頁共30頁1緒論1.1研究背景與意義隨著中國城市規(guī)模持續(xù)擴張,私人交通領(lǐng)域快速增長的轎車需求正在將越來越多的大中城市推向交通能力的極限。國務(wù)院發(fā)展研究中心宏觀部研究員李某認(rèn)為,為了緩解交通擁擠,很多城市將發(fā)展大型公共交通系統(tǒng)作為解決問題的惟一出路,但受制于投資規(guī)模和宏觀經(jīng)濟穩(wěn)定增長的約束,以及公共交通的局限性[1]。相比而言,相比而言,輕型電動車則被作為是另外一種操作更快捷、方便、無二次排放等污染、無汽車尾氣噪聲的干擾的交通工具，同時其購買價格相對于其它交通工具更加便宜，是新一代輕型的平民化的家庭交通工具,彌補了交通工具在平民化家庭中的空缺。輕型電動車優(yōu)勢突現(xiàn),將有望成為國內(nèi)當(dāng)前及部分城鎮(zhèn)及中城市等經(jīng)濟收入較低人群家庭購車首選。由于環(huán)境問題和全球變暖問題的出現(xiàn)，電動車在環(huán)保方面的優(yōu)勢更使得電動車的發(fā)展十分的迅速，人們對于電動車的要求同時也越來越高，最初的電動車只是用于自行車的助力，讓人們在騎自行車的時候更加省力；到現(xiàn)在電動車成為主流的交通工具之一，人們開始追求電動車的安全性和舒適性。同時，也需要掌握一下一些基本的參數(shù)，例如速度，里程，時間等。所以在電動車生產(chǎn)的過程中，需要加裝一個電動車安全行駛系統(tǒng)，讓人們在使用電動車過程中更加安全，當(dāng)電動車速度過快的時候，通過系統(tǒng)來將超速信號傳達(dá)給騎行者，從而來避免因為車速過快而造成的交通事故。最傳統(tǒng)的機械式測速表的缺點十分的明顯，當(dāng)車速過慢的時候指針擺動幅度過大，測出來的速度不準(zhǔn)確，同時隨著使用時間的增長，里面的軟軸會存在損耗，從而導(dǎo)致測速不夠準(zhǔn)確。所以隨著社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將傳統(tǒng)的測速表換成了電子式的，測速表的功能也不再單一。越來越多的電子相關(guān)的傳感器被電瓶車廠家所使用，在電動車的測速和報警方面應(yīng)用最多的就是霍爾傳感器。通過設(shè)計一些電路之后，可以快速的測量出當(dāng)前的速度，然后可以借助一些輔助的傳感器，將當(dāng)前的時間、車速和里程在液晶顯示屏當(dāng)中顯示，用戶可以輕松的了解當(dāng)前的電動車狀態(tài)。本設(shè)計中，設(shè)計了基于單片機的電動車安全行駛系統(tǒng)，這個設(shè)備具有以下功能：（1）能夠?qū)崟r的測速出當(dāng)前的電動車的行駛速度并通過液晶顯示屏來進行顯示。（2）用戶可以通過按鍵設(shè)定檔位速度，分為低速，中速，高速三個速度擋位。每個檔位，都會有一個速度上限，超過這個上限，就進行蜂鳴器報警，以此來提醒用戶，從而避免電動車在行駛過程中因為車速過快而造成的安全問題。（3）系統(tǒng)具有眾多的輔助功能，能夠顯示時間和里程，設(shè)置輪胎半徑來適應(yīng)各種尺寸的輪胎等。通過以上設(shè)計之后，當(dāng)用戶在騎行電動車的時候，會有更良好的騎行體驗，可以實時的掌握到自己的騎行速度，并能夠在超速之后進行報警。在如今這種復(fù)雜的交通系統(tǒng)中，更大意義上的保護到騎行者的安全問題，避免因為車速過快而造成的交通事故，同時對整個社會的交通安全也有著重大意義。

1.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀此計劃以電動自行車為主。通過將這1300輛電動自行車免費發(fā)給大城市用戶,借此來刺激歐洲大城市的市民免費使用這種環(huán)保交通工具。在美國,由于政府提倡節(jié)省費用,鼓勵少用汽車,已有不少人轉(zhuǎn)而使用電動自行車。1999年美國電動自行車市場僅有6.5萬輛,2000年就超過12萬輛,增長幅度驚人。只要產(chǎn)品技術(shù)進一步獲得改善,地方政府將提供更安全地騎車的道路及停車場,屆時美國的電動公共自行車市場由于受歐洲油價上漲和環(huán)保意識等因素的影響。歐盟執(zhí)委會在歐洲10國贊助一項E-Tour計劃,推動電動車車輛的發(fā)展,份額還會將獲得進一步地擴大。電動公共自行車技術(shù)及電動車相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)和制造也將引起美國等各相關(guān)公司的興趣。如克萊斯勒汽車公司、通用汽車公司等車型均首次參與中國電動踏板自行車市場上的自主產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)制造及技術(shù)競爭[2]。