列车测速报警系统

天津大学网络教育学院

专科毕业论文

题目：列车测速报警系统

完成期限：2016年1月8日至 2016年4月20日

学习中心：嘉兴

专业名称：电气自动化技术

学生姓名：***

学生学号：************

指导教师：***

列车测速报警系统

一、引言

本次设计一种基于80C51单片机的测速报警系统，实现电动车的速度实时显示以及超速后的自行报警，并能通过反馈限制行驶速度，及时提醒过往车辆预防超速而出现危险，减少交通事故的发生，也可以通过限速装置减少因为刹车失灵而出现的部分事故，以保障驾驶人员的生命财产安全，减少损失。

无论是城市还是乡村在经济的快速发展带动下，电动车数量越来越多，车速越来越快，这样对人的安全就会存在很多安全隐患还会造成威胁。正所谓“十次事故九次快”，可以看出在事故的多发中最重要的是速度问题，当然随之可见解决问题的方法最关键是要控制车的速度。本设计就是利用单片机实现电动车的超速报警。以及通过限速装置限制车辆的速度，并将以便管理。

二、电路总体设计组成原理设计：

（1）总体电路设计要求：

系统实现的主要功能如下：

1）、实时显示电动车的形式速度；

2）、利用按键调整时间，实时显示正确的时间；

3）、当电动车超过规定的速度值时，违反情况以数据形式保存在串行储存器中，并发出声音报警，并且报警灯闪烁。

（2）、系统硬件的总体设计：

系统的总体结构如图1所示。它采用AT89C51单片机为主控芯片，主要有电源模块、芯片采集模块、时钟模块、LED显示模块、按键模块、报警模块、AT45DB161B串行储存器模块。其中AT89C51主要完成对外围硬件的控制以及信息处理功能；电源模块提供5V电源；信号采集模块TIL113光电耦合器将采集到的高电平转换为5V脉冲；时钟脉冲提供LED显示的实时时间；LED显示模块使用74LS273驱动数码管实现时间和速度的显示；按键模块主要用来调整时间；报警模块实现超速的声音报警和闪灯警告；反馈限速模块对速度进行设置并将速度比较并驱动限速装置进行限速，管理人员可进行取消报警。

图1 系统总体结构框图

三、电路硬件分块设计

（1）、主控模块：

主控模块主要采用AT89C51单片机，AT89C51是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，芯片内集成了通过8位中央处理器和ISP F lash 储存单元，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

（2）、信号采集模块：

测试电动车转速传感器大多使用霍尔传感器，霍尔传感器是利用半导体材料的霍尔效应实现的磁电转换的一种传感器。，它具有灵敏度高、

线性度和稳定性好，体积小、重量轻、频带宽、动态特性好，寿命长、耐高温等特性。

其输出信号为脉冲信号，脉冲信号再通过光电耦合器将其转换为单片机可采集的5V 脉冲信号，如图2所示。

图2 信号采集模块图：

（3）、时钟模块：

时钟模块使用SD2058时钟芯片, SD2058是一种具有标准IIC 接口的实时时钟芯片, CPU 可使用该接口

通过6位地址寻址来读写片内64字节寄存器的数据。SD2058内置单路定时

/报警中断输出, 内置时钟精度

数字调整功能, 可以在很宽的范围内校正时钟的偏差, 并通过外置的温度传感器可设定适应温度变化的调

整值, 实现在宽温范围内高精度的计时功能。该芯片是实时时钟的理想选择。原理图如图3所示：

图3 时钟模块图：

（4）、LED显示模块：

LED显示模块使用74LS273驱动8位LED 数码管, 用于段码的传输, 74LS138译码器控制数码管的位选。前6位数码管显示实时时间, 后2位显示速度值。原理图如图4所示。

图4 LED数码管显示电路图：

（5）、按键模块：

按键模块采用三个独立按键, 实现时间的调整。S2为功能键, 通过此键来选取要调整的小时、分钟和

秒, 调整完毕后此键还有确定功能; S3为增加键, 当功能键选定后, 按此

键来增加选定项值; S4键用以减小

选定项的值。各项功能均通过软件实现, 如图6所示。

图6 按键电路图：

（6）、报警模块：

采用三极管驱动蜂鸣器, 三极管驱动继电器并通过继电器控制LED 警示灯, 原理图如图7所示。

图7 报警电路图：

（7）、限速反馈模块：

（8）、电源模块：

电源模块选用变压器, 将220V 交流电压变换成7 5V 交流电压, 再利用桥式整流电路, 将交流电压转换

成直流电压。通过稳压芯片7805, 将直流电压稳定为+ 5V 的工作电压。原理图如图8所示。

图8 电源模块

四、系统的软件设计：

本课题的主要思想就是检测车速以及超速后的自行报警, 并且将车速和时间显示在七段码显示器上。

主程序通常包括可编程硬件、输入、输出端口和参数的初始化, 信号采集、速度显示、超速报警程序; 子程序有键盘扫描模块、时钟程序模块和I2C 协议程序等。键盘扫描程序实现对时间的调整; 时钟程序模块主要包括时钟芯片的初始化、时间数据的读取与写入程序以及实时显示; I2C 协议程序主要是实现存储器与单片机之间数据的正确通信。

本主程序从整个系统的上电复位开始运行, 然后对各种器件及单片机堆栈和参数进行初始化。进行信号采集, 显示车速和时间, 判断车速是否超速, 如超速则报警并反馈驱动限速装置限速, 如未超速, 则继续测速、显示。这就是整个电动车速度控制的主程序的设计思想。总体软件流程图如图9所示。

图9 软件框图

五、结束语：

本系统采用89S51单片机实现电动车测速报警控制。电路连接简单方便, 成本低, 功能强。该系统可以显示车速、设置时间、显示时间, 还可以将违规情况以数据形式保存在串行存储器中, 并发出声音警报, 同时报警灯闪烁。经过多次实验, 论证了该方法的可行性和实用性, 达到了设计要求。

六、参考文献：

[ 1]李全利单片机原理及应用技术北京: 高等教育出版社,

[ 2]周越主编单片机原理实验实训教程北京: 水利水电出版社,

[ 3] 周越主编单片机应用技术北京: 水利水电出版社,