汽车超速报警系统设计.zip

毕业设计开题报告学生姓名魏钊系部汽车交通与工程学院 专业、班级车辆工程 07-3指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车超速报警系统设计一、课题研究目的和意义随着我国市场经济的发展，人民生活水平的不断提高，私家车已经走入千家万户，成为主要的交通工具。交通问题与节能环保问题已成为当今汽车工程领域三大具有重要社会和经济意义的研究点，并且得到了相关部门的高度重视。截止2010年底，全国汽车的保有量已经超过7000万辆。汽车的增加造成的交通事故也与日俱增，其中，由汽车超速行驶酿造的事故占一半以上。“十次事故九次快”，这是人们在无数次的交通事故中总结出来的安全警语。据国家权威部门统计，2006年度我国因汽车超速造成大约12 000人死亡，同时所造成的伤残人数更为惊人，给国家、企业和个人造成巨大经济损失的同时，留给事故受害者亲人的痛苦和遗憾，更是无法用金钱来衡量的。并且随着人民生活水平的不断提高，私家车已经走入千家万户，成为主要的交通工具。然而，私家车主由于不是专业的司机，熟练程度、速度的感觉不是特别好，不习惯关注车速表，导致实际车速往往根据偏好，随意提速、超速行驶，当汽车处于超速行驶状态下，其稳定性与安全性大大降低，一旦出现紧急情况，往往会导致车毁人亡的重大交通事故发生。众所周知，当汽车处于超速行驶状态下，其稳定性与安全性大大降低，一旦出现紧急情况，往往会导致车毁人亡的重大交通事故发生。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违章和超速行驶，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。而且，随着近年来电子技术发展，特别是随着大规模的集成电路的产生，给人们的是生活带来了根本性质变化。单片机自从20世纪70年代问世以来，得到了快速发展。从早期的8位机到现在的32位机，其硬件资源和软件资源不断丰富与完善，它在工业控制、仪器仪表、信息通信等领域有着广泛的应用。微型计算机的出现使现代的科学研究得到质的飞跃，而单片机技术的出现则是给现代工业控制以及日常生活带来了极大的方便，电子技术的发展推动了工业生产及人们的日常生活水平。针对以上情况，设计一种基于成熟的单片机技术的、廉价的、安全可靠的汽车超速报警系统用来保障驾驶员的生命财产安全就显得尤为必要了。SY-025-BY-3二、文献综述（课题研究现状及分析）近年来,尽管社会各界对交通安全越来越重视,越来越关心，投入了大量的人力和物力提高我国道路安全水平,但交通事故的频发次数和造成的巨大经济损失仍然是人们关注我国道路安全水平的热点问题，特别是我国的高速公路。一般来说，设计标准高的道路，交通事故率低，设计标准低的道路，交通事故率高。但自1988年我国第一条高速公路通车以来，交通事故数和死亡人数持续上升。2007年,我国高速公路交通事故死亡人数达到6030人，高速公路里程占全国公路总里程的1.5%，而高速公路交通事故死亡人数却占交通事故总死亡人数的7.39%。超速行驶是严重的道路交通违法行为，尤其在高速公路上容易导致重特大交通事故的发生。目前对超速行驶的防治主要是通过交通工程措施和现场执法措施达到治理超速的目的，交通主管部门经常统一布置超速专项整治行动。但是高速公路里程长，交通状况变化迅，因此怎样有针对性地、高效地治理超速行驶就显得尤为重要。现在市面上销售的汽车超速报警系统主要分为以下几种：1、电子狗：工作原理是依靠经销商预先埋设发射装置，接受固定频率的电波，接收后发出警示音。对城市的固定交通设置或者红绿灯等有预报作用,对视频监控系统也有作用，但必须依赖经销商布网，且需要经销商常更换电池(12年/次)，这类产品价格一般在70200元左右。2、单频或三频测速雷达报警器：一般为X、K、Ka频段，这类产品只能用于部分监视装置，漏报多，以日本产品或复制为主，现在有很多国产品由于生产及调试设备的原因，基本是单频或三频机。这类产品价格一般在450元900元之间。3、测速雷达（模拟）报警器，可接收频段如下：X频 ：10.525 GHZ 100MHZK频 ：24.150 GHZ 100MHZKu频：13.45 GHZ 100MHZ新K频：24.125 GHZ 100MHZKa频：34.3GHZ 100MHZ激光：904nmP频 ：固定式照相这类测速雷达报警器以台湾机为主，即所谓的全频机，实际是台湾岛的测速雷达频段，国内早期采用的都为进口测速雷达设备，所以，在国内台湾产雷达报警器还有效，只是对目前国产的测速设备无效。