【正文】 在由中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，便可精確的查找出目前車輛所在的位置 ； 緊急求助功能：按數(shù)字鍵，即可向監(jiān)控中心發(fā)送事先編寫好的狀態(tài)（路阻、故障、事故求助、撥打電話等） ； 主電掉電報(bào)警：在主電源突然掉電時可以通過備電繼續(xù)讓系統(tǒng)穩(wěn)定工作，同時向中心發(fā)出主電掉電信息 ； 越界報(bào)警功能：系統(tǒng)可預(yù)先設(shè)置車輛行臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 3 駛范圍，超出該范圍系統(tǒng)會自動向中心提示越界信息 ； 電瓶低壓報(bào)警功能：電瓶低壓時系統(tǒng)自動提示低壓信息 ； 遇劫報(bào)警功能：在遇到緊急情況時，只要啟動隱蔽安裝在 駕駛室內(nèi)的報(bào)警按鈕，車載終端就會通過 GPRS 網(wǎng)絡(luò)自動向監(jiān)控中心發(fā)送多次報(bào)警信號 ； GPS 跟蹤功能：在車輛被盜、搶劫后，監(jiān)控中心能通過對終端下發(fā)單片機(jī)指令使其自動跟蹤報(bào)警車輛 ； 超速報(bào)警功能：中心可以設(shè)定被監(jiān)視車輛的速度，一旦終端 GPS 定位數(shù)據(jù)達(dá)到或超過預(yù)設(shè)的速度值，終端會自動向中心發(fā)送超速信息 ； 遙控熄火功能：在對被劫持的車輛進(jìn)行營救的過程中，監(jiān)控中心可以根據(jù)營救的需要遙控車輛強(qiáng)行熄火，但設(shè)備故障不會造成意外熄火，內(nèi)部有可靠的自動復(fù)位電路 ； 電子圍欄功能：系統(tǒng)可預(yù)先設(shè)置車輛行駛范圍，超出該范圍系統(tǒng)會自動向中心報(bào)警。 汽車超速報(bào)警器的未來前景 在當(dāng)今社會，大力提倡環(huán)保，經(jīng)濟(jì)，可持續(xù)發(fā)展的大前提下，我們的警報(bào)器最大的特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)實(shí)用，操作簡單 (即安即用 )，有利于可持續(xù)發(fā)展 (拆換方便 )，綠色環(huán)保無污染 (沒有有害氣體，液體等溢出 )，可充擴(kuò)性 (東西小巧可附加在其他器械上一起使用 )，兼容性 (適用于廣大的車型，車種 )，可靠性，可用性，可維護(hù)性 (原理簡單可自行維護(hù) )，能有效的達(dá)到超速報(bào)警的效果。 在未來，只需要在精準(zhǔn)度的問題上稍作改進(jìn)即可更上一層樓了。 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 電路的基本功能 該電路主要是計(jì)算汽車在 一秒內(nèi)輪子的轉(zhuǎn)動圈數(shù)即轉(zhuǎn)動頻率，僅以轉(zhuǎn)動頻率來模擬汽車的速度，并將計(jì)得的速度通過 LCD1602 顯示出來，確保了行駛的安全，通過控制開關(guān)可以設(shè)定 上限 速度，設(shè)置速度可以為 30到 160 間為十的整數(shù)倍，當(dāng)速度大于此設(shè)置速度時，電路將產(chǎn)生報(bào)警信號。 電路的基本組成部分 該系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、速度顯示電路、按鍵電路（設(shè)定報(bào)警車速值）、報(bào)警電路、霍爾傳感器連接電路和控制單片機(jī)組成。 (1) 遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則。在過程中，應(yīng)遵循從整體到局部的設(shè)計(jì)原則，把復(fù)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(jì)性要求。為了獲得較高的性能價格比，設(shè)計(jì)時不應(yīng)盲目追求復(fù)雜高級的方案。在滿足性能指針的前提下，應(yīng)盡可能采用簡單的方案，因?yàn)榉桨负唵我馕吨玫脑骷伲煽啃愿?，而且比較經(jīng)濟(jì)。 臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 4 (3)可靠性要求?？煽啃允侵府a(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)操作和維護(hù)要求。在車速報(bào)警系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)時，應(yīng)當(dāng)考慮操作方便，盡量降低對操作人員的專業(yè)知 識的要求，以便產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。