机动车超速检测报警系统要点

单片机原理及应用期末课程设计机动车辆超速监测报警系统 电气及自动化系单片机原理及应用期末课程设计 题 目： 机动车辆超速监测报警系统 专 业： 电子与信息工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 成 绩： 目 录 第1节 引 言31.1 机动车超速监测报警系统概述31.2 本设计任务和主要内容3第2节 系统主要硬件电路设计42.1 系统总体设计42.2 单片机主机系统电路42.2.1测速传感器模块5 2.2.2报警模块52.2.3测速显示模块62.2.4键盘模块62.2.5单片机扩展电路7第3节 系统软件设计8 3.1 主程序83.2 监测车速子程序83.3 键盘中断子程序93.4 报警子程序 93.5 显示子程序93.6 RAM数据保护9第4节 结束语11参考文献12机动车辆超速监测报警系统第1节 引 言随着生活水平的提高，机动车的使用数量在迅速上升，交通事故也呈现上升趋势。根据我国交通事故统计发现，车辆超速行驶造成交通事故的比例占16%左右，车辆超速在交通事故原因中仅次于无章驾驶所造成的危害，针对这个问题设计了一款车辆超速报警系统。1.1机动车超速监测报警系统概述现如今汽车已经成为人们生活不可缺少的一部分，而交通事故也是人们使用车辆时的一大顾虑，所以从驾驶员角度出发，设计了一种超速报警系统。该系统是以89C51单片机为核心的装置，允许驾驶员通过系统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时，该系统通过测速传感器时刻监测机动车辆，并通过液晶显示屏显示车辆的实际车速和驾驶员设置的安全行驶速度，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，同时警告灯不断闪烁，语音提醒驾驶员减速，达到防患于未然的目的。这项产品的推出可以给广大机动车辆用户提高驾驶时的安全系数。1.2本设计任务和主要内容本系统通过霍尔传感器测量车辆行驶速度，由单片机89C51控制液晶显示、报警电路、键盘模块的工作情况，可靠完成每一部分的工作。主要内容如下：1、系统硬件电路的设计（1）霍尔传感器准确采集车辆实时速度；（2）液晶显示车辆实时速度等参数；（3）单片机控制报警系统准时对超速行驶进行声音报警，同时警告灯不断闪烁；（4）提高本系统的抗干扰性能。2、系统软件的设计（1） 主程序；（2） 监测车辆速度子程序；（3） 键盘中断子程序；（4） 报警子程序；（5） 显示模块子程序。 第2节 系统主要硬件电路设计2.1 系统总体设计系统硬件设计主要包括以下五大模块：89C51单片机主控模块、传感器模块、报警模块、显示模块和键盘模块。其中89C51 主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能;传感器完成信号的采样功能;报警模块主要负责声音报警和灯光报警;显示模块完成字符、数字的显示功能。系统总体设计方案如图2-1所示。图2-1 系统总体设计框图2.2 单片机主机系统电路AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128B的随机存取数据存储器，采用高密度、非易失性存储技术，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案，有效地降低开发成本。40个引脚，32个外部双向输入/输出端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。为了初始化单片机内部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H, SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。复位操作有两种情况，即上电复位和开关复位，本系统采用更可靠的开关复位形式。单片机主控基本电路如图2-2所示。图2-2 单片机基本原理图2.2.1测速传感器模块 速度传感器模块是整个系统不可缺少的部分，而这部分正是车辆传感器中的易损器件，所以系统采用了非接触式传感器。非接触式传感器的脉冲输出信号具有稳定性较好，不易受外部噪声干扰，对测量电路无特殊要求等优点，并且结构比较简单，成本低，性能稳定可靠，这种传感器正符合本系统的要求。本系统使用的非接触式的测速传感器由霍尔开关、磁铁组成，工作原理是将霍尔开关和磁铁分别安装在车架、车轮的恰当位置，车辆行驶时，在磁铁的作用下，霍尔开关产生的开关信号经过整形被直接输入到单片机计数器1引脚，作为计数器1的计数脉冲信号。AT89C51利用定时器T0定时一段时间后，然后提取T1中的脉冲个数，经过公式计算就可测量出车辆行驶的瞬时速度。2.2.2 报警模块 报警模块主要有报警灯和声音提醒，报警灯用一只发光二极管，而声音提醒部分本系统进行了最优的选择。声音提醒可以选用蜂鸣器，也可以用扬声喇叭，但是蜂鸣器的声音刺耳难听，会是系统的一大缺点；而扬声喇叭的功耗大。所以我们选用语音芯片来实现，提供真人语音，弥补了以上两种方法的不足，更为系统增添了特色。 