2 方案论证42.2.1 设计思路42.2.2 方案论证与比较43系统控制电路73.1 系统设计原理73.2 系统控制器83.2.1 AT89C51简介83.2.2 定时/计时模块功能124外围电路144.1 振荡电路144.2 复位电路144.3 降压稳压电路154.3.1 三端稳压集成电路7805154.3.2 降压-稳压电路设计164.4 传感器电路164.4.1 霍尔传感器介绍164.4.2 测速原理174.5 显示电路194.6报警电路204.6.1 LM386介绍204.6.2 报警电路设计225软件设计235.1 系统程序流程图235.2 软件编程235.2.1 省电模式235.2.2 Flash闪速存储器的编程255.2.3 编程方法255.2.4 数据查询265.2.5 程序校验及芯片擦除265.2.6 读片内签名字节及编程接口265.2.7 AT89C51的极限参数275.3 部分模块软件程序设计275.3.1 系统初始化模块275.3.2 显示单元285.3.3 报警单元295.4 软件抗干扰346总结35参考文献36附录英文文献中文翻译致谢武汉科技学院2010毕业设计武汉纺织大学2010届毕业设计论文武汉纺织大学2010届毕业设计论文1 绪论1.1 引言1随着国内机动车数量的迅速上升,交通事故也呈现上升趋势。根据2003年我国交通事故统计发现,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。其中车辆超速行驶造成交通事故的比例占16%左右,共造成19741人死亡,88180人受伤,在交通事故原因中仅次于无章驾驶所造成的危害。在高速公路上,传统的限速提示板功能的单一性和普遍性,无法良好地完成限速提示功能。有些高速公路上采用了电子限速提示牌,但与普通限速牌相比只是提高了视觉效果, 超过80%的交通事故都是由于司机超速驾驶导致的。这表明，即使在危险路段设置了限速标志，驾驶员由于各种原因，还是很容易将限速忽视。即使在装配了电子监控设备的今天，也仅仅是在车辆超速之后被监控设备记录下来，然后进行处罚，而不能在超速行为发生之时就对司机进行提示，令驾驶员减速以确保安全。在司机熟悉了这种限速牌后仍会出现“熟视无睹”的情况。因超速行驶导致交通事故的比率仍然居高不下。本文从驾驶员角度出发,设计了一种超速报警系统。当车辆处于行驶状态中,该系统通过测速传感器时刻监测机动车辆,并通过6位LED显示车辆的实际车速,当发现车辆速度超过驾驶员设置的最高值时,警示灯发光，扬声器开始报警,提醒驾驶员减速,达到防患于未然的目的。1.2 题目来源及课题意义在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用，并且，随着生产和科学技术的发展，自动化水平也越来越高。自动控制利用控制装置使被控对象的某个参数自动的按照预定的规律运行。本设计的汽车车速检测控制系统就是采用自动控制技术来实现功能的，这样就大大提高了驾驶的安全性。 1.3 车速检测发展过程和趋势根据车速检测的工作原理、内部结构和显示方式，汽车仪表的发展过程可以分为三个阶段:传统检测阶段，现代电子检测阶段，智能化信息系统阶段。1、 传统检测阶段。这一阶段是从20世纪初到20世纪30年代，在此阶段中汽车开始安装车速检测表，确定了现代汽车车速检测的基本结构。这一阶段汽车上的传感器基本上都是机械式/电磁机械式的，汽车检测功能单一，仅仅显示传感器的信息以向驾驶员提供自身的状态参数，更多的是为安全性着想，信息量少，整个检测系统的精度低，可靠性较差，体积较大，视认性不好，容易使驾驶员疲劳。2、现代电子检测阶段。随着汽车电气设备不断增加，电气系统也变得越来越复杂，传统检测方式己远远不能满足现代汽车新技术、高速度、人性化的要求。因此，汽车车速检测的发展过程中被现代电子检测逐步取代了。汽车检测的电子化是随着半导体技术的不断进步而获得迅速发展。电子显示式的开发，始于20世纪60年代，但是电子元器件还达不到装车实用的水平。70年代后半期，随着半导体及显示器件技术的进步，出现了荧光显示管、发光二极管，1978年电子显示问世。进入80年代后，各种电子显示器在汽车上不断得到应用。90年代初期世界上已有60种以上的车型使用电子仪表。从内核上，单片机的广泛应用使汽车由模拟向数字发展;从外观上，逐渐形成了数字显示为主流的显示方式。外形设计现代派的追求和内部结构、显示元器件的电子化，大大推进了汽车仪表技术的重大变革。3、智能化信息系统。