系統(tǒng)的輸入輸出方式，操作程序應(yīng)盡量簡單明了，無須專門訓(xùn)練就能掌握其使用方法。 文章的主要工作有： （ 1） 對速度傳感器、芯片、單片機(jī)等硬件進(jìn)行選定； （ 2） 構(gòu)架系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)； （ 3） 完成各個硬件的設(shè)計(jì)，并作出相關(guān)說明； （ 4） 給出系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，并作相關(guān)說明； （ 5） 在 keil軟件中進(jìn)行軟件調(diào)試 。 （ 6） 畫出 proteus電路圖，進(jìn)行仿真； 2元件選定 元件的的選對有以下要求，第一，能很好實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各模塊的功能，尤其在精度、穩(wěn)定性等方便 。第二，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作 。第三，盡量做到系統(tǒng)資源優(yōu)化，價格低廉 。第 四，維護(hù)方便 。 方案一：采用型號為 A44E 的霍爾片作為霍爾測速模塊的核心，該 霍爾片體積小，安裝靈活， 價格合理， 可用于測速，可與普通的磁鋼片配合工作。 方案二：采用型號為 CH V20 L 的霍爾元器件作為霍爾測速模塊的核心 ,該霍爾器件額定電流為 100mA,輸出電壓為 5V,電源為 12～ 15V。體積較大，價格昂貴。 選擇方案一。 單片機(jī)模塊論證與選擇 方案一：采用型號為 AT89C51 的單片機(jī) 作為主 控制 器 ， AT89C51 是帶 4K字節(jié)閃爍可編程擦除只讀存儲器的低電壓、高性能 CMOS8 位微處理器， 將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，為許多控制提供了靈活性高且價格低廉的方案。 方案二：采用單片機(jī) C8051F060 作為主 控制 器，使用霍爾 傳感器 進(jìn)行測量的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)。 C8051F060 系列單片機(jī)是美國 CYGNAL 公司推出的臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 5 一種與 51 系列單片機(jī)內(nèi)核兼容的單片機(jī) 。 C8051F060 作為新一代 8051 單片機(jī)，具有功能強(qiáng)大、體積小、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng) 。 選擇方案一。 顯示模塊論證與選擇 方案一：采用 LED 數(shù)碼管動態(tài)掃描 ,LED 數(shù)碼管價格適中 ,亮度高，顯示數(shù)字合適 ,但是連接復(fù)雜，耗電流大，驅(qū)動電路復(fù)雜。 方案二：采用點(diǎn)陣式數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣式數(shù)碼管是由八行八列的 發(fā)光二極管組成，對于顯示簡單文字比較適合 ,如果顯示數(shù)字則浪費(fèi)資源 ,而且價格也相對較高。 方案三：采用 LCD液晶顯示屏 ,液晶顯示屏的顯示功能強(qiáng)大 ,可顯示大量文字 ,圖形 ,顯示多樣 ,清晰可見 ,并且連接很方便 ,所以在此設(shè)計(jì)中采用了 LCD 液晶顯示屏。 選擇方案三。 報(bào)警模塊論證與選擇 方案一：采用蜂鳴器與發(fā)光二極管作為聲光報(bào)警主要器件。該方案不論在硬件焊接方面還是在編寫軟件方面都簡單方便，而且成本低廉。 方案二：采用語音播報(bào)系統(tǒng)作為聲光報(bào)警的核心。該方案更具人性化、智能化，但是就該設(shè)計(jì)要求而言，方案過于復(fù)雜 ，相對成本過高，工作量偏大。 選擇方案一。 3 車速的測量原理及實(shí)現(xiàn)方法 轉(zhuǎn)速測量方法 通過車速傳感器輸出與車速成正比的脈沖，對傳感器輸出信號頻率進(jìn)行測量，然后通過處理、轉(zhuǎn)換、計(jì)算，即可得出汽車速度。速度信號作為本系統(tǒng)的基量，能否精確測量速度對系統(tǒng)的精準(zhǔn)和性能有著決定性的影響。 轉(zhuǎn)速的測量方法很多，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的方法主要有 M 法 (測頻法 )、 T 法 (測周期法 )和 MPT 法 (頻率周期法 )，該系統(tǒng)采用了 M法 (測頻法 ) [2]。 頻率法又叫直接計(jì)數(shù)法，被測量信號的頻率為 f，在某一選定時間閘門 T內(nèi) ，對被測量的信號脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后根據(jù)計(jì)數(shù)值 M和閘門時間 T求得所測信號的頻率，即 : f=TM （ 31） 根據(jù)誤差傳遞公式可推出 : 臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 6 ff?