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汽车超速报警系统设计【带电路图】【优秀】

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关键词：: 汽车超速报警系统设计电路图

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汽车超速报警系统设计

48页 18000字数+说明书+任务书+开题报告+电路图【详情如下】

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摘要

近年来，随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高，我国的汽车数量正逐年增加。同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。并且随着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。综上所述，有必要开发一套超速报警系统，辅助提醒驾驶员以达到控制车速的目的。

本系统从汽车行驶的安全角度出发，在不改变汽车原有结构的基础上，对汽车行驶的速度及其它车况参数进行采样、测量、计算，利用AT89S51型单片机对数据进行有效的分析，提高了系统对复杂路况处理能力。并且采用实时报警、延时控制等方法实现督促驾驶员在道路允许车速范围内安全行驶，从而实现超速报警、提高人车安全的重要功能。

在实际设计过程中，利用一个6V直流电动机串联电位器来模拟车轮的转速和线性加速，直观的展示了整个系统的运行过程。

关键词：报警；AT89S51；调试；设计；光电开关

ABSTRACT

In recent years, with the rapid development of auto industry and people living standard rise ceaselessly, the number of cars in China is increases year by year. While driving a car driving china-africa professional personnel has been increasing proportion of personnel. And as people living standard rise ceaselessly, cars had walked into the thousands, and become the main mode of transport. However, private owners because the driver is not a professional proficiency, speed, the feeling is not particularly good, speed often preferences, optional speed, according to a speeding, when car is in speeding state, its stability and security reduced greatly, once in an emergency, often leads to serious traffic accident the elderly. To sum up, it is necessary to develop a set of speeding alarm system, auxiliary remind drivers in order to achieve the purpose of controlling the speed.

The system of the car safety from Angle, not changing the car, on the basis of original structure to the speed of the automobile and other sampling, the measurement condition parameters, calculation of, use of the data type AT89S51 single-chip effective analysis of complex system was improved roads processing ability. And using real-time alarm, delay control method to urge the roads safe driving speed range allowed, thus speeding car alarm, improve the important function people safe.

In actual design process, use a tandem potentiometer for dc 6V to simulate the wheel speed and linear acceleration, intuitive demonstrates the whole system operation process.

Key words: Alarm; AT89S51;Debug; Design；photoelectric switch

摘要………………………………………………………………………………………I

Abstract…………………………………………………………………………………II

第1章绪论………………………………………………………………………………1

1.1 课题背景………………………………………………………………………1

1.2车速报警系统的发展历程、现状与发展趋势……………………………………1

1.3 课题主要研究内容………………………………………………………………2

第2章超速报警系统的理论知识与方案的确定………………………………3

2.1 总体设计思路……………………………………………………………………3

2.2 方案的提出………………………………………………………………………3

2.2.1 测频原理………………………………………………………………………3

2.2.2 侧周原理………………………………………………………………………4

2.2.3 计数原理………………………………………………………………………4

2.3 方案的比较及确定………………………………………………………………5

2.4测量方案设计………………………………………………………………………5

2.5 本章小结…………………………………………………………………………5

第3章超速报警系统硬件设计……………………………………………………6

3.1 主控模块选择……………………………………………………………………6

3.1.1 单片机系统……………………………………………………………………6

3.1.2 时钟电路………………………………………………………………………8

3.1.3 复位电路………………………………………………………………………9

3.2 测速系统设计…………………………………………………………………9

3.2.1 传感器选择及方案设计………………………………………………………9

3.2.2 信号整形……………………………………………………………………11

3.3 按键设计设计……………………………………………………………………12

3.4 报警系统设计……………………………………………………………………12

3.4.1 蜂鸣器………………………………………………………………………12

3.4.2 LED发光二极管报警灯……………………………………………………13

3.5 显示部分方案与选择设计………………………………………………………13

3.6 本章小结…………………………………………………………………………15

第4章超速报警系统软件设计……………………………………………………16

4.1软件设计概述……………………………………………………………………16

4.2软件设计方案……………………………………………………………………16

4.3 各系统程序………………………………………………………………………16

4.3.1 数据处理程序………………………………………………………………16

4.3.2 按键处理程序………………………………………………………………18

4.3.3 LED动态显示程序…………………………………………………………20

4.4 本章小结…………………………………………………………………………22

第5章系统制作与调试………………………………………………………………23

5.1 硬件焊接注意事项………………………………………………………………23

5.2 LED动态数码管调试……………………………………………………………24

5.3对传感器输入信号的调试………………………………………………………25

5.4 声光报警调试……………………………………………………………………27

5.5 总体调试…………………………………………………………………………28

5.5.1 供电系统检测与调试………………………………………………………29

5.5.2 总系统短路检测……………………………………………………………29

5.5.3 各模块独立检测方法………………………………………………………30

5.6 本章小结…………………………………………………………………………31

结论………………………………………………………………………………………32

致谢………………………………………………………………………………………33

参考文献…………………………………………………………………………………34

第1章绪论

1.1 课题背景

随着道路交通建设的加快，高速公路网络遍布。为了治理超速，国家制定了严格的法律法规，但是超速现象还是屡禁不止。据分析，全国近几年发生的特重大交通事故，有70%与超速有关，并且超速行驶违章随着道路交通条件的改善儿不断增多，故设计一种技术成熟的、廉价的、安全可靠的汽车超速报警系统用来保障驾驶员与道路行人的生命财产安全就显得尤为必要了。

1.2车速报警系统的发展历程、现状与发展趋势

纵观近十年的测速报警系统，笔者以时间顺序列出5种市面上销售的常见品种：

1、电子狗：工作原理是依靠经销商预先埋设发射装置，接受固定频率的电波，接收后发出警示音。对城市的固定交通设置或者红绿灯等有预报作用,对视频监控系统也有作用，但必须依赖经销商布网，且需要经销商常更换电池(1～2年/次)，这类产品价格一般在70～200元左右。

2、单频或三频测速雷达报警器：一般为X、K、Ka频段，这类产品只能用于部分监视装置，漏报多，以日本产品或复制为主，现在有很多国产品由于生产及调试设备的原因，基本是单频或三频机。这类产品价格一般在450元～900元之间。

3、测速雷达（模拟）报警器，可接收频段如下：

X频??：?10.525?GHZ?±100MHZ

K频??：?24.150?GHZ?±100MHZ

Ku频?：?13.45?GHZ?±100MHZ

新K频：?24.125?GHZ?±100MHZ

Ka频?：?34.3GHZ?±100MHZ

3.1主控模块选择

主控模块是整个硬件设计该系统的核心。其主要完成外围硬件的控制以及一些运箅功能，对功能的要求不需要过分丰富，但要有足够高的执行效率对数据进行处理。综上所述，故选择AT89S51作为整个系统的主控模块。

3.1.1单片机系统

AT89S51单片机是ATMEL公司推出的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB字节的可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术产生，兼容标准8051指令系统及引脚，并且既可采用在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位的AT89S51单片机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，调试非常方便。第4章软件设计思路及方案

4.1 软件设计概述

软件设计是转速测量的核心，经过放大、整形后的方波送入单片机，利用单片机内部的定时/计数器实现频率的测量，定时／计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。

4.2 软件设计方案

进行应用软件设计时可采用模块化程序设计方法，其优点是：

每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改。

程序可读性好，对程序的修改可局部进行，便于功能扩充。

对于使用频繁的子程序可以建立子程序库，便于多个模块调用。

便于分工合作，多个人同时进行程序的编写和调试工作，加快软件研制进度。

根据设计要求，首先要确定软件设计方案，即确定该软件应该完成哪些功能；其次是规划为了完成这些功能需要分成多少个功能模块，以及每一个程序模块的具体任务是什么。划分模块时应遵循下述原则：

