基于单片机技术的汽车限速器设计

《基于单片机技术的汽车限速器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机技术的汽车限速器设计（36页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、毕业论文题目：基于单片机技术的汽车限速器设计IV基于单片机技术的汽车限速器设计摘 要随着经济和轿车行业的快速发展，交通安全成为危及人生安全的重要因素，车辆的限速行驶，将显著的降低交通事故的发生。如今各项先进的电子技术产品应用到汽车上，所以，本文根据汽车限速器的功能要求，设计出基于AT89C52单片机的控制系统。文中详细介绍了单片机控制系统的功能、原理、硬件、软件的设计，各元器件的选择与应用。以AT89C52芯片为核心，辅以必要的电子元件及电路，通过LED驱动显示器MAX7219、蜂鸣器、控制开关、按键等能够准确控制电动机启停和报警器的工作状态。从而，让其车速实现智能化控制，以致于在道路上交通事

2、故的发生率也大大减少了，人们的生命财产得到了有力的保证。同时达到学习、设计、实际应用的能力。关键词：单片机AT89C52；LED驱动显示器MAX7219；蜂鸣器；电动机Based on the single chip microcomputer auto safety device designAbstractWith the economy and the rapid development of the car industry, traffic safety become endanger life of the importance of safety factor, the spee

3、d limit, will drive vehicle significant reduction in traffic accidents. Now various advanced electronics products applied to the bus, so, this paper based on the requirements of function, thespeed limit is designed based on single-chip microcomputer control system of AT89C52. This paper introduces t

4、he function of single chip microcomputer control system, principle, hardware, software design, the components of the selection andapplication. AT89C52 as the core, with chip with the necessary electronic components and circuits, LED by driving displays MAX7219 buzzer, control switch,such as keys can

5、 accurately control motor rev. Stop and alarm working condition. Thus, let its speed to realize intelligent control, that on the road traffic accidents are greatly reduced the incidence of the lives and property of the people, by the powerful guarantee. At the same time to study, design, and practic

6、al application ability.Key words: AT89C52 single chip; LED MAX7219; driving displays; motor buzzer目 录1 前言2 汽车限速器研制背景及意义2.1 汽车限速器研制的背景2.1.1 研制的必要性2.1.2 国内外关于超速限速系统设计情况2.2 汽车限速器研制的意义3 总体设计方案3.1 方案的提出3.2 方案的比较及确定4 汽车限速器的功能与原理4.1 该限速器的功能及技术指标4.1.1 超速语音提示报警功能4.1.2 超速时限速功能和降速后又自动恢复功能4.1.3 限速器的技术指标4.2 该限速器

7、工作的原理4.2.1 发动机电子节气门系统的基本组成4.2.2 发动机电子节气门系统的工作原理4.2.3 该限速器工作的原理5 汽车限速器的硬件设计5.1 单片机的选择5.2 共阴极LED显示驱动器 MAX7219芯片5.3 硬件设计5.3.1 主控模块5.3.2 按键电路的设计5.3.3 显示电路的设计5.3.4 报警电路的设计5.3.5 节气门电机控制模块6 汽车限速器的软件设计6.2 主程序部分7 限速器的不足与改进方向7.1 限速器所存在的不足7.2 限速器今后的改进方向总结致谢参考文献1 前言在当今的社会里，轿车行业的迅猛发展，交通道路的发展也随着车辆的增多也贯穿于各大地区，所以，私

8、家轿车也是最普遍的交通运输或代步工具，然而人们往往忽视高速行驶所带来的重大后果。每年由于司机超速行驶而产生的交通事故很多，因此造成的经济损失很多。因超速行驶而造成事故者不是他们想开很快，而是他们那时已经有了快感，觉得这样的速度是挺刺激的，根本没有意识到自己是在超速行使，造成巨大的经济损失，甚至丢了性命，因而，他们在事故发生后大都感到很懊悔。如果他们在汽车上安装汽车限速器，在很大程度上能确保他们超速，避免发生重大的交通事故。如今的电子电控技术及单片机的技术的发展越来越成熟，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注。对于单片机来说，它的集成度高、可靠性高、易扩展、控制功能强、体积小、低功耗、价格便宜

9、、易于产品化等等，所以，在很多单片机中MCS51单片机是最为典型和最具代表性的一种。在我国，单片机的应用领域很广和发展空间很大，它已广泛的应用到工业过程实时控制、机电一体化产品、办公自动化设备、智能仪器、家用电器、汽车电子产品等各个领域，尤其是在汽车上的控制系统应用也越来越多。再者电控发动机、自动变速器、电子节气门等典型的电控系统也运用到汽车上。因此，本课题主要研究的是：“基于单片机技术的汽车限速器设计”。2 汽车限速器研制背景及意义2.1 汽车限速器研制的背景2.1.1 研制的必要性随着我国汽车行业的迅猛发展，愈来愈多的中国普通百姓有经济实力购买轿车，圆了自己多年的汽车梦，拥有一部爱车已经成

