單片機 車速報警器

1、目錄1 概述31.1設(shè)計思路31.2 方案論證31.3 方案的提出31.4方案的比較及確定42 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計62.1主控模塊62.2測速傳感器62.3 報警電路的設(shè)計72.4顯示電路的設(shè)計72.5按鍵電路的設(shè)計82.6共陰極LED顯示驅(qū)動器 MAX7219芯片83 軟件設(shè)計104 Proteus軟件仿真124.1 設(shè)定當前速度的仿真圖：124.2 當前速度與設(shè)定速度仿真圖134.3 仿真結(jié)果與分析145課程設(shè)計體會15參考文獻16附1：源程序代碼17第1章 概述1.1摘要及設(shè)計思路隨著汽車工業(yè)和高速公路建設(shè)的發(fā)展，每年由各種交通事故造成的人員傷亡數(shù)目驚人，造成了巨大的經(jīng)濟損失。 據(jù)統(tǒng)

2、計，造成各種交通事故的主要原因是車輛的超載和超速行駛，而后者隨機性很大，糾章困難，而且由于中國公路條件復雜，不同等級的公路允許的最高速度不同，現(xiàn)有的限速裝置難以適應這種情況。 針對這種狀況，開發(fā)具有智能決策模塊的汽車。近年來隨著科技的飛速本設(shè)計是發(fā)展，為了克服傳統(tǒng)模擬車速顯示儀表顯示數(shù)不準確及沒有超速提示的缺點，數(shù)字化儀表迅速的進入汽車儀表行業(yè)，成為一種趨勢，本文從駕駛員自身安全角度出發(fā)，設(shè)計了一種檢測車輛超速的報警系統(tǒng)。該報警系統(tǒng)允許駕駛員通過自帶鍵盤設(shè)置本車輛安全行駛的最高速度 當車輛處于行駛狀態(tài)中，該系統(tǒng)通過速度傳感器時刻監(jiān)測機動車輛。并通過LED顯示車輛的實際車速和用戶設(shè)置的安全參數(shù)當

3、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。單片機的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用。此設(shè)計就是一種利用8051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)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，操作方便，可廣泛應用于摩托車、汽車等機動車輛。本文要求設(shè)計一個具有數(shù)字顯示功能的單片機系統(tǒng),實現(xiàn)車輛當前速度輸出，當達到所設(shè)定的速度上限時并報警，以保證駕駛?cè)藛T的人身安全。首先要進行系統(tǒng)的總體方案設(shè)計，在設(shè)計中一般應考慮以下幾點：(1) 遵循

4、從整體到局部的設(shè)計原則。在過程中，應遵循從整體到局部的設(shè)計原則，把復雜難處理的問題分為若干個較為簡單的、容易處理的問題，分別加以解決。(2) 經(jīng)濟性要求。為了獲得較高的性能價格比，設(shè)計時不應盲目追求復雜高級的方案。在滿足性能指針的前提下，應盡可能采用簡單的方案，因為方案簡單意味著所用的元器件少，可靠性高，而且比較經(jīng)濟。(3) 可靠性要求。所謂可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃灾羔槼丝捎猛瓿晒δ艿母怕时硎就猓€可以用平均無故障時間、故障率、失效率或平均壽命等來表示。1.2 方案論證車速報警系統(tǒng)系統(tǒng)組成主要由單片機控制模塊、霍爾傳感器、LED數(shù)碼顯示器及聲光報警

5、器組成。針對任務要求，我們發(fā)現(xiàn)此項設(shè)計在單片機接口芯片以及按鍵電路上有不同的選擇。因此，設(shè)計方案的比較主要對此展開。1.3 方案的提出方案一：采取通過帶有I/O接口和計時器的靜態(tài)RAM8155芯片與設(shè)定速度的鍵盤電路，速度顯示電路，8155芯片具有256個字節(jié)的RAM，兩個8位、一個6位的可編程I/O口和一個14為計數(shù)器。系統(tǒng)的硬件電路簡圖如圖1-1所示。節(jié)氣門開度8155鍵盤輸入LED 數(shù)碼管機車車輪霍爾傳感器AT89S51單片機圖1-1 系統(tǒng)硬件電路簡圖霍爾傳感器用來產(chǎn)生脈沖方波，鍵盤輸入用來設(shè)定限制速度，當車速超過最大速度Vm時，聲光報警電路將發(fā)出報警信號。單片機外部中斷口接霍爾傳感器的