每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的结果。

以单片机为核心的汽车超速报警系统设计完成，并将设计的进程及内容编排于说明书中。经过对超速报警器的理解、设计、硬件焊接、软件编程与系统调试，电路达到了所要求的全部技术指标。通过设计电路和撰写说明书，对所选题目有了深刻的理解，为了实现对电机转速的线性控制，对本设计并没有采用传统的串联二极管限制电压的方法，而是在原电机上加一个电位器，通过调节电位器来控制转速，改进之后，两组数码管不但可以显示两组不同的转速，而且电动机的转速也变为线性变化，非常便于演示车辆超速环境。

归根结底，转速测量才是本设计的理论基础。基于单片机的转速测量仪表在工业生产、汽车技术应用、科学实验及生产生活都是必不可少的。随着电子技术的飞快发展，转速仪表结构简单化、品种多样化与系列化，进一步要向人性化发展，而作为其衍生物的汽车超速报警系统也必定会作为一种遵从人本主义的、简单易用的、廉价的驾驶员超速安全保护措施被大众所接受。

参考文献

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[20] JANSSON J.JOHANSSON J Decision Making for Collision Avoidance System 2002

内容简介：: SY-025-BY-5毕业设计（论文）中期检查表填表日期年月日迄今已进行 7 周剩余 9 周学生姓名魏钊系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆B07-3班指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车超速报警系统设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容1、收集毕业设计有关资料，完成开题报告；2、绘制完成硬件原理图；3、完成硬件的焊接。 1、软件部分的编写2、撰写设计说明书存在问题及努力方向对电路需加深了解，对软件设计仍需进一步学习。学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日SY-025-BY-2毕业设计任务书学生姓名魏钊系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-3指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车超速报警系统设计一、设计目的、意义设计目的：以满足汽车行驶安全性为需要，提高学生对汽车安全及相关辅助报警系统的认识及运用所学知识进行相关设计的培养为目标，设计基于单片机的汽车独立辅助速度报警系统。设计意义：培养学生资料收集、调研分析的能力和方案设计的能力；培养学生创新能力、工程实践能力和商品意识；综合训练学生设计计算、结构设计和控制系统设计能力。二、设计内容、技术要求（研究方法）内容：1、单片机及速度传感器认识及选择2、辅助控制系统设计3、传感器电路和显示报警电路设计4、主机电路及软件设计研究方法：要求对电路有深刻的了解和认识，要求对单片机有一定的基础以及有一定的C语言软件设计能力。三、设计完成后应提交的成果计算说明部分 1、毕业设计计算说明书。 2、主要参考文献目录。图纸部分说明书，传感器特性原理分析图、传感器电路和显示报警电路图、主机（单片机）电路图等。四、设计（论文）进度安排1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告第12周（3.13.13）2、完成说明书纲要及目录第3周（3.143.20）3、整体结构及系统设计方案（草稿）第4周（3.213.27）4、传感器的选择及设计和应用第56周（3.284.10）5、传感器电路及显示报警电路设计第79周（4.115.1）6、主机（单片机）电路及软件设计与分析第1013周（5.25.29）7、完成说明书的撰写及修改第14周（5.306.5）8、设计审核与修改第1516周（6.66.19）9、毕业答辩第17周（6.206.21）五、主要参考资料1 有关汽车运用类、单片机及C语言类、电子技术类、信号模拟及电路设计制作的期刊杂志；2 汽车发动机电控维修手册、汽车电器及电控、单片机及C语言应用类、制图类及相关专业书籍；3 汽车控制、电子技术类、汽车电气与电控、单片机应用、C语言应用、传感器、电路设计及模拟等相关研究数据及相关著作，有关学位论文。六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日SY-025-BY-3毕业设计开题报告学生姓名系部汽车交通与工程学院专业、班级车辆工程07-3指导教师姓名职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车超速报警系统设计一、课题研究目的和意义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。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和经济意义的研究点，并且得到了相关部门的高度重视。截止2010年底，全国汽车的保有量已经超过7000万辆。汽车的增加造成的交通事故也与日俱增，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。据国家权威部门统计，2006年度我国因汽车超速造成大约12 000人死亡，同时所造成的伤残人数更为惊人，给国家、企业和个人造成巨大经济损失的同时，留给事故受害者亲人的痛苦和遗憾，更是无法用金钱来衡量的。并且随着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，不习惯关注车速表，导致实际车速往往根据偏好，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。众所周知，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。每年由于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违章和超速行驶，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速度报警控制系统对自动驾驶显得极为重要因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全将起到重要作用。而且，随着近年来电子技术发展，特别是随着大规模的集成电路的产生，给人们的是生活带来了根本性质变化。单片机自从20世纪70年代问世以来，得到了快速发展。从早期的8位机到现在的32位机，其硬件资源和软件资源不断丰富与完善，它在工业控制、仪器仪表、信息通信等领域有着广泛的应用。微型计算机的出现使现代的科学研究得到质的飞跃，而单片机技术的出现则是给现代工业控制以及日常生活带来了极大的方便，电子技术的发展推动了工业生产及人们的日常生活水平。针对以上情况，设计一种基于成熟的单片机技术的、廉价的、安全可靠的汽车超速报警系统用来保障驾驶员的生命财产安全就显得尤为必要了。二、文献综述（课题研究现状及分析）近年来,尽管社会各界对交通安全越来越重视,越来越关心，投入了大量的人力和物力提高我国道路安全水平,但交通事故的频发次数和造成的巨大经济损失仍然是人们关注我国道路安全水平的热点问题，特别是我国的高速公路。一般来说，设计标准高的道路，交通事故率低，设计标准低的道路，交通事故率高。但自1988年我国第一条高速公路通车以来，交通事故数和死亡人数持续上升。2007年,我国高速公路交通事故死亡人数达到6030人，高速公路里程占全国公路总里程的1.5%，而高速公路交通事故死亡人数却占交通事故总死亡人数的7.39%。超速行驶是严重的道路交通违法行为，尤其在高速公路上容易导致重特大交通事故的发生。目前对超速行驶的防治主要是通过交通工程措施和现场执法措施达到治理超速的目的，交通主管部门经常统一布置超速专项整治行动。但是高速公路里程长，交通状况变化迅，因此怎样有针对性地、高效地治理超速行驶就显得尤为重要。现在市面上销售的汽车超速报警系统主要分为以下几种：1、电子狗：工作原理是依靠经销商预先埋设发射装置，接受固定频率的电波，接收后发出警示音。对城市的固定交通设置或者红绿灯等有预报作用,对视频监控系统也有作用，但必须依赖经销商布网，且需要经销商常更换电池(12年/次)，这类产品价格一般在70200元左右。 2、单频或三频测速雷达报警器：一般为X、K、Ka频段，这类产品只能用于部分监视装置，漏报多，以日本产品或复制为主，现在有很多国产品由于生产及调试设备的原因，基本是单频或三频机。