10、为很多人触手可及的事情。然而，事情总是有它的两面性，汽车多了，由此引发的道路交通安全问题就变得日益突出了。造成交通事故的原因主要有两个：很多老司机和新司机同时上路，驾驶技术及驾驶习惯参差不齐。俗话说：“十次事故九次快”很多司机朋友喜欢超速驾驶，对其他车辆和行人漠然视之，这样的驾驶习惯不仅违反了道路交通法规，而且对个人和行人的生命安全也造成了严重的威胁。我国人口众多，特别在大城市人口比较庞大，汽车又多，在一些商业繁华路段往往是一个城市中人口密度最大，车辆最集中的地方，也是交通事故突发率最高的地方。目前超速行驶导致的交通事故还在不断上升。据2010年统计，全国交通事故3906164起，同比上升35

11、.9%。其中涉及人员伤亡的道路交通事故219521起，造成65225人死亡，254075人受伤，直接财产损失9.3亿。在这些事故中超速行驶肇事最为突出，因超速行驶导致交通事故的占35.3%。因此有必要采取措施来强制限制车速，来维护个人和行人的生命安全。2.1.2 国内外关于超速限速系统设计情况各国交通部门及个人为了解决驾驶员有意无意超速驾驶问题，采取了各种各样的措施，与此同时，汽车电子限速装置也在不断发展之中，有许多电子设计者或公司也从事这方面的研究，力求能设计出一种普遍使用的汽车限速装置。其表现如下：据悉，法国汽车制造和营销委员会与法国标致雪铁龙汽车集团和雷诺汽车公司日前联合向用户推出三种汽

12、车限速装置。报道说，这三种装置中，最简单的一种是“超速报警器”。安装上这种装置的汽车如果超过预先设定的车速时，报警器就会发出声响警报，同时有指示灯在车内闪烁，以警示司机降速。其它两种限速装置是可以直接对汽车的部分功能及行驶进行调整的装置。一种是限速器，另一种是调速器。司机可以通过这种限速器提前设定最高时速，如果司机在汽车行驶中想超过开车前设定的最高时速，加速器也不会响应，而是把车速限定在一定范围内。广州唯创推出了一款超速报警器，它是一种实时指示车辆行驶速度，记录超速记录，并通过语音提醒司机安全驾驶的智能电子设备。该设备实时显示车辆速度。当超过测定速度的最高值时，及时播放语音提示，提示司机。广州

13、九芯电子科技有限公司也推出了叉车限速报警器系统，具有遥控设置通断油路等功能，两级速度设定，超过不同级别的速度，就有不同的语音进行提示报警，它的报警锁定时间在099秒可调，叉车速度持续超过预设速度，就自动锁住报警，及时提醒驾驶员采取措施。2.2 汽车限速器研制的意义现实证明通过强制限制车速可以很好地解决汽车超速行驶这一问题，交警通过安装雷达测速器和电子警察来限制车速，同时广大车主司机朋友也在积极采取措施来防止事故的发生，就是在车内安装具有超速自动提示和报警的超速报警器。而且，统观各种电子限速装置，比如：汽车速度显示及超速报警器、限速路段超速报警系统、调速器和限速器等等，虽然，这些仪器可以很好地解

14、决汽车超速这问题，收到了一定的效果，但是，这些仪器也有它的局限性，而且，目前雷达测速和电子警察具有覆盖面不够广，无法覆盖整个限速路段；而在车上的仪器也只能在某些限速路段才能起到一定的作用，以致于还是不能随时随地避免“超速行驶”的情况。因此，针对这些问题，我们取其优点，大胆创新，我独立自主地设计出电子限速装置，它与不同的电子限速装置有相同的地方，也有差异的地方。为此，我们将设计的系统为“基于单片机技术的汽车限速器设计”。它在很大程度上有效解决了汽车超速驾驶难以解决的问题，有效的防止司机有意无意的超速行驶，同时为交警减轻了负担，为人们的安全行车提供了有力的保障；而且司机可以根据不同情况设定不同的最

15、高限速值，这样就更能主动地有效地限制车速，因此，该限速器的设计有很重要的意义。3 总体设计方案汽车限速器的系统组成主要由单片机控制模块、霍尔传感器、LED数码显示器、声光报警器及电子节气门控制模块组成。针对任务要求，通过查阅资料发现该限速器的设计在单片机接口芯片以及按键电路上一些元器件有不同的选择。因此，我的设计方案主要对此展开：3.1 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，8155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为计数器。系统的硬件电路框图如图3-1所示：图3-1 系统硬件电路框图

