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1、单位代码 01 学号 分 类 号 TN79.1 密 级 毕业设计说明书奔跑速度检测系统电路设计 院（系）名称信息工程学院 专业名称测控技术与仪器 学生姓名 指导教师 2013年 5 月 10 日奔跑速度检测系统电路设计摘 要随着信息技术的不断发展，单片机在测量系统中得到了广泛的应用。速度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量，速度是否达到要求，决定着生产及工业过程是否产生相应的效果。速度的测量方法有许多种，但在不同的应用环境下，相应的测量方法有它自己的特点和误差。因此对单片机速度测量系统的研究有着重要的目的和意义。本设计采用AT89C51单片机作为主要控制核心，应用光电传感器采集信号，经过单片
2、机定时计数并运用一个算法测量出奔跑物体的行驶速度，最终用4位LED数码管显示其测量结果，硬件电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高，成本低等特点，充分发挥了单片机的控制功能，与所学知识紧密结合，学以致用，有很高的的使用价值。关键词：单片机，速度测量，光电传感器，LEDRunning Speed Measurement System DesignAuthor: Li qinhaiTutor:Yang quanjiu AbstractWith the continuous development of information technology, single-chip microcompu
3、ter has been widely used in the measurement system. Speed is a systems often need to measure, control and maintain, Speed whether meet the requirements, determine the production and industrial processes produce corresponding results.Speed measurement method has many kinds, but in different applicati
4、on environment, the corresponding measurement method has its own characteristics and error. So the study of microcontroller velocity measurement system has important purpose and meaning. This design USES AT89C51 as the main control core, using photoelectric sensors to collect signal, through single
5、chip microcomputer timer counter and use an algorithm to measure the car speed, eventually with four LED digital tube display the measurement results, has high practical value. This article is give full play to the advantages of the performance of the single chip microcomputer, introduces the basic
6、principle of the speed measuring method, implementation steps and the hardware and software design, hardware circuit is simple, software function is perfect, fast measurement speed, high precision, low cost etc.Key words: single chip microcomputer; Velocity measurement; Photoelectric sensor; The LED
7、目 录1 绪论11.1 奔跑速度检测系统的发展背景及现状11.2 本课题的目的和意义21.3 本课题设计的主要内容32 奔跑速度检测系统原理43 系统方案提出和论证54 系统的硬件设计54.1 光电传感器介绍54.1.1 光电传感器工作原理54.1.2 光电传感器54.1.3 光电传感器的类型及工作方式54.1.4 PM12光电传感器54.2 信号处理电路的设计54.3 单片机AT89C51介绍54.4 最小系统的设计54.4.1 复位电路54.4.2 晶振电路54.5 LED显示部分电路设计54.5.1 LED基本结构54.5.2 LED显示器的选择54.5.3 LED译码方式54.5.4