这类产品价格一般在450元900元之间。 3、测速雷达（模拟）报警器，可接收频段如下：X频：10.525GHZ100MHZK频：24.150GHZ100MHZKu频：13.45GHZ100MHZ新K频：24.125GHZ100MHZKa频：34.3GHZ100MHZ激光：904nmP频：固定式照相这类测速雷达报警器以台湾机为主，即所谓的全频机，实际是台湾岛的测速雷达频段，国内早期采用的都为进口测速雷达设备，所以，在国内台湾产雷达报警器还有效，只是对目前国产的测速设备无效。这类产品品牌有南极星、征服者等，最高频率做到了34GHZ左右，价格一般在650元1000元之间。 4、全频测速雷达（数字）报警器，可接收频段如下：覆盖频率：10.525GHZ37GHZ这类测速雷达报警器是真正的全频段，能涵盖目前国内的测速雷达频率，以数字处理芯片提高处理效率，能在瞬间处理雷达波信息，对目前国内最新的跳（变）频测速雷达及以往的测速雷达有效，这类产品以韩国产为主，价格一般在1500元2000元之间。 5、GPS测速雷达报警器，这类报警器即是测速雷达报警加上GPS定位预警系统，工作原理是根据固定测速点或信号灯摄像点的位置数据，通过GPS定位，当车辆接近目标点时提前报警，该系统完全依赖电子数据，没数据它就不报，这就是经销商需要客户在使用过程中经常更新地图数据的原因之一。理想状态的GPS设备应该能装载全国大部分地区的电子数据，但目前市场上销售的GPS设备数据通常在510万个，能达到25万以上的不多，而全国约为30万个电子数据，原因和GPS设备内的闪存容量及CPU的处理能力有关，选购时须了解于信道数、定位反应灵敏度等。另外GPS测速雷达报警器对流动测速雷达一般需要配置测速雷达报警器，而目前市场上配的测速雷达报警器基本是台湾产，其覆盖频率有限，而国内目前大量装备的警用测速雷达为国产，很多雷达均以515度的仰角方式架设，是测速雷达报警器的盲点，所以其对流动测速雷达探测预报效果不不明显，GPS定位预警设备的价格在8003000左右。综上所述，不难看出，现在市面上所谓的超速报警系统大多是为躲避交警部门的测速系统而生，习惯了此种超速报警系统的驾驶员，不但不会提高交通安全性，反而会助长超速行驶的投机之风，极大的破坏了我国现有的交通秩序，而且动辄几千元的GPS、电子狗系统和昂贵的升级费用也让许多驾驶员望而却步。而本人所设计的此套系统的所有功能都是围绕提高驾驶员公路交通安全性儿开发的，且价格便宜（预计不超过50元），故预计将会有良好的市场前景。三、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、本设计基本内容:首先应从硬件的布局设计和元器件的选择入手，此过程主要需要克服的问题为对所用元器件的功能，用途；单片机的选择；数码管的选择；转速传感器的选择；软件的编写以及调试，以保证系统各模块之间的协调工作。当然，由于此系统需安装在车辆上，故还应注意以下两点：（1）单片机的选择：抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。耗能小，可用电池供电。（2）转速传感器的选择：价格便宜，工作可靠，尽量减少对车辆动平衡的破坏。2、模拟解决的主要问题（1）单片机及速度传感器认识及选择单片机选择51系列单片机，它具有低功耗、高性能、内涵闪速可电改写的存储器flash rom、价格便宜等诸多优点。速度传感器初定红外线光电遮断式测速方案。它主要由遮光盘和槽型光电传感器组成，在遮光盘的同心圆上分布一个通光的孔或槽，槽形光电传感器固定在遮光盘工作的位置上，遮光盘转动一周，光敏元件感光次数与盘的开孔数目相等，因此产生相同数目的脉冲信号，以此来计算车轮的转速，间接的求出实际车速（2）辅助控制系统设计光电传感器将通过车轮上挡板采集到的光信号转换为电信号，在送入单片机之前通过cd4069对被测信号进行放大整形处理，获得相同频率的方波信号，通过测量方波的频率或周期，就可以得到车轮的转速。（3）传感器电路和显示报警电路设计初定将两个数码管并联（一个显示阀门转速，另一个显示实际转速），报警电路采用扬声器+发光二极管的设想，即当实际转速超过设定的阀门转速时，扬声器发出警报音，同时发光二极管闪烁。（4）软件设计研究方法：软件设计是转速测量的核心，经过放大、整形后的方波送入单片机，利用单片机内部的定时/计数器实现频率的测量，定时计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。四、技术路线（研究方法）设计框图收集相关资料撰写开题报告学习相关电子知识绘制电路简图筛选元器件深入学习C语言完成硬件连接编写软件成品雏形调试与测试，寻找漏洞，进一步改进设计编写说明书完成五、进度安排 1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告第12周（3.13.13）2、完成说明书纲要及目录第3周（3.143.20）3、整体结构及系统设计方案（草稿）第4周（3.213.27）4、传感器的选择及设计和应用第56周（3.284.10）5、传感器电路及显示报警电路设计第79周（4.115.1）6、主机（单片机）电路及软件设计与分析第1013周（5.25.29）7、完成说明书的撰写及修改第14周（5.306.5）8、设计审核与修改第1516周（6.66.19）9、毕业答辩第17周（6.206.21）六、参考文献1王伟艺机动车行驶记录仪J电子技术，1997，(07)：328-3292肖建敏，倪瑞武汽车事故记录仪J上海大学学报，1995，(01)：467-4723胡汉才单片机原理及其接口技术M北京：清华大学出版社2000：12154余志生汽车理论M北京：机械工业出版社，1999：12，135JANSSON J.JOHANSSON J Decision Making for Collision Avoidance System 20026潘增友城市道路与汽车保有量相互关系研究 2009(7)7周旭艳.彭宣戈.朱兵8051在车辆超速报警系统中的应用 2006(2)8江可石.邓煌汽车超速报警器 20059何社成.苏勇报警指示提醒告知应用电路 200710沈尚贤电子技术导论手册北京.高等教育出版社.11赫建国，郑燕，薛延侠单片机在电子电路设计中的就用清华大学出版社12梁天德，黄传明.单片机测速仪的设计和研制J.华侨大学报:40140713钱建强、薛敏.红外光电转速测量仪J.工业计量 2003（6）:333514庞卫子.数字式转速测量仪J.数据采集与处理 28729015 李勋刘源单片机实用教程北京航空航天大学出版社16吴金成8051单片机实践与应用清华大学出版社17张毅刚彭喜元姜守达乔丽岩新编MCS51单片机应用设计哈尔滨工业出版社七、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计本科学生毕业设计汽车超速报警系统设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 B07-3班学生姓名：指导教师：职称：实验师黑龙江工程学院二一一年六月摘要近年来，随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高，我国的汽车数量正逐年增加。同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。并且随着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。综上所述，有必要开发一套超速报警系统，辅助提醒驾驶员以达到控制车速的目的。本系统从汽车行驶的安全角度出发，在不改变汽车原有结构的基础上，对汽车行驶的速度及其它车况参数进行采样、测量、计算，利用AT89S51型单片机对数据进行有效的分析，提高了系统对复杂路况处理能力。并且采用实时报警、延时控制等方法实现督促驾驶员在道路允许车速范围内安全行驶，从而实现超速报警、提高人车安全的重要功能。在实际设计过程中，利用一个6V直流电动机串联电位器来模拟车轮的转速和线性加速，直观的展示了整个系统的运行过程。