基于单片机的超速报警器的电路设计.doc

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1、德州学院 机电工程系 自动化专业 毕业论文（设计）目录摘要：11引言11.1选题目的和意义11.2本选题在国内外的研究现状和发展趋势12 系统方案原理及特色22.1超速报警器设计思路22.2超速报警器的总原理图22.3超速报警器的特色33超速报警器硬件设计33.1主控模块33.2 时钟电路53.3复位电路63.4霍尔传感器连接电路73.5按键电路83.6显示电路83.7报警电路94 超速报警器软件设计104.1 程序流程图104.2程序设计115结束语156主要参考文献15谢 辞17基于单片机的超速报警器电路设计摘要：超速报警器的设计从硬件和软件方面阐述了单片机在汽车超速报警上的应用，以较低的

2、成本实现超速报警的功能，方便驾驶员能根据自己的需要设置合适的车速上限，保障行车安全，具有很好的实用价值。 超速报警器的设计将车速传感器产生的车速信号送入霍尔传感器电路，得到一个与车速信号频率一致的信号，送入单片机记数。与单片机内部设定值相比较。如果超过了预设值则可判断汽车超速，蜂鸣器报警提示。该系统由电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路、键盘（设定报警车速值）、报警电路、霍尔传感器连接电路和控制单片机组成。它在一定程度上有效解决汽车超速驾驶的问题。 关键词：单片机；超速报警器； 传感器； 安全1引言 1.1选题目的和意义 在当今时代里，汽车是最普遍的交通运输工具，随着汽车工业和

3、高速公路建设的发展，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超载和超速行驶，而后者随机性很大然而人们往往忽视高速行驶所带来的重大后果。每年由于司机超速行驶而产生的交通事故很多，因此造成的经济损失很多，然而很多因超速行驶而造成事故者不是他们想开很快，而是他们那时已经有了快感，根本没有意识到自己是在超速行使，因此在事故发生后大都感到后悔。针对这种状况，开发超速报警器非常重要，可以将产生的交通事故防患于未然.如果他们在汽车上安装汽车速度显示及超速报警器，在很大程度上能确保他们避免发生这类事故。1.2本选题在国内外的研究现状和发展趋势

4、各国为了解决车主有意无意超速驾驶问题，采取了各种各样的措施，与此同时，汽车电子限速装置也在不断发展之中，有许多电子设计者或公司从事这方面的研究，力求能设计出一种普遍使用的汽车限速装置。其表现如下：1、广州唯创也推出了一款超速报警器，它是一种实时指示车辆行驶速度，记录超速记录，并通过语音提醒司机安全驾驶的智能电子设备。该设备实时显示车辆速度。当超过测定速度的最高值时，及时播放语音提示，提示司机。2、据悉，法国汽车制造和营销委员会与法国标致雪铁龙汽车集团和雷诺汽车公司日前联合向用户推出三种汽车限速装置。报道说，这三种装置中，最简单的一种是“超速报警器”。安装上这种装置的汽车如果超过预先设定的车速时

5、，报警器就会发出声响警报，同时有指示灯在车内闪烁，以警示司机降速。其它两种限速装置是可以直接对汽车的部分功能及行驶进行调整的装置。一种是限速器，另一种是调速器。司机可以通过这种限速器提前设定最高时速，如果司机在汽车行驶中想超过开车前设定的最高时速，加速器也不会响应，而是把车速限定在一定范围内。 2 系统方案原理及特色2.1超速报警器设计思路基于单片机的超速报警器电路是一个具有数字显示功能的单片机系统，通过速度显示电路得知车辆当前速度输出，当达到所设定的速度上线时通过报警电路进行报警，使驾驶人员得知车辆已经超速，使驾驶员作出反应，以保证驾驶人员的人身安全。首先要进行的总体方案设计，在设计中一般应

6、该考虑一下几点：1、遵循从整体到局部的设计原则 2、可靠性安全要求 3、经济性要求 4、便于操作和维护要求2.2超速报警器的总原理图超速报警器的设计将车速传感器产生的车速信号送入霍尔传感器电路，得到一个与车速信号频率一致的信号，送入单片机记数。得到的数值通过与单片机内部设定值相比较。如果超过了键盘输入的最大值则可判断汽车超速，然后通过蜂鸣器报警提示。该系统由电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路、键盘（设定报警车速值）、报警电路、霍尔传感器连接电路和控制单片机组成。单片机报警电路电源电路显示电路时钟电路霍尔传感器连接电路复位电路按键电路图1总原理图2.3超速报警器的特色1、超速报

