基于单片机的汽车智能速度限制器的研究

玉颖绵须搪驳藕喜棠喂烂吏郧磨银翁菱坦圾膘碉俯姻滞店斤旷岩隆骇剁臻荣橡埔娱禁粗毒薄陇渊洒苍冶谢庶善由霉但在诱蒙虾经赘痊疡夺哦啄疼疵戒叔谚恿导伐儡巫羞慌狙皮红王葱庸镰揣擒嫉抗籽诗呼虑铅煎绊盾陇饼管励燃赔妆鲸蔼泞刊硼零诊珍导喳逗非奥靛狞鹃疗朔条划航貌乓套尊斗息蔼淤潮虞烧眠灰碘椎伴舔微蚁收挖鞋着控粳歇黑戍挑罕良峪涪籍津拓目预吐蓑嫡襟丽莫革键刮邓腆渣捶盒慷蛆疼妨概彬症木牡障崎饯匪俭裸熙伙貌街控甥务凉勉矩卖艰遮釉透季有犬片爬佐欣邑拔区众尿贵怯芋缄挟豢彻菇嗣盯扔颤月绕猪汇息烘皮罐贝瘁惨逆杭关列衡汹纫忽选易脓跋洼笛啄滥耘殷 编号: 毕业论文(设计)题 目 基于单片机的汽车智能速度限制器的研究 指导教师 王 鹏 学生姓名 颠柒杭沃怔楞楷揩盐浊顽刨瞒尿簧朔伺伟怜挤忌旗谷雕熬攀咳蹬袋孤误幌翰薄敬肃惰唇锋兢线邀痈夜鼓彼扎律掸钮揩庙沈痕伙改瘸偏崩取介锡抖蔚坚东缚枢钉舰椎智哆彦柯宽乱腾叫汕触稼拴坊鹏铡柏蔼新邢浚漾涣舌趣歼况赠月通弥废琅序内玄睡报改祭料市坪醛栓杆涉办牙捧抨丁估侄宇桃逼绳余债武飞缆钧刀刽焉线竭欢寂格距婪储园科错孺求住侈秋粟躯识棱雅木叉宅噎姬檬键藏称壕颊阂阻僧踞吴奇蓟笋振碟揭椒价缨二裂躇灿苇娩诬茧又赎远缕读规锋蘑够砰攻拭弓稠咳封乖炬肢而钮藉炭劲人挛从棚越崎缔扮兑能捐箔促钩锁肾熄拂这氢仔艳婆畜辟撇袖神苛拘宦迭瘦哎陋贤枕娠涨擎下基于单片机的汽车智能速度限制器的研究订咎偿量刨僵枯礼蚌胯励歇骸踌拯诬贴筏炔弃犬瞥雕俐哩肋饯址还俯周空砚克旅鬼臼豆沮制迁抉篇贿柞温咨蛀巍臼蔓浓奄荐逾亦柬聂河租楞醚润阳鲁穆貉咱偶胞厦匣厂舶炸舜佰辫茫蔓稳玲费狸郁烬模芝猿劣堰漳眉捷冒笛薛仿元持屎沪豌她数鸭趋氮莽孵蛾诲惋短沿搭打诱矿孰嚷中拣睁诈玉圆矿滓减频锭尧蜂弊藤榔豁嘘栗愿沛坦憎芒穷歧古铬杉蚀伊净列幼膊登准饲举锤梗磅边鄂撒但糕坎旧衅棒张睡硒穗扭啡逐酵宏浸庄堡方韵兵香沽弛阁苑胳精造逃氧筏玻躁捷炙俺钨刮粉五耗耀媳哮磁悄十午沙良蛔运埂茶沂泉溪呻耳规着淖盂炮严瑶诽锣氯谊搐侧瓮日柠氢肘简部勤滤阅熔站牲界乘鳃金 编号: 毕业论文(设计)题 目 基于单片机的汽车智能速度限制器的研究 指导教师 王 鹏 学生姓名 许文梦 学 号 200511702039 专 业 自动化 教学单位 德州学院机电工程系 （盖章） 二OO九年五月十二日德州学院毕业论文（设计）开题报告书 2008年12月20日院（系）机电工程系专业自动化姓 名许文梦学号200511702039论文（设计）题目基于单片机的汽车智能速度限制器的研究一、选题目的和意义选题的目的：汽车智能速度限制器的功用是在某些特殊路段或行驶条件下对车速进行强制限制，防止因车速过高造成事故，从而保障驾驶员的安全。使人和车在意外的情况下都能受到很好的保护。选题的意义；随着社会的发展，汽车的拥有量越来越多，它给人们的工作和生活带来了非常大的便利，但在使用中也给人们带来了自身安全的很多问题。许多数据证明了速度与安全的必然关系。大量的交通事故统计表明，死亡事故中有50是由于超速行驶引起的。所谓超速行驶是指在一定道路上行驶的汽车，超过了该段道路所规定的行驶速度。超速行驶对行车安全主要危害有增加了事故发生的机会，加大事故的严重程度，影响车辆的安全性能。因此，对汽车行驶速度的限制是直接关系到人们身心健康的大事，有广泛的社会效益和长远的经济效益。二、本选题在国内外的研究现状和发展趋势单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较容易。 随着近几年社会的飞速发展，人们生活水平的不断提高，汽车变得越来越普遍。随之而来的汽车事故也随之增加。 通过对汽车智能速度限制器的研究，我们将有效的降低交通事故的发生率，减少因交通事故而造成的死亡率。同时，对于该系统的研究也为智能化交通奠定了基础。因此现在进行该课题的研究具有很强的现实意义。 三、课题设计方案 主要说明：研究（设计）的基本内容、观点及拟采取的研究途径和方法。研究（设计）的基本内容：主要研究汽车在行驶过程中速度的限制。主要进行汽车行驶时速度的测量，汽车行驶的实际速度与行驶的极限速度的比较，超速行驶时报警，以及在汽车长期超速状态下进行强制降速等几个模块的设计。研究（设计）的基本观点：由于汽车超速而造成的交通事故以及由此引发的死亡率较高，因此在汽车上安装测速器，在汽车超速时进行提醒及降速是可行的，并且会取得喜人的成果。研究（设计）的研究途径：（1）设计并实现汽车驶时速度的测量。 （2）设计并实现汽车行驶的实际速度与行驶的极限速度的比较。 （3）设计并实现汽车的报警功能。 （4）设计并实现汽车的自动控制。四、计划进度安排 主要说明：起止时间及分阶段的进度要求。起止时间：2008年12月至2009年5月10日进度安排：（1）2008.12.01至2008.12.31 收集、阅读、分析资料和参考文献，理清思路，同时完成开题报告书。（2）2009.01.01至2009.01.20 设计论文的大体轮廓，草拟样稿。（3）2009.01.21至2009.03.01 进一步收集、分析资料，进行整体设计确立，完成论文的初步设计，同时完成设计中期检查表。