基于单片机的汽车测速及防盗报警装置

基于单片机的汽车测速及防盗报警装置专业班级学生姓名指导老师职称摘要汽车的舒适性、安全性，操控的简便性，参数监测自动化是汽车设计的重要领域，是提升汽车品质和市场竞争力的重要方面。本论文拟采用微处理器加外围信号处理、传输等硬件系统及相应的软件程序实现汽车车速实时检测与控制，帮助驾驶员了解车辆行驶速度，有效防止事故发生，当汽车与障碍物的距离小于设定值时以及当有人盗窃汽车时，通过语音报警模块发出报警声，有效避免车内贵重物品和汽车丢失。本文通过对交通事故原因的调查，得出超速驾驶的危害，分析了超速驾驶的原因，在对现阶段常用的测速设备分析的基础上，提出了采用STC89C52单片机来完成测速的方法。本论文的课题是基于单片机的汽车测速及报警装置，并介绍了利用单片机系统实现对汽车进行实时监测，给出了单片机控制系统和软件设计的基本思想，采用STC89C52，MXC6202及报警芯片LX110C实现了汽车测速及超速报警。关键词单片机汽车测速STC89C52LX110CVEHICLESPEEDANDANTITHEFTALARMDEVICEBASEDONMCUABSTRACTCOMFORT,SAFETY,EASEOFHANDLING,PARAMETERAUTOMATICMONITORINGISANIMPORTANTFIELDOFCARDESIGN,ISIMPORTANTTOENHANCETHEVEHICLEQUALITYANDMARKETCOMPETITIVENESSTHISTHESISUSESTHEMICROPROCESSORANDPERIPHERALSIGNALPROCESSING,TRANSMISSIONANDOTHERHARDWARESYSTEMANDCORRESPONDINGSOFTWARETOACHIEVEREALTIMEDETECTIONANDCONTROLOFVEHICLESPEED,HELPTHEDRIVERABOUTVEHICLESPEED,PREVENTACCIDENTS,WHENTHECARANDTHEOBSTACLEDISTANCEISLESSTHANTHESETVALUEANDWHENSOMEONESTEALINGACAR,SENDOUTALARMSOUNDBYTHESPEECHALARMMODULE,EFFECTIVELYAVOIDTHEVALUABLESANDTHECARLOSTINTHISPAPER,THROUGHTHEINVESTIGATIONOFTRAFFICACCIDENTS,HARMTHATSPEEDING,ANALYZESTHEREASONSFORSPEEDING,BASEDONANALYSISOFTHECURRENTCOMMONLYUSEDMEASUREMENTEQUIPMENT,PROPOSEDAMETHODUSINGSTC89C52CHIPTOCOMPLETETHESPEEDTHEPURPOSEOFTHISPAPERISTHEVEHICLESPEEDANDALARMDEVICEBASEDON,ANDINTRODUCESHOWTOREALIZEREALTIMEMONITORINGOFVEHICLESBYUSINGSTC89C52SCMSYSTEM,GIVESTHEBASICTHINKING,SCMCONTROLSYSTEMANDSOFTWAREDESIGN,MXC6202ANDALARMCHIPLX110CTHECARSPEEDANDOVERSPEEDALARMKEYWORDMCUCARSPEEDSTC89C52LX110C目录1绪论111选题意义112国内外现状研究113设计目标及主要内容3131设计目标3132主要内容32系统总体方案设计421系统简介422主要电路器件选型4221单片机选型4222加速度传感器选型5223测速传感器选型6224显示屏选型8225报警芯片选型9226电机驱动选型103系统硬件电路设计1131中央处理电路设计11311单片机最小系统设计11312按键电路设计1232传感器电路设计13321加速度传感器电路设计13322超声波模块电路设计14323霍尔传感器的电路设计1533电机驱动电路设计1634显示模块电路设计1935报警电路设计19351倒车提醒电路19352防盗报警电路2036电源电路设计204系统软件设计2141系统主程序流程图21411主机程序流程图21412从机程序流程图2242各子程序单元流程图及设计22421电机控制和测速单元软件设计22422倒车提醒单元软件设计23423加速度检测单元软件设计24424双机串行通信软件设计255结论27致谢28参考文献29附录一源程序代码30附录二总体电路原理图431绪论11选题意义随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺，汽车已经成为一种重要的代步工具。