8、LED显示器与单片机接口设计55 系统软件设计55.1 主程序初始化55.2 主程序流程图程序流程图5总结5致谢5参考文献5附录5附录A 系统总电路图5附录B 系统总程序清单51 绪论1.1 奔跑速度检测系统的发展背景及现状从人类开始研究物体运动，速度就成为人们测量的对象。随着科学技术的不断发展，测量速度的科技手段也在日新月异，为人类的研究自然带来更大的自由。速度是物理学中的一个重要的概念。在运动学中速度是描述物体运动快慢的物理量，定义为位移随着时间的变化率。通过对平均速度和瞬时速度的测定，可以了解物体的运动状态和运动规律。在传统的测速方法中，多基于对奔跑物体电机的转速进行测量，并由一定的公式
9、转换出奔跑物体的速度，这里面按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器1，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号。其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点加之激光2光源、光栅、光学码盘、CCD器件、光导纤维等的相
10、继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。本课题中采用技术成熟的光电传感器来直接测量奔跑物体的奔跑速度，采用光电传感器进行奔跑速度测量，准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。速度测量目前主要运用在汽车行业，如今的汽车工业正是朝着智能化，数字化发展，人们享受速度所带来的高效率同时，却要面对安全的巨大阴影，甚至有些人对汽车产生恐惧，在高速行驶的汽车上，什么事情都有可能发生。超速，简言之，速度的控制成为汽车智能化控制的关键，真正的“主动型安全装置”应该是对速度的检测，据说英法两国已经研究出一种电子仪器，能够接收速度检测信号，从而使
11、汽车保持在一定的安全速度之下，已经成功地运用在一些家庭轿车和出租车上。在20世纪60年代，汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，它们与仪表或指示灯连接。进入70年代后，为了治理排放，又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。目前见到的许多关于汽车车速与控制类文献中，以研究无刷直流电机较多，采用光电式传感器电机的重要元件。霍尔传感器的车速检测装置由CD板控制3，能够做出电机加速，减速的动作，还能够精确测速电机的转速，来控制电机的工作情况等多种功能。在2004年上海大众智能设备有限公司也推出一
12、种汽车智能速度检测系统，管理者可以用事先设定的方法强制约束汽车只能在规定的速度范围内行驶。它由微电脑控制仪和智能机械手两部分组成。可以通过微电脑控制仪来事先设定速度，比如在高架上，先设定最高速度为60公里。当汽车不超过60公里/小时，控制仪不启动机械手，司机驾车如常，当汽车速度接近60公里时，控制仪的微电脑立即启动机械手对汽车的油门踩杆准确地强制地提升45厘米。当你想继续加速时，由于油门位置被限制，你无法踩动，使汽车速度被控制汽车由于惯性速度保持在临界值。当惯性过去，汽车速度小于60公里临界值时，控制仪即指令机械手放松汽车油门，这时驾驶员又可以踩下油门加速，汽车又驾驶如初。设置控制仪的限制值，
13、可以用程序设定也可以用IC卡设；可以只设定一个值，也可以根据不同的路况，有多个档位供设定；还可以接受信号切换设定（即接受道路速度无线信号切换或电子地图信号切换）。该产品控制车速灵敏精确，速度误差小于5控速时汽车行驶平稳，乘客不易察觉。汽车智能速度控制器的安装十分巧妙，除了机械手的钢丝位置固定在油门踩板上以外，机械手和控制仪可以隐蔽安装而且做到不打洞安装。该产品的开发成功，为建立自动化道路速度检测控制系统奠定了基础。目前，速度检测系统已经在汽车行业得到广泛应用，预计今后的智能控制系统会朝着更可靠、性能更稳定、更高端的方向发展。1.2 本课题的目的和意义在工业发展过程中，经常会遇到各种需要测量的速
14、度的场合，例如在汽车、机床、传送机等设备运转和控制中，需要分时或连续的测量和显示其速度及瞬时速度情况。随着社会机械工业发展的趋势，对速度检测要求的精度越来越高，很多方面，奔跑速度的精确检测，关系到一系列系统的工业设计，所以这就需要设计一套奔跑速度检测系统。要测速，首先要解决信号采样的问题，采样效果的好坏关系到后续显示及控制，光电传感器由于其精度高、反应快、非接触性等优点，所以本课题设计中的中间环节就是光电式传感电路的设计；本课题主要采用嵌入式技术，由单片机和探测、信号采集、模数转换、数据存储、数据显示、与通信等环节组成的电路构成整个光电传感电路系统。1.3 本课题设计的主要内容本设计主要内容由
15、以下三大部分组成：1、信号的采集。这部分主要是用光电传感器采集奔跑物体的信号，并将采集的信号传给单片机。2、单片机数据处理4。这部分主要是使用51系列单片机采用适当的算法来编程快速准确地对采集的数据进行相关运算并得出结果。此部分是本设计的重点和难点。3、LED数字显示。这部分主要是对测得的结果通过4位LED数码管显示给用户。本奔跑速检测系统有以下几个部分构成，如图1.1奔跑速度测量系统方框图所示。显示单片机信号调理电路光电传感器奔跑物体图1.1 速度检测系统方框图本系统的硬件主要由光电传感器、信号处理电路、单片机AT89C51、LED显示等组成。如图1.1，当奔跑物体通过光电传感器的时候，将会产生脉冲电信号，然后把信号送入三极管放大电路及CC40106芯片整形电路进行处理，将处理过的信号传给单片机，通过对单片机进行编程、运算，最后通过数码管显示其数值。2 奔跑速度检测系统原理本系统中，两对光电对射管布置在奔跑物
