【《基于单片机的电动车测速装置与安全报警系统设计》12000字（论文）】

页共30页1绪论1.1研究背景与意义随着中国城市规模持续扩张,私人交通领域快速增长的轿车需求正在将越来越多的大中城市推向交通能力的极限。国务院发展研究中心宏观部研究员李某认为,为了缓解交通拥挤,很多城市将发展大型公共交通系统作为解决问题的惟一出路,但受制于投资规模和宏观经济稳定增长的约束,以及公共交通的局限性[1]。相比而言,相比而言,轻型电动车则被作为是另外一种操作更快捷、方便、无二次排放等污染、无汽车尾气噪声的干扰的交通工具，同时其购买价格相对于其它交通工具更加便宜，是新一代轻型的平民化的家庭交通工具,弥补了交通工具在平民化家庭中的空缺。轻型电动车优势突现,将有望成为国内当前及部分城镇及中城市等经济收入较低人群家庭购车首选。由于环境问题和全球变暖问题的出现，电动车在环保方面的优势更使得电动车的发展十分的迅速，人们对于电动车的要求同时也越来越高，最初的电动车只是用于自行车的助力，让人们在骑自行车的时候更加省力；到现在电动车成为主流的交通工具之一，人们开始追求电动车的安全性和舒适性。同时，也需要掌握一下一些基本的参数，例如速度，里程，时间等。所以在电动车生产的过程中，需要加装一个电动车安全行驶系统，让人们在使用电动车过程中更加安全，当电动车速度过快的时候，通过系统来将超速信号传达给骑行者，从而来避免因为车速过快而造成的交通事故。最传统的机械式测速表的缺点十分的明显，当车速过慢的时候指针摆动幅度过大，测出来的速度不准确，同时随着使用时间的增长，里面的软轴会存在损耗，从而导致测速不够准确。所以随着社会经济与科学技术的不断发展，人们将传统的测速表换成了电子式的，测速表的功能也不再单一。越来越多的电子相关的传感器被电瓶车厂家所使用，在电动车的测速和报警方面应用最多的就是霍尔传感器。通过设计一些电路之后，可以快速的测量出当前的速度，然后可以借助一些辅助的传感器，将当前的时间、车速和里程在液晶显示屏当中显示，用户可以轻松的了解当前的电动车状态。本设计中，设计了基于单片机的电动车安全行驶系统，这个设备具有以下功能：（1）能够实时的测速出当前的电动车的行驶速度并通过液晶显示屏来进行显示。（2）用户可以通过按键设定档位速度，分为低速，中速，高速三个速度挡位。每个档位，都会有一个速度上限，超过这个上限，就进行蜂鸣器报警，以此来提醒用户，从而避免电动车在行驶过程中因为车速过快而造成的安全问题。（3）系统具有众多的辅助功能，能够显示时间和里程，设置轮胎半径来适应各种尺寸的轮胎等。通过以上设计之后，当用户在骑行电动车的时候，会有更良好的骑行体验，可以实时的掌握到自己的骑行速度，并能够在超速之后进行报警。在如今这种复杂的交通系统中，更大意义上的保护到骑行者的安全问题，避免因为车速过快而造成的交通事故，同时对整个社会的交通安全也有着重大意义。

1.2国内外的研究现状此计划以电动自行车为主。通过将这1300辆电动自行车免费发给大城市用户,借此来刺激欧洲大城市的市民免费使用这种环保交通工具。在美国,由于政府提倡节省费用,鼓励少用汽车,已有不少人转而使用电动自行车。1999年美国电动自行车市场仅有6.5万辆,2000年就超过12万辆,增长幅度惊人。只要产品技术进一步获得改善,地方政府将提供更安全地骑车的道路及停车场,届时美国的电动公共自行车市场由于受欧洲油价上涨和环保意识等因素的影响。欧盟执委会在欧洲10国赞助一项E-Tour计划,推动电动车车辆的发展,份额还会将获得进一步地扩大。电动公共自行车技术及电动车相关技术产品的规模化生产和制造也将引起美国等各相关公司的兴趣。