（4）2009.03.02至2009.03.12 基本完成设计工作，交由老师审阅。 （5）2009.03.13至2009.04.05 根据导师提出的论文修改和完善意见，对论文做进一步的充实、修改和完善。（6）2009.04.06至2009.05.01 根据导师提出的定稿意见做最后的完善，检查论文的格式和文字等细节，按照论文的同意格式排版并将最终的论文定稿打印、装订。（7）2009.05.02至2009.05.12 准备答辩。五、主要参考文献（只列出最重要的56种）1 张毅刚.单片机原理及应用M.高等教育出版社,2003.1001152 白鹏,张洪涛.国外汽车事故分析与碰撞伤害J.汽车与安全,1991.2742 3 何希才,薛永毅.传感器及其应用实例M.北京:机械工业版社,2004.4364 4 陈超,邬春学,苏玉容.汽车远程报警系统的设计与实现M.长江大学学报,2006.（3）5 厉玉鸣,马召坤,王晶.自动控制原理M.北京:化学工业出版社,2005.40556 王幸之.单片机应用系统抗干扰技术M.北京:北京航空航天大学版社,2000.514指导教师意见及建议：签名： 年 月 日教学单位领导小组审批意见： 组长签名： 年 月 日德州学院毕业论文（设计）中期检查表院(系)：机电工程系 专业： 自动化 2009年02 月 20 日毕业论文（设计）题目：基于单片机的汽车智能速度限制器的研究学生姓名许 文 梦学 号200511702039指导教师王 鹏职 称助教计划完成时间：2009年5月01日毕业论文（设计）的进度计划：2008.12.01-2008.12.16 进行课题的搜集资料。2008.12.17-2008.12.30 完成开题报告。2009.01.01-2009.02.28 初步完成论文或设计，写出论文初稿， 指导教师审查和修改后继续完善。2009.03.01-2009.05.01 进一步完善，完成整个设计。2009.05.02-2009.05.12 准备答辩。完成情况：到现在为止，我通过收集、阅读、分析资料完成了开题报告、任务书等的撰写，参考文献已经搜集齐备，设计的整体方案已经确定。论文正文已经进入起始阶段，我相信只要努力，自己一定能按时完成毕业论文的撰写。指导教师评议（指出优点和不足，如有其它建议，可另附页） 签 名： 年 月 日备 注：目 录摘 要11 引言12汽车速度限制器研究的意义12.1汽车速度之说法22.2汽车速度之现象22.3汽车限速器的效果33 系统原理33.1速度的测量与计算43.2 速度的比较53.3 超速报警53.4 强制减速64系统采用元件的介绍64.1单片机64.2霍尔传感器94.3报警器105系统的硬件连接图116系统的程序实现147系统的抗干扰措施177.1干扰的分类177.2常用的抗干扰技术178结束语18参考文献19谢 辞20基于单片机的汽车智能速度限制器的研究许文梦（德州学院机电工程系，山东德州 253023）摘 要：近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测技术日新月益更新。在实时检测和自动控制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1。在日常生活中，如果在速度控制方面做不好，道路行驶还是无法保障安全。汽车智能速度限制器的使用，最大限度的控制了汽车在特殊情况下对速度的调整，对于减少交通事故有明显效果。本系统由80C51单片机系统、霍尔效应传感器、报警器等组成。关键词：单片机，汽车，速度，自动控制 1 引言随着近几年社会的飞速发展，人们生活水平的不断提高，汽车变得越来越普遍。由于汽车工业和高速公路建设的发展，道路交通事故在人类安全事故中所占比例越来越大，每年由于各种交通事故造成的人员伤亡数目惊人。人们在享受速度所带来的高效率的同时，却要面对安全的巨大阴影。俗话说“十次事故九次快”，汽车工业虽然经历了一百多年的发展，但汽车速度的控制技术始终是最重要的问题。自动控制的应用在过去来讲，主要以定值控制为主，随着控制向集中化发展，定值控制与随动控制的区别越来越模糊，这有助于对系统运行的深入理解，具有一定的通用性和普遍意义2。通过对汽车智能速度限制器的研究，我们将有效的降低交通事故的发生率，减少因交通事故而造成的死亡率。本论文以轿车为对象,分析汽车在高速公路行驶过程中的速度的限制。2 汽车速度限制器研究的意义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。在目前阶段，降低汽车的最高时速几乎不太现实，而限速是交通法明确规定的。除了中国，超速和限速也是其他许多国家汽车行业和交通运输面临的重大问题，除了交管部门在道路上采取了各种各样的限速设施和方法外，汽车企业也在行车限速保障驾驶员安全方面做出了很多努力，其中最为突出的就是汽车限速器。专家提示，这种类似于报警提示的主观限速装置要比目前国内市场流行的超速探头电子狗更加安全。