汽車超速報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

1、 基于單片機(jī)的汽車超速報(bào)警器的設(shè)計(jì)摘 要為了降低車輛超速造成的交通事故,設(shè)計(jì)了一種利用89C51單片機(jī)對機(jī)動車超速行駛情況進(jìn)行蜂鳴報(bào)警和燈光報(bào)警的系統(tǒng)。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動車輛規(guī)模及流量大幅度增加。為了保護(hù)司乘人員安全，降低事故發(fā)生率成為當(dāng)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(biāo)志，以便駕駛?cè)藛T提前減速，成為一種必要手段。詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)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(jì)方法及程序流程圖。關(guān)鍵詞： 89C51；傳感器；界面模塊ABSTRACTDesign a sound alarming system using 89C51 sin

2、gle 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 safety of drivers and passengers，reducing the acci

3、dent rate become a urgent affair。 Setting up speeding alert system and supplying the drivers with The system with simple structure,high reliability and convenient operation can widely used on motorbike ,car and so on. This paper detailedly introduces the whole design scheme of the system、the circuit

4、 on interface module and 89C51，the method of the software design and program flow chart.Keyword:89C51； transducer; Interface-Modul目 錄第一章 緒論11。1 研究背景11.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法11。3 研究目的與意義11。3.1 研究目的11.3.2 研究意義21。4 研究現(xiàn)狀21.4.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21。5 研究內(nèi)容4第二章 硬件部分設(shè)計(jì)42。1 AT89C51單片機(jī)簡介42.1.1 管腳說明6第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)73。1 設(shè)計(jì)方案73.2 測速傳感器83.3 界

5、面模塊93。4 存儲器擴(kuò)展103.5 抗干擾設(shè)計(jì)103.6 軟件設(shè)計(jì)113。7 主程序113.8 監(jiān)測車輛速度123.8。1 GPS車速檢測123.8。2 跟蹤流程133.9 鍵盤中斷子程序153。10 報(bào)警子程序153。11 顯示子程序設(shè)計(jì)153。11。1 信息顯示的方式選擇153.11.2 LED顯示屏的優(yōu)點(diǎn)163。12 RAM數(shù)據(jù)保護(hù)的條件陷阱164 總結(jié)17參考文獻(xiàn)18致 謝19第一章 緒論1。1 研究背景隨著我過國民經(jīng)濟(jì)和汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，本課題針對汽車運(yùn)行的安全,設(shè)計(jì)了由單片機(jī)作為中央控制單元的汽車報(bào)警系統(tǒng)，主要設(shè)計(jì)汽車超高速報(bào)警功能，該設(shè)計(jì)將單片機(jī)的實(shí)時控制及數(shù)據(jù)處理功能與傳感

6、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(bào)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(bào)警系統(tǒng)及時準(zhǔn)確,實(shí)現(xiàn)汽車多功能的報(bào)警控制，最大限度的保護(hù)消費(fèi)者的利益1。所設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)對出現(xiàn)的危急情況能夠及時進(jìn)行聲、光、網(wǎng)絡(luò)報(bào)警級響應(yīng)的顯示,提醒車主或駕駛員盡快地采取響應(yīng)的措施,有效的保護(hù)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(jī)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(jì)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(cái)產(chǎn)損失27。7億元。其中車輛超速行駛造成交通事故的

7、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(jì)了一種超速報(bào)警系統(tǒng).該報(bào)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度。當(dāng)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(jī)動車輛，并通過6位LED顯示車輛的實(shí)際車速和用戶設(shè)置的安全參數(shù)，當(dāng)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(bào)警,警告燈不斷閃爍,提醒駕駛員減速，達(dá)到防患于未然的目的.1。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法該報(bào)警系統(tǒng)硬件主要包括以下四大模塊:89C51單片機(jī)主控板、傳感器模塊、報(bào)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

8、運(yùn)算功能，傳感器完成信號的采樣功能，報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)報(bào)警和燈光報(bào)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)：雷達(dá)視頻測速、車牌識別與LED電子顯示屏進(jìn)行超速警示，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為達(dá)到最優(yōu)的性價比，將遵循以下設(shè)計(jì)原則5：合理性：以系統(tǒng)工程學(xué)及其它先進(jìn)理論指導(dǎo)，使系統(tǒng)的各部分合理配置，有機(jī)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(jìn)性:采用先進(jìn)設(shè)備，使系統(tǒng)功能完備，易于升級換代，在保證其先進(jìn)性的前提下具有較長的生命周期。實(shí)用性：系統(tǒng)功能充分滿足車輛檢測、警示超速車輛的實(shí)際需求，簡便實(shí)用，易于使用、管理、維護(hù)和擴(kuò)展。可行