= MM? TT? （ 32) 由于△ T/T 對測量結(jié)果影響極小，可以忽略不計(jì)，故： ff? ≈MM? (33) △ M 為儀表本身所特有誤差，一般以考慮，則式 (33)可寫成 : ff? ≈MM? = M1? (34) 頻率法的特點(diǎn)是測量時間基本恒定，動態(tài)性能由閘門時間 T 決定， T越小，動態(tài)能越好。在 T 恒定的情況下， f越大，誤差就越小。用此方法，通過單片機(jī)的定時 /計(jì)數(shù)器，在閥門時間 (定時時間 )里記錄脈沖數(shù)，再通過轉(zhuǎn)換即可得到被測信號頻率。例如定時 100 毫秒，計(jì)數(shù)器讀到的脈沖數(shù)乘以 10就是被測信號的頻率。這種方法的缺點(diǎn)就是在閘門時間 T內(nèi)捕捉到的信號可能會丟失，造成測量的主要誤差。 分析誤差原因： 第一個脈沖的上升沿和最后一個脈沖的下降沿不在閘門時間 T 內(nèi)，就造成了信號丟失。即測到的脈沖數(shù)少于實(shí)際的脈沖數(shù)，這就造成了誤差。但是如果脈沖的頻率很高，丟失的脈沖數(shù)對測量結(jié)果影響就不大，誤差相對較小。所以頻率法只適合于測量高頻信號。盡管 頻率法在測量低頻信號時誤差較大，即測量低速行駛的汽車車速時誤差較大，但是本系統(tǒng)不要求對汽車低速時報(bào)警。該方法可以滿足汽車行駛時的中高速信號測量，可滿足該設(shè)計(jì)的要求，故本設(shè)計(jì)選擇頻率法作為頻率量測量方法。 圖 1 頻率法脈沖丟失原理圖 傳感器及其測速 原理 速度傳感器意為 能感受被測速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。 而物理學(xué)則規(guī)定單位時間內(nèi)位移的增量就是速度，同時速度包括角速度和線速度，所以與之對應(yīng)的就應(yīng)該也存在角速度傳感器和線速度傳感器，我們把其統(tǒng)稱為速度傳感器。下 面我們進(jìn)行速度傳感器的選擇，通過綜合衡量各個不同種類的傳感的綜合指標(biāo)來選擇我們所需要的速度傳感器。 臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 7 速度傳感器的種類及其工作原理 通過查找現(xiàn)有的各種資料，并結(jié)合汽車超速報(bào)警器的課題，我總結(jié)出現(xiàn)有的幾種速度傳感器的基本資料。表 1 為幾種常見的速度傳感器及其工作原理 [3]： 表 1速度傳感器的種類及其工作原理 傳感器 結(jié)構(gòu) 安裝位置 工作原理 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速 傳感器 舌簧開關(guān)式 分電器內(nèi)部 舌簧開關(guān) 電磁感應(yīng)式 柴油機(jī)噴油泵、汽油機(jī)分電器 電磁感應(yīng) 車速傳感器 舌簧開關(guān)式 車速表轉(zhuǎn)子附近 舌簧開關(guān) 電磁感應(yīng)式 變速器輸出軸附近的殼體上 電磁感應(yīng) 光電式 速度表內(nèi) 光電效應(yīng) 可變磁阻式 變速器殼體內(nèi) 改變磁阻 輪速傳感器 電磁感應(yīng)式 驅(qū)動輪上、從動輪上、后橋主減速器殼上或變速器輸出軸上 電磁感應(yīng) 霍爾式 霍爾效應(yīng) 霍爾傳感器 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。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)測速傳感器由霍爾器件、磁鐵組成 [4]。 霍爾效應(yīng) 在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為 UH的霍爾電壓 ，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng) 。 [5]其原理如圖 2 所示： 圖 2霍爾效應(yīng)原理圖 臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 8 霍 爾傳感器的優(yōu)勢 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢主要有三個，一是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的輸出信號不會受到轉(zhuǎn)速值的影響，二是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的頻率相應(yīng)高，三是霍爾轉(zhuǎn)速傳感器對電磁波的抗干擾能力強(qiáng)，因此霍爾轉(zhuǎn)速傳感器多應(yīng)用在控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測中。