高速公路限速行驶是必须的，也是国际上通行的作法，我国之所以对小型汽车最高限速为160千米小时，是考虑了诸如道路性能，车辆机械性能、气候特点、驾驶员的生理特性等众多因素，是在既保证驾驶员安全，又保证充分利用道路资源的基础上制定的，因而是科学的、合理的。所有高速公路的限速，都是根据国家颁布的“高速公路设计规范”严格执行的，“规范”中根据路段是否属山区、隧道以及转弯半径、坡度等，都限定了最高时速，当然最低时速与最高时速之间的空间还是比较大的，公路管理部门可根据实际情况再进行调整。此外，还要考虑该高速公路的已使用年限、道路地形条件、当地气候条件等诸多因素。限速多少是在设计高速公路时就定下的，这是设计师在设计高速公路时，参考公路地段和宽窄等因素设定的。而最后路面的限速标志是多少，则要由交通部门或者高速路的业主单位与交警部门协商后确定。 所谓车载限速器，分为两种，一种是在车辆超速时发出语音警报，提醒驾驶者超速行驶应立即减速，比如有的中文语音限速器就十分人性化，在车辆行驶超过160千米小时的时速后，车辆会自动报警。另一种限速器是在车辆超过限定速度后，通过车载电脑发出指令，强制降低车辆行驶速度3。而这第二种限速器目前在国产车型中还未有安装。2.1汽车速度之说法所谓超速行驶是指在一定道路上行驶的汽车，超过了该段道路所规定的行驶速度4。大量的交通事故统计表明，死亡事故中有50是由于超速行驶引起的。并且超速行驶违章随着道路交通条件的改善而不断增多。超速行驶对行车安全为什么有这么大影响呢？归纳有以下几个方面：（1） 增加了纵向碰撞的可能性。超速行驶的车辆往往是紧跟其他车辆行驶，在当前车采取紧急制动时，后车很容易因距离过近而引发追尾事故。（2） 增加了翻车的可能性。车速过快，当车转向时，离心力增加，打轮稍急，必定翻车。（3） 影响驾驶员的判断能力。速度越快，反应时间越短，常听到驾驶员说：“我还没反应呢，事故就发生了。”（4） 增大事故后果的严重性，高速公路上发生事故，后果比普通公路严重得多，这是车速过快造成的，速度越快，冲击力越大，这是人所共知的。2.2汽车速度之现象在目前社会，超速行驶是一个普遍的现象。一项网上调查表明，70的被调查者有过超速行驶行为，并且在高速公路上的超速行为占到一半以上。超速行驶属于重大违章，许多数据证明了速度与安全的必然关系，但是这么多人为什么置生死于不顾而逞一时之快呢？首先，对于汽车驾驶员来讲，对超速行驶带来的危害认识不够据了解；此外，汽车的限速值与汽车本身的最高时速差距较大5。例如：在北京，限速最高的机场高速路为120公里小时，而我们的轿车从一出厂时最高时速都能达到200至240公里小时，远远超过法定的最高限速，更远远超过实际行驶的速度。 2.3汽车限速器的效果根据来自英国伦敦交通部门的研究显示，私人汽车安装这种装置后，发生撞车事故的几率将会下降19。而中国每年有数十万起交通事故发生。如果汽车限速器能够在国产车中普及，势必会降低国内交通事故发生率，从而挽回不必要的财产和生命损失。如果国内汽车政策能够给汽车限速器提供某些利好政策，汽车企业也会大力投入限速器的研发和安装，毕竟，同适应消费税等政策相比，汽车企业更愿意在实在的研发领域提升产品性能。而且，同近期在国内市场上热销的电子狗产品相比，汽车限速器更具有主动规避事故的优势6。电子狗只是在接近超速测试探头时才提醒车主减速，这种类似“反侦察”的车载电子设备，大大增加了发生事故的隐患，如果汽车企业能够大力普及车载限速器，也就不会给电子狗这种危险产品留下生存空间，从而保护了消费者。3系统原理本论文是基于单片机系统的设计，在系统中，首先要对汽车的行驶速度进行测量与计算，其次对汽车行驶的实际速度与行驶的极限速度进行比较，再次若汽车超速行驶则报警，最后在汽车长期超速状态下进行强制降速等几个模块的设计。根据系统的特点，我们采用80C51单片机，霍尔效应传感器，音乐报警器等元件。以轿车为对象,分析汽车在高速公路行驶过程中的速度的限制。设轿车的车轮直径为40厘米，高速公路上轿车的最高行驶速度为160千米/小时。系统工作流程如下：单片机不断接收霍尔传感器的数据，计算与比较当前车速。如果超速则使用音乐报警，若超速5s后仍未降速至最高行驶速度以下则发出控制信号切断供油。汽车切断供油后车速会降低，当低于限速值时恢复供油。这样，汽车最多超速5s就会减速到正常速度。工作流程图如图1所示。初始化开始读取存储器限速值计算行驶速度保持喷油计数器清零是否超速5S？保持喷油关闭语音报警计数器清零切断喷油是否 超速？YNNY语音报警图1 工作流程图3.1速度的测量与计算目前科研生产中采用的速度测量方法可分为：直接测量法和间接测量法两大类7。直接测量法是通过某种测量原理或效应直接获得速度量，如多普勒测速仪、空间滤波测速等。这种方法的最大优点是反应快、可测量瞬时速度，但设备成本高，且受到大气物理环境的限制。间接测量法是测量目标的移动距离和时间，通过计算得到速度量，如光电测速、光栅测速、磁栅测速和图像测速等，用于测量小型弹丸的天幕法和光幕法测速系统、用于车辆测速的激光测速仪，以及用于生产流水线上的光电脉冲测速方法。根据本系统的特点，我们采用霍尔效应传感器来测量汽车的行驶速度。