尤其是近几年来，我国开始进入私家车时代，汽车的数量更是逐年增加。与此同时车祸、倒车碰撞和车辆被盗等事故也时常发生，造成了不可避免的人身伤亡和经济损失，因此汽车的测速、倒车防撞和防盗报警问题越来越受到人们的重视。测速电路可以检测汽车的实时速度，帮助用户了解车辆行驶速度，有效防止事故发生；超声波测距法是最常见的一种距离测距方法，应用于本系统中可以测量车辆与障碍物的距离，当距离小于设定的安全范围时，蜂鸣器报警提醒用户有障碍物，可以有效防止倒车碰撞；防盗电路可以检测车辆是否安全，车俩被盗时发出报警信息有效避免用户的经济损失。综上所述，可以看出本系统可以有效的避免车祸、倒车碰撞和车辆被盗等事故，有很大的实用价值。12国内外现状研究目前用于辅助司机倒车的装置主要有语音告警装置、后视系统以及倒车雷达等。语音告警装置用于播放提示语以提醒车后的行人注意避让正在倒车的汽车。这种装置价格便宜，使用方便，其缺点是只能对车后的行人起告警作用，对于其他障碍物则不起作用，所以其应用范围有限。后视系统是由视频捕捉装置和视频播放装置组成，通过后视系统司机可以直观地看到车后的障碍物，消除视觉盲区。由于这类装置的价位较高，目前还没有普遍推广使用。目前，很多科研机构已对汽车雷达技术进行深入开发，国内外也已有相应的产品。经过总结分析，按照工作方式分主要有激光、超声波、红外、毫米波等一些测量方法，它们的工作原理虽然不完全一样，但最终作用都是通过不同的探测方法判断车后方障碍物与本车的相对距离，并根据程序中定义好的危险等级做出相应的预防措施。下面简要分析一下几种方式的特点激光方式激光具有高定向性，能以定向的光束无发散地直线向前传播；单色性好，它可以达到的亮度比太阳光还高几百亿倍；相干性好，激光的频率、振动方向、相位高度一致。因此激光波束近似直线性，很少扩散，波束能量集中，传输距离较远。但它在对气候的适应能力方面具有局限性，因为激光测距方式受恶劣天气、汽车激烈震动、发射镜表面磨损、污染等因素影响，则探测距离减少二分之一至三分之一,降低了实用精度，所以在汽车倒车雷达领域激光测距方式没有得到很好发展。红外线方式红外线可以人为制造,自然界中也广泛存在,一般的生物都会辐射出红外线,体现出来的宏观效应就是热度。红外线透视和夜视是分别利用了红外线的不同性质。红外线测距系统成本低廉，但是容易受到天气和路边等物体干扰的影响，在恶劣的天气与环境下探测距离仍然不能满足要求。毫米波方式毫米波是微波的一个波段，频率在30300G,相应波长为110MM。毫米波电子系统具有如下特性小天线孔径具有较高的天线增益高跟踪精度和制导精度不易受电子干扰低角跟踪时多径效应和地杂波干扰小多目标鉴别性能好雷达分辨率高大气衰减“谐振点”可作保密传输。但其价格昂贵，结构复杂。超声波方式超声波是频率大于20KHZ的声波,具有方向性强、能量衰减缓慢、在介质中转播距离远等特点,用于测距计算方法简单,常用于非接触式距离测量,其传感器种类较多,由于超声波指向性强，在传输过程中能量损耗缓慢，反射能力强，经常被用于距离的测量。由于超声波测距的探测距离较短，主要用于倒车雷达等近距离测距1。目前汽车测速原理可以分为机械式和电子式两类。机械式不够准确，电子式相对准确。电子式的就必须用到单片机与一个电磁感应器用来计算行进中车轮所转动的圈数，输入车轮的外径，计算单位时间内车轮所转圈数即得。现在汽车测速大多采用这种方式。目前的汽车报警系统领域多用到开关振动、超声波、红外探测等类型的传感器，其在应用过程中暴露出诸多的缺点首先，传感器价格昂贵，体积庞大，难以集成。比如超声波传感器，体积大，市场价在8元左右，操作复杂，易受干扰；其次，误报现象比较严重，汽车防盗报警器扰民现象越来越普遍，成为城市管理中的一道新难题。据一些城市统计，这类投诉往往占环境噪声总投诉量的1020，所占比例不算很高，但影响人群不少。本系统采用美新公司的加速度传感器，主要用来检测物体状态。传感器采集到的信号经算法处理后，判断物体是处于移动还是振动状态，进行分级报警，从而克服了传统报警系统的漏报误报现象，大大提高报警效率，提高人们的生活质量。13设计目标及主要内容131设计目标（1）电机转速的实时测量；（2）能实现电机的正反转；（3）能实现电机的加减速；（4）当离障碍物的距离小于设定值时蜂鸣器鸣叫提醒用户；（5）数码管能实时显示电机速度；（6）当电机停止时，检测加速度信息，当加速度值大于设定值时发出报警音。132主要内容本系统可以测量电机的实时转速，帮助用户了解车辆行驶速度，有效防止事故发生；当汽车与障碍物的距离小于设定值时可以提醒用户，避免汽车碰撞障碍物，减少用户的经济损失；当有人盗窃汽车时，加速度传感器检测到的加速度信息大于设定值，单片机控制语音报警模块发出报警声，有效避免车内贵重物品和汽车丢失。