16、霍尔传感器用来产生脉冲方波，键盘输入用来设定限制速度，当车速超过最大速度Vm时，声光报警电路将发出语音报警信号。单片机外部中断口接霍尔传感器的输出，车轮每转一圈产生一次INT0中断请求，单片机对INT0中断请求的次数进行计数。并将在1秒内的计数值转换成机动车的时速，送至显示缓冲区以供显示程序调用。具体算法如下：设单片机每秒计数值为n，即n r/s。设该车车轮的周长为d m，则机车的时速V=dn36km/h。硬件电路方框图霍尔传感器的输出信号经AT89C52的INT0口输入并存储在内部R0M 中，AT89C52外扩一片RAM8155芯片，其PB口作为LED数码管的段选线，PA4PA0作为LED的

17、位选线和键盘的列线，PCO和PC1口作为键盘的行线，从而组成9个按键的速度按钮键盘。AT89C52的P2.6口外接三极管放大器用来驱动声光报警电路，P2.6不断地输出101010.的高低电平，驱动声光报警电路报警。只要使声光报警电路报警重复输出256Hz及350Hz的之间的频率，便可发出报警信号。车的上限速度Vm通过键盘设置并存储起来。单片机检测霍尔传感器输出的信息，计算出该车当前的速度V，并送LED显示。当VVm时，控制声光报警电路报警发出警示音，及时采取措施减速；如是没及时减速的话，此时，单片机向节气门电机发出指令，控制节气门的开度，从而，强行控制该车的行驶速度。方案二：利用高集成化的串行

18、输入/输出的共阴极LED驱动数码管显示器MAX7219芯片、电子节气门控制机构及按键电路来实现。MAX7219有8位LED串行显示驱动器，它采用3线串口传送数据，占用资源少且硬件简单，只需一个外部电阻即可方便地调节LED的亮度；可灵活地选择显示器的个数( 18个, 级联可成倍增加)；可进行译码或不译码显示；内含硬件动态扫描控制，可设置低功耗停机方式。而对于MAX7219芯片是用来显示当前及设定速度，当速度超过最大速度Vm时，声光报警电路发出报警，按键设定用来设定产生报警的最大速度Vm。系统的硬件电路框图如图3-2所示：图3-2 系统硬件电路框图3.2 方案的比较及确定方案一和方案二比较，方案一

19、采用8155芯片使用单片机引脚较多，采用键盘电路较复杂，按键太多速度设置也是固定的，驾驶员对速度上限透明度不高，总体电路较复杂。方案二采用的MAX7219是一个高集成化的串行输入/输出的共阴极LED驱动显示器，每片可驱动8位7段加小数点的共阴极数码管，可以数片级连，且与微处理器的连接只需3根线，且速度设定只需通过几个按钮即可实现，并且可以实时实现速度上限的增减，因而硬件电路简单，人眼视觉效果好，可以方便的为驾驶员提供信息，易于实现维护，且MAX7219内部设有扫描电路，除了更新显示数据时从单片机接收数据外，平时独立工作，极大地节省了MCU有限的运行时间和程序资源。对于本课题所研制的“基于单片机

20、技术的汽车限速器系统”而言，其基本出发点就是利用现有的工艺条件，采用现代计算机软件处理技术，提高系统的精度等级和工作的稳定性，拓展其功能并赋予其智能化特征，使报警器不仅能够及时准确地显示车辆的当前速度信息，同时尽可能地减少不必要的人工操作，使报警能随时随地进行，同时还能使车辆在超速后自动降速。有鉴于此本课题采取“方案二”的设计思路来进行分析设计。4 汽车限速器的功能与原理4.1 该限速器的功能及技术指标4.1.1 超速语音提示报警功能语音提示也就是说，行驶的车辆的车速即将超过限速器预置速度的上限值Vm时，超速语音提示报警功能也随之开始工作，报警指示灯也不断闪烁；同时，从蜂鸣器里发出人性化的语音

21、提示说：“您即将超速和请注意路面情况，及时减速”的语言。当在超速后的3秒内提醒驾驶员采取措施及时降速，降速后报警系统停止工作，又恢复到正常的行驶状态。当该车再次超速时，系统仍可以自动开启超速语音提示报警功能。4.1.2 超速时限速功能和降速后又自动恢复功能 当车速超过预置速度的上限值Vm时，且在超速后的3秒内车主不做任何反应，汽车将自动把车速降到规定速度以下，此时，车最大行驶速度只能控制到所限的速度以内，这时该车在限速器工作的状态下行驶，如果司机要想再加速的话是不起作用的。当限速器完成了对车速的限速降速后，限速器系统与电子节气门系统之间的继电器开关自动断开，这时就恢复到原来的电子节气门系统工作

22、。车辆在降速后，如果车再次超速仍可以开启超速语音提示功能和超速时限速功能，从而，实现超速报警限速恢复的循环功能。4.1.3 限速器的技术指标（1）适用环境温度：-3580，相对湿度不大于90%时应能正常工作。 （2）适用道路：三级及三级标准以上的公路。 （3）限速范围：40120km/h。 （4）限速偏差：5 公里/小时。 （5）承载力:XS-24巡航器不小于20 公斤。 （6）在汽车限速器工作状态下，随机点动“ON/OFF”键，汽车限速器应 100%可靠解除。 （7)在车速高于限速范围下限时，要求限速系统自动接入电子节气门系统工作，将速度限制在限速范围上限以下。 （8）产品的工作电压范围：