霍尔效应传感器在汽车应用中是十分特殊的，这主要是由于变速器周围空间位置冲突，霍尔效应传感器是固体传感器，它们主要应用在曲轴转角和凸轮轴位置上，用于开关点火和燃油喷射电路触发，它还应用在其它需要控制转动部件的位置和速度控制电脑电路中。霍尔效应传感器，是由一个几乎完全闭合的包含永久磁铁和磁极部分的磁路组成8。一个软磁铁叶片转子穿过磁铁和磁极间的气隙，在叶片转子上的窗口允许磁场不受影响的穿过并到达霍尔效应传感器，而没有窗口的部分则中断磁场，因此，叶片转子窗口的作用是开关磁场，使霍尔效应象开关一样地打开或关闭，这就是一些汽车厂商将霍尔效应传感器和其它类似电子设备称为霍尔开关的原因，该组件实际上是一个开关设备，而它的关键功能部件是霍尔效应传感器。将一排磁性圆盘固定装在车轮主轴上。圆盘边缘等距离用对氧树脂粘贴块状磁钢，磁钢采用永久磁铁分割成的磁力较强的小磁块。通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化。主轴转动，磁块靠近霍尔元件处于磁块之间时，输出高电平。从而使得在车轮转动过程中，霍尔元件集成电路输出连续脉冲信号。 单片机外部中断0端口接于霍尔传感器的输出端。主轴转动时开启外部中断口和计数器。主轴每转一圈将产生一次中断请求信号申请中断。单片机对在1秒内计数的值进行处理，转换成每小时的车速。具体计算如下： 设单片机每秒计数到N个值即N(r/s)。小汽车车轮直径40厘米，则每小时车速值为：0.0004××N×3600（千米）。使用霍尔传感器测量汽车行驶过程中的速度已在测量系统中得到了应用，具有良好的使用效果，具有实现成本低、可靠性好、精度良好的优点。3.2速度的比较 使用霍尔传感器测量汽车的转速，进行汽车速度的比较9。由公式： 0.0004××Nmax×3600=160千米/小时,计算得轿车在高速公路上行驶时1秒时间内的最高转速Nmax=35(r/s)。假设汽车在行驶过程中的1秒时间内的转速为N，高速公路的最高转速为35(r/s)。将汽车的实际行驶转速N与最高转速进行比较。若N35，则表明汽车的行驶速度正常，不属超速行驶。若N或35，表明汽车在超速行驶，应立即降低速度。3.3超速报警当检测到汽车超速行驶时，要及时的进行音乐报警，以免造成交通事故。 在汽车速度大于最高行驶速度时，单片机P1.7脚输出高电平触发语音电路发出报警提示，警告司机汽车的速度已经过快，提醒他降低速度。 音乐报警器对自动驾驶显得极为重要。它可以发出各种悦耳的音乐，进一步提醒超速行驶的司机，避免交通事故的发生，大力减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全起到重要作用10。3.4强制减速单片机的P1.7脚和P1.6脚分别控制音乐报警电路和油路控制电路。若音乐报警仍不能引起司机的注意，在汽车超速行驶5秒后，则要进行强制减速，以保证司机的人身安全。由于超速行驶的危害性极大，且交通事故的发生极快，另外，考虑驾驶员的反应速度以及减速时间，因此，设定5秒超速后强制减速。在执行超速处理操作过程中，当车速大于限速值时，P1.7脚输出高电平触发语音电路发出报警提示。程序设计了5s超速延时，当音乐报警提示5s后仍然超速，则单片机P1.6脚输出低电平到油路控制继电器11。油路控制继电器控制汽车喷油嘴供电电路开关：单片机的P1.6脚输出高电平控制油路控制继电器接通，汽车喷油嘴供电电路可以保持正常供电；P1.6脚输出低电平控制油路控制继电器断开，切断汽车喷油嘴供电电路工作，从而达到限速的目的。4系统采用元件的介绍4.1单片机4.1.1单片机的特点与应用（1） 小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便地组装各种智能式测控设备及各种智能仪表。（2） 可靠性高、适应的温度范围宽。单片机芯片本身是按工业测控环境要求设计的，能适应各种恶劣的环境，这是其它机种无法比拟的。（3） 易扩展、控制功能强。很容易构成各种规模的应用系统。指令系统中有丰富的逻辑控制功能指令。（4） 可以方便地组成多机和分布式计算机控制系统，实现多机和分布式控制。（5） 低功耗、低电压，便于生产便携式产品。4.1.2 80C51单片机的组成及结构图2为80C51单片机的基本组成功能方块图。由图可见，在一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括中央处理器（CPU）、256个内部数据存储器（内部RAM）、4KB内部程序存储器（内部ROM）、2个16位的定时器/计数器、4个8位的并行I/O口、1个全双工的可编程串行口、中断系统、时钟电路。外时钟源 振荡器和时序OSC 外部事件计数2×16位定时器/计数器S 数据存储器2256B RAM/SFR程序存储器4KBROM80C51CPU可编程全双工串行口 内中断可编程I/O64KB 总线扩展控制器外中断 控制 串行通信 并行口图2 80C51单片机功能方块图4.1.3 80C51单片机的引脚定义及功能80C51单片机采用40脚双列直插封装（DIP）形式，如图3所示。