2系统总体方案设计21系统简介本论文是基于单片机系统的设计，在系统中，首先要对汽车的行驶速度进行测量与计算，若汽车超速行驶则报警，关于汽车测速的方法很多，例如通过压力传感器测速，声波测速等。由于其他发放可能成本过高或精度较低，所以本系统采用霍尔元件来完成本设计课题。系统框图如下图21测速传感器检测电机的实时速度，通过显示屏显示出来。当电机停止时，主机通过加速度传感器检测加速度信息，并将加速度信息传给从机，当加速度大于设定值时，从机控制报警模块发出报警音，防止车辆被盗。超声波模块用于测量车辆与障碍物的距离，当测量距离小于设定值时，从机控制报警模块的蜂鸣器鸣叫，提醒用户注意障碍物，防止倒车碰撞。测速传感器主机从机报警模块加速度信息超声波模块显示屏加速传感器图21系统框图22主要电路器件选型221单片机选型现今单片机种类繁多，但这次设计所需单片机最好具有低功耗，灵巧，操作简单等特点，所以选择STC89C52，STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能8K字节FLASH，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM、MAX810复位电路，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。另外STC89C52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。掉电保护方式下，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。最高运作频率35MHZ，6T/12T可选23。本系统需要用到四个定时器/计数器，STC89C52只有三个定时器/计数器，如果换用有四个及以上定时器/计数器的单片机（例如ATMEGA64），价格相对较高。而该款单片机价格便宜，降低了系统的成本，并且可以采用双机串行通信的方式满足系统设计要求，所以选择该款单片机。P102345678RSTVPD9XDINWALEOGC图22STC89C52引脚图222加速度传感器选型加速度传感器的工作原理是敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号，进入前置放大电路，经过信号调理电路改善信号的信噪比，再进行模数转换得到数字信号，最后送入计算机，计算机再进行数据存储和显示4。美新的MEMS加速度传感器采用了其独特的气体热感的原理，具有以下独特的性能特点（1）可靠性高，抗冲击能力强50000G；（2）低的共振频率和频响DEFINEUCHARUNSIGNEDCHARUCHARJIASUDUVOIDINITSYSTEMVOIDVOIDDELAYVOIDVOIDINITSYSTEMVOIDTMOD0X20/T1工作于方式2/TH10XFD/通信速率2400BPS/TL10XFDPCON0X00/SMOD0/SCON0X50/允许接收/ES0/开串口中断/ET10TR11/启动定时器1/RI0TI0VOIDDELAY/延时子程序/INTIFORI0IDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARUCHARJIASUDUVOIDINITSYSTEMVOIDVOIDDISPLAYVOIDVOIDINITSYSTEMVOID/系统初始化程序/TMOD0X20/T1工作于方式2/TH10XFD/通信速率2400BPS/TL10XFDPCON0X00/SMOD0/SCON0X50/允许接收/EA1ES1/开串口中断/ET10TR11/启动定时器1/RI0TI0VOIDCOMMVOIDINTERRUPT4USING0/串行中断服务程序/JIASUDUSBUF/保存数据/RI0/清中断标志/VOIDMAINVOIDINITSYSTEMWHILE1DISPLAY/显示5结论（1）系统的特点汽车测速系统，采用单片机，霍尔元件来实现。本系统从功能上来说，比较完备。测速传感器检测电机的实时速度，通过显示屏显示出来。当电机停止时，主机通过加速度传感器检测加速度信息，并将加速度信息传给从机，当加速度大于设定值时，从机控制报警模块发出报警音，防止车辆被盗。（2）系统的不足和改进本系统基本上满足了一般性汽车的测速及报警。但由于时间仓促，本系统还存在一些不足之处，未能做出实物，只能模拟仿真；很多都是理想状况，实际操作可能还会遇到更多难题及困难；改进的话，需查阅更多有关方面资料，进行多方面研究考虑，另外做实物还需要把经过准确测量的电源电压加入电路，且不接入信号源信号。