23、5-20V （9）抗振性能指标：频率20-50HZ（10）电磁兼容性能：抗群脉冲电压达到4000V 4.2 该限速器工作的原理4.2.1 发动机电子节气门系统的基本组成汽车限速器主要是针对中国轿车的保有量，针对快速发展的汽车电控技术，针对越来越成熟的发动机电子节气门技术等等。所以，为了要很清楚的了解限速器的工作原理，首先需要了解汽车电子节气门系统的结构组成和工作原理。电子节气门控制系统的基本组成如图4-1所示：1-发动机 2-转速传感器 3-节气门位置传感器 4-节气门执行器 5-节气门 6-加速踏板位置传感器 7-车速传感器 8-变速器 图4-1 电子节气门系统的组成图其实，图中的转速传感器

24、也可以用曲轴位置传感器或者凸轮轴位置传感器来代替；节气门执行器是一个步进电机，由它来推动节气门以控制节气门的开度；加速踏板位置传感器的构造及工作原理和节气门位置传感器的构造及工作原理是一样的；节气门电子控制单元一般是和发动机电子控制单元做在一起的。4.2.2 发动机电子节气门系统的工作原理发动机电子节气门系统的工作原理如下：驾驶员操纵加速踏板，加速踏板位置传感器产生相应的电压信号输入节气门控制单元，控制单元首先对输入的信号进行滤波，以消除环境噪声的影响，然后根据当前的工作模式、踏板移动量和变化率解析驾驶员意图，计算出对发动机扭矩的基本需求，得到相应的节气门转角的基本期望值。然后再经过CAN总线

25、和整车控制单元进行通讯，获取其他工况信息以及各种传感器信号如发动机转速、档位、节气门位置、空调能耗等等，由此计算出整车所需求的全部扭矩，通过对节气门转角期望值进行补偿，得到节气门的最佳开度，并把相应的电压信号发送到驱动电路模块，驱动控制电机使节气门达到最佳的开度位置。节气门位置传感器则把节气门的开度信号反馈给节气门控制单元，形成闭环的位置控制。节气门驱动电机一般为步进电机或直流电机，两者的控制方式也有所不同。驱动步进电机常采用H桥电路结构，控制单元通过发出的脉冲个数、频率和方向控制电平对步进电机进行控制。电平的高低控制步进电机转动的方向，脉冲个数控制电机转动的角度，即发出一个脉冲信号，步进电机

26、就转动一个步进角，脉冲频率控制电机转速，转速与脉冲频率成正比。因此，通过对上述三个参数的调节可以实现电机精确定位与调速。控制直流电机采用脉冲宽度调制（PWM）技术，其特点是频率高、效率高、功率密度高、可靠性高等。控制单元通过调节脉宽调制信号的占空比来控制直流电机转角的大小，电机方向则是由和节气门相连的复位弹簧控制的。电机输出转矩和脉宽调制信号的占空比成正比。当占空比一定，电机输出转矩与回位弹簧阻力矩保持平衡时，节气门开度不变；当占空比增大时，电机驱动力矩克服回位弹簧阻力矩，节气门开度增大；反之，当占空比减小时，电机输出转矩和节气门开度也随之减小。ECU对系统的功能进行监控，如果发现故障，将点亮

27、系统故障指示灯，提示驾驶员系统有故障。同时电磁离合器被分离，节气门不再受电机控制。节气门在回位弹簧的作用下返回到一个小开度的位置，使车辆慢速开到维修地点。节气门控制系统原理如图4-2所示：图4-2 电子节气门控制系统原理图4.2.3 该限速器工作的原理分析组成汽车电子油门系统的几个环节后，在节气门电子控制单元与节气门电机这两个环节之间插入限速控制是最易实现的，因此本文的限速控制设计方案就在这两个环节之间实现。插入限速器的电子油门系统模型如图4-3所示，图中线框所示的部分即是所设计的限速器主控部分。图4-3 插入限速器的电子节气门系统模型由上图可以看出限速器可通过键盘、LED数码管显示等人机界面

28、预置速度上限值Vm，其中限速器开关为继电器，其中常闭开关是控制电子节气门系统工作的，常开开关是当超速后控制限速器工作的。限速器所需要的速度信号由霍尔传感器提供，当霍尔传感器采集到的速度信号通过计算处理，即得出一个速度值Vx,同时将Vx与预置的速度上限值Vm比较，如果计算所得的速度值VxVm，则没有在超速状态，限速器不工作，系统不会产生报警信号。此时，霍尔传感器的电信号Ux直接提供给单片机，即限速器输出信号Uy=Ux。如果计算所得的速度值VxVm，处于超速状态，则限速器恒定输出预置的速度上限值Vm所对应的电信号Um，限速器输出信号Uy大于最大速度电压信号Um，即UyUm,并传递给单片机，此时图中

