汽車超速報警系統(tǒng)設(shè)計講解

1、基于單片機的汽車超速報警器的設(shè)計臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文摘要為了降低車輛超速造成的交通事故， 設(shè)計了一種利用 89C51單片機對機動車 超速行駛情況進行蜂鳴報警和燈光報警的系統(tǒng)。 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展， 機動車輛 規(guī)模及流量大幅度增加。 為了保護司乘人員安全， 降低事故發(fā)生率成為當務(wù)之急， 在汽車裝置中，設(shè)置超速警示系統(tǒng)， 為車輛駕駛?cè)藛T提供警示標志， 以便駕駛?cè)?員提前減速，成為一種必要手段。 詳細闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案， 給出了界面 模塊與 89C51接口電路，最后介紹了軟件設(shè)計方法及程序流程圖。關(guān)鍵詞 ： 89C51；傳感器；界面模塊臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文ABSTR

2、ACTDesign a sound alarming system using 89C51 single chip which can exam the over speed motor vehicle and meanwhile give out sound. With the development of the national economy Scales of motor vehicles are experiencing a substantially incensement. Assorting with and inducing traffic to protect the s

3、afety of drivers and passengers，reducing the accident rate become a urgent affair. Setting up speeding alert system and supplying the drivers withThe system with simple structure,high reliability and convenient operation can widely used on motorbike ,car and so on. This paper detailedly introduces t

4、he whole design scheme of the system、the circuit on interface module and 89C51,the method of the software design and program flow chart.Keyword: 89C51; transducer; Interface-Modul臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1.1.1 研究背景 1.1.2 系統(tǒng)設(shè)計方法 1.1.3 研究目的與意義 1.1.3.1 研究目的 1.1.3.2 研究意義 2.1.4 研究現(xiàn)狀 2.1.4.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2.1.

5、5 研究內(nèi)容 4.第二章 硬件部分設(shè)計 4.2.1 AT89C51單片機簡介 4.2.1.1 管腳說明 6.第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計 7.3.1 設(shè)計方案 7.3.2 測速傳感器 8.3.3 界面模塊 9.3.4 存儲器擴展 1.0.3.5 抗干擾設(shè)計 1.1.3.6 軟件設(shè)計 1.1.3.7 主程序 1.1.3.8 監(jiān)測車輛速度 1.2.3.8.1 GPS車速檢測 1.23.8.2 跟蹤流程 1.33.9 鍵盤中斷子程序 1.53.10 報警子程序 1.5.3.11 顯示子程序設(shè)計 1.53.11.1 信息顯示的方式選擇 1.53.11.2 LED顯示屏的優(yōu)點 1.63.12 RAM數(shù)據(jù)保護的條

6、件陷阱 1.64 總結(jié) 1.7.參考文獻 1.8.致 謝 1.9.臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文第一章 緒論1.1 研究背景隨著我過國民經(jīng)濟和汽車技術(shù)的飛速發(fā)展 ,本課題針對汽車運行的安全 ,設(shè)計 了由單片機作為中央控制單元的汽車報警系統(tǒng) ,主要設(shè)計汽車超高速報警功能， 該設(shè)計將單片機的實時控制及數(shù)據(jù)處理功能與傳感器的轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合， 充分的 利用了 AT89C51 的內(nèi)部資源，使報警系統(tǒng)的工作于最佳狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)的 綜合反映靈敏度，使報警系統(tǒng)及時準確， 實現(xiàn)汽車多功能的報警控制， 最大限度 的保護消費者的利益 1。所設(shè)計的報警系統(tǒng)對出現(xiàn)的危急情況能夠及時進行聲、 光、網(wǎng)絡(luò)報警級響應(yīng)的

7、顯示， 提醒車主或駕駛員盡快地采取響應(yīng)的措施， 有效的 保護自身和他人的利益和安全，盡快的降低事故發(fā)生率。隨著國內(nèi)機動車數(shù)量的迅速上升，交通事故也呈現(xiàn)上升趨勢。根據(jù) 2003 年 我國交通事故統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)， 2003年全國共發(fā)生道路交通事故 567753起，造成 99217 人死亡、 451810 人受傷，直接財產(chǎn)損失 27.7 億元。其中車輛超速行駛造成交通 事故的比例占 16%左右，共造成 19741 人死亡， 88180人受傷，在交通事故原因 中僅次于無章駕駛所造成的危害 2 。本文從駕駛員角度出發(fā)， 設(shè)計了一種超速報警系統(tǒng)。 該報警系統(tǒng)允許駕駛員 通過系統(tǒng)自帶鍵盤設(shè)置本車輛安全行駛的最高速