9、性:系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(biāo)準(zhǔn)，與管理部門的管理制度相適應(yīng).經(jīng)濟(jì)性：充分利用所選擇的設(shè)備,控制整體設(shè)計(jì)的成本，與經(jīng)濟(jì)能力方面的實(shí)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(qiáng)的抗干擾、抗靜電能力，以及數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能。還將提供用戶等級權(quán)限保護(hù),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(jì)實(shí)用動態(tài)實(shí)時的車輛超速警示系統(tǒng)，將為公安機(jī)關(guān)與交理部門提供有效的技術(shù)手段，使公安機(jī)關(guān)與交通管理部門有效地實(shí)施超速管理，保車安全、行人安全、財(cái)產(chǎn)安

10、全有著顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。同時，還具有以下有點(diǎn)：1、不同于傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)，能夠改變現(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(diǎn)，可以進(jìn)行多種交通違章行為的監(jiān)控;3、能夠?yàn)樘幚沓佘囕v提供準(zhǔn)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(dá)視頻檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)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(xué)技術(shù)發(fā)展的背產(chǎn)生的大范圍、全方位、實(shí)時、高效的交通管理系統(tǒng),它將先進(jìn)的信息、數(shù)據(jù)通信子控制及計(jì)算機(jī)處理等技術(shù)有機(jī)的融合，運(yùn)

11、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(jìn)的智能交通理論與高新技術(shù)集成并運(yùn)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(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)性、實(shí)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(jī)與車輛監(jiān)控、與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(jì)劃，開展為優(yōu)化人機(jī)界面和道路安全的遠(yuǎn)程信理“智能道路”的研究和示范，通過標(biāo)準(zhǔn)和使用者信息提高

12、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(dá)的國家之一，從上個世紀(jì)50年代中期就開始按照公規(guī)劃進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)，目前已實(shí)現(xiàn)了縱橫交錯、四通八達(dá)的現(xiàn)代化公路網(wǎng)絡(luò)，高速公路總長度己達(dá)10萬公里。但是隨著經(jīng)濟(jì)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(cái)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(dāng)前和未來交通量大幅度增長的社會需求。從2000年到2006年,美國準(zhǔn)

13、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(jì)算機(jī)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(shí)時修改數(shù)據(jù);交通信號可由計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整或人為干涉;關(guān)鍵路段和重點(diǎn)地區(qū)配有攝像機(jī)實(shí)時監(jiān)控交通情況.現(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(jìn)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),惡劣道路和交通環(huán)境的實(shí)時警告系統(tǒng)，以及有關(guān)服務(wù)設(shè)施和旅游路線、景點(diǎn)等信息系統(tǒng)。在日本,ITS的發(fā)展始于2

14、0世紀(jì)70年代，其顯著特點(diǎn)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(dǎo)系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn).在20世紀(jì)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,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(yùn)輸省和警察廳之間建立了協(xié)調(diào)工作機(jī)制。綜合分析ITS，上述5個部在1995年提出了日本公路

15、。交通·車輛領(lǐng)域的信息化實(shí)施方針，其目的在統(tǒng)一的規(guī)劃下推進(jìn)其工作.ITS由導(dǎo)航系統(tǒng)、自動收費(fèi)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(jìn)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(yùn)輸一體化建設(shè)進(jìn)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)的演示.從1986年起，西歐國家開始在“歐洲高效安全交通系統(tǒng)計(jì)劃（PROMETHEUS）”和“保障車輛安全的歐洲道路基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃(D砒VE)”兩大計(jì)劃指導(dǎo)下開展交通運(yùn)輸信息化領(lǐng)域的研究、開發(fā)與應(yīng)

16、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(jì)劃。目洲各國正在進(jìn)行Telematics的全面應(yīng)用開發(fā)工作,計(jì)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(fèi)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PROMETHEUS的計(jì)即歐洲高效安全交通系統(tǒng)計(jì)劃6。其它國家，如韓國政府于2001年3月制訂了全新的RRS計(jì)劃：RRS藍(lán)圖21，投入75億美元,建成包括汽車及高速公路系統(tǒng),先進(jìn)交通管理系統(tǒng)，電子收費(fèi)系統(tǒng)個先進(jìn)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

