【正文】 .....................................................................................................35 2 課題研究背景及意義 近年來隨著科技的飛速本設計是發(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置的安全參數(shù)．當發(fā)現(xiàn)車輛速度超過駕駛員設置的最高值時，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)結構簡單，可靠性高，操作方便，可廣泛應用于 摩托車、汽車等機動車輛 。 課題研究的內(nèi)容 本文要求設計一個具有數(shù)字顯示功能的單片機系統(tǒng) ,實現(xiàn)車輛當前速度輸出，當達到所設定的速度上限時并報警，以保證駕駛人員的人身安全。首先要進行系統(tǒng)的總體方案設計，在設計中一般應考慮以下幾點： (1) 遵循從整體到局部的設計原則。在過程中，應遵循從整體到局部的設計原則，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 (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?，還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 。 4 系統(tǒng)的主要功能 軟件分為主程序、數(shù)據(jù)處理子程序、按鍵子程序、中斷服務子程序、 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；顯示子程序設計采用數(shù)字化顯示用戶設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 系統(tǒng)需求分析 1. 利用霍爾傳感器產(chǎn)生里程數(shù)的脈沖信號。 2. 對脈沖信號進行計數(shù)。 實現(xiàn)：利用單片機自帶的計數(shù)器 T1對霍爾傳感器脈沖信號進行計數(shù)。 3. 對數(shù)據(jù)進行處理，要求用 LED 顯示里程總數(shù)和即時速度。 實現(xiàn)：利用軟件編程，對數(shù)據(jù)進行處理得到需要的數(shù)值。 最終實現(xiàn)目標：自行車的速度里程表具有里程、速度測試與顯示功能，采用單片機作控制，顯示電路可顯示里程及速度。 測速器的工作流程 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，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)總設計方案如圖所示： 5 搶答器工作流程圖 如圖 21所示 圖 21 速度儀 工作流程 圖 開始 初始化 初始化 T0 關中斷 按鍵輸入 Vm 聲光報警 結束 顯示 計算 車速 開中斷 接收傳感信號 VVm Y N YES 6 3 總體設計方案 單片機的選擇 由于單片機的種類很多，在選擇單片機時要依據(jù)實際設計要求選擇合適的單片機。例如當設計僅僅需要一個單片機定時器那么選擇 89C1051或 89C2051即可，而不選擇 89C52,因為后者的價格較高一些。當然若程序和數(shù)據(jù)區(qū)的要求較高那么選擇的單片機還要滿 足程序空間的要求。 表 31 51和 52的比較 數(shù)據(jù)存儲器 程序存儲器 定時器 中斷 51系列 128B 4KB 2 5 52系列 256B 8KB 3 8 在本課題中， 由于程序代碼生成的 .HEX 格式的文件大小可能大于 4KB，所以 選用 52 系列單片機，即選用 ATMEL 公司的 AT89C52。 單片機的引腳功能介紹 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8K Bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 256 字節(jié)的隨機存取數(shù) 據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大， AT89C52 單片機適合于許多較為復雜控制場合應用。 AT89C52 提供以下標準功能： 8K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I/O 口線， 3個 16位定時 /計數(shù)器， 5個中斷源，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)具有振蕩器及時鐘電路。 7 測速器方案論證 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器組成。針對任務要求，我們發(fā)現(xiàn)此項設計在單片機接口芯片以及按鍵電路上有不同的選擇。因此，設計方案的比較主要對此展開。 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。 霍爾傳感器用來產(chǎn)生脈沖方波，鍵盤輸入用來設定限制速度，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輸出，車輪每轉一圈 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：設單片機每秒計數(shù)值為 n，即 n r/s。設機車車輪的周長為 d m，則機車的時速 V=d n 3． 6km/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，PA4～ PA0 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 P2． 6口外接三極管放大器用來驅(qū)動聲光報警電路， P2． 6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 0． 73s，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 V≥ Vm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，按鍵設定用來設定報警速度（最大速度 Vm）。 8 方案的比較及確定 方案一和方案二比較，方案一采用 8155 芯