这类产品品牌有南极星、征服者等，最高频率做到了34 GHZ左右，价格一般在650元1000元之间。4、全频测速雷达（数字）报警器，可接收频段如下：覆盖频率：10.525 GHZ 37GHZ这类测速雷达报警器是真正的全频段，能涵盖目前国内的测速雷达频率，以数字处理芯片提高处理效率，能在瞬间处理雷达波信息，对目前国内最新的跳（变）频测速雷达及以往的测速雷达有效，这类产品以韩国产为主，价格一般在1500元2000元之间。5、GPS测速雷达报警器，这类报警器即是测速雷达报警加上GPS定位预警系统，工作原理是根据固定测速点或信号灯摄像点的位置数据，通过GPS定位，当车辆接近目标点时提前报警，该系统完全依赖电子数据，没数据它就不报，这就是经销商需要客户在使用过程中经常更新地图数据的原因之一。理想状态的GPS设备应该能装载全国大部分地区的电子数据，但目前市场上销售的GPS设备数据通常在510万个，能达到25万以上的不多，而全国约为30万个电子数据，原因和GPS设备内的闪存容量及CPU的处理能力有关，选购时须了解于信道数、定位反应灵敏度等。另外GPS测速雷达报警器对流动测速雷达一般需要配置测速雷达报警器，而目前市场上配的测速雷达报警器基本是台湾产，其覆盖频率有限，而国内目前大量装备的警用测速雷达为国产，很多雷达均以515度的仰角方式架设，是测速雷达报警器的盲点，所以其对流动测速雷达探测预报效果不不明显，GPS定位预警设备的价格在8003000左右。综上所述，不难看出，现在市面上所谓的超速报警系统大多是为躲避交警部门的测速系统而生，习惯了此种超速报警系统的驾驶员，不但不会提高交通安全性，反而会助长超速行驶的投机之风，极大的破坏了我国现有的交通秩序，而且动辄几千元的GPS、电子狗系统和昂贵的升级费用也让许多驾驶员望而却步。而本人所设计的此套系统的所有功能都是围绕提高驾驶员公路交通安全性儿开发的，且价格便宜（预计不超过50元），故预计将会有良好的市场前景。三、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、本设计基本内容:首先应从硬件的布局设计和元器件的选择入手，此过程主要需要克服的问题为对所用元器件的功能，用途；单片机的选择；数码管的选择；转速传感器的选择；软件的编写以及调试，以保证系统各模块之间的协调工作。当然，由于此系统需安装在车辆上，故还应注意以下两点：（1）单片机的选择：抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。耗能小，可用电池供电。（2）转速传感器的选择：价格便宜，工作可靠，尽量减少对车辆动平衡的破坏。2、模拟解决的主要问题（1）单片机及速度传感器认识及选择单片机选择 51 系列单片机，它具有低功耗、高性能、内涵闪速可电改写的存储器 flash rom、价格便宜等诸多优点。速度传感器初定红外线光电遮断式测速方案。它主要由遮光盘和槽型光电传感器组成，在遮光盘的同心圆上分布一个通光的孔或槽，槽形光电传感器固定在遮光盘工作的位置上，遮光盘转动一周，光敏元件感光次数与盘的开孔数目相等，因此产生相同数目的脉冲信号，以此来计算车轮的转速，间接的求出实际车速（2）辅助控制系统设计光电传感器将通过车轮上挡板采集到的光信号转换为电信号，在送入单片机之前通过cd4069 对被测信号进行放大整形处理，获得相同频率的方波信号，通过测量方波的频率或周期，就可以得到车轮的转速。（3）传感器电路和显示报警电路设计初定将两个数码管并联（一个显示阀门转速，另一个显示实际转速），报警电路采用扬声器+发光二极管的设想，即当实际转速超过设定的阀门转速时，扬声器发出警报音，同时发光二极管闪烁。（4）软件设计研究方法：软件设计是转速测量的核心，经过放大、整形后的方波送入单片机，利用单片机内部的定时/计数器实现频率的测量，定时计数器的工作首先被设置为计数器方式，即用来测量信号频率。四、技术路线（研究方法）设计框图收集相关资料 撰写开题报告五、进度安排 1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告 第 12 周（3.13.13）2、完成说明书纲要及目录 第 3 周（3.143.20）3、整体结构及系统设计方案（草稿）第 4 周（3.213.27）4、传感器的选择及设计和应用 第 56 周（3.284.10）5、传感器电路及显示报警电路设计 第 79 周（4.115.1）6、主机（单片机）电路及软件设计与分析 第 1013 周（5.25.29）7、完成说明书的撰写及修改 第 14 周（5.306.5）8、设计审核与修改 