6、輸出，車輪每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一次INT0中斷請求，單片機對INT0中斷請求的次數(shù)進行計數(shù)。并將在1秒內(nèi)的計數(shù)值轉(zhuǎn)換成機動車的時速，送至顯示緩沖區(qū)以供顯示程序調(diào)用。具體算法如下：設(shè)單片機每秒計數(shù)值為n，即n r/s。設(shè)機車車輪的周長為d m，則機車的時速V=d×n×36km/h。硬件電路方框圖霍爾傳感器的輸出信號經(jīng)AT89C51的INT0口輸入并存儲在內(nèi)部R0M 中，AT89C51外擴一片8155芯片，其PB口作為LED數(shù)碼管的段選線，PA4PA0作為LED的位選線和鍵盤的列線，PCO和PC1口作為鍵盤的行線，從而組成10個按鍵的鍵盤。AT89C51的P26口外接三極管放大器用來驅(qū)

7、動聲光報警電路，P26不斷地輸出101010 的高低電平，驅(qū)動聲光報警電路報警。只要使聲光報警電路報警重復輸出256Hz及350Hz的叫聲各073s，便可以模擬警車的叫聲，產(chǎn)生警示作用。機車的上限速度Vm通過鍵盤設(shè)置并存儲起來。單片機檢測霍爾傳感器輸出的信息，計算出機車當前的速度v，并送LED顯示。當VVm時，控制聲光報警電路報警發(fā)出警示音。方案二：利用高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅(qū)動顯示器MAX7219及按鍵電路實現(xiàn)。MAX7219芯片用來顯示當前及設(shè)定速度，當速度超過最大速度Vm時，聲光報警電路發(fā)出報警，按鍵設(shè)定用來設(shè)定報警速度（最大速度Vm）。系統(tǒng)的硬件電路簡圖如圖1-2所示。

8、圖1-2 系統(tǒng)硬件電路圖1.4方案的比較及確定方案一和方案二比較，方案一采用8155芯片使用單片機引腳較多，采用鍵盤電路較復雜，而且只能顯示當前速度，駕駛員對速度上限透明度不高，總體電路較復雜；方案二采用的MAX7219是一個高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED驅(qū)動顯示器，每片可驅(qū)動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線，且速度設(shè)定只需通過幾個按鈕實現(xiàn)即可，并且可以實時實現(xiàn)速度上限的增減，因而硬件電路簡單，人眼視覺效果好，可以方便的為駕駛員提供信息，易于實現(xiàn)維護，且MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時從單片機接收數(shù)據(jù)外，平時獨立工作，極大地節(jié)

9、省了MCU有限的運行時間和程序資源。對于本課題所研制的車速報警系統(tǒng)而言，其基本出發(fā)點就是利用現(xiàn)有工藝條件，采用現(xiàn)代計算機軟件處理技術(shù)，提高系統(tǒng)的精度等級和工作的穩(wěn)定性，拓展其功能，并賦予其智能化特征，使報警器不僅能夠及時準確地顯示車輛的當前速度信息，同時盡可能地減少不必要的人工操作，使報警能隨時隨地不間斷進行并保證報警的工作效率。有鑒于此，同時根據(jù)系統(tǒng)的要求，確定系統(tǒng)總設(shè)計方案如圖所示：霍爾傳感器LED數(shù)碼管聲光報警電路MSC-51 單片機按鍵操作機車車輪MAX7219芯片報警燈節(jié)氣門開度圖1-4 車速報警系統(tǒng)總體設(shè)計方案圖第二章 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計硬件設(shè)計該系統(tǒng)硬件主要包括以下四大模塊：