8、度。 當車輛處于行駛狀態(tài)中， 該 系統(tǒng)通過測速傳感器時刻監(jiān)測機動車輛，并通過 6 位 LED 顯示車輛的實際車速 和用戶設(shè)置的安全參數(shù)， 當發(fā)現(xiàn)車輛速度超過駕駛員設(shè)置的最高值時， 蜂鳴器開 始報警，警告燈不斷閃爍，提醒駕駛員減速，達到防患于未然的目的。1.2 系統(tǒng)設(shè)計方法該報警系統(tǒng)硬件主要包括以下四大模塊： 89C51 單片機主控板、傳感器模塊、 報警模塊和顯示模塊等。其中 89C51 主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功 能，傳感器完成信號的采樣功能， 報警模塊主要負責報警和燈光報警， 顯示模塊 完成字符、數(shù)字的顯示功能 3-4 。1.3 研究目的與意義1.3.1 研究目的利用現(xiàn)有技術(shù) :雷

9、達視頻測速、車牌識別與 LED 電子顯示屏進行超速警示， 在系統(tǒng)設(shè)計中，為達到最優(yōu)的性價比，將遵循以下設(shè)計原則 5:合理性 :以系統(tǒng)工程學及其它先進理論指導，使系統(tǒng)的各部分合理配置，有 機融合并盡可能地發(fā)揮設(shè)備潛力和軟件功能，最大限度地提高系統(tǒng)性能價格比。先進性 :采用先進設(shè)備，使系統(tǒng)功能完備，易于升級換代，在保證其先進性臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文的前提下具有較長的生命周期。實用性 :系統(tǒng)功能充分滿足車輛檢測、警示超速車輛的實際需求，簡便實用， 易于使用、管理、維護和擴展?？尚行?:系統(tǒng)設(shè)計、選材、選型等選取高科技新產(chǎn)品，符合國家和地方政府 的法規(guī)政策和標準，與管理部門的管理制度相適應(yīng)

10、。經(jīng)濟性 :充分利用所選擇的 設(shè)備，控制整體設(shè)計的成本，與經(jīng)濟能力方面的實際情況相吻合。可靠性 :采用高集成設(shè)備，采用自動監(jiān)測、自動監(jiān)控和容錯等技術(shù)來保證可 靠性。安全性 :系統(tǒng)具有防病毒、防震、防災(zāi)、防誤操作能力，較強的抗干擾、抗 靜電能力，以及數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復等功能。還將提供用戶等級權(quán)限保護，有效 排除人為因素的干擾。1.3.2 研究意義 高精度、高速度、經(jīng)濟實用動態(tài)實時的車輛超速警示系統(tǒng)，將為公安機關(guān)與交理部門提供有效的技術(shù)手段，使公安機關(guān)與交通管理部門有效地實施超速管 理，保車安全、行人安全、財產(chǎn)安全有著顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。同時，還 具有以下有點：1、不同于傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)，能夠

11、改變現(xiàn)場值勤、現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)違章、現(xiàn)場處罰 的交通超速的管理模式，節(jié)約警力資源，提高了超速警示的作用 ;2、它基于硬件與軟件相結(jié)合的檢測警示模式不僅更具智能性，而且具有多 功特點，可以進行多種交通違章行為的監(jiān)控 ;3、能夠為處理超速車輛提供準確有力的證據(jù)，同時也給超速車輛提供警示4、能夠利用軟件對雷達視頻檢測的數(shù)據(jù)進行處理分析，自動獲取超速車輛 信使視頻資源得以充分利用。1.4 研究現(xiàn)狀 智能交通系統(tǒng)是在科學技術(shù)發(fā)展的背產(chǎn)生的大范圍、全方位、實時、 高效的 交通管理系統(tǒng)， 它將先進的信息、 數(shù)據(jù)通信子控制及計算機處理等技術(shù)有機的融 合，運用于地面交通管理體系。 主要是使汽車路的功能智能化， 從而保障