如克莱斯勒汽车公司、通用汽车公司等车型均首次参与中国电动踏板自行车市场上的自主产品设计开发制造及技术竞争[2]。电动车凭借方便、节能、环保的优点,以其自身的优势在国内外引发了一阵阵的消费高潮。但是,无论是国内销售,还是海外发展的电动车,现在还是处于一个摸索中成长的阶段,我国的电动自行车产业还存在一些问题,其表现主要有以下几点:科技含量不够高。目前,大多数我国自主的生产智能电动车厂家仅仅只是依靠一个个几乎没有装配标准的模具制造和装配的工厂,其智能整车配件产品仍然主要地依靠厂家从国外市场低价直接购入,外购件企业自身配件的装配制造与质量安全还依然无法有效得以保证。有些工厂也许采用了微控制芯片,但是因为这些智能工厂设计中产品本身就存在着的种种的技术因素问题,,根本设计上也没有把智能成分加在在里面。整体产业链上中下游问题百出。电动车长期以来处于政策和市场对立的尴尬境地,其中道路号"禁行"更可谓是成为制约整个我国电动车市场继续前行的最大的另一道绊脚石[3]。另外,电机、控制器、电池、车架、外观件的链条式生产配套能力差。无具体的行业标准要求限制。目前电动车有好多方面只能依循自己的企业标准或者说检验规范来对产品进行限制。每个企业对产品的要求各不相同,这样对电动车的质量保证产生了很大分歧。所以要出台相关的行业标准,让电动车的质量要求等方面有法可依、有规可查。通过调研发现，国内的科研院校、交通管理部门和城市建设的单位对于公路交通的速度都有了很多的限制和研究，同时也出版了很多的文献资料以及设计规范。就目前而言，对于车辆速度的监测技术手段有很多种主要有：机械式测速表、测速发电机型测速表、脉冲式转速传感器型测速系统和雷达测速。机械式测速表的整个系统简单，不需要任何能源就可以运行，但是在低速行驶的时候误差较大。测速电机采用的是电磁感应产生感应电动势，将转速转换成电压，从而得到实际速度，这种测速表采用的是电传输，安装方便，所以使用较为广泛。但是它的精度好事不够高，在低速的时候产生的电动势较低，在车速过低的时候测速单位甚至不工作。脉冲式测速系统主要分为光电式和磁电式两种，这种测速方式虽然相比于测速电机有着较多的优点，传感器的输出型号易于数字化处理，但是使用价格较为昂贵，不适宜用在电动车上。雷达测速是直接测量速度和距离的方法，需要在电动车上安装雷达，价格也较为昂贵。在查看外文资料查看国外的研究方面，发现国外对超速进行研究开展较早也较为成熟，同时他们已经根据不同的场合建立了各种不同的车速模型。车辆行驶信息采集的设备如美国公路交通公司所研发的Autoscoe测速系统，是一种基于高科技手段的测速系统，利用了摄像头的方式来捕捉信号，并进行测速[4]。该课题研究是智能电瓶车测速报警的系统,驾驶员可以根据实际需要设置上限车速，实现了电动自行车速度的实时监控以及超速后的自行报警。及时提醒驾驶员,从而减少交通事故。1.3本课题设计内容及章节安排本套系统设计是基于单片机控制系统开发的智能电动车安全行驶系统，软件技术基础上又对系统进行做了部分硬件技术层面的软件改进以及优化,能够实现有效地实现了实时对智能电动车行驶状态下车速进行实时监控及超速时进行报警；车速检测方面,使用传感器件都是霍尔传感器,具体的产品型号均为A4E,该系统中的仪表控制台上还特意设置的有多了一个数字键和操作键,驾驶员用户就可以自行的根据其个人及实际行车实际使用情况需要自行选择要速度的档位并做出相应的速度调整,当车速超过设定速度时,报警系统会发出警示音，报警系统采用蜂鸣器，从而提醒驾驶人降低车速，减少交通事故的发生。（1）利用单片机对车速进行采集。