1、 本科 毕业设计 基于单片机的汽车超速报警系统 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘要 进入 21 世纪以来，随着我国改革开放的继续深入以及国家经济战略的实施，我国的市场经济不断发展，人民生活水平不断提高。汽车已经走进千家万户， 成为大家出行的代步工具。但是我们在充分享受 现在交通带来的便利和快捷的同时也承受着因交通事故而付出的惨痛代价。有数据表明，我国的交通事故不断上升，每年都处在“稳增”状态。 交通事故不仅对人们的生命财产安全造成巨大的影响，同时也造成巨大的经济损失。 为了减少交通事故的发生，本文设计了一种基于单片机的汽车超速报警
2、系统。该系统通过前方装在车轮上的测速传感器测得脉冲信号，经过由 8050 三极管组成的整形电路转化后输入到单片机内。设计中采用的传感器是霍尔传感器，它可以利用被测物理量转化为电动势以形成脉冲信号。单片机通过 内部 的定时器定时一段时间后对脉冲个数进行计数，然后换算 得出汽车行驶速度，并通过 LED 数码管进行显示。 4 位共阳数码管以动态的方式显示汽车速度，这种方式可以有效的节省 I/O 接口。与此同时单片机会把测得的速度与设定的最高速度进行比较。如果所测车速超过设定值的话，系统里的蜂鸣器发出声音，警报灯闪烁以提醒驾驶者注意行车速度。由于汽车上普遍使用的是 12V 的蓄电池，因此使用 7805
3、 稳压集成电路将 12V的电压转换成 5V 向汽车超速报警系统供电。采用 Altium Designer 6.x 软件绘制了电路原理图以及 PCB 板，并在最后使 用 proteus 软件对汽车系统进行了仿真。 本文充分利用了 AT89C52的内部资源，将单片机的实时控制及数据处理功能与传感器相结合，从而使报警系统处于 最佳状态。 关键词： 汽车超速；单片机； LED 显示；报警 II Abstract In the 21st century, with the Chinas reform and opening up to depth and the implementation of th
4、e national economic strategy, our market economy continues to grow and peoples living standards improves continuously. Cars have assessed to thousands of families, and become a common means of transport. But we are fully enjoying the convenience and fast of traffic now, also suffer painful prices du
5、e to traffic accidents. A data shows that the number of traffic accidents rises in China every year, and it is at a “steady increase“ state. Traffic accidents not only make a huge impact to lives and property of people, but also causing enormous economic losses. In order to reduce traffic accidents,
6、 this paper design car speed alarm system based on SCM. The system measures pulse by speed sensor mounted on the front wheels, and input to the SCM after transformation of shaping circuit formed by 8050 transistor. Hall sensor is used in the design, which can transform the measured physical quantity
7、 to EMF, and form a pulse signal. SCM counts the number of pulses through the internal timer after a period of time, then calculates the vehicle speed and display through LED digital tube. 4-bit positive digital tube displays vehicle speed in a dynamic manner, and can effectively save the I / O inte