电源接通后，首先观察有无异常现象，包括有无冒烟，异常气味。触摸元件是否发烫，电源是否短路等。虽然，毕业设计只有短暂的几个月，但却使我充分认识到自身还存在很多不足的地方，还需要不断的努力来充实自己、完善自己，只有这样才能学无止境，以求得更大的发展。致谢毕业设计是对我们知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练，培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。本次设计能够顺利完成，首先我要感谢我的母校，是她为我们提供了学习知识的土壤，使我们在这里茁壮成长。时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋临近，毕业论文的的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意感谢我的所有朋友，多年来一直对我进行鼓励和支持，使我端正了学习和生活的态度，使我有恒心有毅力在学习和科研的道路上不断进步。感谢全班所有的同学，四年来对我无微不至的照顾和的关怀，伴我度过充实而美好的大学时光。最后，深深感谢我的家人对我的关心、爱护和帮助，他们的支持、理解和鼓励是我努力完成学业的精神支柱，父母的期望是我前进的最大动力。参考文献1路锦正，王建勤等超声波测距仪的设计J传感器技术，2002，21（8）29342张毅刚，彭喜元，姜守达，乔立岩新编MCS51系列单片机应用设计哈尔滨工业大学出版社，200363楼然苗，李光飞，51单片机设计实例M北京北京航空航天大学出版社，20034索雪松,纪建伟传感器与信号处理电路中国水利水电出版社，20085张琳娜，刘武发传感检测技术与应用M中国计量出版社，20006卿太全,郭明最新传感器选用手册中国电力出版社，20097汤钰鹏，关宇，季晓衡MMCS51系列单片机应用及接口技术，人民邮电出版社，20038李华MCS51系列单片机应用接口技术北京航空航天大学出版社,19939曹家喆汽车电子控制基础机械工业出版社，200710于海生等编著微型计算机控制技术M清华大学出版社，199911王万清智能检测技术北京科学普及出版社，2005,303512吴正毅测试技术与测试信号处理北京清华大学出版社,2003,6572附录A源程序代码主机/最终主机INCLUDEINCLUDE/求绝对值函数DEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTSFRT2MOD0XC9UINTMM0,TT0,A10,A20,A30,X1,Y8SBITWE0P24SBITWE1P25SBITWE2P26SBITWE3P27SBITM1P20SBITM2P21SBITZHENGP14/手动按键SBITFANP36SBITTINGP37SBITJIAP12SBITJIANP13FLOATXG,YGUINTK0UCHARZ0UCHARS“0123“SBITSDAP22SBITSCLP23VOIDINITSYSTEMVOIDVOIDCOLLECTDATAVOIDUCHARCODETABLE0XC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0X80,0X90,0X88,0X83,0XC6,0XA1,0X86,0X8ESHOUSHOU1SHOU2VOIDJIAVOIDJIANVOIDDELAYUINTMUINTI,JFORIMI0IFORJ60J0JVOIDDELAY1UCHARAUCHARC,DFORCAC0CFORD110D0DVOIDXIAN_SHIUCHARGE,SHI,BAI,QIANUINTJJJJMMJJ60/每秒转速QIANJJ/1000BAIJJ1000/100SHIJJ100/10GEJJ10WE00P0TABLEQIANDELAY2WE01P00XFF/关位码WE10P0TABLEBAIDELAY2WE11P00XFF/关位码WE20P0TABLESHIDELAY2WE21P00XFF/关位码WE30P0TABLEGEDELAY2WE31P00XFF/关位码VOIDTIMER_INIT/定时器计数器初始化函数EA1ET01ET21TMOD0X21TH06553550000/256TL06553550000256T2MOD0X00T2CON0X06RCAP2H0RCAP2L0TH2RCAP2HTL2RCAP2LTR01/系统初始化/VOIDINITSYSTEMVOIDTMOD0X21/T1工作于方式2/TH10XFD/通信速率2400BPS/TL10XFD