（2）能够显示当前的车速，里程，时间。（3）用户能够设定速度的上限，轮胎的半径。（4）当超过设定的上限的时候，能够报警。（5）系统采用液晶LCD1602来进行显示。（6）报警系统具有自动报警系统功能,报警处理方式采用电子蜂鸣器进行报警。本论文的基本安排如下：本论文在结构安排中，一共分为了4个部分，其中，第一部分主要是概论类的东西，分为两个章节，详细的介绍了本课题所研究的背景与意义，国内外对于本系统的研究，并对论文的整体做出了详细的说明。论文的第二部分，主要是从系统方案的选择，系统的整体出发，对系统的基本架构做了确定，并设计了系统的整体框图。论文的第三部分，主要是对系统的硬件电路做了设计，并在分模块中，说明了主要的设计模块。论文的第四部分是系统的软件设计，对系统的软件进行了详细的介绍。论文的第五部分是系统的实物设计部分，对系统的实物制作进行了详细的介绍。同时在论文的最后，添加了本论文的参考文献，论文的结论，以及相关的附录等详细的信息。

2系统方案设计2.1系统总体方案设计随着人类对于科技技术的不断探索，以及从上个世纪开始对电子技术的短研究，电子技术，单片机技术，自动化控制技术已经有了快速的发展。在许多的领域中，单片机技术已经发挥了不可替代的作用。通过单片机结合不同的芯片和模块可以实现人们所指定的特定功能，并能够为什么的生产生活做出巨大的贡献。智能电动车测速报警系统便是本文利用单片机所研究的系统。通过向指导老师的请教以及在学校的图书馆中查阅资料，在网络中查阅相关的资料经过多次的修改之后，对本系统中的总体方案进行了详细的设计。在整个智能电瓶车测速报警系统的来进行系统的开发过程中，系统的总体架构和方案的确定是非常的重要的，同时，这个方案的驱动也是非常的复杂，因为一旦确定，就需要执行相应的具体设计，而在具体的设计中，还要面临多次的修改和整体进行优化。整体方案的复杂之处在于，方案的确定中，要考虑到硬件的各个模块的参数，也要考虑各个模块之间的配合，甚至是传感器的IO口和单片机的IO口能否直接兼容。总之，影响的因素有很多，最终在老师的帮助和指正下，我们设计了以下具体方案。在本设计的核心是STC89C52单片机，通过霍尔传感器来测试电动车的速度，利用液晶来进行显示，用户通过按键来设置不同的速度上限，分为低速，中速，高速。在每个档位下，超过上限，进行报警，同时系统具有时间显示的功能。如图2.1所示。图2.1系统总体设计框图各个模块使用具体型号及功能如下：核心的处理模块：使用STC89C52，作用是完成数据的处理与运算，是整个设计的核心；霍尔传感器模块：使用的具体型号是A4E霍尔传感器，其作用是将车辆转动的信号转换为单片机可以识别的脉冲信号，单片机进行处理；液晶显示模块：使用液晶LCD1602来进行显示当前速度、里程和时间。按键模块：使用按键作为我们整个系统的低速，中速，高速的输入模块，完成报警上限的输入，轮胎半径的输入，里程清零等工作；蜂鸣器模块：与LED一起组成声光报警电路，当超过上限的时候，进行声光报警。2.2系统各模块的选择2.2.1测速模块的选择在速度的检测方面，通过查阅相关的资料发现，目前常用的测速方式一般分为两种，一种是红外测速，一种是霍尔测速。通过查阅相关的资料发现，通过分析我们所查阅及国内外一些相关研究书籍上的光电技术资料还可初步发现,红外光电子测速仪设备系统是主要指的由光源、光电盘、光敏二极管、检波系统与光学放大和滤波放大电路以及与各种光电数显装置共同组成的等光电设备的组成形式(如图2-1所示)。光电盘可随旋转轴也一同向前转动,光敏二极管会将向光电盘透射发出来的激光信号自动转换为计数电信号,然后再通过控制计数脉冲产生的振荡频率,即可快速在各种数显装置仪表上自动读出旋转轴上的转速[5]。