8、rface in this way. At the same time, SCM compares the measured speed with the set maximum speed. If the measured speed exceeds the set value, the buzzer in system would sound, warning lights Flashes to warm driver of speed. As 12V battery is commonly used in car, so it need a 7805 voltage regulator
9、IC to convert voltage from 12V to 5V first , then supply power to the car speed alarm system. Circuit diagram and PCB board are drawn with Altium Designer 6.x, and finally car speed alarm system is simulated with proteus software. With fully using AT89C52 internal resources, this paper combines the
10、Real-time control of the microcontroller and data processing capabilities with the sensor which can keep the alarm system at its best state . Keywords： Car speeding； SCM； LED display； alarm 目录 III 前 言 . 1 第 1 章 绪论 . 2 1.1 课题的研究目的 . 2 1.2 国内外汽车电子产业的发展状况 . 2 1.3 汽车电子产业的发展趋势 . 3 第 2 章 汽车超速报警系统的总体设计 . 4
11、 2.1 系统总体方案 . 4 2.2 系统工作过程 . 4 2.3 主控模块的选择 . 4 2.3.1 AT89C52 单片机的介绍 . 5 2.3.2 单片机的发展概况及 未来趋势 . 6 第 3 章 硬件设计 . 7 3.1 时钟与复位电路的连接设计 . 7 3.1.1 时钟电路 . 7 3.1.2 复位电路 . 7 3.2 单片机电源电路的设计 . 9 3.3 传感器的选择及其电路设计 . 9 3.4 LED 数码管接口的设计 . 11 3.4.1 显示器结构及原理 . 11 3.4.2 字段码 . 11 3.4.3 N 位 LED 显示器 . 12 3.5 蜂鸣器及警报灯接口的设计
12、. 13 3.6 抗干扰措施 . 14 第 4 章 软件设计 . 16 4.1 主程序 . 16 4.2 检测汽车速度子程序 . 16 4.3 报警子程序 . 18 4.4 显示子程序 . 18 4.5 速度转换及比较 . 19 4.6 软件抗干扰设计 . 19 IV 4.7 软件调试 . 20 小结 . 21 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 22 附录 1 电路原理图 . 23 附录 2程序 . 24 1 前 言 随着我国汽车业的迅猛发展， 在加上国民经济的提高，使得 愈来愈多的中国普通百姓有经济实力购买轿车，圆自己多年的汽车梦，拥有一部 自己 爱车已 不在遥远，反而是成为 很
13、多人触手可及的事情。然而，事情总是有它的两面性，汽车多了，由此引发的道路交通安全问题也 就变得日益突出 了。 据相关资料统计显示造成交通事故的原因主要有两个： 很多老司机和新司机同时上路，驾驶技术参差不齐，驾驶 习惯也都 良莠不齐。俗话说 的好 ，十次事故九次快，很多司机朋友 都 喜欢 “ 超速驾驶 ” ，对其他车辆和行人漠然视之， 车主往往根据自己的个人喜好随意提速，超速行驶，当汽车处于超速行驶状态下，其稳定性和安全性也就大大降低，一旦出现紧急状况，往往会导致车毁人亡的重大事故发生。 我国人口众多，特别是一些大城市人口的数量比较庞大，汽车 又多，一些商业繁华路段往往是一个城市中人口密度最大，
14、车辆最集中的地方，也是交通事故突发率最高的地方。据相关数据显示，近 10 年来，我国平均每年发生道路交通事故为 60 万起，死亡 10 万余人。我们再把眼光放到全球，全世界每过 6 分钟就有一人死于车祸，全世界每一分钟就有人伤于车祸。交通事故不仅仅对人们的生命财产安全造成巨大的影响，同时也造成巨大的经济损失。因此有必要采取措施来限制车速，维护驾驶员 和行人的生命安全 。现实证明通过强制限制车速可以很好地解决汽车超速这问题，交警可以通过安装雷达测速器来限制汽车车速，虽然收到了一 定的效果，但是目前雷达测速具有覆盖面不够广的问题，无法覆盖整个限速路段。针对这些问题，我们设计了汽车超速报警系统，让它