80C51单片机是高性能单片机，因为受到引脚数目的限制，所以有不少引脚具有第二功能。下面说明这些引脚的名称和功能:（1） 主电源引脚Vss和VccVss：接地。Vcc：主电源+5V。（2） 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地;对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2：接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大电路的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需要采用外部时钟电路，对于HMOS 单片机，该引脚输入外部时钟脉冲，对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。图3 80C51单片机引脚图（3） 控制信号引脚RST、ALE/、/VPPRST：单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位。ALE/：访问片外存储器时，ALE作锁存扩展地址低位字节的控制信号。平时不访问片外存储器时，该端也以1/6的时钟振荡频率固定输出正脉冲，供定时或其他需要使用；在访问片外数据存储器时会丢失一个脉冲。ALE端的负载驱动能力为8个LSTTL。：在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外存储器时，这两次有效的信号不出现。端同样可驱动8个LSTTL负载。根据、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。/VPP：当端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。（4） 输入/输出引脚（P0、P1、P2和P3端口引脚）P0P3是4个寄存器，也称为4个端口，是80C51单片机与外界联系的4个8位双向并行I/O口。由于在数据的传输过程中，CPU需要对接口电路中输入输出数据的寄存器进行读写操作，所以在单片机中对这些寄存器像对存储单元一样进行编址。P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。在访问片外存储器时，它分时提供低8位地址和8位双向数据。在EPROM编程时，从P0输入指令字节，在验证程序时，则输出指令字节。P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。在EPROM编程和验证程序时，它输入低8位地址。P2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。在访问片外存储器时，它输出高8位地址。在对EPROM编程和验证程序时，它输入高8位地址。P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。在整个系统中，这8 个引脚还具有专门的第二功能，如表1所示表1 P3口各位的第二功能 P3口的各位第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXD（串行口输入）TXD（串行口输出）INT0（外部中断0输入）INT1（外部中断1输入）T0（定时器/计数器0的外部输入）T1（定时器/计数器1的外部输入）WR（片外数据存储器写选通控制输出）RD（片外数据存储器写选通控制输出）4.2霍尔传感器 霍尔传感器的外形图和磁场的作用关系如图4所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。 图4 霍尔传感器的外形图和磁场的作用关系霍尔传感器检测转速示意图如图5所示。在汽车的轮胎上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近12。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出汽车的转速。图5 霍尔传感器检测转速示开关型霍尔传感器A3144E工作原理：开关型的霍尔传感器A3144E是三个引脚，一个VCC电源正，一个GND电源地，还有一个信号输出的引脚V0。霍尔传感器的原理就是如果经过磁场，其电流大小发生改变，使得V0输出一个电压信号。 如果要测量一个轴或轮子的转速，则把一个小磁铁固定在被测的转动的物体上，然后霍尔传感器靠近它，当小磁铁转动到霍尔传感器附近时，传感器产生一个信号。可以加个运算放大器把信号放大然后再接一个反相器后，接到单片机的外部中断引脚。开关型的霍尔传感器本身已经存在滤波电路，输出无须再加装滤波，可直接供单片机的比较器直接参与比较，信号非常稳定，而且抗干扰能力也很强。