7、警器的设计实现限速路段超速报警，并能语音报警。本系统的功能在车主超速时提醒车主，保证驾驶人员的人身安全。2、超速报警器的设计将车速传感器产生的车速信号与单片机内部设定值相比较。如果超过了预设值则可判断汽车超速，蜂鸣器报警提示。3、超速报警器的设计将电源电路、时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路、报警电路、霍尔传感器连接电路等电路组合起来组成超速报警器。3超速报警器硬件设计3.1主控模块本系统采用MCS一51系列的8051单片机作为控制核心1。MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。8051的片内程序存储器（ROM）是掩膜型的，即在制造芯片时已将应用程

8、序固化进去。8051抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。8051 CPU的工作频率采用12MHZ，方便系统对速度传感器的计数脉冲进行快速的处理。805l的输入，输出引脚具有32根IO口线。可以连接存储器、LED显示器、速度传感器等各种外部器件。8051具有低功耗和低电压工作模式的特点，可以利用电池对系统供电。但8051内部只有256B的数据存储器，系统可以外接RAM芯片以满足系统的需求2。图2 8051单片机引脚图8051单片机引脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于

9、外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外

10、部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行

11、输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲

12、或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。3.2 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。通过时钟电路可以得知计算机的工作状态。AT89C51单片机允许的时钟频率是因型号而异的典型值为12MHZ，MCS

13、-51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1、XTAL2分别为振荡电路反相放大器输入和输出端，时钟可由内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路就会产生自激振荡。外接定时反馈元件以后就组成振荡器，产生时钟送至单片机内部的各个部件。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。CMOS型单片机内部（如AT89C51）有一个可控的负反馈反相放大器，外接晶振（或陶瓷谐振器）和电容组成振荡器，图为CMOS型单片机时钟电路框图3。振荡器工作受/PD端控制，由软件置“1”PD（即特殊功能寄存器PCON.1）使/PD0，振荡器停止工作，整个单片机也就

14、停止工作，以达到节电目的。清“0”PD，使振荡器工作产生时钟，单片机便正常运行。图中SYS为晶振或陶瓷谐振器，振荡器产生的时钟频率主要由SYS参数确定（晶振上标明的频率）。电容C1和C2的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用（C1、C2大，f变小），其典型值为30p。图3 时钟电路图3.3复位电路单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行4。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，只要

15、保证电容的充放电时间大于2US，即可实现复位，所以电路中的电容值是可以改变的。按键按下系统复位，是电容处于一个短路电路中，释放了所有的电能，电阻两端的电压增加引起的。本系统采用电平式开关复位与上电复位方式，当上电时，C1相当于短路，使单片机复位，在正常工作时，按下复位键时单片机复位5。在有时碰到干扰时会造成错误复位，但在大多数条件下，不会出现单片机错误复位，而可能会引起内部某些寄存器错误复位，如果在复位端加一个电容，则会得到很好的效果。单片机采用的复位方式是自动复位方式。AT89C51单片机只要接一个电容至VCC即可。在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时

16、间足够长，就可以使AT89C51单片机有效的复位。RST端在加电时应保持的高电平时间包括VCC的上升时间和振荡器起振的时间，所以一般为了可靠的复位，RST在上电应保持20ms以上的高电平。RC时间常数越大，上电RST端保持高电平的时间越长图4 复位电路3.4霍尔传感器连接电路霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器6。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（18551938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导

17、体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数7。 图5霍尔传感器图片和管脚图霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速8。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。图6 测速示意图图7霍尔传感器安装图 图8 霍尔传感器电路3.5按键电路 按键电路由四个开关加上拉电阻构成，使用单片机P07口与P32口，四个开关分别是速度设置、速度增加、速度减小以及速度确定，有四个开关可以对速度上限值

18、进行设定，另外有速度增减按键，可以方便的根据当地限速的要求实时实地进行速度更改以达到报警目的，具有很强的灵活性。方便驾驶员的操作9。图9按键电路3.6显示电路显示电路由MAX7219芯片完成，MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示10。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。 只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。 每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219同样允许用户对每一个数据选

19、择编码或者不编码。 整个设备包含一个150A的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式。显示电路输出 位选信号，从每个LED公共阴极吸入电流，吸收显示器共阴极电流的位驱动线11。其最大值可达500毫安，关闭状态时，输出VCC。图10显示电路连接图3.7报警电路报警模块主要有声音报警，报警电路相对来说比较简单，声音报警由单片机引脚接上两个10K电阻，电源，一只三极管8550和一只蜂鸣器组成12。共同组成报警电路来进行报警作用。以此来通知驾驶员进行调速，减少发生交通事故。三极管8550是一种常用的普通三极管。 它是一种低电压