关键词：报警；AT89S51；调试；设计；光电开关黑龙江工程学院本科生毕业设计ABSTRACTIn recent years, with the rapid development of auto industry and people living standard rise ceaselessly, the number of cars in China is increases year by year. While driving a car driving china-africa professional personnel has been increasing proportion of personnel. And as people living standard rise ceaselessly, cars had walked into the thousands, and become the main mode of transport. However, private owners because the driver is not a professional proficiency, speed, the feeling is not particularly good, speed often preferences, optional speed, according to a speeding, when car is in speeding state, its stability and security reduced greatly, once in an emergency, often leads to serious traffic accident the elderly. To sum up, it is necessary to develop a set of speeding alarm system, auxiliary remind drivers in order to achieve the purpose of controlling the speed. The system of the car safety from Angle, not changing the car, on the basis of original structure to the speed of the automobile and other sampling, the measurement condition parameters, calculation of, use of the data type AT89S51 single-chip effective analysis of complex system was improved roads processing ability. And using real-time alarm, delay control method to urge the roads safe driving speed range allowed, thus speeding car alarm, improve the important function people safe. In actual design process, use a tandem potentiometer for dc 6V to simulate the wheel speed and linear acceleration, intuitive demonstrates the whole system operation process. Key words: Alarm; AT89S51;Debug; Design；photoelectric switch目录摘要IAbstractII第1章绪论1 1.1 课题背景1 1.2车速报警系统的发展历程、现状与发展趋势1 1.3 课题主要研究内容2第2章超速报警系统的理论知识与方案的确定32.1 总体设计思路32.2 方案的提出32.2.1 测频原理32.2.2 侧周原理42.2.3 计数原理42.3 方案的比较及确定52.4测量方案设计52.5 本章小结5第3章超速报警系统硬件设计63.1 主控模块选择6 3.1.1 单片机系统6 3.1.2 时钟电路8 3.1.3 复位电路93.2 测速系统设计9 3.2.1 传感器选择及方案设计9 3.2.2 信号整形113.3 按键设计设计123.4 报警系统设计12 3.4.1 蜂鸣器12 3.4.2 LED发光二极管报警灯133.5 显示部分方案与选择设计133.6 本章小结15第4章超速报警系统软件设计164.1软件设计概述164.2软件设计方案164.3 各系统程序164.3.1 数据处理程序16 4.3.2 按键处理程序18 4.3.3 LED动态显示程序204.4 本章小结22第5章系统制作与调试23 5.1 硬件焊接注意事项23 5.2 LED动态数码管调试245.3对传感器输入信号的调试255.4 声光报警调试275.5 总体调试28 5.5.1 供电系统检测与调试29 5.5.2 总系统短路检测29 5.5.3 各模块独立检测方法305.6 本章小结31结论32致谢33参考文献34第1章绪论1.1 课题背景随着道路交通建设的加快，高速公路网络遍布。为了治理超速，国家制定了严格的法律法规，但是超速现象还是屡禁不止。据分析，全国近几年发生的特重大交通事故，有70%与超速有关，并且超速行驶违章随着道路交通条件的改善儿不断增多，故设计一种技术成熟的、廉价的、安全可靠的汽车超速报警系统用来保障驾驶员与道路行人的生命财产安全就显得尤为必要了。1.2车速报警系统的发展历程、现状与发展趋势纵观近十年的测速报警系统，笔者以时间顺序列出5种市面上销售的常见品种：1、电子狗：工作原理是依靠经销商预先埋设发射装置，接受固定频率的电波，接收后发出警示音。对城市的固定交通设置或者红绿灯等有预报作用,对视频监控系统也有作用，但必须依赖经销商布网，且需要经销商常更换电池(12年/次)，这类产品价格一般在70200元左右。 2、单频或三频测速雷达报警器：一般为X、K、Ka频段，这类产品只能用于部分监视装置，漏报多，以日本产品或复制为主，现在有很多国产品由于生产及调试设备的原因，基本是单频或三频机。这类产品价格一般在450元900元之间。 3、测速雷达（模拟）报警器，可接收频段如下： X频：10.525GHZ100MHZ K频：24.150GHZ100MHZ Ku频：13.45GHZ100MHZ 新K频：24.125GHZ100MHZ Ka频：34.3GHZ100MHZ 激光：904nm P频：固定式照相这类测速雷达报警器以台湾机为主，即所谓的全频机，实际是台湾岛的测速雷达频段，国内早期采用的都为进口测速雷达设备，所以，在国内台湾产雷达报警器还有效，只是对目前国产的测速设备无效。这类产品品牌有南极星、征服者等，最高频率做到了34GHZ左右，价格一般在650元1000元之间。 4、全频测速雷达（数字）报警器，可接收频段如下：覆盖频率：10.525GHZ37GHZ这类测速雷达报警器是真正的全频段，能涵盖目前国内的测速雷达频率，以数字处理芯片提高处理效率，能在瞬间处理雷达波信息，对目前国内最新的跳（变）频测速雷达及以往的测速雷达有效，这类产品以韩国产为主，价格一般在1500元2000元之间。 5、GPS测速雷达报警器，这类报警器即是测速雷达报警加上GPS定位预警系统，工作原理是根据固定测速点或信号灯摄像点的位置数据，通过GPS定位，当车辆接近目标点时提前报警，该系统完全依赖电子数据，没数据它就不报，这就是经销商需要客户在使用过程中经常更新地图数据的原因之一。理想状态的GPS设备应该能装载全国大部分地区的电子数据，但目前市场上销售的GPS设备数据通常在510万个，能达到25万以上的不多，而全国约为30万个电子数据，原因和GPS设备内的闪存容量及CPU的处理能力有关，选购时须了解于信道数、定位反应灵敏度等。另外GPS测速雷达报警器对流动测速雷达一般需要配置测速雷达报警器，而目前市场上配的测速雷达报警器基本是台湾产，其覆盖频率有限，而国内目前大量装备的警用测速雷达为国产，很多雷达均以515度的仰角方式架设，是测速雷达报警器的盲点，所以其对流动测速雷达探测预报效果不不明显，GPS定位预警设备的价格在8003000左右。综上所述，不难看出，现在市面上所谓的超速报警系统大多是为躲避交警部门的测速系统而生，习惯了此种超速报警系统的驾驶员，不但不会提高交通安全性，反而会助长超速行驶的投机之风，极大的破坏了我国现有的交通秩序，而且动辄几千元的GPS、电子狗系统和昂贵的升级费用也让许多驾驶员望而却步。而本人所设计的此套系统的所有功能都是围绕提高驾驶员公路交通安全性儿开发的，且价格便宜（预计不超过50元），故预计将会有良好的市场前景。1.3课题主要研究内容1、从硬件的布局设计和元器件的选择入手：此过程主要需要克服的问题为对全面了解所用元器件的功能、用途；2单片机的选择：在能够实现所需功能的前提下，尽量选择价位较低的产品以突出产品经济性；3、数码管的选择：选择技术成熟、运行稳定可靠的产品；4、转速传感器的选择：尽量选择成本较低、运行可靠、价格便宜、且直接输出数字信号的传感器以省去数模转换器，进一步降低成本；5、软件的编写以及调试，以保证系统各模块之间的协调工作。当然，由于此系统需安装在车辆上，故还应注意以下两点：（1）单片机的选择：抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。