17、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).本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途本文為互聯(lián)網(wǎng)收集，請勿用作商業(yè)用途1.5研究內(nèi)容近年來我國加強(qiáng)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(xiàng)治理活動；在設(shè)備上，陸續(xù)引進(jìn)了一些先進(jìn)的雷達(dá)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(qiáng).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(shí)時監(jiān)控檢測，進(jìn)一步改進(jìn)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(dá)與攝像設(shè)備以及良好安裝位置與安裝角度。算法上,改進(jìn)對測速算法和其他去干擾的噪聲算法

18、，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(jìn)行超速的人性化警示，進(jìn)而完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過雷達(dá)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(shí)時圖像信息，對超速車輛抓拍，進(jìn)行車牌定位字符分離,字符識別，從而完成車牌識別；結(jié)合雷達(dá)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(jìn)行超速警示，實(shí)現(xiàn)高速公路的交通超速警示，這對減少交通事故，進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,與事后的責(zé)任認(rèn)定，具用良好的實(shí)際應(yīng)用價值。第二章 硬件部分設(shè)計(jì)2.1 AT89C51單片機(jī)簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器(

19、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(jī)。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(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除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(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。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(jī)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

20、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)；·數(shù)據(jù)保留時間:10年；·全靜態(tài)工作:0Hz24MHz；·三級程序存儲器鎖定；·128×8位內(nèi)部RAM；·32可編程I/O線；·兩個16位定時器/計(jì)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

21、開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)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(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。 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(yàn)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,

22、輸出4個TTL門電流，當(dāng)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(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)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(yàn)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(dāng)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

23、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 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(yàn)接收一些控制信號. RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間. ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電

24、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(dāng)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(jī)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)

25、. /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），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(dāng)/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(jì)3。1 設(shè)計(jì)方案該系統(tǒng)硬件主要包括以下四大模塊：89C51單片機(jī)主控模塊、傳感器模塊、報(bào)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(yùn)算功能;傳感器完成信號的采樣功能;報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)

26、警和燈光報(bào)警；顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖2 所示。圖2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用89C51 單片機(jī)作為控制核心，并將其工作頻率設(shè)置為12MHZ,方便計(jì)數(shù)器對速度傳感器產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)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D0D7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。0P2。4引腳作為地址高 5位連接到6264芯片的高地址引腳；P1。0用于控制揚(yáng)聲器;P1.1用于控制警報(bào)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(jì)數(shù)器1;P3.6和P3.7 引腳作為外部存儲器和

27、8155的讀寫選通信號；其余引腳懸空.89C51單片機(jī)還具有低功耗和低電壓的特點(diǎn)，所以可以利用電池對系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)行擴(kuò)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(diǎn)，并且結(jié)構(gòu)比較簡單，成本低,性能穩(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(dāng)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

28、接輸入到單片機(jī)計(jì)數(shù)器1的P3.5引腳，作為計(jì)數(shù)器1的計(jì)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(jì)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。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(dāng)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(dāng)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(dǎo)通，并具有拉流的作用

29、,整個電路處于開狀態(tài)。當(dāng)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(qiáng)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(dāng)位置，汽車行駛時，在磁鐵的作用下，霍爾開關(guān)產(chǎn)生的開關(guān)信號輸入到單片機(jī)的計(jì)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(jì)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(bào)警燈的設(shè)計(jì)。接口電路如圖4所示。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

30、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.LED的段選口均采用8位集電極開路的驅(qū)動器8718進(jìn)行驅(qū)動。 P1。0端口用導(dǎo)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(jìn)行聲音報(bào)警。 P1。1 端口接警報(bào)燈。當(dāng)輸出高電平時，警報(bào)燈亮；輸出低電平時，警報(bào)燈滅。當(dāng)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(dá)到閃爍的警報(bào)效果. 3。4

31、存儲器擴(kuò)展 為了存儲程序和數(shù)據(jù)的運(yùn)算，系統(tǒng)采用INTEL的6264芯片，擴(kuò)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8K×8 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。3。5 抗干擾設(shè)計(jì) 由于本儀表系統(tǒng)是為汽車、摩托車設(shè)計(jì)的,而汽車、摩托車的點(diǎn)火系