目前我国汽车的发动机转速的计量分析技术水平与工业发达国家标准相比,在测试精度可靠性上都与世界发达国家比还有相当一定比例的技术差距,精度较低，测速收室外光线影响较大，而且需要在被测部分贴上明显的反光或者是吸光材料，而这种材料是极易被弄掉，使用在电动车上难度较大。相比应用于红外激光测速,霍尔测速传感器(如图2-2所示)具有的主要优点相对较多:可用于直接探测到多种高精度物理量,例如位置坐标感应,速度以及对运动和方向速度的直接感应测量;因为是固态设备,而且没有任何活动的部件,在理论上可以永久使用;而且它的体积较小方便安装;最主要的时候价格较为便宜,用在电动车非常的合适。当然它也不是没缺点的,因为它是要利用磁性来完成测量,容易受到外部强磁场作用的直接影响;同时电阻受到外界温度压力的变动影响系数较大,会明显影响电阻载流子的能量迁移率和电阻霍尔传感器信号的动态灵敏度。当然这种测速用在电动车上影响几乎微乎其微，所以结合各方面来看，还是采用霍尔测速的实用性更强且更加适合。图2-1红外线传感器图2-2霍尔传感器2.2.2显示模块的选择在本设计中，需要对测试的速度，里程，以及设置过程中的数据进行显示。主要形式可根据考虑范围分为以下两种,一种形式是采用数码管显示,另一种则主要类型是直接采用LCD1602点阵进行显示。数码管的屏幕本身在对能源上的消耗相对比于普通的液晶屏高的很多,当然这种对能源上相对的消耗较多所带来了最大的一个的优点是即使在室内户外在白天或在夜晚强光情况下数码管屏幕的画面的显示画面也都会是相对地比于一般普通液晶屏显示要画面更加地明亮与清晰,但在一般的在户外室内由于数码管屏幕可能会出现由于会有部分散光或渗漏可能会导致屏幕中所要的显示的画面上的部分图案出现有的重影,液晶屏幕就不会存在这种现象,所以相对普通的液晶屏来说数码管更适合于在户外环境的使用,但是液晶显示器极其方便高效省电,它适合长期使用在室外的显示。同时由于数码管屏幕显示表现出来的显示画面内容也要较为的简单而单一,液晶屏幕的显示内容效果就会应该相对数码管比较的细腻与丰富。LCD1602系列液晶显示模块可以实现和单片机的STC89C51的直接连接,电路设计上简单,成本便宜。3系统硬件设计3.1单片机模块3.1.1STC89C52单片机单片机是科技发展下的成果，也是智能技术的标志性产品。从单片机的外部来看，他是一个通过引脚接出的元器件，能够实现众多的功能，从内部来看，它由众多的模块来组成，各个模块之间相互协作，共同实现了单片机的数据处理功能。通过调研发现，目前市面上的单片机种类较多。在目前，常用的单片机有MCS-51单片机，STC89C51单片机，STC89C52单片机，MSP430单片机以及高端的STM32单片机和三星的嵌入式单片机。这些单片机都各有各的优点和使用范围，利用MSP430单片机，它是TI公司研发的一个超低功耗单片机，它是一种16位形式的单片机，内部集成了有16位形式的寄存器和相应的函数发生器，使得系统的运算速度很快，可以实现快速的运算，但是用户在操作该芯片的时候，操作复杂，编程复杂，初学者一般很难上手，同时，这个单片机多使用在对功耗要求较高的地方[3]。ST公司研发的STM32单片机是基于ARM内核的一款高端单片机，该单片机性能优良，内置的模块也较多，但是其成本较高，多用在消费类的电子方面。STC公司生产的STC89C52八位数字处理的单片机做设计的核心的中央的处理器，通过调研发现，STC89C52单片机是最早进入中国的单片机处理器，众多的工程师均使用过该单片机，人们对它是非常的熟悉的，同时，网络上该单片机的参考例程较多。