第 1516 周（6.66.19）9、毕业答辩 第 17 周（6.206.21）学习相关电子知识筛选元器件绘制电路简图深入学习 C 语言编写软件完成硬件连接成品雏形编写说明书调试与测试，寻找漏洞，进一步改进设计完成六、参考文献1王伟艺机动车行驶记录仪J电子技术，1997，(07)：328-3292肖建敏，倪瑞武汽车事故记录仪J上海大学学报，1995，(01)：467-4723胡汉才单片机原理及其接口技术M北京：清华大学出版社2000：12154余志生汽车理论M北京：机械工业出版社，1999：12，135JANSSON J.JOHANSSON J Decision Making for Collision Avoidance System 20026潘增友城市道路与汽车保有量相互关系研究 2009(7)7周旭艳.彭宣戈.朱兵 8051 在车辆超速报警系统中的应用 2006(2)8江可石.邓煌汽车超速报警器 20059何社成.苏勇报警指示提醒告知应用电路 200710沈尚贤电子技术导论手册北京.高等教育出版社.11赫建国，郑燕，薛延侠单片机在电子电路设计中的就用清华大学出版社12梁天德，黄传明.单片机测速仪的设计和研制J.华侨大学报:40140713钱建强、薛敏.红外光电转速测量仪J.工业计量 2003（6）:333514庞卫子.数字式转速测量仪J.数据采集与处理 28729015 李勋 刘源单片机实用教程北京航空航天大学出版社16吴金成8051 单片机实践与应用清华大学出版社17张毅刚彭喜元姜守达乔丽岩新编 MCS51 单片机应用设计哈尔滨工业出版社七、备注指导教师意见：签字：年 月 日毕业设计（论文）中期检查表填表日期年 月 日迄今已进行 7 周剩余 9 周学生姓名魏钊系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆 B07-3 班指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车超速报警系统设计已完成主要内容待完成主要内容毕业设计（论文）工作进度1、收集毕业设计有关资料，完成开题报告；2、绘制完成硬件原理图；3、完成硬件的焊接。1、软件部分的编写2、撰写设计说明书学生填写存在问题及努力方向对电路需加深了解，对软件设计仍需进一步学习。学生签字：指导教师意 见 指导教师签字：年 月 日教研室意 见教研室主任签字：年 月 日SY-025-BY-5毕业设计任务书学生姓名魏钊系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 07-3指导教师姓名齐益强职称实验师从事专业汽车运用是否外聘是否题目名称汽车超速报警系统设计一、设计目的、意义设计目的：以满足汽车行驶安全性为需要，提高学生对汽车安全及相关辅助报警系统的认识及运用所学知识进行相关设计的培养为目标，设计基于单片机的汽车独立辅助速度报警系统。设计意义：培养学生资料收集、调研分析的能力和方案设计的能力；培养学生创新能力、工程实践能力和商品意识；综合训练学生设计计算、结构设计和控制系统设计能力。二、设计内容、技术要求（研究方法）内容：1、单片机及速度传感器认识及选择2、辅助控制系统设计3、传感器电路和显示报警电路设计4、主机电路及软件设计研究方法：要求对电路有深刻的了解和认识，要求对单片机有一定的基础以及有一定的 C 语言软件设计能力。三、设计完成后应提交的成果计算说明部分 1、毕业设计计算说明书。2、主要参考文献目录。图纸部分 说明书，传感器特性原理分析图、传感器电路和显示报警电路图、主机（单片机）电路图等。SY-025-BY-2四、设计（论文）进度安排1、对课题有关资料进行收集，完成开题报告 第 12 周（3.13.13）2、完成说明书纲要及目录 第 3 周（3.143.20）3、整体结构及系统设计方案（草稿）第 4 周（3.213.27）4、传感器的选择及设计和应用 第 56 周（3.284.10）5、传感器电路及显示报警电路设计 第 79 周（4.115.1）6、主机（单片机）电路及软件设计与分析 第 1013 周（5.25.29）7、完成说明书的撰写及修改 第 14 周（5.306.5）8、设计审核与修改 第 1516 周（6.66.19）9、毕业答辩 第 17 周（6.206.21）五、主要参考资料1 有关汽车运用类、单片机及 C 语言类、电子技术类、信号模拟及电路设计制作的期刊杂志；2 汽车发动机电控维修手册、汽车电器及电控、单片机及 C 语言应用类、制图类及相关专业书籍；3 汽车控制、电子技术类、汽车电气与电控、单片机应用、C 语言应用、传感器、电路设计及模拟等相关研究数据及相关著作，有关学位论文。