32、統(tǒng)有較強(qiáng)的電磁干擾,另外車輛移動性大，有可能處于較強(qiáng)電磁干擾的環(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(yùn)行。為提高其抗干擾性，采用了電源抗干擾措施、過壓保護(hù)電路措施等,達(dá)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(jì) 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?yàn)閷?shí)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(bào)警等功能，主程序流程圖如圖6所示.圖6 主程

33、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(shí)現(xiàn)了全球、全天候、連續(xù)、實(shí)時、以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。在全球任何地方以及近地空間能夠給出準(zhǔn)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(jī)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(jìn)行實(shí)時定位、跟蹤、報(bào)警、通信等,能夠滿足 掌握車輛基本信息、對車輛運(yùn)行進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要9-10。GPS的基本定位原理如圖7所示：衛(wèi)星不間斷地

34、發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置,三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息。圖7 GPS的基本定位原理圖主要是計(jì)算出車輛的時速，為報(bào)警提供參考依據(jù)。 計(jì)算過程如下：聯(lián)立方程式，求解未知數(shù)（x ，y ，z ，t),即為GPS定位目標(biāo)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.3.8.2 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(yùn)動目標(biāo)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(jìn)行分析研究,計(jì)算出運(yùn)動車輛在連續(xù)幀圖像中的位移、

35、運(yùn)動速度、運(yùn)動目標(biāo)的數(shù)量及運(yùn)動目標(biāo)的運(yùn)動軌跡等運(yùn)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(biāo)車輛確切位置。一般的跟蹤方法是首先提取被跟蹤目標(biāo)車輛的圖像，建立一個模板，然后在下一幀圖像中進(jìn)行GIS電子地圖匹配,搜索目標(biāo)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(shí)驗(yàn)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(jì)算N-2個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。本系統(tǒng)將

36、測量的一個數(shù)據(jù)送到寄存器B和累加器A中，使用R0作為計(jì)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(yù)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(jì)算出汽車的瞬時速度，完成數(shù)據(jù)采集，為報(bào)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。圖9 數(shù)據(jù)采集程序流程圖設(shè)備通電開始后進(jìn)行初始化，初始化完畢后繼而調(diào)用采集指令進(jìn)行數(shù)據(jù)采集當(dāng)時間未達(dá)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(jìn)行數(shù)據(jù)保存，保存數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較確定是

37、否調(diào)用報(bào)警子程序.3.9 鍵盤中斷子程序 主要實(shí)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(bào)警子程序 主要實(shí)現(xiàn)在車輛超速行駛狀態(tài)下發(fā)出報(bào)警信號。包括 SPEAKER 輸出子程序和警報(bào)燈的閃爍子程序。3.11 顯示子程序設(shè)計(jì) 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(shí)際時速.該部分子程序主要是對8155芯片進(jìn)行控制，使6位LED進(jìn)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)客戶需要設(shè)計(jì)不同的LED顯示系統(tǒng).LED顯示屏可

38、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(diǎn).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(diǎn)分不開的。這些優(yōu)點(diǎn)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。3。11.2 LED顯示屏的優(yōu)點(diǎn)使用LED顯示屏具有如下特點(diǎn)：1、簡單性：由于系統(tǒng)最為復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分都以芯片內(nèi)部邏輯的形式實(shí)現(xiàn),使系統(tǒng)變得非常簡單；2、易維護(hù)性：與簡單性直接相關(guān)的是系統(tǒng)的易維護(hù)性，由于免去了復(fù)雜的控制部分，系統(tǒng)維護(hù)變成了一項(xiàng)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(jìn)一步帶來了系統(tǒng)的

39、高可靠性，這也主要是因?yàn)榧尚酒夹g(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(shí)現(xiàn)屏幕基色40級灰度的控制，圖象顯示逼真、自然,實(shí)現(xiàn)同等顯示控制效果;5、單元化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)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(hù)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(jì)：系統(tǒng)采用單元化設(shè)計(jì)，取代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(biāo)是其解析度和刷新頻率。3.12 RAM 數(shù)據(jù)保護(hù)的條件陷阱 本系統(tǒng)擴(kuò)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(dāng)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(dǎo)致RAM中數(shù)據(jù)丟失。為了減少RAM中數(shù)據(jù)丟失的可能性，我們再RAM寫操作之前加入條件陷阱，不滿足條件時不允許寫操作，并進(jìn)入陷阱，形成死循環(huán)。然后由