12、交通安 全、提高交通效率、改善城市環(huán)境、降低能源消即在較完善的道路設(shè)施基礎(chǔ)上， 將先進的智能交通理論與高新技術(shù)集成并運用于道通的整個過程， 以協(xié)調(diào)車、路、 人。智能交通系統(tǒng)強調(diào)的是系統(tǒng)性、實時性、信息性以及服務(wù)的廣泛性，與原來 的交通管理與交通工程有著本質(zhì)的區(qū)別。1.4.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著智能交通的發(fā)展， 美國正在研究和部署車輛避碰、司機與車輛監(jiān)控、與臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文乘坐者安全性能改善等工作。 歐洲正在支持開發(fā)聰明 (smart)的約束系統(tǒng)， 制用信 息與通信系統(tǒng)的道路安全長期計劃， 開展為優(yōu)化人機界面和道路安全的遠程信理 “智能道路”的研究和示范， 通過標準和使用者信

13、息提高隧道中的安全， 建立衛(wèi) 位事故警示系統(tǒng)等。 澳大利亞也正在用智能交通系統(tǒng)新技術(shù)改善道路安全。 美國 是世界上公路最發(fā)達的國家之一，從上個世紀 50 年代中期就開始按照公規(guī)劃進 行大規(guī)模建設(shè)，目前已實現(xiàn)了縱橫交錯、 四通八達的現(xiàn)代化公路網(wǎng)絡(luò)， 高速公路 總長度己達 10 萬公里。但是隨著經(jīng)濟與社會的發(fā)展，公路交通量與日俱增，其 交通堵塞、交通擁擠與交通肇事等現(xiàn)象日益增多。且公路占地多、 環(huán)境污染和財 力不足等諸多原因， 美國己不再主要用修建更多公路的辦法來解決交通問題， 而 是致力于用高科技改造現(xiàn)有公路網(wǎng)的技術(shù)狀況和完善交通管理體系， 以提高現(xiàn)有 路網(wǎng)的通過能力，適應(yīng)當前和未來交通量大幅度

14、增長的社會需求。從 2000年到 2006 年，美國準備投資 2000億美元構(gòu)造全國 ITS。并且在洛 杉磯等地開發(fā)使用 ITS。應(yīng)用計算機系統(tǒng)監(jiān)控全市的交通狀況和系統(tǒng)自身性能 ; 道路上埋設(shè)的感應(yīng)線圈可檢測車輛的車速， 車流量及道路占用情況， 并可在一秒 鐘內(nèi)實時修改數(shù)據(jù) ; 交通信號可由計算機根據(jù)實際情況進行自適應(yīng)調(diào)整或人為干 涉;關(guān)鍵路段和重點地區(qū)配有攝像機實時監(jiān)控交通情況?，F(xiàn)在，美國的ITS 正在研究將城市地區(qū)開發(fā)的交通管理技術(shù)和系統(tǒng)功能推廣應(yīng)用， 通過先進的電子通信 技術(shù)，提高行車的安全性， 方便外國游客出行。 系統(tǒng)包括為駕駛員和事故受害者 提供援助的無線緊急呼救系統(tǒng)， 惡劣道路和交

15、通環(huán)境的實時警告系統(tǒng)， 以及有關(guān) 服務(wù)設(shè)施和旅游路線、景點等信息系統(tǒng)。在日本， ITS的發(fā)展始于 20世紀 70年 代，其顯著特點就是政府有關(guān)各部門共同參與， 密切合作， 以保證在技術(shù)發(fā)展過 程中沒有遺漏。從 1973年到 1978 年，日本投入了大量的人力和資金，成功地組 織了一個“動態(tài)路徑誘導系統(tǒng)”的實驗。在 20世紀 80 年代中期到 90年代中期 的 10 年時間，日本相繼完成了路車間通信系統(tǒng) ( 以 cs) 、交通信息通信系統(tǒng) (TICS) 、寬區(qū)域旅行信息系統(tǒng)、超智能車輛系統(tǒng)、安全車輛系統(tǒng)及新交通管理系 統(tǒng)等方面的研究。 1993 年 7 月，日本“車輛、道路與交通智能協(xié)會”成立，