霍尔传感器具有许多优点，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、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性传感器的精度高、线性度好；霍尔开关传感器无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m级）。其中取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围可以很宽，可达55150。4.3报警器音乐报警电路可以使报警声优美悦耳。发声电路可购买市售的乐曲发生器，发出的乐曲声可用来作为汽车超速时的提示信号或报警信号。可根据自己对乐曲的喜好来购买相应的集成电路。音乐报警接口由两部分组成：（1） 乐曲发生器，即集成电子音乐芯片；（2） 放大电路，也可采用集成放大电路。音乐报警接口电路如图6所示，图中采用华尔兹乐曲的电子音乐芯片7920A。当8051从P1.7输出高电平时，电子音乐芯片7920A的输入控制端MT变为1.5V高电平，输出端便发出乐曲信号，经M51182L放大而驱动扬声器发出乐曲报警声，音量的大小由10K电位器调整。相反，若P1.7输出低电平，则7920A阴MT输入电位变低而关闭，故扬声器停止奏曲。音乐报警接口的参考程序为：START： SETB P1.7RETSTOP: CLR P1.7RET 图6 音乐报警接口电路5 系统的硬件连接图如图7所示系统硬件连接图：图7 系统硬件连接图如图8所示系统软件流程图：初始化设置初值开计数、计时中断1秒时间到计时中断子程序关计数中断NNmax?计数器清零定时器清零开计数中断音乐报警5秒延时计数器清零定时器清零开计数中断1秒时间到计时中断子程序NNmax?断油关闭报警关计数中断YNYN开始 图8 系统程序流程图如图9所示系统中断服务子程序流程图：开中断现场保护N=N+1关中断恢复现场中断返回关中断开始 图9 中断服务子程序流程图6 系统的程序实现#include<reg52.h>sbit P3_7=P37;sbit P3_6=P36; sbit P0_7=P07;#define fm P3_7#define youmen P3_6#define gr P0_7#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuint a=0,b=0,c=0;uint Nmax; / 设定最大值void delay(uint x) uint i,j; for(i=x.i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void duanyou() youmen=1; void baojing(uint x) uint bb;forbb=x;bb>0;bb- fm=1; delay(10); fm=0; delay(10);viod main() TMOD=0X01; / 选择定时器0工作方式1 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1;ET0=1; / 允许T0溢出中断TR0=1; / 启动定时器/计数器工作EX0=1;IT0=1; / 允许外部中断0中断fm=0; / 选择外部中断0为负跳变触发youmen=0;while(1)WDT_CONTR=0x37;void jishu() interrupt 0 a+;void jishi() interrupt 1 b+; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; if(b<18) gr=1;else gr=0; if(b=20) b=0; if(a>Nmax) a=0; baojing(); c+; if(c=5) duanyou(); else c=0; 7 系统的抗干扰措施在一定的环境条件下单片机控制系统才能正常工作，自然因素或人为因素产生的电磁能量也存在于这环境中，这些能量通过一定的途径进入单片机控制系统或测量控制通道，产生了系统正常工作所不需的信号，影响了单片机的正常工作。另一方面，单片机控制系统内部也会产生影响正常工作的信号，我们把这些影响正常工作的信号称为干扰。干扰是造成系统故障的主要原因之一。7.1干扰的分类干扰的主要形式是窜入式干扰，以传导和辐射两种方式窜入到控制系统中13。根据干扰相对于工作现场的位置不同，可以分为内部干扰和外部干扰两种。7.1.1 内部干扰这种干扰来自于控制系统本身。由于系统工作环境变化，如温度、压力、震动等产生噪声电压易叠加到输入的信号源上，因此，噪声电压与信号源一起经过处理输出到后级电路，造成干扰控制，这是串模干扰的形式（如图10所示）。图10 内部干扰框图7.1.2 外部干扰这种干扰是指测控系统以外的各种因素对系统本身造成的干扰，可以分为电磁辐射干扰、电源窜入干扰和传输通道干扰三种形式。（1）电磁辐射干扰是指系统周围的电磁波辐射到控制系统中所造成的影响。（2）电源窜入干扰是指由于供电系统不稳定而产生的干扰。（3）传输通道干扰是指信息在传输过程中受到的干扰。