六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字：年 月 日本科学生毕业设计汽车超速报警系统设计 院系名称：汽车与交通工程学院 专业班级：车辆工程 B07-3 班 学生姓名：魏钊 指导教师：齐益强 职 称：实验师 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign Of Automotive OverspeedAlarm SystemCandidate：Wei ZhaoSpecialty：Vehicle Engineering Class：B07-3 Supervisor：Experimentalist Division.Qi YiqiangHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计I摘 要近年来，随着汽车产业的迅速发展和人们生活水平的不断提高，我国的汽车数量正逐年增加。同时汽车驾驶人员中非职业汽车驾驶人员的比例也逐年增加。并且随着人民生活水平的不断提高，私家车已经走入千家万户，成为主要的交通工具。然而，私家车主由于不是专业的司机，熟练程度、速度的感觉不是特别好，车速往往根据偏好，随意提速、超速行驶，当汽车处于超速行驶状态下，其稳定性与安全性大大降低，一旦出现紧急情况，往往会导致车毁人亡的重大交通事故发生。综上所述，有必要开发一套超速报警系统，辅助提醒驾驶员以达到控制车速的目的。本系统从汽车行驶的安全角度出发，在不改变汽车原有结构的基础上，对汽车行驶的速度及其它车况参数进行采样、测量、计算，利用 AT89S51 型单片机对数据进行有效的分析，提高了系统对复杂路况处理能力。并且采用实时报警、延时控制等方法实现督促驾驶员在道路允许车速范围内安全行驶，从而实现超速报警、提高人车安全的重要功能。在实际设计过程中，利用一个 6V 直流电动机串联电位器来模拟车轮的转速和线性加速，直观的展示了整个系统的运行过程。关键词关键词：报警；AT89S51；调试；设计；光电开关黑龙江工程学院本科生毕业设计IIABSTRACTIn recent years,with the rapid development of auto industry and people living standard rise ceaselessly,the number of cars in China is increases year by year.While driving a car driving china-africa professional personnel has been increasing proportion of personnel.And as people living standard rise ceaselessly,cars had walked into the thousands,and become the main mode of transport.However,private owners because the driver is not a professional proficiency,speed,the feeling is not particularly good,speed often preferences,optional speed,according to a speeding,when car is in speeding state,its stability and security reduced greatly,once in an emergency,often leads to serious traffic accident the elderly.To sum up,it is necessary to develop a set of speeding alarm system,auxiliary remind drivers in order to achieve the purpose of controlling the speed.The system of the car safety from Angle,not changing the car,on the basis of original structure to the speed of the automobile and other