耗能小，可用电池供电。（2）转速传感器的选择：价格便宜，工作可靠，尽量减少对车辆动平衡的破坏。第2章超速报警系统的理论知识与方案的确定2.1总体设计思路本设计从成本和实现的难易程度出发，选择红外线光电遮断式测速方案。它主要由遮光盘和槽型光电传感器组成，在遮光盘的同心圆上分布一个通光的孔或槽，槽形光电传感器固定在遮光盘工作的位置上，遮光盘转动一周，光敏元件感光次数与盘的开孔数目相等，因此产生相同数目的脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机定时计数器计数，定时器Tn定时。定时器Tn完成100次溢出中断的时间t除以测得的脉冲数m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。遮断式光电测量方案如图2.1所示。图2.1 遮断式光电测量原理图采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过4069放大整形后，获得相同频率的方波信号，送入单片机进行运算处理，通过测量方波的频率或周期，测得转速的大小，并由两组四位数码管显示。2.2 方案的提出由于本设计采用数字集成电路为核心，故若将整个系统分为信号的采集，处理与显示三部分，那么其原理可用如下三个框图表示：2.2.1测频原理图2.2 测频原理框图图2-1告诉我们，被测信号通过放大整形进入加法计数器；晶体振荡器的频率信号通过分频产生秒（或分钟）信号，在计数显示控制器中生成寄存脉冲和清零脉冲。寄存脉冲将加法计数器的BCD码送入寄存器，通过译码驱动，LED数码管显示一秒（或分钟）内的计数值，直到下一次寄存脉冲的到来；紧接着清零，进行下一轮计数、寄存（译码显示）；如此，不间断测频。如果我们考察一下这些信号的时序，不难发觉这种定时计数测量方法的缺陷是：被计数脉冲有多一或少一的误差。如果被测频率为10000Hz,多一或少一的误差，相对来讲只不过万分之一；如果被测频率为2Hz,多一或少一的误差，相对来讲就达到了百分之五十，不难看出频率越低，误差越大，而且还有一点，把一秒变成一分钟，误差就变小了。2.2.2 测周原理低频时，需延长采样时间，要提高精度就要采用测周的方法，图。2.3正是说明这种方法。图2.3 测周原理框图将图2-3与图2-2进行比较，我们不难发觉：上述二者的差别在于晶体振荡器与被测信号的位置作了互换，象是代数上的分子分母的颠倒，也正是物理上的频率和周期互为倒数。测周的误差：与测频相似，是多一个或少一个晶体振荡器脉冲，也就是多一个或少一个时基脉冲，晶体振荡器脉冲频率准确度越高误差越小，晶体振荡器脉冲频率越高误差也越小，被测频率越高误差越大；因此测量高频时，对被测信号进行分频，确实是提高测周精度的好方法。2.2.3 计数原理除上述两种方法，还可通过计数器，借助计时器来测量转速。框图2.4表示了计数器的工作原理。图2.4 计数器原理框图2.3方案的比较及确定从上述三个框图我们不难看出，在本着保证系统稳定运行，元件最少化的前提下，应用计数器（兼用一部分测频的理念）测量转速无疑是最适合的。2.4测量方案设计本设计采用单片机技术，能动态显示转速。声光警报模块显示驱动器LED 数码管机车车轮光电传感器89C51单片机键盘输入图2.5 系统原理框图2.5 本章小结本章介绍了转速测量的几种方案：测频原理、测周原理、计数器原理。并对几种方案进行比较。确定转速测量设计方案，本设计介入单片机技术，采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过4069放大整形后，获得相同频率的方波信号，送入单片机进行运算处理，通过测量方波的频率或周期，测得转速的大小，并由两组四位数码管显示。第3章超速报警系统硬件设计3.1主控模块选择主控模块是整个硬件设计该系统的核心。其主要完成外围硬件的控制以及一些运箅功能，对功能的要求不需要过分丰富，但要有足够高的执行效率对数据进行处理。综上所述，故选择AT89S51作为整个系统的主控模块。3.1.1单片机系统AT89S51单片机是ATMEL公司推出的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB字节的可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术产生，兼容标准8051指令系统及引脚，并且既可采用在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位的AT89S51单片机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，调试非常方便。1、AT89S51的基本特性：（1）与MCS-51单片机兼容,含80C51内核。（2）片内有4KB在系列可重新编程的FLASH程序存储器，可擦写字1000次以上。（3）全静态逻辑，工作频率范围：024MHZ。（4）三级程序存储器加密。（5）128字节片内RAM。（6）32个可编程IO端子。（7）提供待机和掉电两种省电工作方式。（8）两个16位定时计数器。（9）有5个中断矢量，允许6个中断源。（10）一个全双工串行口。（11）具有与工业标准80C51一致的指令集和引脚布置.2、AT89S51的引脚及其功能： AT89S51的引脚图如图3.1所示。图3.1 AT89S51引脚图3、引脚功能：（1）I/O口引脚：P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，每位驱动8个LSTTL负载。在访问外部存储器或进行I/O口扩展时，它分时作为低8位地址总线和双向数据总线。P1口：8位准双向I/O口，可带4个LSTTL负载。P2口：8位准双向I/O口，与地址总线（高8位）复用，可带4个LSTTL负载。P3口：8位准双向I/O口，双功能复用口。P1口、P2口、P3口、各I/O口线片内均有固定的上拉电阻，故称为准双向I/O口。P0口线内无固定上拉电阻，有两个MOS管串接，即可开漏输出，又可处于高阻的“浮空”状态，故称为双向三态I/O口。（2）控制引脚：此类引脚提供控制信号，有的还具有复用功能。（3）RST/VPD（9脚）：当振荡器运行时，在此引脚外加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（RST）。引脚与Vss引脚之间连接一个约8.2K的下拉电阻，与引脚之间连接一个约10F的电容，以保证可靠的复位。在单片机正常工作时，此脚应为0.5V低电平。掉电期间，此引脚可接上备用电源（VPD），以保持内部RAM的数据，当Vcc下降到低于规定的值，而VPD在其规定的电压范围内（5+0.5V）时，VPD就向内部RAM提供备用电源。（4）ALE/PROG（30脚）：当访问单片机外部存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的负跳沿用于16位地址的低8位的锁存信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率的1/6（5）PSEN（29脚）：程序存储器使能.此脚的输出是单片机访问外部程序存储器的读选通信号。（6）其他特殊引脚功能：EA/VPP（31脚）：外部寻址使能/可编程电压。MOSI，MISO，SCK（P1.5，P1.6，P1.7）用于ISP编程RXD（P3.0）串行输入口TXD(P3.1) 串行输出口WR (P3.6）外部数据存储器写信号RD (P3.7）外部数据存储器读信号T0 (P3.4) 定时器0外部输入T1 (P3.5) 定时器1外部输入INT0 (P3.3) 外部中断0INT1 (P3.2) 外部中断1XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端XTAL2 振荡器反相放大器输出端3.1.2时钟电路时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。CPU就是通过复杂的时序电路完成不同指令功能的。MCS-51的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。MCS-51单片机有HMOS型和CHMOS型，它们的时钟电路也有一定区别。内部时钟电路，利用AT89S51内部一个高增益的反相放大器，把一个晶振体和两个电容器组成的自激震荡电路接于XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）之间。这样，振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。如图所示。图中晶振体可以是石英晶体或陶瓷结构。