【《基于单片机实现汽车报警电路设计》6300字（论文）】

-4-1绪论1.1背景及意义大量的人们开始购买汽车，虽然给大家出行提供方便，但是汽车也在人们的生活里产生一些安全风险，汽车报警电路设计实现，能够在一定程度上保护人们的出行安全。基于上述的现实考量和设计思路，我决定采取汽车报警电路中的速度检测和超速报警模块功能组合完成我的毕业设计。2004年10月，世界卫生组织发布的一则交通文件中，有两组数据让中国人陷入了思考。数据一，中国汽车拥有数占所有国家汽车拥有数的百分之一点九；数据二，所有国家因为行车事件离世的总数中，中国竟然高达百分之十五。我国由于汽车出事导致的死亡率达到了百分之二十七点三，居世界首位；美国是一个拥有汽车最多的国家”，但美国交通事故的死亡率却只有百分之一点三；日本只有百分之零点九。对于国内严峻的交通形势，本项课题的研究，对于当前社会的交通安全具有重要作用，能够补足汽车安全方面的隐患，保护更多人的生命和财产安全，在当前社会具有迫切的研究需求和广阔的市场需要，能够在经济发展为人们带来巨大发展好处的同时用科技为人们的生命保驾护航。1.2拟解决的问题及研究方法系统基于单片机，对汽车行驶的速度进行监控报警，设计制造一个通过单片机实现功能的汽车报警电路，主要完成对车速的监控和超速报警功能，车子的预警速度可以人为设定，当车子速度超过所设定的速度时将会发生报警。查阅有关资料和掌握对应专业知识，了解单片机的相关特点，弄懂单片机的编程方法，同时知道protel、keil、proteus等软件的使用方法；学会设计并完成电路板的流程，了解电路的焊连过程；掌握电路板的调试方法。动手尝试制作单片机控制的汽车报警电路，以完成所需要功能。主要利用单片机完成数据的实时采集与分析，通过车速传感器实时监控车子的速度，通过单片机对采集到的数据进行分析，实现对速度的监控。能够实时呈现当前速度值，通过1602液晶显示器实现呈现。如果速度大于设置值将会告警。2硬件系统设计方案2.1功能要求本次设计主要有以下功能：1.经由霍尔传感器产生里程数的脉冲信号。2.对脉冲信号进行计数。实现：计数器T1经由单片机实现霍尔传感器脉冲信号的计数。3处理产生的数据，行驶里程和实时速度经由LCD呈现出来。实现：经由软件编程，将产生的数据经过一定的处理获得我们需要的数值。最终实现目标：汽车的速度里程表可以完成车速和行驶距离的测量和呈现功能，以单片机为调控，显示电路可以呈现行驶距离还有行驶快慢数值。2.2硬件选型显示2.2.1主控制的选型方案一：STM32F103系列微控制器，是一款最大包含512K容量Flash能够用于高级的集成电路开发，它的里面具有定时器、CAN、ADC、SPI、USB、UART等多项外设，主频最高可达72MHZ，而且消耗资源比较少，供电只需3.0-3.6V。如下图2-1所示图2-1STM32F103C8T6最小系统板实物图方案二：STC89C52RC单片机，是8位单片机，这个芯片上资源丰富，寄存器不多，适合初学者入门学习使用。并且该控制器P0口不用上拉电阻，可实现ISP线上编程，电路调试时方便了很多。该芯片具有低功耗、性能好的特点，具有8K字节flash，内部资源有定时器、串口、外部中断等等。如下图2-2为STC89C52RC单片机实物图。图2-2STC89C52RC单片机实物图方案三：MSP430是一款16位的单片机令集的混合信号处理器由于其消耗资源不高的特质通常用于便携式产品开发。将以上三个方案进行对比，根据本次设计的要求，选择合适的微控制器，本次设计决定采用资源比较丰富的STC89C52RC系列单片机。2.2.2显示器的选型方案一：低功耗的OLED12864显示器，该OLED是一款低功耗的显示器，该显示模块是通过SSD1306芯片驱动。数据通信通过IIC接口驱动呈现，具有数据通信简单等特点。采用OLED的原因是这个器件使用的是二极管自行发光器件0，不需要背光电源，是通过软件控制的一款显示模块。它的工作电压在3.3V-5V之间，并且体积小显示内容丰富。方案二：使用单色液晶LCD1602显示屏，其内部是由32个5*7点阵组成，能显示大多数的字符。该液晶能够通过四线串行接口或者8线并行接口驱动，其驱动时序非常简单，适合开发者使用。方案三：采用串口型TFT彩色液晶屏，这个液晶屏虽然界面绚丽，非常适合人机界面的开发，同时通过串口两线就能够驱动液晶显示。但因为这个液晶屏价格太贵所以并不适合本设计。由上述内容能够知道，本次设计选取的液晶是用于汽车转速和报警阈值，需要采用驱动时序简单且能显示大多数字符的液晶，因此选择方案二LCD1602显示。实物图如下：图2-3LCD1602实物图2.2.3速度传感器的选型方案一：霍尔传感器是一种磁敏传感器，是根据霍尔效应的原理制作完成的。将置在磁场里的导体或半导体连接电流I，假如电流与磁场B成九十度，则在和磁场、电流全为九十度的方向上能够产生电势差Uh，这种现象称为霍尔效应。这些利用霍尔效应做出来的元器件称为霍尔元件。由于霍尔传感器结构简单、敏感度好、测量线性范围大、抗干扰水平强以及能够用很长时间这些特性，所以经常用在测量、自动控制和信息处理等领域。实物图如下：图2-4霍尔传感器实物图方案二：磁电式车速传感器，模拟交流信号发生器，能发出交变电流的信号，一般都是2个接线柱中磁芯和线圈构成。磁组轮上的各个齿轮将产生一一对应的系列脉冲，其形状是相同的。信号传送振动高低和磁组轮的每秒的转动圈数是有正比例关系的，信号的发射快慢经由磁组轮的每秒转动快慢体现出来。发动机控制电脑或点火模块正是通过同步脉冲信号来确定触发电火时间或燃油喷射时刻的。综上所述，由于霍尔传感器结构简单，灵敏度低，且体积小，因此方案一比方案二更适合本次设计，所以采用霍尔传感器。2.2.4时钟芯片的选型方案一：DS1302为美国DALLAS售卖的具备细小电流冲动功能的低消耗实时时钟电路，拥有能够为秒、分、时、天、星期、月、年记录时间的功能，工作电压为2.5V～5.5V。主要的特点是采用串行数据传输，即使断电也不会丢失，在DS1302里面有31×8的用来暂时保留数据的RAM寄存器。