16、從 而在與 ITS 有關(guān)的五個部，即建設(shè)省、通產(chǎn)省、郵政省、運輸省和警察廳之間建 立了協(xié)調(diào)工作機制。綜合分析 ITS，上述 5 個部在 1995年提出了日本公路 .交 通車輛領(lǐng)域的信息化實施方針 ，其目的在統(tǒng)一的規(guī)劃下推進其工作。 ITS 由 導航系統(tǒng)、自動收費系統(tǒng)、安全駕駛 6 援助系統(tǒng)等 9個開發(fā)領(lǐng)域和 20個用戶服 務(wù)功能構(gòu)成6 。歐洲的 ITS研究開發(fā)是由官方 (主要是歐盟 )與民間并行進行的。 同時，由于歐洲的大部分國家國土面積比較小，因此， ITS 的開發(fā)與應(yīng)用是與歐 盟的交通運輸一體化建設(shè)進程緊密聯(lián)系在一起的。 1969 年歐共體委員會就提出 要在成員國之間開展交通控制電子技術(shù)的

17、演示。從 1986 年起，西歐國家開始在臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文“歐洲高效安全交通系統(tǒng)計劃 (PROMETHEU”S和) “保障車輛安全的歐洲道路基礎(chǔ) 設(shè)施計劃 (D 砒 VE)”兩大計劃指導下開展交通運輸信息化領(lǐng)域的研究、 開發(fā)與應(yīng) 用。1988年由歐洲 10 多個國家投資 50多億美元，聯(lián)合執(zhí)行旨在完善道路設(shè)施， 提高服務(wù)質(zhì)量的 D班 VE計劃。目洲各國正在進行 Telematics 的全面應(yīng)用開發(fā)工 作，計劃在全歐范圍內(nèi)建立專門的無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。智能交通系統(tǒng)的交通管理、 車輛行駛和電子收費等都圍繞 Tele 和全歐無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)來展開。歐洲民間也 聯(lián)合搞了一個叫 PROMETH

18、EU的S計即歐洲高效安全交通系統(tǒng)計劃 6 。其它國家， 如韓國政府于 2001年 3月制訂了全新的 RRS計劃:RRS藍圖 21，投入 75億美元， 建成包括汽車及高速公路系統(tǒng)，先進交通管理系統(tǒng)，電子收費系統(tǒng)個先進的 RRS 子系統(tǒng)。而新加坡的 ITS 研發(fā)也具有了較高的水平，其已建成的系統(tǒng) : 城市高速 路監(jiān)控系統(tǒng) (EMAS) ，優(yōu)化交通信號系統(tǒng) (GLIDE) ，出行者信息服務(wù)系統(tǒng)。1.5 研究內(nèi)容 近年來我國加強了對超速行駛的治理力度。在組織上，投入了大量警力，經(jīng) 常組織專項治理活動 ;在設(shè)備上，陸續(xù)引進了一些先進的雷達測速系統(tǒng)和固定式 測速抓拍系統(tǒng)，對違章超速的監(jiān)督力度得到顯著加強。

19、但與西方國家相比， 在治 理的系統(tǒng)性上， 尤其是在體系管理方面， 尚有一定差距。 如何做到實時監(jiān)控檢測， 進一步改進測速方式。具體在本論文中研究以下內(nèi)容 :在測量車輛速度上， 選擇適合的雷達與攝像設(shè)備以及良好安裝位置與安裝角 度。算法上，改進對測速算法和其他去干擾的噪聲算法，提高測速速度，完成車 輛測速，減少誤差。應(yīng)用 LED ，通過現(xiàn)代的通信方法，進行超速的人性化警示， 進而完成系統(tǒng)的設(shè)計。 通過雷達與攝像設(shè)備檢測車輛信息， 安裝簡便、價格便宜， 建設(shè)施工難度不大，應(yīng)用范圍廣，且有利于升級改造 ;利用視頻圖像處理，實時 圖像信息，對超速車輛抓拍，進行車牌定位字符分離，字符識別，從而完成車牌

20、識別 ;結(jié)合雷達與攝像設(shè)備檢測的車輛速度，利用 LED 與現(xiàn)代的通信技術(shù)，對超 速車輛進行超速警示，實現(xiàn)高速公路的交通超速警示，這對減少交通事故， 進行 實時監(jiān)測，與事后的責任認定，具用良好的實際應(yīng)用價值。第二章 硬件部分設(shè)計2.1 AT89C51 單片機簡介AT89C51是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱 單片機。 AT89C2051是一種帶 2K 字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。 單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除

