基于单片机的测速器设计

项目设计报告

题目：基于单片机的测速器设计学生：

指导教师：

年级： 20XX级

专业：电子信息工程

二级学院：信息工程学院

邯郸学院

20XX年12月28日

目录

1绪论 (3)

1.1课程研究背景及意义 (3)

1.2课题研究内容 (3)

2、系统总体设计 (3)

2.1 IAP15F2K60S2芯片简介 (3)

2.2 SD-1测速传感器 (4)

2.2.1 SD-1测速传感器工作原理 (5)

2.3 显示模块 (5)

2.4测速方案论证 (5)

2.4.1方案的提出 (6)

2.4.2 方案的比较及选定 (6)

3、硬件设计 (6)

3.1测速信号采集及其处理 (7)

3.1.1转速测量原理 (7)

3.1.2 信号处理电路 (7)

3.2报警电路 (8)

3.2.1蜂鸣器的作用 (8)

3.2.2蜂鸣器的分类 (8)

3.2.3报警电路 (8)

4、软件程序电路 (9)

4.1语言的选用 (9)

5、总结 (10)

1绪论

1.1课程研究背景及意义

近年来随着科技的飞速发展，为了克服传统模拟车速显示仪表显示数字不准确及没有超速提醒的缺点，数字化仪表迅速的进入汽车仪表行业，成为一种趋势，本设计从汽车司机自身安全角度出发，设计一种检测车辆超速的报警系统。该报警系统允许驾驶员通过自带键盘设置最高速度和最低速度，当正常行驶中时，通过测速装置检测汽车的速度。并通过1602液晶屏显示车辆的实际车速和用户设置的安全参数。当发现车辆速度超过驾驶员设置的最高值时，蜂鸣器开始报警，提醒驾驶员减速，达到防患于未然的目的。单片机的应用在不断走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。在实时检测和自动检测的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用。此设计就是利用IAP15F2K60S2单片机对机动车超速行驶情况进行蜂鸣器报警的系统。该系统结构简单，可靠性强，操作方便，可广泛用于摩托车，汽车等机动车辆。

1.2课题研究内容

本课题要求设计一个具有数字显示功能的单片机系统，实现车辆当前速度输出测量，达到所设定的速度上限时并报警，以保证驾驶员的人身安全。首先要进行系统的总体方案设计，在设计中应考虑以下几点：

（1）遵循从整体到局部的设计原则。在过程中，应遵循从整体到局部的设计原则，把复杂难处理的问题分若干个较为简单的、容易处理的问题，分别加以解决。

（2）经济性要求。为了获得较高的性能价格比，设计时不应盲目追求复杂高级的方案，因为方案简单意味着所用的元器件少，可靠性高，而且比较经济。（3）可靠性要求。所谓可靠性是指产品在规定的时间内完成规定的功能的能力。可靠性指针除了可用完成功能的概率表示外，还可以用平均寿命来表示。

2、系统总体设计

2.1 IAP15F2K60S2芯片简介

IAP15F2K60S2是STC生产的单时钟/机器周期的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机。采用STC第八代加密技术，超级加密，

指令代码完全兼容传统8051但速度快8-12倍。内部集成高密度R/C时钟，常温下温漂（-20~+65），5MHZ~35MHZ宽范围可设置。3路CCP/PWM/PCA,8路高速10位A/D转换（30万次/秒），内置2K字节大容量SRAM,2组超高速异步串行通信口（UART1/UART2,可在5组管脚之间进行切换，分时复用可作5组串口使用），1组高速同步串行通信端口SP1，针对多串行口通信/电机控制/强干扰电场。

IAP15F2K60S2实物图

2.2 SD-1测速传感器

测速传感器是能测量被测物运行速度的仪器。单位时间内位移的增量就是速度。速度是矢量，有大小和方向，速度的大小被称为速率，速度包括线速度和转速度，与之相对应的就有测量线速度传感器和测量转速度传感器，它们被统称为测速传感器。

在本实验中，我们采用SD-1测速传感器，其实物图如下：

SD-1测速传感器实物图

2.2.1 SD-1测速传感器工作原理

测距离：测速传感器输出为脉冲信号，一个脉冲中断一次；红外射线导通的时候是低电平，所以我们设置中断为低电平触法模式。一般码盘上有整数格子，无论是多少格其实原理一样，例如 10 格码盘，也就是有 10 个空格子，电机转一圈后便是射线导通 10 次，外部低电平触法 10 次；由此计算中断次数，得到的总次数除于 10 也就是电机转动次数，然后按照轮子的周长，计算轮子一圈是多长，就可以推算出小车已经跑多远。

测速度：按照测距离的思路，用一个 MCU 定时器计算，1 秒内接收多少个外部中断，例如一秒内接收了 20 个外部中断，可以判断出小车速度为 1 秒小车轮子转两圈，然后再计算出小车轮子的周长，就可得知小

车 1 秒行驶的速度。

SD-1测速传感器原理图

2.3 显示模块

LCD液晶显示模块。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在字符型液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。

本里程表使用1602 LCD作为显示模块。

2.4测速方案论证

测速报警系统系统组成主要有单片机控制模块、光电测速模块、LCD1602液晶显示屏以及蜂鸣报警器组成。针对任务要求，我们发现此项设计在单片机借口芯片以及有不同的选择。因此，设计方案的比较主要对此展开。

2.4.1方案的提出

方案一：

采取通过带有I/O接口和计时器的静态RAM8155芯片与设定速度的键盘电路，速度显示电路，RAM8155芯片具有256个字节的RAM,两个8位、一个6位的可编程I/O口和一个14位计数器。

方案二：

利用高集成化的串行输入/输出的共阴极LCD1602驱动显示器MAX7219及按键电路实现。MAX芯片用来显示当前设定速度，当速度超过最大设定速度Vmax 时，蜂鸣器报警，显示屏上显示当前速度。设计中应用了SD-1测速传感器方法来实现。基于单片机控制直流电机的测速与调速系统设计方案是将输入的信号通过单片机转换后输出控制信号通过驱动电路调节直流电动机的转速，并且能实时监控直流电动机的速度。由于采用的是RWM控制技术可以达到高精度的速度控制。测速采用光电开关，轻松实现速度的检测，为此，方案中所设计的直流电机的测速与调速系统具有速度输入、检测、显示、脉宽调制、电机驱动等主要电路，便于对电机速度进行控制与显示。

2.4.2 方案的比较及选定

方案一和方案二比较:

方案一采用的芯片使用单片机引脚较多，采用键盘电路复杂，而且只能显示当前速度，驾驶员对速度上限透明度不到，总体电路较复杂；

方案二采用的是一个高集成化的串行输入/输出的LCD1602液晶屏显示器，与微处理器的连线只需3根线，且速度设定只需通过几个按键实现即可，并且可以实时实现速度上线的上限的增减，因而硬件电路简单，人眼视觉效果良好，可以方便的为驾驶员提供信息，易于实现维护。

3、硬件设计

根据系统设计要求本系统认为测速信号采集与处理模块，报警以及显示模块三大部分。