10、8051單片機主拄模塊、傳感器模塊、報警模塊和顯示模塊等。其中8051主要完成外圍硬件的控制以及一些運箅功能：傳感器完成信號的采樣功能；報警模塊豐要負責聲音報警和燈光報警：顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。2.1主控模塊本系統(tǒng)采用MCS一51系列的8051單片機作為控制核心。8051抗干擾性好，適用于惡劣環(huán)境的場合。8051 CPU的工作頻率采用12MHZ，方便系統(tǒng)對速度傳感器的計數(shù)脈沖進行快速的處理。805l的輸入，輸出引腳具有32根IO口線?？梢赃B接存儲器、LED顯示器、速度傳感器等各種外部器件。8051具有低功耗和低電壓工作模式的特點，可以利用電池對系統(tǒng)供電。但8051內(nèi)部只有256B的

11、數(shù)據(jù)存儲器，系統(tǒng)可以外接RAM芯片以滿足系統(tǒng)的需求。8051最小應用系統(tǒng)如下圖2-1 8051最小應用系統(tǒng)2.2測速傳感器速度傳感器是車輛傳感器中的易損器件所以該系統(tǒng)對測速傳感器進行了改進，使它具有靈敏度高、價格低廉、不易損壞等優(yōu)點。測速傳感器由霍爾開關(guān)、磁鐵組成其工作原理足將霍爾開關(guān)和磁鐵分別安裝在車架、車輪的適當位置，車輛行駛時，在磁鐵的作用下，霍爾開關(guān)產(chǎn)生的開關(guān)信號輸人到單片機的計數(shù)器T1引腳805l的定時器0定時 段時間后。提取Tl中的脈沖個數(shù)就可計算出車輛的行駛的瞬時速度?；魻杺鞲衅鞯耐庑螆D和與磁場的作用關(guān)系如下圖所示。磁鋼用來提供霍爾能感應的磁場，當霍爾元件以切割磁力線的方式相對磁

12、鋼運動時在霍爾輸出端口就會有電壓輸出，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用?；魻杺鞲衅鳈z測轉(zhuǎn)速示意圖如下。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率，就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。同樣道理，根據(jù)圓盤(車輪)的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合圓盤的周長就可以計算出物體的位移。2.3 報警電路的設(shè)計報警模塊豐要負責聲音報警和燈光報警，報警電路均比較簡單，聲音報警由單片機引腳接上拉電阻，晶體管及揚聲器構(gòu)成，燈光報警由兩個發(fā)光二極管構(gòu)成，電路設(shè)計簡圖如下圖圖2-2 聲光式報警電路 2.4顯示電路的設(shè)計顯示電路由MAX7219芯片完成，MAX7

13、219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動器。每片可驅(qū)動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管。SEGASEGG（圖中為A到G）為LED七段顯示器段驅(qū)動端  ，SEGDP為小數(shù)點驅(qū)動端；（SEGASEGG，DP驅(qū)動顯示器7段及小數(shù)點的輸出電流，一般為40 mA左右，可軟件調(diào)整，關(guān)閉狀態(tài)時，接入GND。）DIG7DIG0：8位數(shù)值驅(qū)動線。輸出位選信號，從每個LED公共陰極吸入電流，吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動線。其最大值可達500 mA，關(guān)閉狀態(tài)時，輸出VCC。MAX7219與LED數(shù)碼管連接如下圖圖2-3 MAX7219與LED數(shù)碼管連接電路圖2.5按鍵電路的設(shè)計按

14、鍵電路由四個開關(guān)加上拉電阻構(gòu)成，使用單片機四個引腳，四個開關(guān)分別是速度設(shè)置、速度增加、速度減小以及速度確定，通過對開關(guān)的操作可以對速度上限值進行設(shè)定操作，由于另外有速度增減按鍵，可以方便的根據(jù)駕駛員的實時實地要求進行速度更改以達到報警目的，具有很強的操作靈活性。其簡圖如下：圖2-4 按鍵電路的連接圖2.6共陰極LED顯示驅(qū)動器 MAX7219芯片MAX7219是一種高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動器。每片可驅(qū)動8位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，可以數(shù)片級聯(lián)，而與微處理器的連接只需3根線。MAX7219內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯示數(shù)據(jù)時從單片機接收數(shù)據(jù)外，平時獨立工作，極大地節(jié)省了