20、,大电流,小信号的PNP型硅三极管。三极管8550包括1、发射极2、基极3、集电极 8550三级管参数:类型:开关型; 极性:PNP; 材料:硅; 最大集电极电流(A):0.5 A; 直流电增益:10 to 60; 功耗:625 mW; 最大集电极发射电压（VCEO）:25; 频率:150MHz 图11报警电路4 超速报警器软件设计4.1 程序流程图图12程序流程图4.2程序设计 ORG0000H LJMPSTARTORG001BHLJMP INTT1 ORG0030HSTART: MOV SP,#60H MOVDPTR,#TABLE MOV40H,#0 MOV41H,#0 MOV 50H,#

21、15 MOV 52H,#0 MOV57H,#25 MOV58H,#10 SETB P1.6SETBP1.7MOVTMOD,#15HMOVTH0,#0HMOV TL0,#0H MOVTH1,#15H MOVTL1,#0A0H SETBEA SETBET1 SETB TR0SETB TR1LOOP: LCALL CALCULATELCALLSCAN LCALLDISPLAY LCALLCOMPAR SJMPLOOPCOMPAR: MOV A,55H CJNE A,57H,LP1LP1: JCLP2 DJNZ58H,LP3 CPLP1.6 CPL P1.7 MOV58H,#10 RETLP2: SE

22、TBP1.6 SETBP1.7LP3: RETSCAN: JBP1.0,KEY2 LCALLDELAY JBP1.0,KEY2JNBP1.0,$ MOV57H,#15 LJMPNEXTKEY2: JBP1.1,KEY3 LCALLDELAY JBP1.1,KEY3 JNBP1.1,$ MOV57H,#20 LJMPNEXTKEY3: JBP1.2,EXT LCALLDELAY JBP1.2,EXT JNBP1.2,$ MOV57H,#25NEXT: SETBP1.6 SETBP1.7 MOVR7,40H MOVR6,41H MOVA,57H MOVB,#10 DIVAB MOV40H,A MO

23、V41H,B MOV 59H,#60 LLR: LCALLDISPLAYDJNZ59H,LLR MOV40H,R7 MOV 41H,R6EXT: RETINTT1: MOVTH1,#15H MOV TL1,#0A0H DJNZ50H,EXIT CLRTR0MOV51H,TH0 MOV52H,TL0 MOV50H,#15 MOV TH0,#0 MOVTL0,#0 SETB TR0EXIT: RETICALCULATE:MOVA,52H MOVB,#2 MULAB MOVB,#10 DIVAB MOV R1,A MOVA,52H CLRC SUBB A,R1 MOV 55H,A MOV B,#10

24、 DIVAB MOV 40H,A MOV 41H,B RETDISPLAY: SETB P3.1 CLR P3.0 MOV A,40H MOVC A,A+DPTR MOV P2,A LCALLDELAY SETBP3.0 CLRP3.1 MOVA,41H MOVCA,A+DPTR MOV P2,A LCALL DELAY RETDELAY: MOV30H,#1LR2: MOV 31H,#100LR1: MOV32H,#100 DJNZ32H,$ DJNZ31H,LR1 DJNZ30H,LR2 RETTABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

25、,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH END5结束语通过本次应用系统设计，在很大程度上提高了我的独立思考能力和单片机的专业知识，有过这样的一次经历，深刻了解到理论与实际应用的差距还是比较大的。本文主要设计一个具有数字显示功能的单片机系统,以较低的成本实现超速报警的功能，方便驾驶员能根据自己的需要设置合适的车速上限，实现车辆当前速度输出，当达到所设定的速度上线时并报警，随着科技的日趋发展，各种科技发展完善，随着科技的发展，汽车电路系统中应用的行车

26、安全保障设备也越来越多，汽车电路系统中应用的行车安全保障设备也越来越多，对驾驶人员的人身安全起到重要作用，具有很好的实用价值。6主要参考文献1白延敏.51单片机典型系统开发实例精讲M.北京：电子工业出版社.2009:18302 王为青.程国钢.单片机Keil Cx51应用开发技术M.北京:人民邮电出版社,2007:45603晁阳.单片机MCS-51原理及应用开发教程M.北京:清华大学出版社.2007:951204 吴黎明.语音信号及单片机处理专著M.北京:科学出版社,2007:901005孙进平.张大鹏.51系列单片机原理、开发与应用实例M.北京：中国电力出版社.2008:45506刘海涛.赵