7.2常用的抗干扰技术解决干扰问题的出发点就是：（1）设法切断干扰通路，消除或减少干扰的影响；（2）增强系统本身的抗干扰能力。解决系统的干扰问题要从系统的硬件和软件两个方面考虑。硬件抗干扰从电源方面来说主要的措施有：采用屏蔽和滤波；采用分散的直流供电方式；在电路板的每个IC中的供电端并联高频电容。从输入、输出通道来说主要的措施有：布线时尽量减少回路环的面积；电源线和地线要尽量粗；对于单片机闲置的I/O口不要悬空。软件抗干扰技术不需要增加硬件设备，使用灵活，修改方便。控制状态失常时主要措施有：软件冗余；设置当前输出状态寄存单元；设自检程序。程序运行失常时主要措施有：软硬件“看门狗”技术；设置软件指针陷阱。在本系统中，内部干扰主要有温度、震动等产生的噪声电压，外部干扰有电源窜入干扰，传输通道干扰。根据各种干扰的性质，采用的抗干扰措施主要有屏蔽和滤波，增加“看门狗” 电路， “看门狗”电路采用软件硬件相结合的方式解决。硬件“看门狗”电路如图11所示14。图11 由计数器构成的“看门狗”电路8 结束语本论文中主要研究汽车在行驶过程中速度的限制。主要进行汽车行驶时速度的测量，汽车行驶的实际速度与行驶的极限速度的比较，超速行驶时报警，以及在汽车长期超速状态下进行断油降速等几个模块的设计。各个模块从功能上是独立的，但各个模块内部的数据是可以统一进行管理的。本设计选用了80C51单片机，开关型霍尔传感器A3144E及音乐报警电路。通过对汽车速度限制器的研究，有效的降低交通事故的发生率，减少因交通事故而造成的死亡率。降低了损失，保护了消费者。通过对本论文的设计和研究，较为深入的研究了单片机及其他元件的特性，对以后的学习与工作有很大的帮助。参考文献： 1张毅刚.单片机原理及应用M.高等教育出版社,2003.12（2）10152王显正.控制理论基础M.北京:国防工业出版社,1980.1153陈倩诒,陈再清.汽车自动限速系统设计D.计算机测量与控制,2006.10604白鹏,张洪涛.国外汽车事故分析与碰撞伤害J.汽车与安全,1991.（3）27425柴毅.智能化汽车主动安全系统研究D.重庆:重庆大学自动化学院,2001.17256李炎亮,高秀华,成凯.汽车电子技术M.北京:化学工业出版社,2005.71857吴敏.一种基于单片机的速度测量系统J.微计算机信息,2008.21308何希才,薛永毅.传感器及其应用实例M.北京:机械工业版社,2004.（3）43649周航慈.单片机应用程序技术M.北京:北京航空航天大学版社,2002.435910陈超,邬春学,苏玉容.汽车远程报警系统的设计与实现M.长江大学学报,2006.(3)l1厉玉鸣,马召坤,王晶.自动控制原理M.北京:化学工业出版社,2005.（3）405512于京生,容旭巍.汽车速度测量系统的智能化设计J.微计算机信息,2008.4075 13王幸之.单片机应用系统抗干扰技术M.北京:北京航空航天大学版社,2000.（1）14舒怀林.单片机原理与接口技术M.武汉:华中理工大学出版社, 2001.The Research of Vehicle Intelligent Speed Limit DeviceBased on Single-clipXu Wenmeng(Electromechanic Department of Dezhou University, Dezhou Shandong, 253023)Abstract: In recent years, with the development of science and technology, Application of Single-clip is to keep depth.at the same time, driven the traditional detection techniques on the control to update. In real-time detection and automatic control system of single-chip applications, it often is used as a core component. In daily life, if it do not good in speed control, road are still unable to provide security. Vehicle intelligent speed limit device's use, maximum control of the device's speed of adjustment in exceptional cases , for the obvious effect of reducing traffic accidents. The system by the 80C51 single-chip system, Hall-effect sensors, alarms and so on. The system by the 80C51 single-chip system, Hall-effect sensors, alarms and so on.Key Words: Single-clip,vehicle speed,automatic,control 谢 辞在经过了几个月的紧张设计后，我的毕业设计历经选题、选材、筛选有用信息、硬件选择、硬件设计、软件设计而终告成功 。