汽车车速检测系统设计

本论文设计的汽车测速系统是为了降低高速上车辆超速造成的交通事故, 同时能将测得的车速实时显示,并自动判断是否超速。
1.2 车速检测系统的发展前景
随着汽车技术和电子计算机技术的发展以及现代先进制造技术、电子技术和计算机技术在现代汽车上的广泛应用，现代汽车的机构日趋复杂，各种功能装置也不断增多，各种信息不断增加，汽车车速已经成为汽车信息中心。新的技术快速发展，促使各生产商家积极进行新型汽车车速仪表的研究开发和大量生产。以往的车速检测一般都是软轴转动带动的误差大且不易实现，因此霍尔传感器的出现与发展，很快的应用于各种测速系统中，而且已有较成熟的技术在系统的设计和应用中可供参考。本次设计的汽车测速检测系统具有实时检测显示速度功能，当超速时还具有自报警功能，而且可以通过手动看里程。本次设计的汽车测速检测系统就是利用霍尔传感器进行测速，其结构简单、测速准确、稳定性高、使用寿命长具有良好的发展前景。
摘要……………………………………………………………………………………………1
关键词…………………………………………………………………………………………1
Abstract………………………………………………………………………………………1
Key words……………………………………………………………………………………1
附录A…………………………………………………………………………………………21
附录B…………………………………………………………………………………………22
致谢…………………………………………………………………………………………29
汽车车速检测系统设计
摘要;本次论文设计的是以AT89C51为核心，使用霍尔传感器CS3020测速，并于数码管上显示，当超速时具有语音警报功能的车速检测系统。论文简单的介绍了霍尔元件的原理及应用，AT89C51单片机在系统中应用，分析了系统部分的硬件和软件的实现以及个单元硬件模块的选择。该系统采用霍尔元件非接触式车速传感器代替软轴传动，使车速表的安装位置不受距离的限制。该系统安装简单显示直观且价格便宜，因此具有良好的发展前景和市场价值。
3.5 程序语言的选择…………………………………………………………………………5
5 软件设计…………………………………………………………………………………19
6 总结………………………………………………………………………………………19
参考文献……………………………………………………………………………………20
光电测速传感器受外界光源影响很大，不适合运动性物体的测速。集成化霍尔元件传感器拥有灵敏度好、可靠性强、体积较为小巧、传感器无需触点、不会造成磨损、其使用寿命长并且功耗低以及无需担心尘土、油污、湿热的影响等优点，在综合了汽车运动环境的需求，本系统选择使用霍尔传感器来进行速度检测。
是否超速
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图2-1 汽车车速检测系统流程图
本次单片机选用AT89C51为核心。AT89C51应用广泛操作简单，也为大多数人所熟识。AT89C51提供了4K字节FLASH闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构和一个全双工串行通信口，还具有片内振荡器以及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。AT89C51价格便宜且功能丰富运用灵活I/O口丰富，符合汽车车速检测系统所需的要求。
如今电子式测速测量系统更加智能，车速测量系统的功能也更加人性化，速度的显示更加直观功能也更加丰富，加上了里程累计、超速提醒等功能。当今用于测速的方法有很多，其中使用得多的有激光检测技术、红外检测技术、超声检测技术、视频检测技术、雷达检测、感应线圈检测和磁传感器检测技术。目前用于测速的传感器大多使用光电测速传感器，但是由于光电传感器极易受到外界光源的影响，使其误差存在甚至失去意义。霍尔传感器由于其发展速度快、稳定性强和操作方便，还可以通过增加钢磁个数使其准确度加强。目前越来越广泛的运用于车速测速系统中并得到大众的肯定。
所以本次选用的是LED数码管的动态显示。
3.4 报警电路选择
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印件、报警器、玩具、汽车电子设备、定时器等的电子产品中，用做发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。
本论文选择的电磁式蜂鸣器来进行超速报警。电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片以及外壳等组成[4]。接通电源后，振荡器产生的音频电流信号通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
利用霍尔元件测转速时，其内部拥有稳压电路，霍尔电势发生器，放大器，施密特触发器以及输出电路，其输出的电平和TTL电平互相兼容。在待测的旋转体转轴上安装一个圆盘，在圆盘上安装几对小钢磁，如果小钢磁数量越多其分辨率也将越高。霍尔元件安装于小钢磁附近并固定好，直到旋转体以角速度W旋转的时，如果一个小钢磁转过霍尔元件时，霍尔元件就将输出一个脉冲，从而计算出单位时间的脉冲数，就可确定旋转体的速度，来达到测速的要求。