同時，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器 的穩(wěn)定性好，抗外界干擾能力強(qiáng)，如抗錯誤的干擾信號等，因此不易因環(huán)境的因素而產(chǎn)生誤差。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的測量頻率范圍寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電磁感應(yīng)式無源傳感器。另外，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在防護(hù)措施有效的情況下，可以不受電子、電氣環(huán)境影響?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的，測量結(jié)果精確穩(wěn)定，輸出信號可靠，可以放油、防潮，并且能在溫度較高的環(huán)境中工作，普通霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作溫度可以達(dá)到 100℃?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的安裝簡單，使用方便，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸 [6]。 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要工作原理是霍爾效應(yīng)，也就是當(dāng) 轉(zhuǎn)動的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時會引起電勢的變化，通過對電勢的測量就可以得到被測量對象的轉(zhuǎn)速值。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在測量機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速時，被測量機(jī)械的金屬齒輪、齒條等運(yùn)動部件會經(jīng)過傳感器的前端，引起磁場的相應(yīng)變化，當(dāng)運(yùn)動部件穿過霍爾元件產(chǎn)生磁力線較為分散的區(qū)域時，磁場相對較弱，而穿過產(chǎn)生磁力線較為集中的區(qū)域時，磁場就相對較強(qiáng)?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器就是通過磁力線密度的變化，在磁力線穿過傳感器上的感應(yīng)元件時，產(chǎn)生霍爾電勢?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的霍爾元件在產(chǎn)生霍爾電勢后，會將其轉(zhuǎn)換為交變電信號，最后傳感器的內(nèi)置電路會將信號調(diào) 整和放大，輸出矩形脈沖信號。 當(dāng)齒對準(zhǔn)霍爾元件時，磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動勢，放大、整形后輸出高電平；反之，當(dāng)齒輪的空擋對準(zhǔn)霍爾元件時，輸出為低電平。 圖 3霍爾傳感器原理圖 根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨側(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號 ,霍爾器件輸出的微臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 9 小 脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。 其頻率和轉(zhuǎn)速成正比。脈沖信號的周期與電機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系： n=PT60 (35) 式中： n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速； P為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)； T 為輸出方波信號周期。根據(jù)式 (35)即可計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速 [7]。 本設(shè)計(jì) 系統(tǒng)工作過程：機(jī)軸上安裝一個一個圓盤，圓盤的邊緣安有一個磁鋼，測量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器靠近邊緣的磁鋼，機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定