基于单片机的行车测速系统

基于单片机的行车测速系统

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摘要本设计采用AT89S52单片机作为控制芯片，利用霍尔传感器采集被测信号，将被测信号通过单片机计算在LCD上进行显示，另外通过矩阵键盘设置计算参数，并使用存储芯片储存重要数据和参数，构成了基于单片机的行车测速系统。该测速系统除了可以测量车辆行驶速度，还可以记录车辆行驶里程，而且具有价格便宜、使用方便、可靠性高等特点，并能够有效提高对测速传感器输出信号测量的准确性和稳定性，在日常生活运用中具有独特的优势。

关键词AT89S52；测速系统；霍尔传感器

1 绪论

如今随着半导体技术的不断发展，微控制单元MCU（MicroControllerUnit）以其集成度高、功能强、速度快、可靠性好等特点被电子系统开发人员广泛的运用到控制系统、智能仪表、机电一体化产品、智能接口、智能民用产品等领域。单片机的突出特点是体积小，抗干扰性好，功耗小，可靠性好，有较强的模拟接口，代码保密性好，所以得到了官方的应用[1]。采用单片机作为主芯片可以有效的解决对采样信号的处理问题，并能够降低开发成本，提升开发的效率和开发的质量。

现代汽车上一般都装有发动机控制、自动驾驶、ABS、TRC、自动锁车门、主动式悬架、导向系统、电子仪表等装置[2]，这些装置都需要汽车车速信号。速度是一个很重要的物理量，获取准确的速度能够保证车辆行驶的安全性，而基于单片机技术的测速系统具有价格便宜、使用方便、可靠性高等特点，能有效提高对测速传感器输出信号测量的准确性和稳定性。

因此本文提出了一种基于单片机的行车测速系统，有效速度范围为10~300 km/h，完全符合JJG 527-2007的标准测速仪的速度范围为20~180 km/h和MPE为±1%的要求。因此，其可用于机动车的测速，为机动车的安全驾驶提供安全保障和技术支持。

2方案的设计与论证

2.1测速系统主要组成器件的选择与论证

2.1.1微控制器的选择

方案一：采用80C52单片机实现。80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）、32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路[3]。此外，80C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲模式和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU

而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能[4]。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

方案二：采用AT89S52单片机实现。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路[5]。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护模式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止[6]。

由于80C52不支持在线系统编程，而AT89S52支持，80C52具有一个数据指针DPTR，而AT89S52具有两个数据指针DPTR0和DPTR1，且AT89S52含有一个看门狗定时器，具有断电标志POF，因此本设计选择AT89S52。

2.1.2测速传感器的选择

方案一：光电式脉冲发生器。

主要由光源、光敏器件和遮光盘组成。车轮旋转带动遮光盘旋转，当遮光盘没有遮住光源时，光源的光射到光敏器件上，光敏器件中有电流流过，于是在输出端产生电压输出。其脉冲频率与车速成正比，经过单片机处理后，即可得出车辆的速度。这种光脉冲发生装置，在转换速度较高的情况下，由于车辆运行中的振动引起的光脉冲干扰等问题不好解决，现在采用的不多。

方案二：磁电式脉冲发生器。

将导磁材料的齿轮固定在转轴上，对着齿轮端面固定一块磁钢，霍尔元件贴在磁钢的一个端面上，随着齿轮转动，元件的电压信号输出呈周期性变化。霍尔传感器输出频率与转速成正比，此信号经单片机处理后，即可得出车辆的速度。

本设计的测速传感器要求稳定性好，灵敏度高和精度高，而且对汽车速度的测量还要要求传感器能够适应各种各样的环境，所以这里选择方案二，并采用HAL44E霍尔传感器。其原因还有三点：一是霍尔传感器输出信号电压幅值不受转速的影响；二是频率响应高，其响应频率高达20kHz[7]，相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；三是抗电磁波干扰能力强。

2.1.3显示模块的选择

方案一：数码管显示。优点：亮度高，价格便宜，寿命长。缺点：显示简单，只能显示0-9的数字及简单的字符，数码管电路连接比较复杂。

方案二：Nokia5110 LCD显示。优点：可以显示字符、汉字，具有功耗低、与单片机之间的数据通信简单易操作等特点。缺点：亮度较低。

综合本设计的功能需求及电路连接的繁简程度，本设计选择Nokia5110 LCD显示。

2.2系统的设计方案及结构框图

2.2.1测速系统的测速原理

本设计是采用AT89S52单片机作为主控制芯片，通过对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量，将所得频率通过计算变换成实际的运行速度，并通过计算转子旋转总圈数得出行驶里程，然后通过串行存储芯片 24c02 芯片储存行驶数据并通过Nokia5110 LCD 显示器显示车速和车辆行驶里程。测速系统的结构框图如图 2-1 所示。

图2-1 系统结构框图

2.2.2测速系统设计概述

通过对测速系统的理论研究和实际电路的设计，将霍尔传感器、单片机、存储器、按键、LCD 显示器有机的结合在一起从而构成了一个完整的测速系统。其关键技术主要在四个方面：初级信号采集模块的设计，核心处理计算模块的设计，目标信息的显示模块的设计，关键数据的存储读写模块的设计。通过显示器直观的显示数据信息，使用者可以方便的了解到当前的车速和行驶里程。该系统实现了对行驶数据的采集、计算、存储和显示等基本功能。

3系统硬件电路设计

测速系统的硬件电路大致分为五个模块：由单片机最小系统构成的核心计算模块，霍尔传感器作为主要器件的数据采集模块，由24c02串行存储芯片等核心器件构成的存储模