15、MCU有限的運行時間和程序資源。 MAX7219芯片上包括BCD譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動器、位驅(qū)動器和用于存放每個數(shù)據(jù)位的8×8靜態(tài)RAM以及數(shù)個工作寄存器。通過指令設(shè)置這些工作寄存器，可以使MAX7219進入不同的工作狀態(tài)。MAX7219的時序圖（DIN CLK LOAD原理）圖2-7 MAX7219工作時序圖這個圖很簡單反映了DIN，CLK和LOAD的工作時序，就是告訴大家三個端口是怎么合作傳送數(shù)據(jù)的。其中，DIN是串行數(shù)據(jù)輸入端，CLK和LOAD實際上是充當了組織者。針對單片MAX7219介紹一下數(shù)據(jù)傳送的過程：首先，在CLK的下降沿，無效，在CLK的上升沿，第一位二進制數(shù)

16、據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器，然后CLK再出現(xiàn)下降沿，無效，然后CLK再出現(xiàn)上升沿，第二位二進制數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器，就這樣工作十六個周期，完成十六個二進制（前八個是地址，后八個是數(shù)據(jù)）的傳送，這當中LOAD一直是低電平，當完成十六個二進制的傳送后。把LOAD置成高電平，產(chǎn)生上升沿，把這16位串行數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中。完成裝載。然后再把LOAD還原為低。重復開始的動作。周而復之3系統(tǒng)原理圖第三章 軟件設(shè)計系統(tǒng)程序流程圖如下：開始初始化初始化T0關(guān)中斷按鍵輸入Vm聲光報警結(jié)束顯示計算車速開中斷接收傳感信號V>VmYN圖4-1 系統(tǒng)流程圖軟件分為主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、按鍵子程序、中斷

17、服務子程序、LED數(shù)碼顯示子程序、聲光報警器報警程序等。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。數(shù)據(jù)處理子程序主要完成監(jiān)測車輛速度即主要是計算出車輛的時速，為報警子程序提供參考數(shù)據(jù)；按鍵中斷子程序主要實現(xiàn)合法參數(shù)的輸入；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；顯示子程序設(shè)計采用數(shù)字化顯示用戶設(shè)定的最高時速和車輛實際時速，用MAX7219芯片驅(qū)動LED進行動態(tài)顯示。第四章 課程設(shè)計體會該系統(tǒng)的設(shè)計思想是主動式的，從人本主義出發(fā)，考慮的是時刻提醒駕駛員的自我安全意識，最大限度避免因為車輛超速造成交通事故。該系統(tǒng)硬件主要

18、包括以下四大模塊: 8051 單片機主控模塊、傳感器模塊、報警模塊和顯示模塊等。其中8051 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;報警模塊主要負責聲音報警和燈光報警;顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。此基于單片機的車速報警系統(tǒng)利用MSC-51單片機及高集成化的串行輸入/輸出的共陰極LED顯示驅(qū)動器MAX7219實現(xiàn),這里敘述了該系統(tǒng)硬件設(shè)計方面的理論分析、軟件設(shè)計方面的理論分析以及有關(guān)電路設(shè)計的實踐經(jīng)驗。利用MAX7219芯片僅使用單片機三根引腳即可，電路設(shè)計簡單，驅(qū)動共八位7段加小數(shù)點的共陰極數(shù)碼管，每四位分別顯示當前速度和設(shè)定的速度上限，通過四個按鍵可以對速度

19、上限不同要求地進行更改設(shè)置，方便使用。該系統(tǒng)具有硬件簡單"可靠性高"抗干擾性強"實用性好等優(yōu)點，可以廣泛應用在各種機動車輛上。通過此次課程設(shè)計也得到了一定的收獲，在設(shè)計過程當中，組員之間相互探討，相互學習，共同進步，使我們對所學理論知識有了進一步的鞏固。通過了廣泛地尋找資料，結(jié)合各種資料總結(jié)，掌握proteus的基本用法及了解了不少新知識，參考其他相關(guān)的設(shè)計資料，并設(shè)計出相應的報警系統(tǒng)。對于C語言編程有了更進一步的了解。同時通過Proteus仿真驗證了設(shè)計的正確性，使理論結(jié)果與實踐相結(jié)合,加深理論的理解。通過本次課程設(shè)計，理解到知識的廣泛性，本身知識仍然不夠，以后