20世纪90年代后半期，先进的计算机技术和电子技术等高新技术开始进入汽车，32位和48位微机开始广泛应用，汽车检测的自动化、智能化程度大大提高;与此同时，显示方式也由单色显示向彩色显示和立体显示发展过渡，极大地提高了仪表的视认性和美观性，促进了汽车检测技术的变革。汽车电子控制装置的增多，汽车故障诊断、地形图显示、导向及各种信息服务装置都已开始装进汽车，需要显示的信息和功能增多。此时，汽车仪表已经不再是单纯的信息显示装置，而是逐步拓展为一个智能化信息系统。汽车智能化信息系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括面板、高性能微机及辅助电器电子元件;软件是实现监测控制、处理各种数据、通信等仪表功能的程序系统。4、 未来汽车仪表的发展趋势。毫无疑问，汽车车速检测的电子化、数字化、智能化是汽车检测的发展方向。多元化，由于车用多种信息服务的拓展、车用电子系统集中监控的需要日益增强，为了适应这种信息化社会的需要，多种信息显示方法正在不断研究和开发，使得显示装置向多功能化方向发展，融导航显示装置、各种信息服务功能的接受、车用电子装置的集中监控，以及车中的文字、图像等的显示为一体，集机械、光电一体化使得未来的汽车效率更高、更为安全。数字化。利用嵌入式微处理器进行汽车各种信息的采集、分析、处理和警示。微处理器可以采集多种模式信息，并对这些信息进行分析处理，做出相应的视觉显示、声音警示或需要的其他多媒体输出。随着数字显示技术的成熟，设计人员可以设计出各种各样实用而富有特色的汽车仪表。同时，由于微处理器和现代传感器的使用，还可以大幅度提高汽车仪表的精确度和可靠性。更好的视觉特性。使汽车仪表赏心悦目而又不刺眼，可以在各种不同的光线环境下行驶，汽车仪表要达到不论在什么环境中都清晰可见的要求，能够提供多种亮度可调的自主发光显示方式，包括多种色彩，满足对汽车仪表的苛刻要求。个性化。现代汽车在追求个性化，仪表信息应可以量身订做。技术的共同化，并不会使所有的汽车都成为一种模式。成熟的现代数字电子技术为汽车电子仪表的多样性、个性化设计大开方便之门。信息化，网络化。汽车电子控制装置的增多，使得连接汽车电子控制装置之间的导线也变得更为复杂。为了减少布线的数量，解决众多控制装置和电子仪表之间数据交换问题，车载电子装置间的数据通信变得越来越为重要。为此，需要一种既造价低廉，又能经受恶劣工作环境的通讯系统。用这样的系统控制装置或仪表，可以通过网络和其他装置使数据交换变得非常简单。汽车信息系统以清晰、准确、及时反映汽车行驶时各项信息为目的，不限于信息的显示，还能进行故障自诊断，且能全面反映汽车的工作状况及各种通信联络信息，使驾驶室朝着自动、智能的方向发展。汽车电子仪表作为信息处理和显示的系统，随着半导体器件集成度的进一步提高，电子技术和电子板制造工艺的改进，汽车电子仪表将向着多功能、更高的智能化的方向发展。汽车技术和数字电子技术的联姻，使汽车技术得到了快速发展。汽车仪表的电子数字化，也必将促进汽车仪表向高新技术领域迅速发展。种类繁多、性能卓越的电子数字仪表，会把我们的汽车装点得更现代，更漂亮。2 设计方案2.1 设计要求(1) 可将转速转换成速度并显示(2) 可设置速度上限报警(3) 显示位数：6位(4) 测速范围：09999m/s(5) 测速误差：0.01m/s(6) 温度要求：-55C150C(7) 电源要求： 4.5V28V(8) 仪器形式：外挂式2.2 方案论证2.2.1 设计思路本课题设计使用霍尔传感器，当车子行驶时，车轮转动带动磁钢转动，通过霍尔传感器来感应并输出方波信号。主控模块采用AT89C51,对方波信号进行统计并通过软件编程完成速度的转换。当速度超过设定的安全速度数值时电路开始报警，并用LED显示出当时的速度。系统方框图如图2-1。霍尔传感器单片机报警单元电源降压稳压单元显示单元图2-1 系统方框总图系统以单片机AT89C51为核心，由电源降压-稳压单元、显示单元和报警单元组成。为实现各个模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。2.2.2 方案论证与比较（1）总体方案方案一：主要使用模拟的方法。将车速的信号采集后，可以通过积分器得到电压，然后用比较器来控制报警输出，这种方法主要用到运放和比较器，还要设置各器件参数，会比较粗，不能精确设置速度。方案二：主要使用单片机进行测速。只要转轴每旋转一周，产生一个或多个固定的脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。然后用软件编程来实现将转速转化为速度，并设置速度上限来控制报警输出。这种方法主要就是用到单片机。