sampling,the measurement condition parameters,calculation of,use of the data type AT89S51 single-chip effective analysis of complex system was improved roads processing ability.And using real-time alarm,delay control method to urge the roads safe driving speed range allowed,thus speeding car alarm,improve the important function people safe.In actual design process,use a tandem potentiometer for dc 6V to simulate the wheel speed and linear acceleration,intuitive demonstrates the whole system operation process.Key words:Alarm;AT89S51;Debug;Design；photoelectric switch黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要IAbstractII第 1 章 绪论1 1.1 课题背景1 1.2 车速报警系统的发展历程、现状与发展趋势1 1.3 课题主要研究内容2第 2 章 超速报警系统的理论知识与方案的确定32.1 总体设计思路32.2 方案的提出32.2.1 测频原理32.2.2 侧周原理42.2.3 计数原理42.3 方案的比较及确定52.4 测量方案设计52.5 本章小结5第 3 章 超速报警系统硬件设计63.1 主控模块选择6 3.1.1 单片机系统6 3.1.2 时钟电路8 3.1.3 复位电路93.2 测速系统设计9 3.2.1 传感器选择及方案设计9 3.2.2 信号整形113.3 按键设计设计123.4 报警系统设计12 3.4.1 蜂鸣器12 3.4.2 LED 发光二极管报警灯133.5 显示部分方案与选择设计133.6 本章小结15黑龙江工程学院本科生毕业设计第 4 章 超速报警系统软件设计164.1 软件设计概述164.2 软件设计方案164.3 各系统程序164.3.1 数据处理程序16 4.3.2 按键处理程序18 4.3.3 LED 动态显示程序204.4 本章小结22第 5 章 系统制作与调试23 5.1 硬件焊接注意事项23 5.2 LED 动态数码管调试245.3 对传感器输入信号的调试255.4 声光报警调试275.5 总体调试28 5.5.1 供电系统检测与调试29 5.5.2 总系统短路检测29 5.5.3 各模块独立检测方法305.6 本章小结31结论32致谢33参考文献34附录35附录 A 英文文献与中文参考译文35附录 B 总系统电路原理图40附录 C 实物效果图41附录 D 材料清单42附录 E 总程序流程图43附录 F 源程序44 黑龙江工程学院本科生毕业设计-1-黑龙江工程学院本科生毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 课题背景随着道路交通建设的加快，高速公路网络遍布。为了治理超速，国家制定了严格的法律法规，但是超速现象还是屡禁不止。据分析，全国近几年发生的特重大交通事故，有 70%与超速有关，并且超速行驶违章随着道路交通条件的改善儿不断增多，故设计一种技术成熟的、廉价的、安全可靠的汽车超速报警系统用来保障驾驶员与道路行人的生命财产安全就显得尤为必要了。1.2 车速报警系统的发展历程、现状与发展趋势纵观近十年的测速报警系统，笔者以时间顺序列出 5 种市面上销售的常见品种：1、电子狗：工作原理是依靠经销商预先埋设发射装置，接受固定频率的电波，接收后发出警示音。对城市的固定交通设置或者红绿灯等有预报作用,对视频监控系统也有作用，但必须依赖经销商布网，且需要经销商常更换电池(12 年/次)，这类产品价格一般在 70200 元左右。2、单频或三频测速雷达报警器：一般为 X、K、Ka 频段，这类产品只能用于部分监视装置，漏报多，以日本产品或复制为主，现在有很多国产品由于生产及调试设备的原因，基本是单频或三频机。这类产品价格一般在 450 元900 元之间。