21、1000次7 。該器件采用 ATMEL 高密度 非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 外形及引腳排列如圖 1 所示:圖1 外形及引腳排列其主要特性：與 MCS-51 兼容；4K 字節(jié)可編程 FLASH存儲器； 壽命： 1000寫/ 擦循環(huán)；5臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文數(shù)據(jù)保留時間： 1

22、0 年；全靜態(tài)工作： 0Hz-24MHz；三級程序存儲器鎖定；1288位內(nèi)部 RAM； 32 可編程 I/O 線；兩個 16位定時器 /計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；2.1.1 管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 當 P0口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存 儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼 輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0外部必須接上

23、拉電阻。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口，P1口緩沖器能接 收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收， 輸出 4個 TTL 門電流，當 P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且 作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由 于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位

24、地址外部數(shù)據(jù)存儲器進 行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢， 當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個TTL 門電流。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸 入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL ）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文

25、P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷 0）P3.3 /INT1（外部中斷 1）P3.4 T0（記時器 0外部輸入）P3.5 T1（記時器 1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高 電平時間。ALE/PROG ：當訪問外部存儲器時， 地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址 的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端 以不變的頻率周期輸出

26、正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。 然而要注意的是： 每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器 時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此 時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX ， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被 略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個 機器周期兩次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 這兩次有效的 /PSEN信 號將不出現(xiàn)。/EA/VPP ： 當 /EA 保 持 低 電 平 時

27、， 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲 器 （0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi) 部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編 程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。XTAL1 ：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2 ：來自反向振蕩器的輸出。第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計3.1 設(shè)計方案該系統(tǒng)硬件主要包括以下四大模塊： 89C51 單片機主控模塊、傳感器模塊、 報警模塊和顯示模塊等。其中 89C51 主要完成外圍硬件的控制以及一些運算功 能 ;傳感器完成信號的采樣

28、功能 ;報警模塊主要負責聲音報警和燈光報警 ;顯示模臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖 2 所示圖 2 系統(tǒng)總體設(shè)計本系統(tǒng)采用 89C51 單片機作為控制核心，并將其工作頻率設(shè)置為 12MHZ ， 方便計數(shù)器對速度傳感器產(chǎn)生的脈沖進行計數(shù)。 89C51 具有 32 根 I/O 口線，其 中 P0 引腳用于連接外部鎖存器 74LS373 芯片的 D0-D7 引腳、外部存儲器 6264 芯片的 D0-D7 引腳以及 8155 芯片的 AD0-AD7 引腳； P2.0-P2.4引腳作為地址高 5 位連接到 6264 芯片的高地址引腳； P1.0 用于控

29、制揚聲器； P1.1 用于控制警報 燈；P3.5引腳連接速度傳感器的開關(guān)，將其脈沖信號輸入計數(shù)器 1；P3.6和 P3.7 引腳作為外部存儲器和 8155 的讀寫選通信號；其余引腳懸空。 89C51 單片機還 具有低功耗和低電壓的特點，所以可以利用電池對系統(tǒng)進行供電。但 89C51 內(nèi) 部數(shù)據(jù)存儲器容量較少，為滿足系統(tǒng)需求，采用了外接 RAM 芯片的方法對其進 行擴展。3.2 測速傳感器速度傳感器是車輛傳感器中的易損器件，所以系統(tǒng)采用了非接觸式傳感器， 這是系統(tǒng)的關(guān)鍵 8 。這種傳感器的脈沖輸出信號具有穩(wěn)定性較好，不易受外部噪 聲干擾，對測量電路無特殊要求等優(yōu)點，并且結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低，性能

30、穩(wěn)定 可靠。該系統(tǒng)測速傳感器由霍爾開關(guān)、 磁鐵組成， 其工作原理是將霍爾開關(guān)和磁 鐵分別安裝在車架、車輪的恰當位置，車輛行駛時，在磁鐵的作用下，霍爾開關(guān) 產(chǎn)生的開關(guān)信號經(jīng)過整形被直接輸入到單片機計數(shù)器 1 的 P3.5 引腳，作為計數(shù) 器 1 的計數(shù)脈沖信號。 89C51 利用定時器 T0 定時一段時間后，然后提取 T1 中 的脈沖個數(shù)，經(jīng)過公式計算就可測量出車輛行駛的瞬時速度。 圖 3是霍爾開關(guān)集 成傳感器的內(nèi)部框圖。臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文圖 3 霍爾開關(guān)集成傳感器的內(nèi)部框圖。它主要有穩(wěn)壓電路霍爾元件、 放大器、整形電路及開關(guān)輸出 5 部分組成。穩(wěn) 壓電路可使傳感器在較寬的電源電