该单片机能够使用外部12M的晶振，处理速度非常快，该处理器自带RAM和ROM，其IO数量较多，能够完成一些基本的嵌入式系统的开发。同时其操作方式非常简单，易于初学者使用。本设计中，结合我们之前的课程学习以及本设计中所需要处理的数据的速度快慢和要求的内置功能模块较少，所以，本设计中，使用的是STC89C52单片机。其实物图如图3-1所示。图3-1STC89C52实物图STC89C52单片机的标准功能如下：单片机的内部是具有512KB的RAM，引脚方面具有32个双向I/O口，同时，一些I/O口还会有其他特殊的功能进行使用，该单片机的内部是具有4KB的EEPROM形式的存储器，同时该单片机还具有复位电路能够实现对程序进行重置化处理，该单片机的内部还具有16位的定时器/计数器，一共是具有3个，能够完成数据的计算和计数。同时该单片机还有2个外部中断引脚，能够实现对外部中断信号的采集。在编程设计的方面，该单片机的内部的体系结构和相关的操作指令都是符合标准的51单片机的，所以其参考例程较多，操作非常方便。同时STC89C52的内部还包含常用通讯模块的UART模块，通过该模块，可以实现对hex文件对单片机的下载，也可以实现单片机与某些传感器之间进行通信。STC89C52单片机，在产品的封装设计方面，有很多种的形式，本设计中，采用的是DIP封装。单片机的引脚图如图所示。单片机的引脚图如图3-2所示。图3-2单片机引脚图3.1.2单片机最小系统设计通过阅读STC89C52单片机的手册，可以看到，在进行单片机设计控制系统的时候，首先要进行设计一个单片机最小系统，这个最小系统包含，单片机本身，复位电路，时钟电路，电源电路。本设计中，根据单片机的手册，设计出的最小系统原理图。如图3-3所示。图3-3STC89C52最小系统（1）电源电路本系统采用5V进行供电，电源的正极连接到VCC，负极连接到GND。如图3-4所示。图3-4电源电路设计（2）复位电路包含三部分，电阻，电容和按键，能够实现对系统的复位重启，使得系统更加稳定。如图3-5所示。图3-5复位电路设计（3）晶振电路外部的晶振能够为系统提供时钟信号，供单片机进行运行，使用的是12M的晶振，同时，为了提高晶振的稳定性，添加了两个滤波电容，分别并在晶振的输入和输出引脚上。如图3-6所示。图3-6晶振电路设计3.2霍尔测速电路设计在速度的检测方面，通过查阅相关的资料发现，目前常用的测速方式一般分为两种，一种是红外测速，一种是霍尔测速。通过查阅相关的资料发现，红外测速受光线影响较大，而且需要在被测部分贴上明显的反光或者是吸光材料，而这种材料是极易被弄掉的，而霍尔测速就没有这些缺点，相反的，其测速不受外界的影响。而且其通过磁铁的感应方式来进行测量，没有太多的干扰条件，测试精度较高。霍尔测试的原理是霍尔现象，这是由著名的科学家霍尔于1879年在研究金属与导通的关系的时候发现的[6]。后来，经过100多年的发展，人们逐渐通过半导体技术将霍尔现象封装到一个小的元器件中，进而来实现霍尔现象，由于这种器件价格便宜，实现简单，所以在自动化领域，消费类电子领域得到了大范围的使用。通过调研发展，霍尔传感器它的信号的输出形式是分为两种的，一种是模拟信号电压输出，另外一种是逻辑电平TTL数字输出。本设计中，由于最终测试的是车辆的速度，所以使用的TTL电平输出的霍尔器件。