基于单片机的超速报警器电路设计.docx

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1、基于单片机的超速报警器电路设计1前言1. 1课题产生原因超速行驶是指在一定道路上行驶的汽车，超过了该段道路所规定的行驶速度。道路交通平安法实施条例第四十五条规定：机动车在道路上行驶不得超过限速标志、标线标明的速度。在没有限速标志、标线的道路上，机动车不得超过以下最高行驶速度：没有道路中心线的道路，城市道路为30km/h,公路为40km/h,同方向只有一条机动车道的道路，城市道路为50km/h,公路为70km/h。限速是为了行驶平安，而汽车在设计时都定有最高时速，以至于两者出现较大的差距，令驾驶员稍不留意就要超速儿那么公路车速到底对交通事故的影响是什么呢（1）驾驶员在道路上行驶时，必须时刻获得周

2、围环境的信息进行判断，决定自己的操作行为，这些过程都需要一定的时间。但是，随着车速的提高，驾驶员观察和判断的时间必然减少、反响也会时间减少，导致做出错误决定的可能性就会相应增加，从而使交通事故发生的可能性变大。而且车速的提高会减少驾驶员采取避让措施的时间和距离，汽车发生碰撞时的速度也比初始速度高。（2）驾驶员对事物判断的准确性主要取决于两个方面：一是事物对驾驶员的刺激强度，强度越大，判断的淮确性越高；二是单位时间内对驾驶员刺激的信息量的多少，信息量越少，判断的准确性越高。超速行车时，刺激物一晃而过，刺激强度很小，而单位时间内对驾驶员刺激的信息量却增大，因而严重地影响了驾驶员对车外事物判断的准确

3、性，极易导致事故的发生。（3）我们都有这样的感觉，如果乘坐汽车，会感觉到车外的自行车速度很慢；如果乘飞机，会感觉到地面上行驶着的汽车像处于静止状态一样。这就是所谓运动物体对速度的迟钝感。它包含两个方面，一方面常常低估自己本身的速度，另一方面常常低估比自己速度慢的其他物体的速度。驾驶员超速行车时，必然会低估其他交通参与者的速度，当遇到异常情况时，就会失去采取有效措施的时机而导致事故的发生。可见，随着车速的提高，事故率和事故的严重性都会提高。尽管汽车都安装了速度表盘，司机可以通过速度表知道当前汽车的速度，但是汽车的驾驶有时候是一个长时间、长路途的工作，很长时间的连续驾驶可能会使司机因疲倦而麻痹超速

4、问题。为了在超速时提醒和警示司机，进一步保证行车平安，防止因超速问题带来的交通平安事故的发生，还需要给汽车安装上汽车速度显示及超速报警器。因此本设计就是使驾驶员起到重视速度问题，并且及时监督提醒作用驾驶员不要超速。由此，我觉得开发一个超速报警系统是很有必要的，对于驾驶员及其家人的生命财产平安有重大意义，可以降低交通事故发生率。课题：汽车超速报警系统的设计，正是在此背景下提出的，故而有很大的现实意义。目前市面上最流行的报警方式：车载GPS系统，能够提供车辆的定位信息，车速信息等，但价格昂贵。鉴于此原因，本设计将汽车超速报警器与单片机的知识联系在一起，使得器件操作更简单，本钱更低廉，更能被广阔消费

5、者所接受。1.2 课题的开展现状现在国内外的汽车超速报警器开展很快，新技术层出不穷。据了解现在的中国的智能测速仪技术己经有飞跃式的开展。即单纯利用传感器和单片机做出的单功能汽车超速报警器逐渐开展到完善多方面需求的多功能汽车超速报警器。例如广东的：SPOlA型报警器。即可以实现多种实用功能高亮LED显示、具有两级速度报警、一级警灯提示、二级喇叭警告。（一级跟二级速度可任意设计）可按客户要求做成断油（断电功能）。限速功能型号可以强制车辆减速或者设定为车辆熄火；遥控解锁功能，只有授权人员才能解除报警。SP02A型报警器，可实现功能：大屏幕液晶数据显示，车辆超出设定的一级速度警灯提示，超出二级速度时喇