31、壓范圍內(nèi)工作， 開關(guān)輸出可使該電路方便的與 各種邏輯電路連接。 當有磁場作用在霍爾開關(guān)集成傳感器上時， 根據(jù)霍爾效應(yīng)原 理，霍爾元件輸出霍爾電壓， 該電壓經(jīng)放大器放大后送至整形電路。 當放大后的 霍爾電壓大于“開啟”閥值時，電路反轉(zhuǎn)輸出高電平，使三極管導通，并具有拉 流的作用，整個電路處于開狀態(tài)。當磁場減弱時，霍爾元件輸出的電壓很小，經(jīng) 放大器放大后其值還小于“關(guān)閉”閥值時，整形器又翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，使三極 管截止，電路處于關(guān)狀態(tài)。這樣，一次磁場強度的變化，就使傳感器完成了一次 開關(guān)動作。其工作原理是將霍爾開關(guān)和磁鐵分別安裝在車架、車輪的適當位置， 汽車行駛時，在磁鐵的作用下， 霍爾開關(guān)產(chǎn)生的

32、開關(guān)信號輸入到單片機的計數(shù)器 T1 引腳。 89C51的定時器 0 定時一段時間后，提取 T1中的脈沖個數(shù)，就可計算 出汽車行駛的瞬時速度。3.3 界面模塊界面模塊包括鍵盤、 LED 數(shù)字顯示器、蜂鳴器以及報警燈的設(shè)計。接口電 路如圖 4 所示。臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文圖 4 界面接口電路為了節(jié)省 I/O 口線，系統(tǒng)由 8155 芯片將鍵盤與顯示器接口電路組合在一起。 圖 4中 8155的 C口作為鍵盤的行掃描輸出口，只設(shè)置了 12個按鍵。 8155的 A 口作為鍵盤的列選口和 6 個 LED 的位選口， LED 為共陰極，而 8155 的 B 口作 為 6個 LED 的段碼輸出口。

33、 LED 的段選口均采用 8位集電極開路的驅(qū)動器 8718 進行驅(qū)動。P1.0端口用導線連接到音頻放大模塊區(qū)域中的 SPK IN 端口上， 在 “音頻 放大模塊” 區(qū)域中的 SPK OUT 端口上接上一個 8 歐的或者是 16 歐的喇叭，進 行聲音報警。P1.1 端口接警報燈。當輸出高電平時，警報燈亮；輸出低電平時，警報燈 滅。當車輛超過設(shè)置的安全參數(shù)時， 系統(tǒng)通過該引腳不斷的輸出高低電平， 達到 閃爍的警報效果。3.4 存儲器擴展為了存儲程序和數(shù)據(jù)的運算，系統(tǒng)采用 INTEL 的 6264 芯片，擴展 8K 的數(shù) 據(jù) RAM 。數(shù)據(jù)存儲器 6264 引腳圖如圖 5 所示。圖 5 數(shù)據(jù)存儲器

34、6264引腳圖SRAM 的典型芯片有 2KB 的 6116、8KB 的 6264以及 32KB 的 62256,其中 6264芯片應(yīng)用最為廣泛。 Intel 6264是 8K8 SRAM ，單一的+5V 電源，所有的 輸入端和輸出端都與 TTL 電路兼容。它的電路原理圖邏輯符號如圖 5 所示。其 中，CS為片選信號， OE為輸出允許信號， WE 為寫信號， A0A12 為 13根地址線， D0D7 為 8位數(shù)據(jù)線。10臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文3.5 抗干擾設(shè)計由于本儀表系統(tǒng)是為汽車、 摩托車設(shè)計的，而汽車、摩托車的點火系統(tǒng)有較 強的電磁干擾，另外車輛移動性大， 有可能處于較強電磁干擾