29、声光报警电路开始工作，这时报警灯不断闪烁蜂鸣器发出语音信号，而且，继电器的常开开关闭合，常闭开关断开，在开关闭合的同时限速器就给节气门电机输入脉冲信号，来控制电机的转动量从而控制节气门的开度，同时，发动机控制单元也给喷油器信号控制发动机的喷油量，此时的电子节气门系统的工作将由限速器系统代替它工作，实现自动限速功能。当速度降下来后，霍尔传感器将采集到的VxVm时，Vy的值不随着Vx的增大而增大，保持等于Vm不变。当Vx下降，VxVm时，并在Vm附近波动，但未降至Vm-x，此种情况下，系统控制时的速度Vy仍保持Vm不变，同时起到了优化油门控制的作用，当Vx下降到Vx1000次）Flash ROM

30、3个16位可编程定时/计数器中断 软件设置睡眠和唤醒功能 可编程UART串行通道 低功耗空闲和掉电模式 2个串行中断、3级加密位 2个外部中断源、2个读写中断口线 共6个中断源、32个双向I/O口 256x8bit内部RAM、时钟频率0-24MHz AT89C52 “P”为40 脚双列直插封装的8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19

31、脚）和XTAL2（18脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调

32、整状态进入的控制功能。如图5-3为AT89C52引脚图：图5-3 AT89C52引脚图5.2 共阴极LED显示驱动器 MAX7219芯片MAX7219芯片为MAXIM公司推出的一种高集成化的串行输入/输出的共阴极LED显示驱动器。是用一个芯片实现以往用软件完成的动态显示电路扫描工作的器件。每片可控制显示8个七段LED数码管、条形图或64个发光二极管，控制字简单，可与各种微机接口。为24引脚芯片，除与显示器连接外，与微机串行口为3线连接，芯片外部电路仅为一限制峰值段电流的电阻，线路简单，极大地方便了对显示器件的控制。该芯片控制的显示位数多，控制字少，可对全部或个别显示位的数据进行更新。而且MAX

33、7219内部设有扫描电路，除了更新显示数据时从单片机接收数据外，平时独立工作，极大地节省了MCU有限的运行时间和程序资源。并可方便地进行多个芯片的级联，扩展显示容量。MAX7219芯片上包括BCD译码器、多位扫描电路、段驱动器、位驱动器和用于存放每个数据位的88静态RAM以及数个工作寄存器。通过指令设置这些工作寄存器，可以使MAX7219进入不同的工作状。解码方式寄存器可设置各位数码管为解码显示方式，或非解码的数据位与显示段直接对应的显示方式。亮度寄存器用于与外部电阻配合控制数码管的显示亮度。扫描限制寄存器控制显示的位数。停机寄存器控制，显示器为停机或正常工作状态，停机状态下描振荡器停止工作，

34、消隐所有显示位。显示测试寄存器设置器件为正常工作或测试状态。空操作寄存器用于多个MAX7219级连。器件上电后所有控制寄存器复位。解码方式寄存器的值为非解码方式，亮度寄存器的值设置为最小，扫描寄存器设置为仅显示1位，停机寄存器处于停机状态，显示消隐。因此MAX7219必须经过初始化后才可正常工作。MAX7219的时序图（ DIN CLK LOAD原理）如图5-4所示：图5-4 MAX7219工作时序图这个图很简单反映了DIN，CLK和LOAD的工作时序，就是告诉大家三个端口是怎么合作传送数据的。其中，DIN是串行数据输入端，CLK和LOAD实际上是充当了组织者。针对单片MAX7219数据传送的

35、过程：首先，在CLK的下降沿，无效，在CLK的上升沿，第一位二进制数据被移入内部移位寄存器，然后CLK再出现下降沿，无效，然后CLK再出现上升沿，第二位二进制数据被移入内部移位寄存器，就这样工作十六个周期，完成十六个二进制（前八个是地址，后八个是数据）的传送，这当中LOAD一直是低电平，当完成十六个二进制的传送后。把LOAD置成高电平，产生上升沿，把这16位串行数据锁存到数据或控制寄存器中完成装载。然后再把LOAD还原为低。重复开始的动作，就这样周而复之5.3 硬件设计限速器根据用户的指令或在某些状态下，需要实现限速器工作模式、报警器工作模式、速度自动控制模式、恢复模式和关闭模式的功能。因此，