数码管动态显示是单片机中应用最为广泛的显示方式之一，每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，位元选通COM端电路由单片机控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。数码管的动态显示其实是每个数码管轮流出现相应的字码，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人感觉好像数码管每位都同时显示，而其实只是数码管每位的显示轮流速度过快，以至于人眼已经无法从中分辨出来。数码管的动态显示需要在编程中写入消影程序，所以相对于静态显示来说编程复杂。但是动态显示在电路连接却大大简化了静态显示的复杂性，一般2个74HC573锁存就可以控制8个数码管，硬件电路简单。
电磁式蜂鸣器的外围电路简单，可以通过单片机控制驱动信号来使其发出不同音调的声音的电子讯响器。蜂鸣器的音调可以通过程序控制，适合用于对超速的报警来提醒司机们降低并控制好时速。
3.5 程序语言的选择
由于C语言的使用非常方便，所以得到广泛的应用，有许多硬件开发都将应用到C语言编程，C语言的程序编程本身无需依赖机器的硬件系统，通常无需修改或仅需简单的改动就能够把程序从不同系统中移植过来并直接利用。C语言里提供了许多的数学函数，并且支持浮点运算，C语言的开发效率很高，能够有效的缩短开发时间，并增加了程序可读性以及可维持性[5]。C语言常用语法不多，尤其是单片机的C语言常用语法更少，便于此次的程序编写。C语言简便、快捷、便于利用，所以本次使用C语言来编写程序。
2 车速检测系统的设计思路
本款汽车车速检测系统是利用霍尔传感器来实现测速的主要用于高速公路汽车行驶超速报警。当霍尔传感器采集到信号并将其放大，通过波形变换与整形传入到单片机P3.2口，单片机根据所写程序判断是否超速（超速标准为120公里每小时），如果超速通过P3.3口将信号传输给蜂鸣器，此时蜂鸣器发出响声。单片机还会根据传感器传入的信号在LED数码管实时显示速度，当想要知道所走里程可按一下按钮，此时LED数码管上将会显示出里程，长按时消除里程,当离手时又变回速度显示。上电时本汽车测速系统会自动复位。本次设计系统的流程图如图2-1。
关键词:单片机；霍尔传感器；数码显示；语音报警
TheDesign OfVehicle speed detection
Abstract
Keywords：Single-chipmicrocomputer；Hall-sensor；Digital display；Voice alarm
引言
如今汽车已经得到普及，高速公路上屡屡出现因汽车超速而引发的交通事故，汽车的安全性和人性化越来越受到人们的重视。以往传统的接触式传感器，采用电位计原理，电刷与电阻基体的摩擦极易导致触点磨损、电阻基体磨损，影响位置传感器的输出特性和使用寿命。然而传统接触式传感器的以上缺点使得人们对其安全性产生了疑问。传感器作为汽车电子控制系统的信息反馈，其性能高低直接影响到汽车控制系统的稳定性和可靠性。所以非接触式传感器替代电位计式传感器代表着技术进步的发展方向。近几年来霍尔技术的快速发展，其抗电磁干扰能力和抗温漂能力大大提高，价格也逐步下降。霍尔式位置传感器取代电位计式成了大势所趋。目前已得到了广泛应用特别是在其测速方面。霍尔器件有许多优点。它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHz)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及烟雾等的污染或腐蚀[1]。因此霍尔元件适合应用于汽车车速的检测中。汽车上所使用的控制系统从功能上可分为传感器单元、控制单元和执行单元部分。其中传感器单元体现的是汽车智能化技术的高低，有其独特的重要地位。对于传感器监测而言，汽车工况要求监视控制参数有很多都是非电量常数，因此汽车传感器被称为汽车控制系统的“眼睛”。传感器质量的好坏势必会对汽车各部位各组件监测和控制的质量产生直接影响，进而汽车的整体性能也将会有一定影响。如今霍尔型车速传感器已成为现代汽车控制系统的重要组成部分，对于这类车速传感器的特性进行测试和研究成为测试领域的又一重要研究方向。本系统简单说明了霍尔型车速传感器和测试系统的组成、结构原理和测试的方法，进而成功地研制了车速传感器测速系统，本系统是利用霍尔型车速传感器来研制与开发的。
3 系统单元模块选型
3.1 传感器选择
目前测速传感器用得比较广泛的有光电测速传感器和霍尔测速传感器。
光电测速传感器开孔圆盘的转轴与转轴相连接，光源的光通过开孔盘的孔和缝隙反射到光敏元件上，开孔盘随旋转体转一周，光敏元件上照到光的次数等于盘上的开孔数从而测出旋转体旋转速度[2]。灵敏度较高，但容易受外界光源影响。
1 论文综述
1.1 车速检测系统的背景和意义
传统的机械式车速测量通过旋转磁场作用于转动盘，让转动盘和车速表指针一同发生同向偏转。而当电磁转矩和弹簧产生的阻力矩互相平衡的时候，指针的偏转就会停留在某一角度。使指针偏转角与车速成正比，所以可用来表示其车速。