本设计中我们采用以单片机作为系统控制的CPU方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制，而且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。（2）单片机的选择20世纪80年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有50多个系列，数百个品种。目前世界上较为著名的8位单片机的生产厂家和主要机型如下：美国Intel公司：MCS51系列及其增强型系列美国Motorola公司：6801系列和6805系列美国Atmel公司：89C51等单片机美国Zilog公司：Z8系列及SUPER8美国Fairchild公司：F8系列和3870系列美国Rockwell公司：6500/1系列美国TI（德克萨司仪器仪表）公司：TMS7000系列NS（美国国家半导体）公司：NS8070系列等等。尽管单片机的品种很多，但是在我国使用最多的还是Intel公司的MCS51系列单片机和美国Atmel公司的89C51单片机MCS51系列单片机包括三个基本型8031、8051、87518031内部包括一个8位CPU、128个字节RAM，21个特殊功能寄存器（SFR）、4个8位并行I/O口、1个全双工串行口、2个16位定时器/计数器，但片内无程序存储器，需外扩EPROM芯片。比较麻烦，不予采用。8051是在8031的基础上，片内集成有4K ROM，作为程序存储器，是一个程序不超过4K字节的小系统。ROM内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出厂的8051都是含有特殊用途的单片机。所以8051适合与应用在程序已定，且批量大的单片机产品中，也不予采用。8751是在8031基础上，增加了4K字节的EPROM，它构成了一个程序小于4KB的小系统。用户可以将程序固化在EPROM中，可以反复修改程序。但其价格相对8031较贵。8031外扩一片4KB EPROM的就相当于8751，它的最大优点是价格低。随着大规模集成电路技术的不断发展，能装入片内的外围接口电路也可以是大规模的，也不予采用。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。此设计就采用AT89C51。(3) 测速传感器的选择方案一：使用光敏电阻对里程进行测量。将光敏电阻安装在自行车前叉的一侧，在同等高度的另一侧装上高亮度的发光二极管。在同等高度的辐条上贴上一圈黑色材料，并在黑色材料上打上等间距的小孔，这样当小孔经过光敏电阻时，光敏电阻根据光电流的变化发出脉冲，从而测量出速度。方案二：利用编码器对车轮的圈数进行测量。将旋转编码器安装在车轴上，这样每当车轮转过一定的距离编码器就会发出一个脉冲。利用脉冲数对速度进行测量。方案三：利用霍尔型非接触式转速传感器对里程进行测量。将霍尔元件安装在车前叉的一侧，在轮圈侧面贴一个磁片。当磁片经过霍尔元件时，霍尔元件输出端的电压发生变化产生脉冲，单片机根据脉冲数计算速度。方案四：利用干簧管型传感器测量里程。将干簧管安装在车子前叉的一侧，在轮圈侧面贴一个磁片。当磁片经过干簧管时，干簧管输出端的电压发生变化产生脉冲，单片机根据脉冲数来计算速度。光敏电阻对光特别敏感，当白天行驶时，外界光源将导致光敏电阻发出错误信号；光敏电阻对环境的要求相当高，如果光敏电阻或发光二极管被泥沙或灰尘所覆盖，光敏电阻就不能再进行准确测量；在雾天和雨天光敏电阻的测量的效果也不好。而编码器必须安装在车轴上，安装较为复杂，这样就会给用户带来很多不便。霍尔元件或干簧管不但不受天气的影响，即使被泥沙或灰尘覆盖对测量也不会有影响。而且安装方便，不受光线、泥水等因素影响的优点。由于干簧管属于金属触片接触型开关，其存在防振动、抖动性能差造成计数准确性不高和响应速度慢等缺点。故本设计采用方案三。霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，这种传感器是一个3端器件，外形与三极管相似，只要接上电源、地，即可工作，工作电压范围宽，使用非常方便。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就有信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。在粘磁钢时要注意，霍尔传感器对磁场方向敏感，粘之前可以先手动接近一下传感器，如果没有信号输出，可以换一个方向再试。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。