6、叭警告同时还具备记录方便管理查寻。SP03A型报警器，可实现功能：具备刷卡及四个权限设置，到期保养设置:大屏幕液晶数据显示，车辆超出设定的一级速度警灯提示，超出二级速度时喇叭警告.同时还具备记录跟防剪功能方便管理查寻。随着科技的开展和市场的需求，超速报警器又迈向了一个新的台阶，从用传感器测量车速，逐渐己经过度到利用GPS技术对车速进行监测。GPS车载监控终端以前在国内主要应用于铁路，空运及海运领域。随着GPS全球定位体统技术日臻成熟，开始转向公路运输领域,在南方各大城市开展迅速，GPS车载监控终端开始出现,市场前景看好。GPS车载监控终端在技术上实现了质的飞跃，可实现如下根本功能：GPS实现卫

7、星定位后，以GPRS将监控目标的经纬度、速度、方位、海拔高度数据经由终端单片机进行解析处理后由GPRS模块发回中心效劳器，在由中心进行数据的处理，便可精确的查找出目前车辆所在的位置；紧急求助功能：按数字键，即可向监控中心发送事先编写好的状态（路阻、故障、事故求助、拨打等）；主电掉电报警：在主电源突然掉电时可以通过备电继续让系统稳定工作，同时向中心发出主电掉电信息；越界报警功能：系统可预先设置车辆行驶范围，超出该范围系统会自动向中心提示越界信息；电瓶低压报警功能：电瓶低压时系统自动提示低压信息：遇劫报警功能：在遇到紧急情况时，只要启动隐蔽安装在驾驶室内的报警按钮，车载终端就会通过GPRS网络自动

8、向监控中心发送屡次报警信号:GPS跟踪功能：在车辆被盗、抢劫后，监控中心能通过对终端下发单片机指令使其自动跟踪报警车辆；超速报警功能：中心可以设定被监视车辆的速度，一旦终端GPS定位数据到达或超过预设的速度值，终端会自动向中心发送超速信息:遥控熄火功能：在对被劫持的车辆进行营救的过程中，监控中心可以根据营救的需要遥控车辆强行熄火，但设备故障不会造成意外熄火，内部有可靠的自动复位电路；电子围栏功能：系统可预先设置车辆行驶范围，超出该范围系统会自动向中心报警。1.3 汽车超速报警器的未来前景在当今社会，大力提倡环保，经济，可持续开展的大前提下，我们的警报器最大的特点是经济实用，操作简单（即安即用）

9、，有利于可持续开展（拆换方便），绿色环保无污染（没有有害气体，液体等溢出），可充扩性（东西小巧，可附加在其他器械上一起使用），兼容性（适用于广阔的车型，车种），可靠性，可用性，可维护性（原理简单，可自行维护），能有效的到达超速报警的效果。在未来，只需要在精准度的问题上稍作改良即可更上一层楼了。1.4本设计的主要内容1.4 .1电路的根本功能该电路主要是计算汽车在一秒内轮子的转动圈数即转动频率，仅以转动频率来模拟汽车的速度，并将计得的速度通过LCDl602显示出来，确保了行驶的平安，通过控制开关可以设定上限速度，设置速度可以为30到160间为十的整数倍，当速度大于此设置速度时，电路将产生报警信号

10、。电路的根本组成局部该系统由时钟电路、复位电路、速度显示电路、按键电路（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。设计要求（1）遵循从整体到局部的设计原那么。在过程中，应遵循从整体到局部的设计原那么，把复杂难处理的问题分为假设干个较为简单的、容易处理的问题，分别加以解决。（2）经济性要求。为了获得较高的性能价格比，设计时不应盲目追求复杂高级的方案。在满足性能指针的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着所用的元器件少，可靠性高，而且比拟经济。(3)可靠性要求。可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性指针除了可用完成功能的概率表示外，还