3、测速雷达（模拟）报警器，可接收频段如下：X 频 ：10.525 GHZ 100MHZ K 频 ：24.150 GHZ 100MHZ Ku 频：13.45 GHZ 100MHZ 新 K 频：24.125 GHZ 100MHZ Ka 频：34.3GHZ 100MHZ 激光：904nm P 频 ：固定式照相这类测速雷达报警器以台湾机为主，即所谓的全频机，实际是台湾岛的测速雷达频段，国内早期采用的都为进口测速雷达设备，所以，在国内台湾产雷达报警器还有效，只是对目前国产的测速设备无效。这类产品品牌有南极星、征服者等，最高频率做到了 34 GHZ 左右，价格一般在 650 元1000 元之间。4、全频测速雷达（数字）报警器，可接收频段如下：覆盖频率：10.525 GHZ 37GHZ这类测速雷达报警器是真正的全频段，能涵盖目前国内的测速雷达频率，以数字处理黑龙江工程学院本科生毕业设计2芯片提高处理效率，能在瞬间处理雷达波信息，对目前国内最新的跳（变）频测速雷达及以往的测速雷达有效，这类产品以韩国产为主，价格一般在 1500 元2000 元之间。5、GPS 测速雷达报警器，这类报警器即是测速雷达报警加上 GPS 定位预警系统，工作原理是根据固定测速点或信号灯摄像点的位置数据，通过 GPS 定位，当车辆接近目标点时提前报警，该系统完全依赖电子数据，没数据它就不报，这就是经销商需要客户在使用过程中经常更新地图数据的原因之一。理想状态的 GPS 设备应该能装载全国大部分地区的电子数据，但目前市场上销售的 GPS 设备数据通常在 510 万个，能达到 25 万以上的不多，而全国约为 30 万个电子数据，原因和 GPS 设备内的闪存容量及 CPU 的处理能力有关，选购时须了解于信道数、定位反应灵敏度等。另外 GPS测速雷达报警器对流动测速雷达一般需要配置测速雷达报警器，而目前市场上配的测速雷达报警器基本是台湾产，其覆盖频率有限，而国内目前大量装备的警用测速雷达为国产，很多雷达均以 515 度的仰角方式架设，是测速雷达报警器的盲点，所以其对流动测速雷达探测预报效果不不明显，GPS 定位预警设备的价格在 8003000 左右。综上所述，不难看出，现在市面上所谓的超速报警系统大多是为躲避交警部门的测速系统而生，习惯了此种超速报警系统的驾驶员，不但不会提高交通安全性，反而会助长超速行驶的投机之风，极大的破坏了我国现有的交通秩序，而且动辄几千元的GPS、电子狗系统和昂贵的升级费用也让许多驾驶员望而却步。而本人所设计的此套系统的所有功能都是围绕提高驾驶员公路交通安全性儿开发的，且价格便宜（预计不超过 50 元），故预计将会有良好的市场前景。1.3 课题主要研究内容1、从硬件的布局设计和元器件的选择入手：此过程主要需要克服的问题为对全面了解所用元器件的功能、用途；2 单片机的选择：在能够实现所需功能的前提下，尽量选择价位较低的产品以突出产品经济性；3、数码管的选择：选择技术成熟、运行稳定可靠的产品；4、转速传感器的选择：尽量选择成本较低、运行可靠、价格便宜、且直接输出数字信号的传感器以省去数模转换器，进一步降低成本；5、软件的编写以及调试，以保证系统各模块之间的协调工作。当然，由于此系统需安装在车辆上，故还应注意以下两点：（1）单片机的选择：抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。耗能小，可用电池供电。（2）转速传感器的选黑龙江工程学院本科生毕业设计3择：价格便宜，工作可靠，尽量减少对车辆动平衡的破坏。第 2 章 超速报警系统的理论知识与方案的确定2.1 总体设计思路本设计从成本和实现的难易程度出发，选择红外线光电遮断式测速方案。它主要由遮光盘和槽型光电传感器组成，在遮光盘的同心圆上分布一个通光的孔或槽，槽形光电传感器固定在遮光盘工作的位置上，遮光盘转动一周，光敏元件感光次数与盘的开孔数目相等，因此产生相同数目的脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机定时计数器计数，定时器 Tn 定时。定时器 Tn 完成 100 次溢出中断的时间 t 除以测得的脉冲数 m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。遮断式光电测量方案如图 2.1 所示。图 2.1 遮断式光电测量原理图采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过 4069 放大整形后，获得相同频率的方波信号，送入单片机进行运算处理，通过测量方波的频率或周期，测得转速的大小，并由两组四位数码管显示。