走时非常精确。供电的纽扣电池是3V，断电再次通电不需要再次调整时间。方案二：RX-8900系列高精度时钟的模块里面插进了32.768kHz的晶体单元而且通过使用了数字温度补偿震荡手段。这让芯片在零下四十摄氏度到八十五摄氏度温度范围内达到了±3.4至±5ppm的高精度。并且和其他实时时钟不一样，RX8900系列高精度时钟芯片的内嵌晶体单元让产品免除了外接晶体模块，这很好的节省了本就不多的电路板资源也减少了系统设计的难度。由于本次设计不需要挑选能在恶劣温度条件下达到高精度时钟芯片，方案一简单的时钟芯片能更实际的满足设计的要求，因此本次设计采用了方案一DS1302时钟电路。3系统硬件设计3.1总体硬件设计为了实现所需要的要求，通过查阅有关书籍，比较了有关器件的功能和特性，最终做出了该方案。方案如下：

使用STC89LE52RC单片机主要控制芯片，用motor电机模拟汽车轮子每秒转动的圈数利用LCD显示屏呈现转速，通过按键增加或减少报警极值，完成超速后报警的目标。硬件框图如下：3-1硬件框图3.2电源电路设计本设计对电源的要求，需要一节Cr2032电压3v的纽扣电池，再通过两个5v的直流电源

分别为

Motor电机

和报警电路的供电。图3-2电源接口及开关控制电路图3.2.1最小系统模块电路设计在前文的内容中，本设计中

控制芯片取取STC

89LE52RC单片机作为主控制。STC89LE52RC单片机芯片最大工作效率可以为

80MHZ在整个系统中

，单独一个单片机芯片

是不足以组成一个完整的控制体系，

STC89LE52RC最小系统分成时钟电路和复位电路，我用的是

STC89LE52RC芯片，由UART（串口）3个定时器和双数据指针组成，集成MAX810专用位电路，内部系统装备ISP监控程序，包含四个8位并行端口和P4.0-P4.3四个附送I/O图3-3最小系统模块电路图3.3LCD显示屏电路设计该设计中使用显示电路模块，lcd呈现容量为16×2个字符，芯片使用电压为4.5-5.5V，工作电流是2.0mA(5.0)v,字符尺寸为2.95×4.35（W×H)mm，该模块可将轮子的转速转换成数值显示出来，并可通过相关按键改变阈值，显示电路实物如下：图3-4显示屏实物图如下图所示为LCD显示屏的电路设计图，该显示屏有16个引脚，如下图所示第1脚VSS是地电源，第2脚：VDD接5V正电源，第3脚：VL是液晶显示器对比度改变端，在和正电源接在一起后对比度最低，接地时对比度最高，对比度过高时会出现“鬼影”，在工作的阶段用一个10K的电位器改变对比度，第4脚：RS是寄存器选择，高电平就用数据寄存器、低电平则用指令寄存器，第5脚：R/W是读写信号线，高电平就执行读操作，低电平就执行写操作。如果RS与R/W都是低电平时能够写入指令也能够呈现地址，如果RS为低电平R/W为高电平可以读忙信号，如果RS为高电平R/W是低电平的时候可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端从高电平转换成低电平的时候，液晶模块服从指令。第7到14号引脚对应接单片机39到32号引脚，D0～D7为8位双向数据线。第15脚接背光源正极。第16脚接背光源负极图3-5LCD显示屏电路设计图3.4霍尔传感器的电路设计图3-6霍尔传感器的电路设计图霍尔传感器是一种磁敏传感器，利用霍尔效应的原理制成出来。将放在磁场中的导体或半导体中输通电流I，如果电流与磁场B成九十度，那么在和磁场与电流都为九十度的方向上能够产生一个电势差Uh，这种现象称为霍尔效应。通过霍尔效应制作出来元件称为霍尔元件。因为它拥有结构简易、频率范围宽、灵敏性强、检测线性宽度广以及体积节省空间、使用时间长这些特点，所以被大量应用在测量、自动控制和信息处理等方面。3.5报警电路设计此设计中，报警电路分为语音报警和指示灯报警两种，把单片机的P3.4、P3.5口作为报警控制的输出口，当传感器探测到有不明物体时，会有控制信号传进，此时P3.4、P3.5为低电平电平，报警器灯亮，蜂鸣器发出报警。P3端口为一种里面拥有上拉电阻的八位双向I/O端口。P3的输出缓冲期能够带动4个TTL传进，为端口写0时，经由里面的上拉电阻将端口调至低电位，这个时间能够作为输入口。分别由89LE52RC的P3.4和P3.5输出产生。只要P0口察觉到了超速报警的信息,