35、的環(huán)境中， 因此必 須采取抗干擾措施，否則系統(tǒng)難以穩(wěn)定、可靠運行。為提高其抗干擾性， 采用了電源抗干擾措施、過壓保護電路措施等，達到系 統(tǒng)的電氣與外界電路完全隔離，物理上作到完全屏蔽，防止空間的電磁輻射。 除 此之外還采用了軟件抗干擾編程和軟件“看門狗：技術(shù)。3.6 軟件設(shè)計該系統(tǒng)軟件主要由主程序、數(shù)據(jù)采集與 A/D 轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤中斷子程序、 告警子程序、顯示子程序等模塊組成。 因為實時控制系統(tǒng)必須考慮時間的精確度， 所以采用匯編語言編寫。3.7 主程序主程序主要完成硬件初始化、 子程序調(diào)用以及顯示、報警等功能，主程序流 程圖如圖 6 所示。11臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文圖 6 主

36、程序流程圖3.8 監(jiān)測車輛速度3.8.1 GPS 車速檢測GPS是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的英語縮寫，由遍布全球的 24 顆全球定位衛(wèi)星組 成。目前，全球 GPS 技術(shù)應(yīng)用范圍越來越廣，價格也越來越低。 GPS是真正實 現(xiàn)了全球、全天候、連續(xù)、實時、以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導航系統(tǒng)。 在全球任何地方以及近地空間能夠給出準確二維（或三維）位置、 速度和精確的 時間信息。 GPS 系統(tǒng)由地面控制站、空間設(shè)備（ SV）、GPS 用戶接收機和地面通 信網(wǎng)部分組成。利用 GPS和 GIS 技術(shù)可以對車輛進行實時定位、跟蹤、報警、 通信等，能夠滿足 掌握車輛基本信息、對車輛運行進行遠程監(jiān)控的需要 9-10

37、。GPS的基本定位原理如圖 7 所示：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間12臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文信息，用戶接收到這些信息后， 經(jīng)過計算求出接收機的三維位置， 三維方向以及 運動速度和時間信息圖 7 GPS 的基本定位原理圖 主要是計算出車輛的時速，為報警提供參考依據(jù)。 計算過程如下：222222(x1x)2(y1y)2(z1z)2c2(tt01)2d12222222(x2x)2(y2y)2(z2z)2c2 (tt02)2d22(x3x)2(y3y)2(z3z)2c2(tt03)2d32(x4x)2(y4y)2(z4z)2c2 (tt04)2d42聯(lián)立方程式，求解未知數(shù) (x ,

38、y ,z ,t) ，即為 GPS定位目標車輛所處的位置、時 刻，同理求得下一時刻車輛所處的位置、 時刻(x ,y ,z ,t ) ，則可根據(jù) 式得到檢測車輛的行駛車速 v。v(x x)2 (y y)2 (z z)2vt t3.8.2 跟蹤流程車輛跟蹤就是在 GPS 定位的一段序列圖像中找出其中感興趣的運動目標在 連續(xù)每幀圖像中的位置序列。車輛跟蹤的目的就是通過對 GPS 定位所生成的序 列圖像進行分析研究，計算出運動車輛在連續(xù)幀圖像中的位移、運動速度、 運動 目標的數(shù)量及運動目標的運動軌跡等運動參數(shù)， 為車速信息的分析和管理提供依 據(jù)11。車輛跟蹤的原理就是在下一幀 GPS 定位圖像中找出目標

39、車輛確切位置。13臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文一般的跟蹤方法是首先提取被跟蹤目標車輛的圖像， 建立一個模板， 然后在下一 幀圖像中進行 GIS電子地圖匹配， 搜索目標圖像， 直到找到匹配的位置。 其跟蹤 流程圖 8 如下：圖 8 車輛跟蹤流程圖本系統(tǒng)在實驗過程中， 曾嘗試許多種濾波法， 最后采用防脈沖干擾平均值濾 波法取得較好的效果。如果采用一般的平均值法，則干擾將會“平均”到結(jié)果中 去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的誤差。為此，可先去掉 N 個數(shù) 據(jù)中的最大值和最小值， 然后計算 N-2 個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。 本系統(tǒng)將測量的一 個數(shù)據(jù)送到寄存器 B和累加器 A 中，使用 R0作