（4）显示单元在速度测量过程中，系统需要对速度做必要的显示，我们考虑以下两种方案：方案一：使用液晶显示屏显示温度。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强等特点。但由于只显示温度这样的数字，信息量比较小，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶的显示芯片，不易维护。方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、放高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度比较高，称量快，精确可靠，操作简单。数码管是采用BCD编码显示数字的，程序编译容易，资源占用较少。根据以上的论述，通过比较，采用方案二。在本系统中，我们采用了数码管的动态显示，节省单片机的内部资源。3 系统控制电路3.1 系统设计原理单片机从传感器检测电路输出的信号作为输入信号，并将输入的信号进行处理运算，以控制电压的形式输出给被控制的单元电路，完成各项任务要求。单片机AT89C51外接测速电路，振荡电路，复位电路，显示电路和报警电路。测速信号从P3.2口输入，P0.0P0.7及P2.7P2.2口用来驱动LED显示，P2.0端口用导线连接到音频放大模块区域中的扬声器IN端口上，在“音频放大模块”区域中的扬声器OUT 端口上接上一个8的或者是16的喇叭，进行声音报警。P2.1 端口接警报灯。当输出高电平时，警报灯亮；输出低电平时，警报灯灭。当车辆超过设置的安全参数时，系统通过该引脚不断的输出高低电平，达到闪烁的警报效果。硬件原理图见附录。3.2 系统控制器3.2.1 AT89C51简介（1）概述AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-1。(2) 主要特性.与MCS-51产品指令系统完全兼容.4K字节可重擦写Flash闪速存储器.1000次擦写周期.全静态操作：0Hz-24MHz.三级加密程序存储器.1288字节内部RAM.32个可编程I/O 口线.2个16位定时/计数器.6个中断源.可编程串行UART通道.低功率空闲和掉电模式.片内振荡器和时钟电路图3-1 AT89C51单片机引脚图 (3) 管脚说明 VCC：供电电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1口：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉倒高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVE DPTR指令）时。P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX RI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区总R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其他控制信号。P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3-1所示：端 口 引 脚 第 二 功 能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 （外中断0）P3,3 （外中断1）P3.4 T0 （定时/计数器0）P3.5 T1 （定时/计数器1）P3.6 （外部数据存储器写选通）P3.7 （外部数据存储器读选通）表3-1 P3口第二功能P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/：当访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。/VPP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部锁定为RESET；当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。(4) 振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。(5) 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 3.2.2 定时/计时模块功能MCS-51单片机的内部资源主要有并行I/O口、定时器/计数器、串行接口以及中断系统，MCS-51单片机的大部分功能就是通过对这些资源的利用来实现的。