在进行测试的时候，将磁铁放到轮胎上，然后轮胎转动一次，固定的霍尔就会感应到一次信号，然后输出一个脉冲的信号，由于霍尔器件本身已经内置的比较器，所以其输出的脉冲信号较为规范，无需进行二次的处理，直接连接到单片机的P3.2引脚上，就能够实现对其的处理，然后通过单片机内部的速度计算算法，遍可以实现测速。霍尔元器件内部框图如图3-4所示，其硬件连接原理图如图3-5所示。图3-4霍尔引脚图图3-5测速电路设计3.3时钟电路设计本设计中,为了使得我们的测速报警系统更加的智能，功能更加的多样，本设计中，在显示速度的同时，加入了时间显示。通过调研发现，目前常用的时钟芯片有DS12C887时钟芯片和DS1302时钟芯片。DS12C887芯片内部自带震荡电路和电池，用户在配置完一次之后，无需再进行配置，即可以使用10年，但是10年之后，该芯片需要重新更换并进行校准。而DS1302芯片通过设计外部的震荡电路和电池便可以进行操作，其计时的精度较高，同时用户在使用的时候，一方面可以使用系统的电源进行供电，另一方面，当系统断之后，可以使用电池进行供电，而无需调整时间，在正常状态下，系统的供电模块可以使用该芯片内部的涓流充电模块对该电池进行供电，保证计时的准确和系统的正常运行[7]。同时，该芯片具有计算时分秒，年月日的功能，并具有对闰年年月的补充，而且其价格较低，本设计中，使用该芯片来作为计时模块。其芯片的引脚图如图3-6所示。图3-6DS1302引脚图通过查看该芯片的数据手册发现，该芯片与单片机之间的接线是十分简单的。通过芯片手册中的参考电路发现，DS1302与单片机之间进进行数据的通讯通过三条简单的IO接口即可完成。分别是SCLK，CE，IO。同时，通过该芯片内部的算法可以对每月的天数和产生的闰年的天数进行调整,以此来提高系统计时的精度。同时，用户可以选择使用两种格式的计时方式。该芯片个工作电压范围非常的广泛，使用2.5V电压到5V之间的电压都可以保证系统的稳定运行。其电路设计如图3-7所示。图3-7时钟模块电路设计3.4液晶显示电路设计在本设计中，需要对测试的速度，里程，以及设置过程中的数据进行显示，本设计中，采用的是液晶LCD1602进行数据的显示。其实物如如图3-8所示。图3-8液晶LCD1602实物图LCD1602A是工业生产领域，消费类电子领域中常用的显示器件，其能够实现两行显示，每行显示16个字符，能够实现对数字，字母和特殊符号的显示。在我们的日常生活中，处处存在着显示，液晶LCD1602已经成为很多电子产品进行数据显示的首选，如电子表，万用表，家电产品中，液晶LCD1602作为一种人机交互器件，其输出方便，显示精确，受到广大电子爱好者的喜爱。液晶在进行显示的时候，其利用的原理是液晶的物体特性，当在特定的点施加电压之后，该点就会进行显示，进而，通过多点的组合，形成了整个的显示。液晶在设计的时候，有的厚，有的薄，并且其驱动模块直接采用集成电路，通常设计到液晶LCD1602的后方，然后对外输出控制引脚，电源引脚以及指令引脚，然后单片机对其控制，就能够实现对数据的显示。本设计中，其电路如图3-9所示。图3-9液晶显示电路设计在本系统中液晶LCD1602与STC89C52单片机的P0IO进行连接，完成数据的通信，RS，RW，EN与单片机的P2IO进行连接，从而完成数据的通信，进而控制数据显示。3.5档位控制电路设计在本设计中，系统一共设计了三个速度档位，包括低速、中速和高速，通过按键来实现对各个档位的控制，从而达到电动自行车能够在不同的速度挡位进行速度检测，和报警其电路图如图3-10所示。图3-10档位控制电路设计当S1按键的时候，单片机的P2.2被拉低，LED2亮起，系统为低速模式，当S1和S2同时按下的时候，系统为中速模式，LED2和LED3同时亮起，当S1，S2和S3同时按下的时候，系统为高速模式。