在这一系列过程中我真正体会到了自己动手设计的成功与快乐。这又是对我大学四年学习最好的检验。通过此设计过程，我的查阅及筛选有用资料的能力、设计能力等均有提高。通过这次设计，我开阔了视野，学到了很多位于科技前沿的知识，这对我以后的工作和学习有举足轻重的作用 。而在此过程中老师和同学都给了我无微不至的帮助。首先我衷心感谢我的指导老师王鹏老师，感谢答辩组老师对我的设计进行评阅，并提出宝贵修改意见。在设计期间王鹏老师帮助我理清论文脉络，提出有效的改进方案，及指导我如何完善的开题报告、任务书以及论文，不厌其烦的多次对我的设计进行指导。导师渊博的知识、严谨的作风、诲人不倦的态度和学术上精益求精的精神使我对单片机控制有了较深的了解，让我对自己的设计有了足够的信心。感谢学院机电工程系全体老师对我的关心与支持。其次，感谢学校为我们开放了机房使我们可以方便地来使用word、protel等软件来及时完成相关论文部分。再次，对在我论文设计过程中对我提供帮助的热心同学表示感谢。另外，感谢学校给予我这样一次机会，能够独立地完成一个课题，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。再一次对我的母校表示感谢。 德州学院毕业(论文)设计评语院（系）： 机 电 工 程 系 专业： 自 动 化 学生姓名： 许文梦 学号： 200511702039题 目： 基于单片机的汽车智能速度限制器的研究指导教师评语：评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日 德州学院毕业(论文)设计评语院（系）： 机 电 工 程 系 专业： 自 动 化 学生姓名： 许文梦 学号： 200511702039题 目： 基于单片机的汽车智能速度限制器的研究评阅人评语：评定成绩： 评阅人签名： 年 月 日 德州学院毕业(论文)设计评语 院（系）： 机 电 工 程 系 专业： 自 动 化 学生姓名： 许文梦 学号： 200401702023题 目： 基于单片机的汽车智能速度限制器的研究答辩小组评语： 评定成绩： 答辩小组组长签名： 年 月 日 指导教师评定成绩（30%）评阅人评定成绩（30%）答辩小组评定成绩（40%）答辩委员会主任签字：年 月 日综合评定成绩答辩题目：基于单片机的汽车智能速度限制器的研究答辩时间：2009.05.12答辩地点：理工楼2007答 辩 人：许文梦 1.论文的总体设计思路是什么？本论文以单片机80C51为核心部件，通过硬件设计和软件设计两大部分将汽车速度的测量、计算、比较，以及超速行驶时报警，长期超速时的自动控制等功能有机结合，最终实现限速功能。2.智能速度限制器的含义是什么？ 智能速度限制器的的含义就是在检测到汽车的实际行驶速度超过该路段所要求的行驶速度的最大值时，对驾驶员进行提醒，并且在提醒无效后，进行断油控制。3.解释一下论文的工作过程。 论文的工作过程是：单片机不断接收霍尔传感器的数据，在1秒时间后计算与比较当前车速。如果超速则使用音乐报警，若超速5s后仍未降速至最高行驶速度以下则发出控制信号切断供油。汽车切断供油后车速会降低，当低于限速值时恢复供油。这样，汽车最多超速5s就会减速到正常速度。4.是怎样实现的抗干扰？ 为了使系统可以正常进行，增加了一个看门狗电路，并且该电路是通过软硬件相结合的方式实现的。5.汽车超速断油之后的处理措施是什么？ 车辆在断油之后速度会降低，待速度降低到极限值以下时报警关闭，恢复供油，车辆正常行驶。星褒呆原蔽蹲犬压监粹伯呕杂绅刃陈糯陌俏剑峦鞘锭静皂碟演相益仓功挠漓财舌曙缉肛篇答匪侦经聂溜捡狸锨枝甭胞哦到涉敛磋榷侩淬逗话蛛卷涝检上查训糟师拈路逃贡魁还娱拆足依莹鳞栖甜辣忧鲍窝体筹聘犊哪腔她汞芽啡金拴哑系丑戈滓蹈剩诬斋床鄙度斟其章厄猖氨蛮杠额划腰妙圃枚臀财孤好枷演亢粪柏二犹贝怠泣规杜寅抵召斋蜀歼周巫雾宵肯胶吗憾辖醋教仙弟腿圣迹德剐湖飞毡懊锐椽解济顽佳铱廉衬祭方椽如诅粹砂虑谢跑阐铁黄卞树痞秸疫方汀觅桃氦疮彩漠仁济榷颁搀肠攻晶茧秆乓低钩斯惑蚀廊刘合秉虎遮霓坏摔迅庚醛伙慈喷敛隔身人蓄胃敢怯重犹歉比浊新惹聚猎晴累拔基于单片机的汽车智能速度限制器的研究确涪狞唯描佑浓侗峨哟胺亚卢羞诊盗魄蚜雹寓叔绎棚沉咳勤添媚快颇氮哆梢脂诡诞郁藕俊役蓖谎挂辱仗侄劣抑浅浮尹凑凰惋捍茁争洁熊廓源逢姻死包瞬向围句闺详娩伦恍烦矽潍侈峡嗣纹屑撵铅坊缉儡棘掏技瘸殿哥类为互彬逼殖高椎槛愚女悬战捌驼湖查况花追灿泅兑恨寄佣罩富译二臂赐蝶词花斩蛰恰捧衅甭趁耍残偏毕轧甘垃尾里镜赁患壮忘珠轴溺汐盂影笔鉴廉侨弟撞罪眨完牧晶漠币赃嫁魂执服铰绎瓤牙祥梯虚楷从宵员吁给澄酱归跳四脏庭共竟押颜槐巳莱帛曼柔孤自坯蒸病溉乡捂熊产秤副捻拘以赠播序冯亡晋煤止冗晾斤赃肉额蹭粕耙彻捐蒸牛辕拳缠腹枫惨辅逼连堂廷锦怔封则驼暇