振荡频率表可任选。一般频率在1.2-12MHz。对于石英晶体振荡器，电容C3,C4在30pF左右，对于陶瓷振荡器，C3，C4约47pF左右。外部时钟电路，,CS-51的内部工作时钟也可以由外部振荡器提供，这时，对于HMOS型芯片，外部振荡器的信号接至XTAL2，即内部时钟发生器的输出端，而内部反相放大器的输入端XTAL1应接地。在CHMOS电路中，因内部时钟发生器的信号取自反相放大器的输入端（即与非门的一个输入端），故采用外部时钟源时，接线方式与HMOS型的有所不同：外部信号接至XTAL1，XTAL2不用。外部时钟引入方式如下图所示。对外部振荡器的信号没有特殊的要求，一般为0.5-12MHz的方波，方波的波形应尽量规范即上升沿、下降沿极可能垂直。时钟发生器吧振荡频率加以二分频，给主机提供了一个双相信号，第一相信号在每一个时钟周期的前半部分有效，第二相信号则在时钟周期的后一半有效。本次设计采用内部时钟电路，石英晶体（频率12MHz），电容C3,C4为30pF。AT89S51的机器周期为1us。3.1.2复位电路复位是单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。根据应用的要求，本复位电路采用上电复位，需要在RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地，即接通电源后，自动实现复位操作。复位电路图如图3.2所示。图3.2 上电复位原理图3.2测速系统设计测速系统的作用，是将车轮的转动速度，转化为单片机能够识别的方波脉冲数字信号。该系统分为两个部分，一是信号的采集部分（既转速传感器），二是信号的整形部分（通过该部分，将转速传感器输出的信号整形，便于单片机识别。）3.2.1传感器选择及方案设计转速属于常规电测参数。转速传感器从原理（或器件）上来分，有磁电感应式、光电效应式、霍尔效应式、磁阻效应式、介质电磁感应式等。另外还有间接测量转速的转速传感器，如加速度传感器（通过积分运算，间接导出转速），位移传感器（通过微分运算，间接导出转速）等等。测量转速时经常采用磁阻式传感器或光电式传感器进行非接触性测量，测速发电机和某些磁电传感器在线性区域，可以直接通过交流有效值转换，来测量转速。大多数都输出脉冲信号（近似正弦波或矩形波）。针对脉冲信号测转速的方法有：频率积分法（也就是F/V转换法，其直接结果是电压或电流），和频率运算法（其直接结果是数字）。1、传统的磁阻式传感器传统的磁阻式传感器是由磁钢、线圈等分立元件构成的，亦可用耳塞机改装而成。但这种传感器存在一些缺点：第一，灵敏度低，传感器与转动齿轮的最大间隙（亦称磁感应距离）只有零点几毫米；第二，在测量高速旋转物体的转速时，因安装不牢固或受机械振动，容易与齿轮发生碰撞，安全性较差；第三，这种传感器所产生的是幅度很低且变化缓慢的模拟电压信号，因此，需要经过放大、整形后变成沿口陡直的数字频率信号，才能送给数字转速仪或数字频率计测量转速，而且外围电路比较复杂；第四，它无法测量非常低（接近于零）的转速，因为这时磁阻式传感器可能检测不到转速信号。2、霍尔电磁感应式传感器霍尔器件是一种基于霍尔效应的磁传感器，目前使用霍尔效应的磁传感器产品已得到广泛的应用。图3.3为霍尔效应原理图。在一块通电的半导体薄片上，加上和薄片表面垂直的磁场H，在薄片的横向两侧会出现一个电压（图中的Vh称为霍尔电压）。图3.3 霍尔效应原理图霍尔元件的工作原理：所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是1879年被美国物理学家霍尔发现的。当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应。利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。3、光电传感器采用光电传感器，具体做法是：在电动机转子上设置一个遮光板，这样电机每转过一圈，遮光板就会将发光二极管照射到光敏管上的光线阻断一次，光敏管的集电极上电压改变一次，这样便可得到反映电机转速的脉冲信号，光电传感器的工作原理如图3-4所示。采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过放大整形后，获得相同频率的方波信号，通过测量方波的频率或周期，测得转速的大小。图3.4 光电传感器的工作原理图目前，转速传感器正朝着高灵敏度、高可靠性和全集成化的方向发展，采用传统的磁阻式传感器是不可行的。从上面的介绍可以看出，利用霍尔传感器和光电传感器所得到的测速信号是有区别的。利用光电传感器测速，速度信号的频率与电机转速相同，而利用霍尔器件输出的换向信号作为测速信号时，两者相差若干倍：如果是两相电机，换向信号的频率为转速的2倍，三相电机中换向信号的频率则是转速的3倍。霍尔传感器和光电传感器是直接测量转速的方法，光电传感器外围电路简单、原理清晰、简单易懂，所以本设计选用光电传感器。3.2.2信号整形光电传感器将通过电机转轴上挡板采集到的光信号转换为电信号，在送入单片机之前需要对被测信号进行放大整形处理，获得相同频率的方波信号，通过测量方波的频率或周期，就可以得到被测电机的转速。反相器CD4069对信号的整形：CD4069是六反相器”电路，就是六个反相器，每一个反相器单元都由最基本的单级反相器构成，所谓反相器，顾名思义，输入端高电平，输出端就是低电平，输入端低电平输出端就是高电平，通常用于定时电路，高阻抗输入交流电压放大电路，逻辑系统的反相操作， TTL 驱动，脉冲整型，振荡器等。CD4069芯片的引脚图如图3-5：图3.5 CD4069引脚图CD4069 结构简单，原理清楚，外围电路简单，主要用于脉冲整型。 3.3按键设计按键控制：按下按键1（对应单片机P1.4脚），单片机将阀值转速定为80km/h，系统开始测量，并在第一组四位数码管显示设定转速（80km/h），并在另一组数码管显示实际转速。按下按键2（对应单片机P1.5脚），单片机将阀值转速定为120km/h，系统开始测量，并在第一组四位数码管显示设定转速（120km/h），并在另一组数码管显示实际转速。按键一端接单片机引脚，另一端接地，通过单片机编程可以实现上述功能。3.4报警系统设计3.4.1蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。由于蜂鸣器具有比传统的喇叭题记小，价格低等优点，所以此次提示音电路选用蜂鸣器。具体电路见下图：蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。由于蜂鸣器具有比传统的喇叭题记小，价格低等优点，所以此次提示音电路选用蜂鸣器。具体电路见图3.6：图3.6 蜂鸣器电路原理图3.4.2LED发光二极管报警灯发光二极管简称为LED，它是半导体二极管的一种。发光二极管的反向击穿电压约为5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻E可用下式计算： R=(E-UF)/F 式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。由于AT89S51的P0口是开漏输出，所以此电路可以设计为如下简单形式：图3.7 LED报警灯电路原理图3.5 显示部分方案选择与设计显示方案：1、使用8279芯片： 8279芯片是由INTEL于80年代首先推出的优点：通用缺点：元器件多，面积大，电路复杂，综合成本较高。使用辅助单片机在仪器的主控制单片机外，另使用一个辅助单片机专门做显示驱动和键盘扫描。优点：灵活缺点：元器件多，速度慢，易受干扰，综合成本高。2、使用三极管驱动数码管：LED显示器是由发光二极管组成的，用来显示特定的显示器。7段数码管发光二极管使用灵活，简单方便，当有电流通过时，相应的发光二极管就点亮；当电流消灭没有电流时，发光二极管就灭。共阳极LED显示器，就是将所有发光二极管的阳极接到一起，接到电源正极。这样，当某个发光二极管的阴极加有低电平，该发光二极管即被点亮。常用7段数码管LED显示器，共阴极和共阳极结构如下图：图3.8 7段数码管结构与接法图图3.9 7段4位数码管引脚图通过a,b,c,d,e,f,g,dp,各点和公共点的电位，就可以控制每个发光二极管的亮暗，而不同的发光的亮暗组合就可以显示不同的数字（dp点是来表示小数点，在显示数字中不起作用）。如要显示“3”，则只需点亮a,b,c,d,g5个发光二极管，而其他均为暗，对于共阴极LED显示器来说，就是在这些引脚上输入高电平即可。3.6 本章小结本章介绍了本设计硬件部分的组成：传感器、单片机、键盘、四位数码管几部分。并分别介绍了各部分的选择方案及设计，详细的讲述了各部分的组成与功能。