36、硬件设计该系统硬件主要包括以下五大模块：单片机主控模块、按键模块、显示模块、声光报警模块和节气门电机控制模块等。其中AT89C52单片机主要完成外围硬件的控制以及一些运算处理信号功能；按键模块主要负责速度的设置；显示模块完成字符、数字的显示功能；报警模块主要负责声音报警和灯光报警；节气门模块主要控制及超速后强制减速功能。5.3.1 主控模块本系统采用MCS51系列的AT89C52单片机作为控制核心，它抗干扰性好，适用于恶劣环境的场合。方便系统对速度传感器的计数脉冲进行快速的处理。它的输入，输出引脚具有32根IO口线。可以连接存储器、LED显示器、速度传感器等各种外部器件。还具有低功耗和低电压工

37、作模式的特点，可以利用电池对系统供电。虽然，内部只有256B的数据存储器，但是，系统也可以外接RAM芯片以满足系统的需求。因此，通过晶振电路、复位电路和AT89C52共同构成单片机整个系统，而且，晶振结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，为系统提供基本的时钟信号，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振的提供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。还有在单片机上电时要求复位,其中，RST为单片机的复位端连接复位电路， 而且当它接+5V的高电平时才复位，程序从起始位置开始执行。电容两端电压不能突变，所以在通电的瞬间电容两端都是+5V，因而，就给单片机复位了；但不能一直复

38、位，否则也工作不了，所以接一个电阻来接地，此时就变成了0V，这时候单片机就正常工作了。单片机系统图如图5-5所示：图5-5 单片机系统图5.3.2 按键电路的设计按键电路由一个启动系统按钮和四个开关加上拉电阻构成，当在停车状态下按下启动系统开关按钮，此时就给系统供电运行。其中，四个开关分别是速度设置、速度增加、速度减小以及速度确定，根据道路情况以及道路上竖着的各种限速标志，还有就是个人开车的一些经验来判定，然后，通过对开关的操作可以对速度上限值进行设定操作，同时，把按键设置的速度信号传输给单片机系统，又由MAX7219驱动芯片来显示速度。由于另外有速度增减按键，可以方便的根据驾驶员的实时实地要

39、求进行速度更改，以达到报警限速的目的，具有很强的操作灵活性。其按键连接图如图5-6所示：图5-6 按键电路的连接图5.3.3 显示电路的设计显示电路主要是显示设定速度和实际速度两部分，由霍尔传感器采集整理实际的速度信号，并把此速度信号传给单片机系统分析计算处理，此时，再把整理后的信号传输给MAX7219芯片；而且MAX7219是一种高集成化的串行输入/输出的共阴极LED显示驱动器，所以把实际速度数据通过MAX7219驱动器显示在数码管上。经过传感器、单片机和MAX7219驱动芯片来不断更新实际的行驶速度，从而，在驾驶员的视线范围内，很容易的看到行驶的实际车速及设置的最大车速，以至于做出判断是否

40、超速，并且及时的控制好车速。MAX7219与LED数码管连接显示电路如图5-7所示：图5-7 MAX7219与LED数码管连接电路5.3.4 报警电路的设计报警模块主要负责声音报警和灯光报警，报警电路均比较简单，声音报警由单片机引脚接上拉电阻，晶体管及蜂鸣器构成，灯光报警由两个发光二极管构成。该电路同样是通过霍尔传感器采集当前行驶的速度信号，传输给单片机系统后，经过系统的运算处理判断，实际速度Vx与设置速度Vm相比，如是VxVm时，报警灯不断闪烁，同时蜂鸣器也发出报警信号，提醒驾驶员您即将超速。电路设计简图如图5-8所示：图5-8 声光式报警电路 5.3.5 节气门电机控制模块节气门控制主要是

41、在前面的按键模块、显示模块和报警模块的基础上，最终自动控制车速的模块，也是在霍尔传感器采集到的速度信号，经过单片机系统计算处理，并判断出已经超速后，然后再声光报警器报警3S后，驾驶员没有主动采取有效的措施降速后，此时，单片机才及时给电子节气门电机输入脉冲信号，及时的控制节气门的开度，同时，电子节气门系统的电子控制单元接收节气门位置传感器的开度信号和其他相关传感器的电信号，从而，控制发动机的喷油量，最终强制减速。当传感器再次采集到的速度信号，由单片机判断出实际速度Vx降到设置速度Vm以下时，即VxVm时，单片机就停止向电子节气门系统输入限速脉冲信号；同时又恢复到原来发动机电子节气门系统的正常工作

42、状态。当再次超速时，限速器系统又重复以上的操作，不断的循环下去，始终控制行驶的车速在设置速度Vm以下。节气门控制及系统总电路图如图5-9所示：图5-9 节气门控制及系统总电路图6 汽车限速器的软件设计系统软件主要包括主程序和中断程序两部分。主程序主要完成硬件初始化、子程序调用、声光报警和数据处理以及显示、报警、节气门控制等功能。按键中断子程序主要实现系统的启动关闭、最大速度的设置、故障中断处理及合法参数的输入。6.1 中断程序部分通过按键中断程序判断是否有启动或关闭限速器的按键，如果有按键信号，判断是否处于行驶状态，如果正处于行驶状态，语音报警，此操作无效；如果处于停车状态，报警系统再次提醒是