在不同的模式下，对于速度上限的设定也是不同的。3.6参数设置电路设计在本次设计中，需要对时间参数进行调试，同时可以查看设置的速度上限。对于参数的设置，本设计中，采用的是独立按键。根据常用的按键型号，在按键的选择上我们使用普通机械按键，这种按键电路设计是较为简单的，一般是采用直接的独立按键来进行设置的。直接与单片机的P3.4/P3.5/P3.6/P3.7引脚相连，当单片机按下或弹起时，单片机通过读取IO口的高低电平状态来判断按键的状态，然后执行相应的按键执行程序。按键设置的电路如图3-11所示。图3-11参数设置电路设计3.7报警电路设计在设计中，当电动车的运行速度超过在该档位下的上限时，蜂鸣器会发出滴滴的声音，以此来提示用户注意安全，开始运行，于此同时，与蜂鸣器还并联一个LED指示灯，进行同步提示闪烁。设计电路原理图如下图3-12所示，由于单片机引脚的带载能力较弱，直接连接蜂鸣器的话无法提供足够的电流，会导致蜂鸣器无法发出滴滴的声音，所以我们设计一种三极管驱动电路，通过单片机P1.6引脚来控制三极管的导通与关闭，蜂鸣器电路设计原理图如下图3-12所示。图3-12报警电路设计3.8掉电存储电路设计在设计中，对于用户设置的参数，单片机将其写入掉电存储模块，这样，当单片机掉电之后，再次运行的时候，参数不再变化，对于参数的保存，是通过ATC24C02来实现的。其电路设计如图3-13所示。图3-13掉电存储电路设计3.9整机电路图在前面的章节中，分别进行了单片机最小系统的设计，测速电路设计，液晶显示电路设计，档位控制电路设计，以及报警电路设计，按键电路设计，掉电存储电路设计之后，最终，利用AltiumDesigner设计出了整机原理图，如图3-14所示。图3-14整机电路设计

4系统软件设计4.1开发环境Keil基于单片机的电动车安全行驶系统在进行程序开发的时候，采用的是Keil4编程软件。Keil是一款兼容C语言进行程序开发的软件，它能够提供C语言编译器，链接器以及库文件的链接，同时还能够提供系统的仿真设计。它支持在window环境下进行程序的开发。本设计中，采用的Keil4是Keil的第四代软件，该软件相较于前几代，其开发环境大大改善，能够更有效的进行程序开发。它不仅仅是集成了编译环境，还集成了项目管理器。本设计中，采用的是Keilfor51，是一款Keil专门为51系统系列单片机程序开发的工具。在本设计中，对于程序的编写，使用的是Keil，这是Keil是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，使用接近于传统C语言的语法来开发，与汇编相比，C语言易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期,他还能嵌入汇编，您可以在关键的位置嵌入，使程序达到接近于汇编的工作效率。通过使用Keil的工程管理功能，系统对本设计进行工程的建立，然后一步一步完成程序开发与调试。在进行调试的过程中，还有错误提示，警告提醒等功能，方便进行调试使用。开发界面如图4-1所示。图4-1Keil开发界面通过使用Keil进行程序的设计，如果有错误，则进行修改，然后生成最终的hex文件，利用ISP下载到实体的单片机中，完成整个的设计。ISP的界面如图4-2所示。图4-2ISP程序下载界面在进行程序下载的时候，首先选择合适的单片机信号，然后选择对应的串口号，设定波特率，然后就可以实现对程序的下载。4.2系统主程序设计在系统进行了整机的电路设计之后，利用Keil进行了系统程序的开发，在开发的过程中，首先是根据原理图中的设置，对系统使用的不同的模块的IO进行分配，然后书写程序，实现系统的整体功能。系统上电之后，用户通过按键来实现对档位的设定，设定好之后，启动电动车，霍尔进行测速，同时利用液晶LCD1602进行显示，并进行速度的判断，如果超过上限，则进行报警。其主流程图如图4-3所示。图4-3系统主程序设计其对应的系统主程序如图4-4所示。