27、金波.8051单片机C语言程序设计与实例解析M.北京：清华大学出版社.2009:55707郁有文.常健.传感器原理及工程应应M.西安电子科技大学出版社.2007:1251358 赵亮.液晶显示模块LCD1602应用J.电子制作.2007:44559周祖芬.液显模块LCD1602的接口设计及编程技巧J.中国科技纵横.2010年第14期.10孙进平.张大鹏.51系列单片机原理、开发与应用实例M.北京：中国电力出版社.2008:607811赵金波.8051单片机C语言程序设计与实例解析M.北京：清华大学出版社.2009:253512 C a reference manualmonographC语言参

28、考手册/Samuel P. Harbison III, Guy L. Steele. -5th ed., Photocopy. Beijing: Posts and Telecom Press,c2006:2530Overspeed alarm circuit design based on single chip microcomputer.Ma Jinshan(Mechanical and Electronic Engineering Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023)Abstract: overspeed a

29、larm design from hardware and software aspects of the SCM in vehicle overspeed alarm on the application, to lower the cost of implementation of overspeed alarm function, convenient driver can according to their need to set the appropriate speed limits, ensuring the driving safety, and has good pract

30、ical value. Overspeed alarm design will speed sensor generates a speed signal into the Holzer sensor circuit, a vehicle speed signal frequency is consistent with the signal into the microcontroller, counting. With the MCU internal setpoint is compared. If more than a predetermined value may judge ve

31、hicle speeding, buzzer alarm. The system is composed of a power circuit, clock circuit, reset circuit, display circuit, the speed key circuit, keyboard ( set alarm speed ), an alarm circuit, Holzer sensor connection circuit and the control of single-chip microcomputer system. To some extent it effec

32、tively solve the car speeding problem.Key words: SCM， overspeed alarm， sensor， safety谢 辞 大学四年学习时光已经接近尾声，在这四年里我学到了很多的专业知识，在此我想对我的母校德州学院，我的老师和同学们、表达我由衷的谢意。感谢母校德州学院给了我这大学四年本科的深造机会，让我能继续学习和提高。四年珍贵的学习期间，让我的知识体系更加完善，整体素质得到了极大的锻炼；感谢学院各位领导和老师的谆谆教诲。在这四年的时间里，我在学习上和思想上都受益非浅。毕业论文暂告收尾，通过这次设计，对本科阶段四年的学习做了进一步的总结，更

33、加明确了自己学习的目标和方向。在设计过程中，自己也学到了许多新的知识，有很多感悟和体验心得。而且，对工程设计的流程和步骤有了清晰的认识，为自己日后的学习和研究打下了坚实的基础。本篇毕业论文的写作得到了贺廉云老师的多次精心指导和其他同学的热情帮助，非常感谢贺廉云老师在我大学的最后学习阶段毕业设计阶段给自己的指导，从最初的定题，到资料收集，到写作、修改，到论文定稿，她给了我耐心的指导和无私的帮助。在我完成初稿时候，老师为了指导我们的毕业论文放弃了自己的休息时间，使我的毕业论文更加的完善。老师在论文遇到困难时得到了贺廉云老师耐心指导，她学识渊博和为人亲和的态度帮助我解决了论文中许多难题，在此我向贺廉

34、云老师致以崇高的敬意和衷心的感谢！另外，感谢所有任课老师和所有同学在这四年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，也感谢我的毕业论文所参考的书籍及期刊文献的作者们。时间的仓促及自身专业水平的不足，整篇论文肯定存在尚未发现的缺点和错误。恳请阅读此篇论文的老师、同学，多予指正，不胜感激。德州学院毕业(论文)设计评语院（系）： 机 电 工 程 系 专业： 自 动 化 学生姓名： 马金山 学 号： 200801702048题 目： 基于单片机的超速报警器电路设计指导教师评语：评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日 德州学院毕业(论文)设计评语院（系）： 机 电 工 程 系 专业： 自 动 化 学生姓名： 马金山 学号： 200801702048 题 目： 基于单片机的超速报警器电路设计 评阅人评语：评定成绩： 评阅人签名： 年 月 日 德州学院毕业(论文)设计评语 院（系）： 机 电 工 程 系 专业： 自 动 化 学生姓名： 马金山 学号：200801702048 题 目： 基于单片机的超速报警器电路设计答辩小组评语： 评定成绩： 答辩小组组长签名： 年 月 日 指导教师评定成绩（30%）评阅人评定成绩（30%）答辩小组评定成绩（40%）答辩委员会主任签字：年 月 日综合评定成绩20