15、时刻提醒驾驶员自己的行车速度，这在一定程度上可以有效地解决汽车超速驾驶的问题，避免重大交通事故的发生。 2 第 1 章 绪论 1.1 课题的研究目的 随着我国改革开放的继续深入以及国家经济战略的实施，我国的市场经济取得了长足的发展，同时人民大众的生活水平也得到了较大的提高。以前对我们来说还算是奢侈品的汽车变的不再那么遥不可及，现在对于一户家庭拥有一辆汽车已经 是件再寻常不过的事了。就像世界上的所有的事情一样，每一样东西都有它的两面性。我们在享受汽车给我们带来的快捷与方便的时候，交通事故的频发给我们造成了人身和经济上的双重危害。交通事故次数的逐年增长引起了世界各国的重视，汽车的安全问题已成为全球
16、性的社会问题。 我国的汽车交通安全状况不容乐观，车辆数不断增加，人们的安全交通意识淡薄，这就造成了我国交通事故次数每年都处于“稳增”状态。据相关数据显示，近 10 年来，我国平均每年发生的道路交通事故为 60 万起，死亡 10 余万人。 据统计，造成各种交通是事故的主要原因是车 辆的超载和超速行驶。再加上私家车车主不是专业的司机，在熟练程度和速度的感觉上不是特别的好，车主往往根据自己的个人喜好随意提速、超速行驶，当汽车处于超速行驶状态下，其稳定性和安全性大大降低，一旦出现紧急状况，往往会导致车毁人亡的重大事故发生。 针对上述情况给汽车加装一种汽车超速报警系统就显的尤为重要。当汽车处于行驶状态中
17、，该系统通过速度传感器监测汽车的行驶速度，而驾驶室上的液晶显示仪也时刻显示着汽车的行驶速度，当系统发现车辆速度超过先前设置的最高值时，蜂鸣器开始发出响声报警，警告灯不断闪烁提醒驾驶员减速，这样 就可达到防范于未然，将减少交通事故的 发生。 1.2 国内外汽车电子产业的发展状况 近年来，汽车工业的发展迅猛，许多新技术新理念应用于汽车上。汽车技术发展的一个特点是电子化。汽车工业为了应对环境保护、节能和安全可靠等方面日益严格的要求，借助于目前快速发展的计算机技术、电子技术和信息技术不断改善着汽车性能。尤其是在欧美国家，汽车性能的提高更多地依赖于电子技术。研究表明，从 1989 年至 2005 年，电
18、子设备在整车的制造成本中的所占的比例由 16%提高到 30%以上。目前也就是 2010 年每部新车的 IC 的成本达到了 350 美 元，这也就可见，电子技术和产品在汽车产业中的地位越来越高，影响力也越来越大。汽车电子的未来在许多成功汽车厂商看来就是三点：环保性；安全；通讯。而随着人们对汽车安全越来越重视，更多的汽车制造厂商把更多的精力投入带汽车的安全研发上。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以减少交通事故的发生。据悉，这三种装置中，最简单的一种是“超速报警器”。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
19、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。而另有一些国外的汽车厂家已经从汽车的被动安全技术如碰撞传感器、气囊、安全带、随动转向结构等转向了主动安全性这方面。汽车主动安全技术是指采用雷达、光学和超声波传感器3 等技术来测量汽车与周围物体的距离和接近物体时的速度，这样就可以提醒驾驶者控制汽车行驶速度，避免可能发生的碰撞。 我国汽车电子与国外相比，汽车电子产业发展迅速，但在技术和规模发展还相对比较落后。相关数据显示，我国的汽车电子系统总市值 2004 年为 40 亿美元左右， 200
20、6 年超过 75 亿美元， 2008 年超过 120 亿美元，可以说中国的汽车电子系统产业上升势头很猛，具有巨大的市场潜力待开发。而目前的状况是，我国汽车电子企业或涉及汽车电子生产的企业，绝大部分企业规模都太小，产品单一，在技术研发与创新方面与世界汽车电子业跨国公司存在较大差距。 1.3 汽车电子产业的发展趋势 从上世纪九十年代开始，伴随着电子技术的迅速发展，大量新型元器件被汽车采用，加之计算机辅助设计系统（ CAD）和计算机辅助制造系统（ CAM）在汽车工业领域得到广泛的应用，使电子技术和汽车工 业大道了空前的紧密程度，也促使汽车制造水平进入了一个新的里程碑。 汽车电子化发展总趋势是机电一体
21、化、功能多样化、集成化的程度也会越来越高。通过先进的母线系统使汽车电子部件的连接网络化，电子装置在汽车上的安装将不受位置和空间的局限，更利于整车的设计和布局。汽车零部件制造工业一个很重的发展趋势是采用成套系统和模块茧位，这些只有采用电子技术才能做到，而软件技术的日新月异使汽车电子技术更加快，未来汽车车型的技术特性和样品的花样翻新很大程度上也取决于电子技术的应用程度和广度，电子技术将改变汽车的面貌。 而跟随着这些 汽车技术的发展，车载超速报警系统也呈现了多样式的发展。最主流的发展趋势是往自动化及电子化方向发展，而且设计也更加的符合人性化的要求。目前有两种主要的车速报警方式，一是采用嵌入式车速限制