图4-4系统主程序图4.3测速程序设计在本设计中，利用霍尔来进行测速，首先是上电之后，用户可以通过档位设置一个速度的上限，然后电动车开始运行的时候，会实时的进行速度的比较，如果超过了设定的速度则会报警。其软件的流程图如图4-5所示。图4-5测速程序流程图通过霍尔传感器测速程序如图4-6所示图4-6测速程序图

4.4液晶显示程序设计本系统中，采用液晶LCD1602进行当前速度的显示，里程显示，时间，速度上限的显示。单片机对其操作时，首先进行初始化，然后发送指令，确定要在那个位置进行显示，然后发送信息，显示数据，完成最后的显示，其程序流程图如图4-7所示。图4-7液晶显示程序流程其对应的液晶显示程序如下图4-8所示图图图4-8液晶显示程序

5系统制作与调试5.1实物制作通过Keil进行程序的编写，在没有错误之后，编译成功。然后对实物进行了焊接。在实物设计环节，在实验室中，按照原理图中的元器件电气连接关系，进行了焊接。焊接后的实物图如图5-1所示。图5-1系统实物设计在进行焊接的时候，首先是通过原理图的设计购买元器件，然后核对好型号之后，进行整体的布局，然后利用万用板，一个一个元器件进行焊接，如果在焊接的过程中，发现有不合理的地方，则需要及时的进行修改。在焊接完成之后，要进行短路和断路的测试，测试一下，是否有焊接不良的地方，因为如果焊接不良，小车在运行的过程中，容易出现错误，导致整个系统无法运行。5.2最小系统调试在本设计中，使用STC89C52。首先需要对其最小系统进行搭建和进行调试。确定最小系统的功能是否完善，因为最小系统的稳定，关系到整个设计的稳定度。最小系统的调试如图5-2所示。图5-2单片机最小系统5.3档位调试用户可以通过按下的按键进行档位的设定，通知，通过LED灯来进行指示。如图5-3、5-4、5-5所示。图5-3低速档位图5-4中速档位图5-5高速档位5.4测速调试本设计中，为了尽可能的来模拟实际的运行效果，利用一个电机带动电磁铁，然后利用霍尔来进行测速，测试之后，液晶进行显示。如图5-6所示。图5-6测速调试5.5液晶调试本设计中采用LCD1602显示当前速度、里程和时间。如图5-7所示。图5-7液晶调试

5.5报警调试当单片机检测到的速度超过档位控制的上限之后，系统会进行蜂鸣器的报警，如图5-8所示。图5-8报警调试5.6整机调试最终，在分别进行了实物的焊接，短路，断路的检查，元器件的核对之后，将程序下载到了单片机进行了调试，首先是调试了单片机最小系统，测速模块，液晶显示模块，档位控制模块，最终，实现了整个的系统，完成了调试，系统实现了任务书中的要求。其调试图如图5-9所示。图5-9整机调试

6.总结与展望设计是理论知识的实践，在实践过程中遇到了或大或小的问题，在解决问题的过程中就是对知识的理解。在整个设计的过程中潘老师对我做出了巨大帮助。本文通过对电源电路、单片机电路，测速电路，液晶显示电路，档位控制电路，报警电路的设计，完成了系统的整机设计，然后利用直流电机模拟电动车的运行，实现了实物设计，最后，利用Keil进行软件编程，实现了基于单片机的电动车安全行驶系统设计任务书中设定的所有功