43、否处于行驶状态，并且设置5 s延时，并再次按下该按键，才能将限速器开启或关闭。如果判断是关闭限速器按键，则关闭限速器，并设置关闭状态，且将该状态信息传递给主程序；如果是启动限速器，则开启限速器工作，并设置开机状态，且将该状态信息传递给主程序。当按下启动按键时，有5S的延时状态，系统确认是否处于行驶状态？如是在行驶状态，本操作无效系统无法启动，并且语音提示报警；如你是在停车状态，则直接启动限速器系统，同时可以进入最大速度设置界面，最后执行中断返回再次执行下一断的程序。如果是在限速器系统出现故障时，系统会通过自诊断检测行驶途中所存在的故障，并且发出报警信号，语音提示请驾驶员及时检修，同时，系统会自

44、动执行中断关机程序，主动切断转换继电器的电源，从而，主动关掉限速器电源，使其恢复到电子节气门控制。中断程序如图6-1所示：图6-1 中断程序6.2 主程序部分为了保证行驶的安全性和平稳性，必须在汽车停止状态下才能启动或关闭限速器。当车在停车状态下时，驾驶员按下启动限速器按钮，给系统供电并初始化进行自诊断，由传感器采集当前速度信号，单片机接收并处理信号，然后再执行中断程序，其次就是接收中断程序的速度信号，并且显示速度信号；如果判断超速就执行报警程序，并且在超速3S内驾驶员没有进行人工减速的操作的话，系统就执行节气门控制程序进行减速操作，单片机系统就自动给继电器输入电源及脉冲信号，控制节气门电机，

45、最终发动机喷油量，从而，系统强制控制车速。在主程序循环中，首先采集霍尔传感器信号并通过滤波判断当前行驶速度，并将该信息反馈给键盘中断程序，然后判断是否有设置速度上限值按键。如果有，则设置相应的速度值Vm，并存储在存储器中；如果没有，则读入霍尔传感器的电信号，进行模拟信号与数字信号A/D转换得出Ux值，Ux通过单片机计算处理得出行驶速度值Vx。Vx与Vm比较，如果VxVm，则VyVm，将设定的限速值Vm换算成对应的传感器电信号Um，通过D/A输出Um作为ECU的输出信号。主程序如图6-2所示：图6-2 主程序7 限速器的不足与改进方向7.1 限速器所存在的不足限速器系统在传感器的选择上，是与原车

46、上的车速传感器共用的，而且，速度信号只有霍尔式车速传感器提供，所以在采集到的信号也不是很准确，而单片机控制单元也难以准确地判断当时的行驶车速，如果是传感器所用的时间过长，那么，它的使用寿命降低后导致它的准确性也就降低，此时，也没有其他传感器为限速器系统控制单元提供及时的速度信号，从而，限速器的限速功能也就难以准确地发挥出来。因在设置速度上限值是通过人工操作完成的，其可以修改车辆在该路段的速度的大小，这样就失去了其自动限制速度的意义了，而且，在人为操作上有几秒的反应过程，再加上在设置好速度后，系统也有几秒的反应时间，这样限速器的反应灵敏性也就有所降低，同时，在设置最大速度时也分散了驾驶员的注意力

47、，也就存在有一定的安全性。而且，在最大速度设置时，驾驶员有时也不清楚该路段的限速值是多少，在没有限速标识的情况下，也就难以设置速度的上限值，这样速度设置也没有硬性的标准，驾驶员可以任意设置限速值，这样速度的设置随意性就很大。在超速后驾驶员没有人为踩刹车减速，而系统开始执行强制降速时，限速器系统与电子节气门系统之间转换，在此过程中，电子节气门系统突然中断节气门执行器的电信号或者电源，这样也就会产生一定的振荡波，此波有可能对系统会产生一定的负面影响，因此，对节气门执行器信号的传递带来一定的误差。限速器系统的各大元器件几乎都是独立工作，相对而言也不是很经济。而且，此限速器主要是针对带有电子节气门系统

48、的中高端车辆，所以，限速器在应用也存在有一定的局限性，使用范围不广。7.2 限速器今后的改进方向在速度信号的采集上可以多增加一个传感器来采集速度信号，比如说车速传感器和轮速传感器、车速传感器和曲轴位置传感器相结合等，这样不仅在采集速度信号时多了一层保障，同时在一个传感器出现故障时，有一个备用传感器作为备用的信号，而且，在单片机控制上更加准确。如今的GPS导航系统越来越趋于完善，它的功能也越来越齐全，而且，现在的GPS越来越趋于智能化了。它综合了导航卫星及目标定位技术、陀螺等传感技术、GIS数字电子地图技术、城市智能化交通管理技术、GSM动态导航通讯业等高新技术的成果。GPS除了满足基本的车辆定

