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1、1 单片机控制汽车超速报警器的设计 摘要 近年来，随着现代汽车控制技术和高速公路的飞速 发展，在世界各国特 别是 发达国家，无论是运输业还 是个人，汽 车都已成为长距离运输的主要交通工具。 在高速公路上长时间高速行驶时，驾驶员长时间操纵加速踏板而得不到活 动，容 易造成疲劳。在限速路段 总 会出现超速现象， 对他人和自己都造成安全隐患。本 设计就是为了解决这一问题而诞生的。 本设计一个单片机控制的车速报警系统。本文从驾驶员 自身安全角度出发， 设计了一种检测车辆超速的报警系统。该报警系统允许驾驶员 通过自带键盘设 置本车辆安全行驶的最高速度 当车辆处于行驶状态中， 该系统通过速度传感器 时刻监
2、测机动车辆。当发现车辆速度超过驾驶员设置的最高 值时，蜂 鸣器开始报 警，提醒驾驶员减速。达到防患于未然的目的。 单片机的应用正在不断地走向深 入，同时带动传统控制检测 日新月益更新。在 实时检测和自动控制的单片机应用 系统中， 单片机往往是作为 一个核心部件来使用。此设计 就是一种利用 8051 单 片机对机动车超速行驶情况进行蜂鸣报警和灯光报警的系统。 该系统结构简单， 可靠性高，操作方便，可广泛应用于摩托车、汽 车等机 动车辆。 该设计详细介绍 了系统的总体设计方案，给 出了界面模块与 8051 接口电路，系 统硬件电路及外 围设计电路，最后介绍了软 件设计方法度程序流程图。 关键字：单
3、片机，汽车超速，传感器，报警2 Design of the Intelligent Alarm System in Controlling the Automobile Speed Abstract:The alarm system in controlling the automobile speed is p resented, without change of the original structure,and the design scheme of the system imp lements samp ling, measurement, computing, real2tim
4、e alarm and delay2timecontrol for the automobile speed according to the safety of the automobile driving. Then, the speed is randomly stored soas to insure the correct data and to effectively analyze the data. Especially, the key techniques of the speed measurementand the refresh storage are pesente
5、d in datail in the system. Key words: speed measurement; cycle measurement; safety alarm; automobile driving34 一、绪论随着汽车工业和高速公路建设的发展,每年由于各种交通事故造成的人员伤亡 数目惊人,造成了巨大的经济损失。据统计,造成各种交通事故的主要原因是车 辆的超载和超速行驶,而后者随机性很大,纠章困难,而且由于中国公路条件复杂,不 同等级的公路允许的最高速度不同,现有的限速装置难以适应这种情况。 针对 这种状况,开发具有智能决策模块的汽车速度报警控制系统对自动驾驶显得极为 重要。
6、因此,大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置,减少驾 驶员的负担和判断错误,对于提高交通安全将起到重要作用。设计限速路段超速 自动提示和报警系统主要是为了防止司机在一些繁华人多车多路段超速驾驶。 交通事故往往发生在一些人流动大，车多的地方，司机有意无意的超速是引发 交通事故的最大因素。装有本系统的汽车能够有效地在装有无线发射装置的限 速路段，防止以下几种原因所造成交通事故的。车主不知道该路段的最高限 制速度，而开车过快所造成的交通事故；车主醉酒驾驶无意超速所引起的交 通事故；车主有意开快车所造成交通事故。我们设计的限速路段超速自动提 示和报警系统与安全气囊等设施相比，更为主动有效，
7、将可能产生的交通事故 防患于未燃，它与警察用的雷达测速等防止司机超速装置相比，显得实用有效 ，交警可以在不同路段根据不同情况设定不同的最高限速值，主动有效地限制 车速。 二、 设计思路 本文要求设计一个具有数字显示功能的单片机系统,实现车辆当前速度输出， 当达到所设定的速度上限时并报警，以保证驾驶人员的人身安全。首先要进行系 统的总体方案设计，在 设计 中一般应考虑以下几点： (1) 遵循从整体到局部的 设计原则。在过程中， 应遵循从整体到局部的设计原则， 把复杂难处理的问题分为若干个较为简单的、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
8、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，而且比较经济。 (3) 可靠性要求。所 谓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5 三、方案论证 方案一：采用模拟电路的方法，通过积