2.2 方案的提出由于本设计采用数字集成电路为核心，故若将整个系统分为信号的采集，处理与显示三部分，那么其原理可用如下三个框图表示：2.2.1 测频原理图 2.2 测频原理框图黑龙江工程学院本科生毕业设计4图 2-1 告诉我们，被测信号通过放大整形进入加法计数器；晶体振荡器的频率信号通过分频产生秒（或分钟）信号，在计数显示控制器中生成寄存脉冲和清零脉冲。寄存脉冲将加法计数器的 BCD 码送入寄存器，通过译码驱动，LED 数码管显示一秒（或分钟）内的计数值，直到下一次寄存脉冲的到来；紧接着清零，进行下一轮计数、寄存（译码显示）；如此，不间断测频。如果我们考察一下这些信号的时序，不难发觉这种定时计数测量方法的缺陷是：被计数脉冲有 多一或少一的误差。如果被测频率为10000Hz,多一或少一的误差，相对来讲只不过万分之一；如果被测频率为 2Hz,多一或少一的误差，相对来讲就达到了百分之五十，不难看出频率越低，误差越大，而且还有一点，把一秒变成一分钟，误差就变小了。2.2.2 测周原理低频时，需延长采样时间，要提高精度就要采用测周的方法，图。2.3 正是说明这种方法。图 2.3 测周原理框图将图 2-3 与图 2-2 进行比较，我们不难发觉：上述二者的差别在于晶体振荡器与被测信号的位置作了互换，象是代数上的分子分母的颠倒，也正是物理上的频率和周期互为倒数。测周的误差：与测频相似，是多一个或少一个晶体振荡器脉冲，也就是多一个或少一个时基脉冲，晶体振荡器脉冲频率 准确度越高误差越小，晶体振荡器脉冲频率越高误差也越小，被测频率越高误差越大；因此测量高频时，对被测信号进行分频，确实是提高测周精度的好方法。2.2.3 计数原理除上述两种方法，还可通过计数器，借助计时器来测量转速。框图 2.4 表示了计数器的工作原理。黑龙江工程学院本科生毕业设计5 图 2.4 计数器原理框图2.3 方案的比较及确定从上述三个框图我们不难看出，在本着保证系统稳定运行，元件最少化的前提下，应用计数器（兼用一部分测频的理念）测量转速无疑是最适合的。2.4 测量方案设计本设计采用单片机技术，能动态显示转速。图 2.5 系统原理框图2.5 本章小结本章介绍了转速测量的几种方案：测频原理、测周原理、计数器原理。并对几种方案进行比较。确定转速测量设计方案，本设计介入单片机技术，采用光电转速传感器得到的电脉冲信号，经过 4069 放大整形后，获得相同频率的方波信号，送入单片机进行运算处理，通过测量方波的频率或周期，测得转速的大小，并由两组四位数码管显示。显示驱动器显示驱动器LED 数码管数码管机车车轮机车车轮光电光电传感器传感器89C51 单片机单片机键盘键盘输入输入声光警报模块声光警报模块黑龙江工程学院本科生毕业设计6第 3 章 超速报警系统硬件设计3.1 主控模块选择主控模块是整个硬件设计该系统的核心。其主要完成外围硬件的控制以及一些运箅功能，对功能的要求不需要过分丰富，但要有足够高的执行效率对数据进行处理。综上所述，故选择 AT89S51 作为整个系统的主控模块。3.1.1 单片机系统AT89S51 单片机是 ATMEL 公司推出的低功耗，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 4KB 字节的可编程的 Flash 只读程序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术产生，兼容标准 8051 指令系统及引脚，并且既可采用在线编程（ISP），也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片机芯片中，ATMEL 公司的功能强大，低价位的 AT89S51 单片机提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域，调试非常方便。1、AT89S51 的基本特性：（1）与 MCS-51 单片机兼容,含 80C51 内核。（2）片内有 4KB 在系列可重新编程的 FLASH 程序存储器，可擦写字 1000 次以上。（3）全静态逻辑，工作频率范围：024MHZ。（4）三级程序存储器加密。（5）128 字节片内 RAM。（6）32 个可编程 IO 端子。（7）提供待机和掉电两种省电工作方式。（8）两个 16 位定时计数器。（9）有 5 个中断矢量，允许 6 个中断源。（10）一个全双工串行口。