11、可以用平均无故障时间、故障率、失效率或平均寿命等来表示。(4)操作和维护要求。在车速报警系统的硬件和软件设计时，应当考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。系统的输入输出方式，操作程序应尽量简单明了，无须专门训练就能掌握其使用方法。文章的主要工作(1) 对速度传感器、芯片、单片机等硬件进行选定；(2) 构架系统的整体结构；(3) 完成各个硬件的设计，并作出相关说明；(4) 给出系统的软件设计，并作相关说明；(5) 在keil软件中进行软件调试；(6) 画出ProteUS电路图，进行仿真；2元件选定元件的的选对有以下要求，第一，能很好实现系统各模块的功能，尤其在精度

12、、稳定性等方便;第二，结构简单，便于操作;第三，尽量做到系统资源优化，价格低廉;第四，维护方便。2. 1霍尔测速模块论证与选择方案一:采用型号为A44E的霍尔片作为霍尔测速模块的核心,该霍尔片体积小,安装灵活，价格合理，可用于测速，可与普通的磁钢片配合工作。方案二：采用型号为CHV-20L的霍尔元器件作为霍尔测速模块的核心,该霍尔器件额定电流为100mA,输出电压为5V,电源为1215V。体积较大，价格昂贵。选择方案一。3. 2单片机模块论证与选择方案一：采用型号为AT89C51的单片机作为主控制器，AT89C51是带4K字节闪烁可编程擦除只读存储器的低电压、高性能CMoS8位微处理器，将多功

13、能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，为许多控制提供了灵活性高且价格低廉的方案。方案二：采用单片机C8051F060作为主控制器，使用霍尔传感器进行测量的宜流电机转速测量系统。C8051F060系列单片机是美国CYGNAL公司推出的一种与51系列单片机内核兼容的单片机。C8051F060作为新一代8051单片机，具有功能强大、体积小、工作稳定等特点，适用于复杂控制系统。选择方案一。4. 3显示模块论证与选择方案一：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,亮度高，显示数字适宜,但是连接复杂，耗电流大，驱动电路复杂。方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成

14、,对于显示简单文字比拟适合，如果显示数字那么浪费资源,而且价格也相对较高。方案三：采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量文字，图形，显示多样,清晰可见,并且连接很方便,所以在此设计中采用了LCD液晶显示屏。选择方案三。5. 4报警模块论证与选择方案一：采用蜂鸣器与发光二极管作为声光报警主要器件。该方案不管在硬件焊接方面还是在编写软件方面都简单方便，而且本钱低廉。方案二：采用语音播报系统作为声光报警的核心。该方案更具人性化、智能化，但是就该设计要求而言，方案过于复杂，相对本钱过高，工作量偏大。选择方案一。3车速的测量原理及实现方法3.1 转速测量方法通过车速传感器输出与车速成

15、正比的脉冲，对传感器输出信号频率进行测量，然后通过处理、转换、计算，即可得出汽车速度。速度信号作为本系统的基量，能否精确测屋速度对系统的精准和性能有着决定性的影响。转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频法）、T法（测周期法）和MPT法（频率周期法），该系统采用了M法（测频法）频率法又叫直接计数法，被测量信号的频率为f,在某一选定时间闸门T内，对被测量的信号脉冲进行计数，然后根据计数值M和闸门时间T求得所测信号的频率，即；f=-（3-1）根据误差传递公式可推出：3-2)V=也_竺7T由于AT/T对测量结果影响极小，可以忽略不计，故:也3-3)M为仪表本身所特有误差，

16、一般以考虑，那么式(3-3)可写成：/M1E八=(3-4)频率法的特点是测量时间根本恒定，动态性能由闸门时间T决定，T越小，动态能越好。在T恒定的情况下，f越大，误差就越小。用此方法，通过单片机的定时/计数器，在阀门时间(定时时间)里记录脉冲数，再通过转换即可得到被测信号频率。例如定时100毫秒，计数器读到的脉冲数乘以10就是被测信号的频率。这种方法的缺点就是在闸门时间T内捕捉到的信号可能会丧失，造成测量的主要误差。分析误差原因：第一个脉冲的上升沿和最后一个脉冲的下降沿不在闸门时间T内，就造成了信号丧失。即测到的脉冲数少于实际的脉冲数，这就造成了误差。但是如果脉冲的频率很高，丧失的脉冲数对测量结果影响就不大，误差相对较小。所以频率法只适合于测量高频信号。尽管频率法在测量低频信号