9、分器得到电压 ，然后用比较器来控制 报警输出， 这种方法会比较粗，不能精确 设置速度。 方案二：采用车载GPS系统，能提供车辆的定位信息，包括车速信息，但价格 昂贵； 方案三： 采用嵌入式车载限速装置，在设计汽车时 就已经考虑并在制造时 嵌入整车电子控制系统中。 传感器将车速转化为脉冲信号，传入单片机， 单片机 将输入的一定值的脉冲转换为对应的速度值， 方案一是模拟电路，特 别是运放和比较器。 方案二价格昂贵 方案三在2005年以后国内生产的中高档乘用车中已初见端倪，但是国内 约4 000万辆在用汽车中的近90 并未安装。鉴于此， 为在用汽车设计一种外挂式汽车 超速报警器有着巨大的市场需求。
10、综上所述，我们选择方案三 四 系统总体方框图 汽车超速报警器的硬件设计将车速传感器产生的车速信号送入光电耦合器 触发单元，得到一个与车速信号频率一致的信号，送人单片机记数。 记数满后与 单片机内部设定值相比较。如果超过了预设值则可判断汽 车超速，蜂 鸣器报警提 示。系统 以AT89C5l 单片机 为核心，由 电源降压一稳压单元、光电耦合器触发单 元、凋速单元和声光报警单 元组成。 车速传感 器 光电耦合 触发单元 AT89C51 单片 机 蜂鸣报警 器 电源降压稳压单元 图 1 超速报警系统总框图 五 硬件设计 5.1 磁电式传感器 传 感 器 是 一 种 检 测 装 置 ， 能 感 受 到
11、被 测 量 的 信 息 ， 并 能 将 检 测 感 受 到 的 信 息 ， 按 一 定 规 律 变 换 成 为 电 信 号 或 其 他 所 需 形 式 的 信 息 输 出 ， 以 满 足 信 息 的 传 输 、 处 理 、 存 储 、 显 示 、 记 录 和 控 制 等 要 求 。 它 是 实 现 自 动 检 测 和 自 动 控6 制 的 首 要 环 节 。 人 们 为 了 从 外 界 获 取 信 息 ， 必 须 借 助 于 感 觉 器 官 。 而 单 靠 人 们 自 身 的 感 觉 器 官 ， 在 研 究 自 然 现 象 和 规 律 以 及 生 产 活 动 中 它 们 的 功 能 就 远 远
12、 不 够 了 。 为 适 应 这 种 情 况 ， 就 需 要 传 感 器 。 因 此 可 以 说 ， 传 感 器 是 人 类 五 官 的 延 长 ， 又 称 之 为 电 五 官 。 可 以 用 不 同 的 观 点 对 传 感 器 进 行 分 类 ： 它 们 的 转 换 原 理(传 感 器 工 作 的 基 本 物 理 或 化 学 效 应)； 它 们 的 用 途 ； 它 们 的 输 出 信 号 类 型 以 及 制 作 它 们 的 材 料 和 工 艺 等 。 根 据 传 感 器 工 作 原 理 ， 可 分 为 物 理 传 感 器 和 化 学 传 感 器 二 大 类 ： 传 感 器 工 作 原 理 的
13、 分 类 物 理 传 感 器 应 用 的 是 物 理 效 应 ， 诸 如 压 电 效 应 ， 磁 致 伸 缩 现 象 ， 离 化 、 极 化 、 热 电 、 光 电 、 磁 电 等 效 应 。 被 测 信 号 量 的 微 小 变 化 都 将 转 换 成 电 信 号 。 化 学 传 感 器 包 括 那 些 以 化 学 吸 附 、 电 化 学 反 应 等 现 象 为 因 果 关 系 的 传 感 器 ， 被 测 信 号 量 的 微 小 变 化 也 将 转 换 成 电 信 号 。 磁电感应式传感器简称感应式传感器，也称电动式 传感器。它把被 测物理量 的变化转变为感应电动势，是一种机-电能量变换型传感
14、器，不需要外部供 电电 源，电路 简单，性能 稳定， 输出阻抗小，又具有一定的 频率响应范围(一般为 101000Hz)，适用于振 动、 转速、扭矩等 测量。但 这 种传感器的尺寸和重量都较 大。 按工作原理不同，磁电感应 式传感器可分为恒定磁通式和变磁通式，即动圈式传 感器和磁阻式传感器。 线圈相对磁场运动的速度 v 或角速度 表示， 则所产生的感应电动势 e 为e=-NBLve=-NBSw式中：l每匝 线圈的平均长度； B线圈所在磁 场的磁感应强度； S每匝 线圈的平均截面积.在传感器中当结构参数确定后，B 、l、N、S 均为定值，感 应电动势 e 与线圈 相对磁场的运动速度(v 或 )成
15、正比，所以 这类传感器的基本形式是速度传感器， 能直接测量线速度或角速度。如果在其测量电路中接入 积分电路或微分电路，那 么还可以用来测量位移或加速度。但由上述工作原理可知，磁电感应式传感器只 适用于动态测量。变磁通式又称(变) 磁阻式或 变气隙式，常用来测量旋 转物体的角速度.线圈和 磁铁静止不动， 测量齿轮（ 导磁材料制成）每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一 次，线圈 产生的感应电动势的变化频率等于测量齿轮 1 上齿轮的齿数和转速的 乘积。7 以Audi100轿车为例，其 车速传感器由一个舌簧开关管和一个带有4对磁极 的塑料环构成(如图2所示)。后者安装在变速器左输出轴上，与轴一同旋转形成
16、旋 转磁场。舌簧开关管安装在靠近塑料环的变速器壳体上，它是在一个玻璃管内装 有2个细长的触头构成的开关元件，其触头由磁性材料制成。舌簧开关管与塑料 环间具有很小的间隙，当塑料 环旋转时，舌簧开关管内触点接近塑料极时闭合， 离开塑料极时断开，由此得到与汽车行驶速度相对应的方波信号(如图3所示)。 图 2 车速传感器结构 图 3 车速信号图形 汽车超速报警器的工作原理：汽车行驶过程中，车轮 每转一圈，车速传感器 产生8个脉冲。对已知车型可知其车轮直径D，例如 规格为l8570VRl4的轮胎， 185表示轮胎宽度为185mm ，70代表轮胎高宽比为70，l4表示轮辋直径为 14inch，据此可 计算出轮胎直径 D=18.5072+142.54=61.46cm。 根据欲限定的汽车速度，可 计算车轮在单位时间内 转过的圈数：n=v/D 。产 生脉冲数f0=8n 。比 较，如果ff0，则车速报警器发出声光报警；反之，车速报警 器将执行下一个比较任务 5.2 电源降压一稳压单元 电源降压一稳压单元由三端集成稳压器W7805组成（如图4所示）。