通过89LE52RC分析后处理然后输出,

并且形成语音和信号灯两种警示信号。图3-7蜂鸣器的电路设计图4系统软件设计4.1主程序流程图主程序用来完成硬件初始化、子程序调用、呈现和报警等功能。数据处理子程序是用来实现监测车辆速度就专门用来测算出车辆每小时的行驶速度，替报警子程序供给参考数据；按键中断子程序就是用来完成合法参数的写进；报警子程序就是用来一旦汽车速度超过设定值就会产生报警信息，共有SPEAKER传送子程序和警报灯的闪烁子程序；显示子程序设计通过数字化展现用户设置最高每小时的行驶速度和车辆实际行驶时每小时的车速。图4-1主程序流程图4.2显示流程图这个子程序用LCD动态扫描显示方式。将单片机的P2.2口和使能端口E接在一起。然后把单片机的P2.0口与数据/命令选择端RS连在一起，P0口与数据端D0~D7接在一起，接着把会出现的数字的数值传递于P0口。接着调用延时，然后将P2.2口放于0，P2.0口放于1，写指令，将P2.2口放在1，P2.0口放在1，写数据，等候要呈现的数字全呈现在液晶上。显示流程图如图4-2所示。图4-2显示流程图4.3速度处理流程图由霍尔元件测出车轮的转速，车轮的周长乘以π乘以转的圈数等于一秒行驶的距离，也就是车速，知道车轮转一圈的时间和频率，速度是每秒钟更新一次，车轮上小磁铁每次通过霍尔传感器时，霍尔传感器都会出现对应的脉冲，根据两个连续脉冲之间的时长就可以计算出被测转速。图4-3速度处理流程图4.4按键流程图先检测K1是不是低电平（按下），如果未按下，就执行延时程序，等待其输入数据；然后，检测K2是否按下，并相同检测K3，然后设置最高速度值。

图4-4按键流程图4.5超速报警流程图速度shudu和里程juli_z的计算，报警的速度阈值和总里程写入eeprom，然后速度shudu和里程juli_z液晶显示，报警函数实现速度的判断及报警。避免误触发警报，报警的算法是判断超速5次才会告警，200ms判断一次。 图4-5超速报警流程图5系统安装与调试5.1硬件调试本硬件电路的设计和动手焊接，是实现这个系统的功能极为关键的环节

。如果电路板的焊接出现错误

，那么功能将无法实现

，软件的调试就会失败。焊接成功

，需要我们拥有一定的焊接功底

，并且对待自己的焊接

工作一丝不苟

，因为焊接不实或者漏焊

，都会使得最终电路连接错误

，无法实现电路板的最终功能。这次调试，注意以下几个方面

第一，需要设计好的根据电路图正确摆放电路元件，使得个个引脚的位置相对应是正确的

。第二，需要注意焊接过程中，焊丝是否虚焊

、漏焊，引脚连接是否正确

，焊接是否牢实。第三

，需要注意，焊接时不要让烙铁过长时间的触碰元器件，需要一定的功底在一定分秒内焊连成功

，否则可能导致元器件毁坏

。我在焊接过程中，开始焊接完毕之后有引脚松动，经过检查发现我焊接的不牢固

，于是我经过加固，使得元器件稳定在电路板上。后面我发现显示屏无法正常显示，经过检查确认显示屏和电源之间的线焊接有一处虚焊，找到原因后，我迅速用焊锡进行再次连接

，并依次检查了各个线路，保证了电路板线路连接的正确

。最终的成品如下图5-1和5-2下图5-35-45-5的数值，通过实物中的四个按键进行调整。通过由下向上数第一个按键控制速度、日期和超速数值设置三个界面的来回调节，由下向上数第二个按键控制选择界面的哪个数值，由下向上数第三个按键是控制界面选中数值的增加，由下往上数第四个是控制界面选中数值的减少。图5-1实物正面展示图图5-2焊接完成效果图图5-3实物日期界面图图5-4报警值设置实物界面图