硬件部分总体设计方案：采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过CD4069放大整形后，获得相同频率的方波信号，通过单片机运算处理测量方波的频率，测得转速的大小，并通过由三极管驱动的数码管显示。第4章软件设计思路及方案4.1 软件设计概述软件设计是转速测量的核心，经过放大、整形后的方波送入单片机，利用单片机内部的定时/计数器实现频率的测量，定时计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。4.2 软件设计方案进行应用软件设计时可采用模块化程序设计方法，其优点是：每个模块的程序结构简单，任务明确，易于编写、调试和修改。程序可读性好，对程序的修改可局部进行，便于功能扩充。对于使用频繁的子程序可以建立子程序库，便于多个模块调用。便于分工合作，多个人同时进行程序的编写和调试工作，加快软件研制进度。根据设计要求，首先要确定软件设计方案，即确定该软件应该完成哪些功能；其次是规划为了完成这些功能需要分成多少个功能模块，以及每一个程序模块的具体任务是什么。划分模块时应遵循下述原则：每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的结果。模块之间的控制参数应尽量简单，数据参数应尽量少。模块长度适中。根据模块的划分原则，将该程序划分成3个模块，既:数据处理模块、显示模块和按键处理模块。4.3 各系统程序在完成硬件连接后，整个系统软件的编写就是最为重要的部分。一方面需要实现所需功能、尽量本着以人为本的态度让整个系统易用，另一方面还需尽量化简不必要的语句，使程序“瘦身”，尽量减少消耗系统资源且运行可靠。4.3.1 数据处理程序数据处理程序主要完成硬件初始化、子程序调用以及显示、报警等功能。系统接通电源后进行初始化，然后存储器中提取原有保留的最高报警车速。若有按键按下重新设置最高报警车速，则调用键盘中断子程序，在存储器中删除原有的速度并输入重新设置的报警车速。若无按键设置，则最高报警车速仍保留原始数据。数据设定完毕后要调用监测汽车速度子程序进行速度监测。当速小于设定的报警车速值时，调用显示子程序在LED显示器上显示安全行驶车速。当速度大于报警车速值，这时调用报警子程序，报警灯闪烁、喇叭鸣响，同时显示器显示当前车速，提醒司机减速慢行。主程序的内容一般包括：主程序的起始地址，中断服务程序的起始地址，有关内存单元及相关部件的初始化和一些子程序调用等等。程序的起始地址MCS-51系列单片机复位后，（PC）=0000H，而0003H002BH分别为各中断源的入口地址。所以，编程时应在0000H处写一跳转指令。主程序的初始化内容START所谓初始化，是对将要用到MCS51系列单片机内部部件或扩展芯片进行初始化工作状态设定。MCS51系列单片机复位后，特殊功能寄存器IE，IP的内容均为00H，所以应对IE，IP进行初始化编程，以开放CPU中断，允许某些中断源中断和设置中断优先级等。预设值判定预设值1（80km/h）预设值2（120km/h）警戒值判断警戒值判断不超过超过不超过超过不报警报警不报警报警当前速度数组赋值abc4abc7END图4.1 数据处理程序流程图数据处理程序*/void display()f_data = di8+gao8*256; f_data=f_data*36 ; if(over=1) if(f_data800) bj=1;/报警 else bj=0; if(over=2) if(f_data1200) bj=1;/报警 else bj=0;/停止报警 /数据处理 abc4 = f_data%10; /设定值个位 abc5 = f_data%100/10+10; abc6 = (f_data%1000/100); abc7 =f_data/1000;/设定值千位4.3.2按键处理程序按键的作用是改变预设的阀值转速，从而决定在数据处理程序中，与实际转速比较的预设值是80km/h还是120km/h。 START按键判断按键1，速度限制数组赋值80（abc0abc3）Over = 1按键2，速度限制数组赋值120（abc0abc3）Over = 2END图4.2按键处理程序流程图按键处理程序：按键定义部分：sbit key1 = P14;/80公里设定sbit key2 = P15;/120公里设定sbit key3 = P16;/后两个按键未定义按键触发后，数码管显示部分：/*80*/ if(key1=0) over=1; abc0 = 0; /设定值个位 abc1 = 0; abc2 = 0+10; abc3 =8;/设定值千位 /*120*/ if(key2=0) over=2; abc0 = 0; /设定值个位 abc1 = 0+10; abc2 = 2; abc3 =1;/设定值千位 4.3.3LED动态显示程序在采用动态扫描显示方式时，应考虑到LED数码管的数据刷新频率。频率越高，则对车轮的速度变化反应越快。当然，过快的刷新频率虽然使得LED反应灵敏，但也会极大的浪费单片机系统资源，使得系统执行速度下降且无谓浪费电能。综上所述，通过反复试验，延时delay取50ms。N程序延时i+i 8END注入数据abci显示数据abciSTARTY图4.3 LED动态显示程序流程图LED动态显示程序：动态显示程序*/void show() uchar i; for(i=0;i8;i+) P0 = tableabci; P2 = xianshii; delay(50); 4.4本章小结本章将软件分为数据处理程序、按键处理程序和LED动态显示程序三部分，并对具体原理和一些具体取值逐一做出解释，并将整个程序的主干部分用文字系统的表述了出来。软件部分是整个设计的核心，被测信号经过整形送入单片机进行运算处理，并将结果由数码管显示出来，而单片机的工作就要通过软件编程来实现，可以看出，软件部分至关重要。第5章系统制作和调试5.1硬件焊接注意事项本电路中除单片机及与其连接的输入输出设备外，焊接数量最多的就是电容和电阻。将下面详细介绍一下电容与电阻的识别方法及焊接要领。电容有分正负极的，也有不分正负极的瓷片电容，所以焊接的时候要注意。一般来说瓷片电容是不分正负极的，普通电容负极端会有一条黑粗竖线，且电容正极的引脚明显长于负极。电阻与电容不同，电阻无极性之分。通常通过万用表检测电阻以判断其阻值，当然，也可以通过电阻上的彩色条纹准确地读出电阻阻值。目前电子元器件的焊接主要采用锡焊技术。锡焊技术采用以锡为主的锡合金材料作焊料,在一定温度下焊锡熔化,金属焊件与锡原子之间相互吸引、扩散、结合,形成浸润的结合层。外表看来印刷板铜铂及元器件引线都是很光滑的，实际上它们的表面都有很多微小的凹凸间隙,熔流态的锡焊料借助于毛细管吸力沿焊件表面扩散，形成焊料与焊件的浸润，把元器件与印刷板牢固地粘合在一起，而且具有良好的导电性能。锡焊接的条件，焊件表面应是清洁的，油垢、锈斑都会影响焊接；能被锡焊料润湿的金属才具有可焊性,对黄铜等表面易于生成氧化膜的材料，可以借助于助焊剂,先对焊件表面进行镀锡浸润后，再行焊接；要有适当的加热温度，使焊锡料具有一定的流动性,才可以达到焊牢的目的,但温度也不可过高，过高时容易形成氧化膜而影响焊接质量。手工焊接的主要工具是电烙铁。电烙铁的种类很多，有直热式、感应式、储能式及调温式多种，电功率有15W、2OW、35W等多种，主要根据焊件大小来决定。一般元器件的焊接以20W内热式电烙铁为宜；焊接集成电路及易损元器件时可以采用储能式电烙铁；焊接大焊件时可用150W300W大功率外热式电烙铁。小功率电烙铁的烙铁头温度一般在300400摄氏度之间。烙铁头一般采用紫铜材料制造。为保护在焊接的高温条件下不被氧化生锈,常将烙铁头经电镀处理,有的烙铁头还采用不易氧化的合金材料制成。新的烙铁头在正式焊接前应先进行镀锡处理。若使用时间很长,烙铁头已经氧化时,要用小锉刀轻锉去表面氧化层，在露出紫铜的光亮后用同新烙铁头镀锡的方法一样进行处理。当仅使用一把电烙铁时，可以利用烙铁头插人烙铁芯深浅不同的方法调节烙铁头的温度。烙铁头从烙铁芯拉出的越长，烙铁头的温度相对越低，反之温度就越高。也可以利用更换烙铁头的大小及形状来达到调节烙铁头温度的目的。烙铁头越细,温度越高；烙铁头越粗，相对温度越低。根据所焊元件种类可以选择适当形状的烙铁头。烙铁头的顶端形状有圆锥形、斜面椭圆形及凿形等多种。焊小焊点可以采用圆锥形的,焊较大焊点可以采用凿形或圆柱形的。还有一种吸锡电烙铁，是在直热式电烙铁上增加了吸锡机构构成的。在电路中对元器件拆焊时要用到这种电烙铁。本次设计，由于电路简单，并且元器件不多，所以选择了普通30W针脚烙铁。在焊接过程中，第一，眼要准，看准元器件，避免造成误焊；第二，手要稳，手要拿稳烙铁，避免焊联；第三，焊接速度要快，一触即回，避免元器件长时间受热。图5.1为本设计用到的基本焊接及检测工具。图5.1 工具图5.2LED动态数码管调试硬件焊接完毕后，首先调试的就是LED数码管。