本系统使用ISD4004语音芯片。ISD4004语音芯片内含晶体振荡器、防混叠滤波器、平滑滤波器、自动静噪、音频功率放大器及高密度多电平闪烁存储陈列等功能，因此只需很少的外围器件就可构成一个完整的声音录放系统。采样频率可为4.0kHz、 5.3kHz、6.4kHz、8.0kHz频率越低，录放时间越长，而音质则有所下降。片内信息存于闪烁存储器中，可在断电情况下长久保存反复录10万次。器件工作电压3，工作电流25-30mA，维持电流1uA，单片录放语音时间8-16min，音质好。 在语音芯片内录入本系统需要的声音“请减速行驶，注意安全”，当行驶速度超过设定的安全速度时，语音芯片就会以真人的声音不断提醒驾驶员，同时报警灯也会不断的闪烁示以警告，直至减速到安全行驶范围内。2.2.3液晶显示模块 显示模块用于显示设定的安全车速和车辆行驶的实时速度，以及警示字符。显示模块方案论证：（1） 方案一：使用数码管来显示，成本会较低，但只能显示数字，不能显示字符，而且也不是很美观，而且电路设计时会比较复杂，占用资源，所以不采用这种方案。（2） 方案二：使用液晶来显示，可以任意设置显示的内容，而且电路设计简单，占用的资源少，系统做起来也很美观。综上所诉，选第二种方案是最合理的，硬件电路设计如图2-3所示。图2-3 液晶显示模块电路图2.2.4 键盘模块 键盘模块提供用户设置安全的行驶参数，一共有12个按键，分别是0-9十个数字键、设置键和确定键。使用2*6的矩阵式键盘，这种占用资源少，可以将节省的资源做它用。硬件电路设计如图2-4所示。图2-4 键盘模块电路图2.2.5 单片机扩展电路 由于单片机内部资源不足以供本系统使用，所以需要对单片机进行基本资源的扩展。图2-5 单片机扩展电路第3节 系统的软件设计- 该系统软件主要由主程序、数据采集与A/D 转换子程序、键盘中断子程序、警告子程序、显示子程序等模块组成。因为本系统需要采集车辆实时速度，所以对精确度的要求很高，所以在软件程序这里要将时间算的精确。3.1 主程序主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，主程序流程图如图3-1所示。图3-1 系统软件流程图3.2 监测车速子程序主要是计算出车辆的时速，为报警提供参考依据。本系统在实验过程中，曾尝试许多种滤波法，最后采用防脉冲干扰平均值滤波法取得较好的效果。如果采用一般的平均值法，则干扰将会“平均”到结果中去，故平均值法不易消除由于脉冲干扰而引起的误差。为此，可先去掉N个数据中的最大值和最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。本系统将测量的一个数据送到寄存器B和累加器A中，使用R0作为计数器，R2、R3中存放最大值，R4、R5中存放最小值，R6、R7中存放累加值和最后结果（R2、R4、R6 中为低字节），然后再送入RAM保存与预值比较。3.3 键盘中断子程序主要实现合法参数的输入，包括键盘的扫描子程序和查表转换子程序以及键盘去抖动子程序三部分。3.4 报警子程序- 主要实现在车辆超速行驶状态下发出报警信号。包括ISD4004语音芯片输出子程序和警报灯的闪烁子程序。3.5 显示子程序采用数字化显示用户设定的最高时速和车辆实际时速。该部分子程序主要是对8155芯片进行控制,使液晶显示屏进行动态显示。3.6 RAM 数据保护本系统扩充有RAM 保存数据，这些数据的写入是使用MOVXDPTR,A 指令来完成。当CPU受到干扰而非法执行指令时，就会改写RAM 中的数据，导致RAM 中数据丢失。为了减少RAM中数据丢失的可能性，我们再RAM 写操作之前加入条件陷阱，不满足条件时不允许写操作，并进入陷阱，形成死循环，然后由看门狗来摆脱困境。程序编制如下：MOV A,#00HMOV DPTR,#0000HMOV 6EH,#55HMOV 6FH,#0AAHLCALL WRDPRETWRDP: NOPNOPNOPCJNE 6EH,#55H,XJ ;6EH 中不为55H 则落入死循环CJNE 6FH,#0AAH,XJ ;6FH 中不为AAH 则落入死循环MOVX DPTR,ANOPNOPNOPMOV 6EH,#00HMOV 6FH,#00HRETNOPXJ: NOPSJMP XJ结束语本系统的研发对机动车使用者来说一个非常实用的系统，将会有很大的市场价值。而本设计中的液晶显示的使用可能会增加成本，会使用户在价格上有一些顾虑，但是在其实用程度上还是会略胜一筹的。所以本设计的优缺点一定程度上都是兼有的。这项课程设计的题目是用了几天的时间才确定下来的，由于一直都找不到合适的题目，最后就确定用了我的课题的内容，由于课题还在制作中，所以有些部分还没有认证过，还不确定某些方案的可行性。本设计是在临近期末所做，虽然时间紧迫，但是我还是尽我的最大努力一步一步来设计，但其中也不乏会有一些错误。本次课程设计的经历让我知道了一个系统的设计是需要如此的耐心和细心谨慎，硬件的制作是建立在设计思想的基础上，若思路错误，则硬件是不会成功的。而课程设计记录的就是设计思想，要把每一部分都要认真做的准确。完成这个设计之后，我知道了一项设计的撰写需要的基本素质，