49、位功能外，可以支持定时定距监控、速度监控、疲劳驾驶监控，并且可以实现远程紧急报警，双向语音通话等功能，可以实现与政府监管平台的数据对接，从而提升对车辆的监管效率。同时也起到了降低交通事故发生率的重要作用。其中GPS也可以在全球范围内确定位置、时间和当前的行驶速度。所以，依靠GPS全球定位交通导航系统来确定车辆当前行驶道路的及最大允许车速，使车辆能在不同的道路和不同的条件下自动智能调整。因此，利用GPS导航系统的“速度监控”来代替原限速器的按键设置最大速度。这样更能节约材料和空间，而且，更加安全、智能、精确和经济。针对电子节气门系统控制与限速器系统控制过程中存在的信号的误差，可以考虑节气门控制单

50、元与限速器控制单元（单片机）共用，其中，只是在程序的控制上做改动。另一种方法可以增加一个滤波器来滤除振荡波，从而，使限速信号更加稳定精确。还有本课题设计的限速器还可以把汽车超速行驶断油控制、定速巡航控制系统、发动机减速断油控制和发动机超速断油控制相结合，从而，在原来设计的基础上不断改进提高，使之更加完美成熟。比如：汽车超速行驶断油控制是指汽车在运行速度超过限定值时，停止喷油，由ECU根据节气门位置、发动机转速、冷却液温度、空调开关、停车灯开关及车速信号实现断油控制。定速巡航控制系统，它是按照驾驶员要求的速度合开关之后，不用踩油门踏板，就自动的保持设定的车速，从而使车辆以固定的速度行驶。发动机减

51、速断油控制是当发动机在高速运转过程中突然急减速时，节气门完全关闭，为避免混合气过浓及燃料经济性、排放性能变差。为此，ECU发出信号停止喷油，而对于汽油的停供与发动机转速和复供转速与冷却液温度和发动机负荷有关，冷却液温度越低、发动机负荷越大（如空调接通），汽油停供转速和复供转速就越高。所以，ECU通过采集这些信号来自动控制喷油器中断汽油的喷射，直到发动机转速下降到设定的转速时,也就是车的行驶速度降到设定速度以下，系统回复正常的同时，喷油器再恢复喷油。综上所述，限速器系统与以上这些搭配结合，将使得限速器的应用范围更广、适用性、实用性、经济性、安全性、可操作性更强，同时整个限速器系统也更加的智能化和

52、自动化了。 总结我的毕业设计也终将告一段落了。总算在此过程中体会到了它的酸甜苦辣，体会到了“事倍功半”的真正含义。在做毕业设计的过程中，自己在时间的调配上和设计的思路方法都走了很多弯路，以至于使得自己耗费了许多时间，最终的效果也不是很明显。在限速器设计过程中自己还有很多因素没有考虑周全，存在有一定的局限性。自动化程度不高，需要人工操作的按键设置不是很简洁；适用范围不广。而且，由于该限速器主要是针对某些中高档带有发动机电子节气门系统的轿车，而对于某些老款的车型与其他类型的车，就很有可能使用不起，因此，在一定程度上存在着局限性。再者就是还必须是电控的带发动机电子节气门系统的；在限速器系统与节气门系

53、统交换工作时，存在有一定的误差；在经济性上，系统的部分控制执行件独立工作，没与汽车上其他可以共用的元件相结合。虽然，在本次设计中由于自己能力和时间的关系，总是觉得有很多不如意的地方，但是，换个角度想想，毕竟在自己的人生中，做任何事都是一个艰苦的过程，都是从不会到会再到熟练的一个过渡。任何事都有可能成功可能失败，关键在于自己将以怎样的心态去对待困难、对待挫折，最后哪怕失败也是收获，只有从失败中汲取教训才能逐渐成长。因而，在今后的学习工作过程中，针对问题积极思考不断改进努力去完善。致谢参考文献1 冯能莲电子节气门控制系统研究J汽车技术，2004，12 刘振军现代轿车电子节气门系统及其控制J汽车技术

54、，2004，33 张玉莲. 传感器与自动检测技术，北京：机械工业出版社，2007.94 王为青,程国钢. 单片机Keil Cx51应用开发技术/编著，北京:人民邮电出版社,20075 于万海. 汽车电气设备原理与检修M.北京：电子工业出版社，2008.4.6 吴有林，安玉，熊飞桥，吴先绪. 智能化汽车速度控制报警系统的设计J，重庆大学学报(自然科学版)：2005年,(12).7 周旭艳，彭宣戈. 8051在车辆超速报警系统中的应用，井冈山学院学报：综合版-2006年02M期8 任国峰，李军伟，张雨. 单片机在发动机转速测量中的应用J，汽车科技, 2006,(01):38-409 曹家喆. 现代

55、汽车检测诊断技术M.北京：清华大学出版社，2003.7.10 陈倩诒，陈再清. 汽车自动限速器系统设计期刊论文，计算机测量于控制，2009（18）tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI9

56、2tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgK

57、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