20、將會繼續(xù)努力拓展知識面。參考文獻1 張俊謨. 單片機的發(fā)展與應用J.電子制作, 2007,(08):31. 5 周旭艷.彭宣戈.朱兵. 8051在車輛超速報警系統(tǒng)中的應用J.井岡山學院學報. 2006.(07).6 吳有林.安玉.熊飛橋.吳先緒. 智能化汽車速度控制報警系統(tǒng)的設(shè)計J. 重慶大學學報(自然科學版). 2005年,(12).  02M期附1：源程序代碼#ifndef _Max7219_H_#define _Max7219_H_#include<intrins.h>#include<reg51.h>#define uchar unsigne

21、d char#define uint unsigned int#define DECODE_MODE 0x09 /譯碼方式#define INTENSITY 0x0A #define SCAN_LIMIT 0x0B #define SHUT_DOWN 0x0C #define DISPLAY_TEST 0x0D #define delay1us _nop_();#define delay2us delay1us;delay1us;#define delay4us delay2us;delay2us;#define delay5us delay4us;delay1us;#define delay

22、12us delay4us;delay4us;delay4us;sbit din=P20;sbit load=P21;sbit clk=P22;void Max7219_Wr_byte(uchar wrdat);void Max7219_Wr_data(uchar addr,uchar dat);void Init_Max7219(void);void Disp_speed(uint speed);void Disp_set_speed(uint set_speed);/初始化MAX7219void Max7219_Init(void)Max7219_Wr_data(SHUT_DOWN, 0x

23、01); Max7219_Wr_data(DISPLAY_TEST, 0x00); Max7219_Wr_data(DECODE_MODE, 0xff); Max7219_Wr_data(SCAN_LIMIT, 0x07); Max7219_Wr_data(INTENSITY, 0x0a);void Max7219_Wr_byte(uchar wrdat)bit dat;uchar i;for (i=0;i<8;i+) clk=0;dat=(bit)(wrdat&0x80);if(dat)din=1;elsedin=0;wrdat<<=1;clk=1; void Ma

24、x7219_Wr_data(uchar addr,uchar dat)load=0;Max7219_Wr_byte(addr);Max7219_Wr_byte(dat);load=1;void Disp_speed(uint speed)uchar speed_buf4;uchar i;speed_buf0=speed%10;speed_buf1=speed/10%10|0x80;speed_buf2=speed/100%10;speed_buf3=speed/1000;if(0=speed_buf3)speed_buf3=0x0f;if(0=speed_buf2)speed_buf2=0x0

25、f; for(i=1;i<=4;i+)Max7219_Wr_data(i,speed_bufi-1);void Disp_set_speed(uint set_speed)uchar speed_buf4;uchar i;speed_buf0=set_speed%10;speed_buf1=set_speed/10%10|0x80;speed_buf2=set_speed/100%10;speed_buf3=set_speed/1000;if(0=speed_buf3)speed_buf3=0x0f;if(0=speed_buf2)speed_buf2=0x0f; for(i=1;i&l

26、t;=4;i+)Max7219_Wr_data(i+4,speed_bufi-1);#endif#include <reg51.h>sbit KEY0=P23;sbit KEY1=P24;sbit KEY2=P25;sbit KEY3=P26;sbit SPK=P27;sbit LED_GREEN=P16;sbit LED=P17;uint set_speed;uint speed;uchar sec_cnt;void Init_8051(void);void Delay(uchar time);uint Get_key(void);void Warn_ring(void);void main(void)Init_8051();Max7219_Init();while(1)set_speed=Get_key();Disp_speed(speed);Disp_set_speed(set_speed);Warn_ring();void Delay(uchar time)uchar t1,t2;for(t