（11）具有与工业标准 80C51 一致的指令集和引脚布置.2、AT89S51 的引脚及其功能：AT89S51 的引脚图如图 3.1 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计7图 3.1 AT89S51 引脚图3、引脚功能：（1）I/O 口引脚：P0 口：双向 8 位三态 I/O 口，此口为地址总线（低 8 位）及数据总线分时复用口，每位驱动 8 个 LSTTL 负载。在访问外部存储器或进行 I/O 口扩展时，它分时作为低 8位地址总线和双向数据总线。P1 口：8 位准双向 I/O 口，可带 4 个 LSTTL 负载。P2 口：8 位准双向 I/O 口，与地址总线（高 8 位）复用，可带 4 个 LSTTL 负载。P3 口：8 位准双向 I/O 口，双功能复用口。P1 口、P2 口、P3 口、各 I/O 口线片内均有固定的上拉电阻，故称为准双向 I/O口。P0 口线内无固定上拉电阻，有两个 MOS 管串接，即可开漏输出，又可处于高阻的“浮空”状态，故称为双向三态 I/O 口。（2）控制引脚：此类引脚提供控制信号，有的还具有复用功能。（3）RST/VPD（9 脚）：当振荡器运行时，在此引脚外加上两个机器周期的高电平将使单片机复位（RST）。引脚与 Vss 引脚之间连接一个约 8.2K 的下拉电阻，与引脚之间连接一个约 10F 的电容，以保证可靠的复位。在单片机正常工作时，此脚应为0.5V 低电平。掉电期间，此引脚可接上备用电源（VPD），以保持内部 RAM 的数据，当 Vcc 下降到低于规定的值，而 VPD 在其规定的电压范围内（5+0.5V）时，VPD黑龙江工程学院本科生毕业设计8就向内部 RAM 提供备用电源。（4）ALE/PROG（30 脚）：当访问单片机外部存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲的负跳沿用于 16 位地址的低 8 位的锁存信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率约为时钟振荡器频率的 1/6（5）PSEN（29 脚）：程序存储器使能.此脚的输出是单片机访问外部程序存储器的读选通信号。（6）其他特殊引脚功能：EA/VPP（31 脚）：外部寻址使能/可编程电压。MOSI，MISO，SCK（P1.5，P1.6，P1.7）用于 ISP 编程RXD（P3.0）串行输入口TXD(P3.1)串行输出口WR(P3.6）外部数据存储器写信号RD(P3.7）外部数据存储器读信号T0(P3.4)定时器 0 外部输入T1(P3.5)定时器 1 外部输入INT0(P3.3)外部中断 0INT1(P3.2)外部中断 1XTAL1 振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端XTAL2 振荡器反相放大器输出端3.1.2 时钟电路 时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。CPU 就是通过复杂的时序电路完成不同指令功能的。MCS-51 的时钟信号可以由两种方式产生：一种是内部方式，利用芯片内部的振荡电路，产生时钟信号；另一种为外部方式，时钟信号由外部引入。MCS-51 单片机有 HMOS 型和 CHMOS 型，它们的时钟电路也有一定区别。内部时钟电路，利用 AT89S51 内部一个高增益的反相放大器，把一个晶振体和两个电容器组成的自激震荡电路接于 XTAL1（19 脚）和 XTAL2（18 脚）之间。这样，振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。如图所示。图中晶振体可以是石英晶体或陶瓷结构。振荡频率表可任选。一般频率在 1.2-12MHz。对于石英晶体振荡器，电容C3,C4 在 30pF 左右，对于陶瓷振荡器，C3，C4 约 47pF 左右。外部时钟电路，,CS-51 的内部工作时钟也可以由外部振荡器提供，这时，对于HMOS 型芯片，外部振荡器的信号接至 XTAL2，即内部时钟发生器的输出端，而内部反相放大器的输入端 XTAL1 应接地。在 CHMOS 电路中，因内部时钟发生器的信号黑龙江工程学院本科生毕业设计9取自反相放大器的输入端（即与非门的一个输入端），故采用外部时钟源时，接线方式与 HMOS 型的有所不同：外部信号接至 XTAL1，XTAL2 不用。外部时钟引入方式如下图所示。对外部振荡器的信号没有特殊的要求，一般为 0.5-12MHz 的方波，方波的波形应尽量规范即上升沿、下降沿极可能垂直。时钟发生器吧振荡频率加以二分频，给主机提供了一个双相信号，第一相信号在每一个时钟周期的前半部分有效，第二相信号则在时钟周期的后一半有效。本次设计采用内部时钟电路，石英