1.主要特性（1）MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时/计数器：定时/计数器T0和定时/计数器T1，52子系列有三个，还有一个定时/计数器T2。（2）每个定时/计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以对外部信号计数实现计数功能，通过编程设定来实现。（3）每个定时/计数器都有多种工作方式，其中T0有四种工作方式；T1有三种工作方式，T2有三种工作方式。通过编程可设定工作于某种方式。（4）每一个定时/计数器定时计数时间到时产生溢出，使相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理。2.结构及工作原理加法计数器在使用时注意两个方面。第一，由于它是加法计数器，每来一个计数脉冲，加法器中的内容加1个单位，当由全1加到全0时计满溢出，因而，如果要计N个单位，则首先应向计数器置初值为X，且有：初值X=最大计数值（满值）M计数值N 在不同的计数方式下，最大计数值（满值）不一样，一般来说，当定时器/计数器工作于R位计数方式时，它的最大计数值（满值）为2的R次幂。第二，当定时/计数器工作于计数方式时，对芯片引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）上的输入脉冲计数，计数过程如下：在每一个机器周期的S5P2时刻对T0（P3.4）或T1（P3.5）上信号采样一次，如果上一个机器周期采样到高电平，下一个机器周期采样到低电平，则计数器在下一个机器周期的S3P2时刻加1计数一次。因而需要两个机器周期才能识别一个计数脉冲，所以外部计数脉冲的频率应小于振荡频率的1/24。3.方式和控制寄存器定时/计数器的方式寄存器如表3-2所示：表3-2 定时/计数器的方式寄存器TMODTMODD7D6D5D4D3D2D1D0(89H)GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0 定时器1 定时器0 其中：M1、M0为工作方式选择位 ，用于对T0的四种工作方式，T1的三种工作方式进行选择，选择情况如表3-3所示：C/T：定时或计数方式选择位，当C/T=1时工作于计数方式；当C/T=0时工作于定时方式。 GATE：门控位，用于控制定时/计数器的启动是否受外部中断请求信号的影响。表3-3 定时/计数器的工作方式M1M0工作方式方式说明00013位定时/计数器01116位定时/计数器1028位自动重置定时/计数器113两个8位定时/计数器（只有T0有）定时/计数器的控制寄存器如表3-4所示：表3-4 定时/计数器的控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0(88H)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0其中：TF1：定时/计数器T1的溢出标志位，当定时/计数器T1计满时，由硬件使它置位，如中断允许则触发T1中断。进入中断处理后由内部硬件电路自动清除。TR1：定时/计数器T1的启动位，可由软件置位或清零，当TR1=1时启动；TR1=0时停止。TF0：定时/计数器T0的溢出标志位，当定时/计数器T0计满时，由硬件使它置位，如中断允许则触发T0中断。进入中断处理后由内部硬件电路自动清除。TR0：定时/计数器T0的启动位，可由软件置位或清零，当TR0=1时启动；TR0=0时停止。4 外围电路4.1 振荡电路AT89C51单片机有一个片内的振荡器电路，由一个单级反相器组成，可用来作为CPU的时钟源。如果采用内部的振荡电路，则要在单片机的引脚XTAL1和XTAL2之间连一个石英晶体谐振器，并接2个电容到地，即可组成完整的并联谐振电路输出时钟信号。 当采用外部振荡器时，XTAL1端直接与外部振荡器的信号相连，XTAL2端悬空不用，电路图如图4-1所示。 图4-1 振荡器电路4.2 复位电路单片机应用系统工作时，会经常要求进入复位工作状态，所以系统的复位电路必须保证能正确、可靠地工作。单片机的复位是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的RST引脚上出现24个时钟振荡脉冲(2个机器周期)以上的高电平，单片机便可实现初始化状态复位。为了保证密码锁控制器电路可靠地复位，通常