通过在单片机课程设计实例指导一书中取得的8位动态数码管测试程序，将程序烧入单片机后，LED发光，从左至右依次显示：“0、1、2、3、4、5、6、7”，但亮度极暗。反复检查电路连接依然未果后，尝试将与单片机P1.0-P1.7和P2.0-P2.7脚连接的限流电阻短路。数码管终于达到舒适的可视亮度，且亮度均匀。图5.2 短接单片机P1.0-P1.7和P2.0-P2.7引脚后数码管显示效果图5.3 对传感器输入信号的调试通过示波器对U形光耦测试，发现传感器输出的方波波形并不十分工整，如下图所示：图5.3 传感器输出信号波形图考虑到此信号可能不会被单片机准确识别，故考虑用4069芯片对信号取反并整形。（4069为反相器，取反并非必要，而是要用到4069的整形功能）。将4069芯片焊接到电路板上，7脚接GND、8脚接Vcc，1脚接传感器输出、2脚接单片机p3.5脚（中间串联一个发光二极管是为了确定光栅缺口与传感器是否对正，此二极管并非必须存在，可去除），此时用示波器测P3.5接收的信号波形如下图所示：图5.4 4069反相器输出信号波形图将信号波形局部放大后，如下图所示：图5.5 4069反相器输出信号放大后波形图可以看出，信号经过4069处理后，波形明显规整，故整形成功。5.4声光报警调试声光报警模用处在于当实际车速超过设定转速时，通过发光二极管闪烁和蜂鸣器发出警报音来提示驾驶员。也可以说，所有硬件与程序，都是为了保证在超速情况下另声光报警模块正常工作而存在的，故此模块的调试就显得尤为必要了。报警测试程序如下：#include a#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit P10=P10;/*延时程序由 Delay 参数确定延迟时间*/void mDelay(unsigned int Delay) unsigned int i; for(;Delay0;Delay-) for(i=0;i124;i+) void main() for(;) P10=!P10; /取反P1.0 引脚 mDelay(1000); 此程序可以控制蜂鸣器的发声频率，通过修改延时可以实现频率的改变。经过测试“for(i=0;i124;i+)”语句里，当124是延时接近1毫秒，当此数值为13时，肉眼几乎分辨不出灯光闪烁。所以在调试的时候可以把此数值定在1000左右，根据实际应该修改。“for(;)”语句为无限循环语句，反复执行 P10=!P10； /取反P1.0 引脚 mDelay(1000)；，蜂鸣器与灯光就会一直闪烁和报警。当然，也可以将声光报警系统分为发光LED和蜂鸣报警系统逐一测试。在编写上段程序前，本人曾以如下程序对LED报警灯测试，程序如下：#include sbit P10 = P10; sbit K4= P17; void main(void) IT0=1; EX0=1;EA=1; while(1) int0() interrupt 0 P10=P10 图5.6 LED报警灯测试图不按key4报警灯灭（左）和按下key4报警灯亮（右）当按下key4键（既第4个按键）时，报警灯发光。再按既灭。至此，声光报警系统测试完毕，能够正常运行。5.5总体调试对于硬件已经焊接完成的系统，在各子系统调试完成后，为了保证子系统间能够稳定的相互配合工作，还应进行整个系统的总调试。5.5.1供电系统检测与调试应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否是电源电压，例如常用的5V。下图为测量AT89S51电压，万用表量程调为20V，检测结果为单片机供电正常，其余子系统也按此方法进行供电检测检测。图5.7 供电检测图如果系统不稳定的话，有时是因为电源滤波不好导致的。在单片机的电源引脚跟地引脚之间接上一个0.1uF的电容会有所改善。如果电源没有滤波电容的话，则需要再接一个更大滤波电容，例如220uF的。遇到系统不稳定时，就可以并上电容试试。（由于本系统运行稳定，故省略滤波电容，但此条仍应作为调试内容的一部分）。5.5.2总系统短路检测对于一个新设计的电路板，调试起来往往会遇到一些困难，特别是当板比较大、元件比较多时，往往无从下手。但如果掌握好一套合理的调试方法，调试起来将会事半功倍。对于刚拿回来的新PCB板，我们首先要大概观察一下，板上是否存在问题，例如是否有明显的裂痕，有无短路、开路等现象。如果有必要的话，可以检查一下电源跟地线之间的电阻是否足够大。图5.8 总系统短路检测图将万用表量程调至200档，测量Vcc与GND两脚针之间的电阻，万用表显示电阻无穷大，故初步判断电路中无短路。5.5.3各模块独立检测方法相互独立的模块，如果没有足够把握保证它们工作正常时，最好不要全部都装上，而是一部分一部分的装上（此思路已经在上文中多次提到，故不再重复），这样容易确定故障范围，免得到时遇到问题时，无从下手。一般来说，可以把电源部分先装好，然后就上电检测电源输出电压是否正常。如果在上电时没有太大的把握（、，可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流，然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分OK。反之，则要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。接下来逐渐安装其它模块，每安装好一个模块，就上电测试一下，上电时也是按照上面的步骤，以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。寻找故障的办法一般有下面几种：（1）测量电压法。首先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，其次检查各种参考电压是否正常，另外还有各点的工作电压是否正常等。例如，一般的硅三极管导通时，BE结电压在0.7V左右，而CE结电压则在0.3V左右或者更小。如果一个三极管的BE结电压大于0.7V（特殊三极管除外，例如达林顿管等），可能就是BE结就开路。（2）信号注入法。将信号源加至输入端，然后依次往后测量各点的波形，看是否正常，以找到故障点。当然，也可以采用一种更简单的办法，例如用手握一个镊子，去碰触各级的输入端，看输出端是否有反应，这在音频、视频等放大电路中常使用（但要注意，热底板的电路或者电压高的电路，不能使用此法，否则可能会导致触电）。如果碰前一级没有反应，而碰后一级有反应，则说明问题出在前一级，应重点检查。（3）当然，还有很多其它的寻找故障点的方法，例如看、听、闻、摸等。“看”就是看元件有无明显的机械损坏，例如破裂、烧黑、变形等；“听”就是听工作声音是否正常，例如一些不该响的东西在响，该响的地方不响或者声音不正常等；“闻”就是检查是否有异味，例如烧焦的味道、电容电解液的味道等；“摸”就是用手去试探器件的温度是否正常，例如太热，或者太凉。一些功率器件，工作起来时会发热，如果摸上去是凉的，则基本上可以判断它没有工作起来。但如果不该热的地方热了或者该热的地方太热了，那也是不行的。一般的功率三极管、稳压芯片等，工作在70度以下是完全没问题的。70度大概是怎样的一个概念呢？如果你将手压上去，可以坚持三秒钟以上，就说明温度大概在70度以下5.6本章小结本章主要介绍了硬件的焊接与制作和各系统的调试过程，可以说是硬件与软件的汇总环节。焊接的硬件，编程的软件，配合起来能否实现设计功能，全靠硬件调试及软件调试。首先在焊接完毕硬件平台的时候，必须先调试硬件，然后在调试软件。硬件是软件的基础，而软件是硬件的灵魂。结论以单片机为核心的汽车超速报警系统设计完成，并将设计的进程及内容编排于说明书中。经过对超速报警器的理解、设计、硬件焊接、软件编程与系统调试，电路达到了所要求的全部技术指标。通过设计电路和撰写说明书，对所选题目有了深刻的理解，为了实现对电机转速的线性控制，对本设计并没有采用传统的串联二极管限制电压的方法，而是在原电机上加一个电位器，通过调节电位器来控制转速，改进之后，两组数码管不但可以显示两组不同的转速，而且电动机的转速也变为线性变化，非常便于演示车辆超速环境。归根结底，转速测量才是本设计的理论基础。基于单片机的转速测量仪表在工业生产、汽车技术应用、科学实验及生产生活都是必不可少的。随着电子技术的飞快发展，转速仪表结构简单化、品种多样化与系列化，进一步要向人性化发展，而作为其衍生物的汽车超速报警系统也必定会作为一种遵从人本主义的、简单易用的、廉价的驾驶员超速安全保护措施被大众所接受。致谢首先，我要感谢齐益强老师在毕业设计中对我给予的细心指导和严格要求，同时也感谢本校的一些老师在毕业设计期间所给予我得帮助。在我毕业论文写作期间，各位老师给我提供了种种专业知识上的指导和日常生活上的关怀

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