22、装置，在设计汽车的时候就已经考虑并在制造时就嵌入整车的电子控制系统中，而另一个则是目前应用的越来越广的 GPS 系统，将其加载在汽车上，能够为驾驶者提供车辆的定位信息以及车速信息。随着美国对 GPS 的使用限制的放松，其在民用中得到了更加广泛的应用。以 GPS 作为定位手段的车速测试系统体积小，携带、安装方便、对环境没有什么特殊要求、安装 后即可工作不需要繁杂的调试，但是其价格一般较为昂贵，且信号的传输容易受到汽车周围环境的影响。不可否认虽然 GPS 存在一些那样的限制，但是它代表了汽车电子系统的主流发展方向。 电子技术的应用与发展 ，将驱动电子化的汽车进入一个全新的时代。诚如西方媒体预测的那
23、样，进入 21 世纪来，汽车将不仅在高速公路上行驶，而将在信息高速公路上飞驰。 4 第 2 章 汽车超速报警系统的总体设计 2.1 系统总体方案 本系统采用了模块化设计，硬件主要包括了四大模块，分别是 89C52 单片机主控模块、传感器模块、报警模块、和显示模块 。 89C52 单片机主控模块主要负责外围硬件的控制和一些运算比较功能；传感器模块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；显示器模块则负责汽车速度的显示。四个大的模块通过一些线路，以及各种电子元件和电源的支持组成一个完整的汽车超速报警系统。 8 9 C 5 2速 度 传 感 器 警 报 灯蜂 鸣 器L E D 显 示
24、器图 1.1 系统原理框图 2.2 系统工作过程 接通电源后，单片机复位后执行运行主状态程序，而霍尔传感器也开始产生型为方波的脉冲信号。脉冲信号经过放大电路传输到 89C52 单片机的 T1 口，单片机的内部定时 器 T0 定时一段时间后对脉冲进行计数。单片机通过公式换算对脉冲数进行处理后得出汽车行驶的速度并调用显示程序将速度在 LED 显示器上进行显示。同时单片机也将计算出的速度与设定好的最高速度进行比较，如果测出的速度比设定的值小，则警报灯和蜂鸣器不动作，单片机程序跳回主程序循环；如果所测值大于设定值，则警报灯闪烁，蜂鸣器发出声音以提醒驾驶者注意控制速度。当驾驶员把汽车的速度降到设定值以下
25、时，蜂鸣器停止发声，而发光二极管也停止闪烁。 2.3 主控模块的选择 作为整个系统的大脑和指挥部，主控模块决定着整个系统的动作，它的 性能好坏直接决定了整个系统的工作效能。在设计的时候考虑过使用 PLC 来作为主控元件，因为 PLC 的与通用性强，控制程序可变，使用起来方便，同时用来开发系统简单，可以大大减少控制系统的设计以及施工工作量。但是 PLC 的价格比较高，用来学习和实验比较不划算。而单片机具有控制功能强，集成性高，体积小，可靠性高的优点，所以在综合考虑后，本系统选择 89C52 单片机作为主控模块，它有 40 个引脚，其中 4 个 8 并行位 I/O 端口完全可以满足本设计的接口使用
26、，而且不像以前的老式单片机型号那样不能擦除程序， AT89C52 单片机可以反复擦 除 10005 次以上，方便了系统的开发。 2.3.1 AT89C52单片机的介绍 目前世界上有好多著名的 8 位单片机的生产厂商，比如 Intel（美国英特尔）公司， NS（美国国家半导体）公司， National(日本松下 )公司， NEC（日本电气）公司等等，他们都各自拥有自己的单片机系列。而其中 Intel 公司在 MCS-51 基础上发展起来的 80C51 系列单片机是目前 8 位单片机中的佼佼者。 Intel 公司还将其 MCS-51 系列中的 80C51 内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界
27、许多著名的 IC 制造厂商，如 Philips、 NEC、 ATMEL、 AMD、华邦等，这些公司都在保持与 80C51 单片机兼容的基础上改善了 80C51 的许多特性，这样 80C51就变成了有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族。这里我们采用的是美国 ATMEL公司的 AT89C52 单片机，它是一个低电压，高性能 CMOS8 位单片机，采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容 MCS-51 指令系统，比我们熟知的 AT89C51 单片机多了一倍的 RAM 和内部 Flash,同时多了一个定时器 /计数器 T2。 AT89C52 单片机有如下特点： 与 MCS-51 单品机产品 兼容 8K 字节的可编程 Flash 存储器， 1000 次擦写周期 全静态工作范围 0-33MHz 具有三级加密程序存储器 具有 256 字节的片内 RAM 具有 32 条可编程 I/O 端口线 具有 3 个 16 位的定时器 /计数器 具有 6 个中断源 具有 1 个全双工 UART 串行通道 具有可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节点模式的功能