40、為計數(shù)器， R2、R3中存放最大 值， R4、R5中存放最小值， R6、R7中存放累加值和最后結(jié)果（ R2、R4、R6中 為低字節(jié)） ，然后再送入 RAM 保存與預值比較，程序略。監(jiān)測汽車速度子程 序主要是通過在一定時間內(nèi)提取傳感器產(chǎn)生的脈沖個數(shù) T1 計算出汽車的瞬時速 度，完成數(shù)據(jù)采集，為報警子程序提供參考數(shù)據(jù) 12。圖 9為數(shù)據(jù)采集程序流程圖。14臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文圖 9 數(shù)據(jù)采集程序流程圖 設(shè)備通電開始后進行初始化，初始化完畢后繼而調(diào)用采集指令進行數(shù)據(jù)采 集當時間未達到一定的間隔時間沒有完成采集， 繼續(xù)執(zhí)行該指令直到完成數(shù)據(jù) 采集采集完畢后接受數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)保存， 保存

41、數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)進行比較確定 是否調(diào)用報警子程序。3.9 鍵盤中斷子程序主要實現(xiàn)合法參數(shù)的輸入。 包括鍵盤的掃描子程序和查表轉(zhuǎn)換子程序以及 鍵盤去抖動子程序三部分。3.10 報警子程序主要實現(xiàn)在車輛超速行駛狀態(tài)下發(fā)出報警信號。包括 SPEAKER 輸出子程 序和警報燈的閃爍子程序。3.11 顯示子程序設(shè)計3.11.1 信息顯示的方式選擇 采用數(shù)字化顯示用戶設(shè)定的最高時速和車輛實際時速。 該部分子程序主要是 對 8155芯片進行控制 ,使6位LED 進行動態(tài)顯示。LED 顯示系統(tǒng)主要有 :戶內(nèi)單色信息屏，雙基色視頻屏，全彩色、真彩色視 頻屏 ;戶外單色信息屏，雙基色、全彩色、真彩色視頻屏 ;可根據(jù)

42、客戶需要設(shè)計不 同的 LED 顯示系統(tǒng)。 LED 顯示屏可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像，不僅 可以用于室內(nèi)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、 液晶顯示屏無法比 擬的優(yōu)點。 LED 之所以受到廣泛重視而得到迅速發(fā)展，是與它本身所具有的優(yōu) 點分不開的。這些優(yōu)點概括起來是 :亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽 命長、耐沖擊和性能穩(wěn)定。15臨沂大學 2012 屆本科畢業(yè)論文3.11.2 LED 顯示屏的優(yōu)點使用 LED 顯示屏具有如下特點 :1、簡單性 :由于系統(tǒng)最為復雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分都以芯片內(nèi)部邏輯的形式實 現(xiàn)，使系統(tǒng)變得非常簡單 ;2、易維護性 :與簡單性直接相關(guān)的是系統(tǒng)的易維護性

43、，由于免去了復雜的控 制部分，系統(tǒng)維護變成了一項由初級技術(shù)人員就可以完成的工作 ;3、高可靠性 :系統(tǒng)控制部分的簡單進一步帶來了系統(tǒng)的高可靠性，這也主要 是因為集成芯片技術(shù)相比于分離器件技術(shù)具有數(shù)倍的穩(wěn)定性 ;4、高性價比 :系統(tǒng)以最可靠的性能實現(xiàn)屏幕基色 40%級灰度的控制，圖象顯 示逼真、自然，實現(xiàn)同等顯示控制效果 ;5、單元化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計大型顯示屏系統(tǒng)，使系統(tǒng)連線直觀簡便，且使系統(tǒng) 的安裝、調(diào)試與維護變得極為簡便， 從而最大程度地降低顯示屏系統(tǒng)的不可見故 障率;6、工業(yè)化可靠性設(shè)計 :系統(tǒng)采用單元化設(shè)計，取代了傳統(tǒng)設(shè)計中大量的分離 器件，使系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性大幅度提高 ;7、高解析度和高刷新頻率 :除了灰度等級之外，顯示屏的另外兩個性能指標 是其解析度和刷新頻率。3.12 RAM 數(shù)據(jù)保護的條件陷阱本系統(tǒng)擴充有 RAM 保存數(shù)據(jù)， 這些數(shù)據(jù)的寫入是使用 MOVXDPTR,A 指 令來完成。當 CPU 受到干擾而非法執(zhí)行指令時，就會改寫 RAM 中的數(shù)據(jù)，導 致 RAM 中數(shù)據(jù)丟失。為了減少 RAM