電動車憑借方便、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點,以其自身的優(yōu)勢在國內(nèi)外引發(fā)了一陣陣的消費高潮。但是,無論是國內(nèi)銷售,還是海外發(fā)展的電動車,現(xiàn)在還是處于一個摸索中成長的階段,我國的電動自行車產(chǎn)業(yè)還存在一些問題,其表現(xiàn)主要有以下幾點:科技含量不夠高。目前,大多數(shù)我國自主的生產(chǎn)智能電動車廠家僅僅只是依靠一個個幾乎沒有裝配標(biāo)準(zhǔn)的模具制造和裝配的工廠,其智能整車配件產(chǎn)品仍然主要地依靠廠家從國外市場低價直接購入,外購件企業(yè)自身配件的裝配制造與質(zhì)量安全還依然無法有效得以保證。有些工廠也許采用了微控制芯片,但是因為這些智能工廠設(shè)計中產(chǎn)品本身就存在著的種種的技術(shù)因素問題,,根本設(shè)計上也沒有把智能成分加在在里面。整體產(chǎn)業(yè)鏈上中下游問題百出。電動車長期以來處于政策和市場對立的尷尬境地,其中道路號"禁行"更可謂是成為制約整個我國電動車市場繼續(xù)前行的最大的另一道絆腳石[3]。另外,電機、控制器、電池、車架、外觀件的鏈條式生產(chǎn)配套能力差。無具體的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求限制。目前電動車有好多方面只能依循自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者說檢驗規(guī)范來對產(chǎn)品進行限制。每個企業(yè)對產(chǎn)品的要求各不相同,這樣對電動車的質(zhì)量保證產(chǎn)生了很大分歧。所以要出臺相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),讓電動車的質(zhì)量要求等方面有法可依、有規(guī)可查。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)的科研院校、交通管理部門和城市建設(shè)的單位對于公路交通的速度都有了很多的限制和研究，同時也出版了很多的文獻(xiàn)資料以及設(shè)計規(guī)范。就目前而言，對于車輛速度的監(jiān)測技術(shù)手段有很多種主要有：機械式測速表、測速發(fā)電機型測速表、脈沖式轉(zhuǎn)速傳感器型測速系統(tǒng)和雷達(dá)測速。機械式測速表的整個系統(tǒng)簡單，不需要任何能源就可以運行，但是在低速行駛的時候誤差較大。測速電機采用的是電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓，從而得到實際速度，這種測速表采用的是電傳輸，安裝方便，所以使用較為廣泛。但是它的精度好事不夠高，在低速的時候產(chǎn)生的電動勢較低，在車速過低的時候測速單位甚至不工作。脈沖式測速系統(tǒng)主要分為光電式和磁電式兩種，這種測速方式雖然相比于測速電機有著較多的優(yōu)點，傳感器的輸出型號易于數(shù)字化處理，但是使用價格較為昂貴，不適宜用在電動車上。雷達(dá)測速是直接測量速度和距離的方法，需要在電動車上安裝雷達(dá)，價格也較為昂貴。在查看外文資料查看國外的研究方面，發(fā)現(xiàn)國外對超速進行研究開展較早也較為成熟，同時他們已經(jīng)根據(jù)不同的場合建立了各種不同的車速模型。車輛行駛信息采集的設(shè)備如美國公路交通公司所研發(fā)的Autoscoe測速系統(tǒng)，是一種基于高科技手段的測速系統(tǒng)，利用了攝像頭的方式來捕捉信號，并進行測速[4]。該課題研究是智能電瓶車測速報警的系統(tǒng),駕駛員可以根據(jù)實際需要設(shè)置上限車速，實現(xiàn)了電動自行車速度的實時監(jiān)控以及超速后的自行報警。及時提醒駕駛員,從而減少交通事故。1.3本課題設(shè)計內(nèi)容及章節(jié)安排本套系統(tǒng)設(shè)計是基于單片機控制系統(tǒng)開發(fā)的智能電動車安全行駛系統(tǒng)，軟件技術(shù)基礎(chǔ)上又對系統(tǒng)進行做了部分硬件技術(shù)層面的軟件改進以及優(yōu)化,能夠?qū)崿F(xiàn)有效地實現(xiàn)了實時對智能電動車行駛狀態(tài)下車速進行實時監(jiān)控及超速時進行報警；車速檢測方面,使用傳感器件都是霍爾傳感器,具體的產(chǎn)品型號均為A4E,該系統(tǒng)中的儀表控制臺上還特意設(shè)置的有多了一個數(shù)字鍵和操作鍵,駕駛員用戶就可以自行的根據(jù)其個人及實際行車實際使用情況需要自行選擇要速度的檔位并做出相應(yīng)的速度調(diào)整,當(dāng)車速超過設(shè)定速度時,報警系統(tǒng)會發(fā)出警示音，報警系統(tǒng)采用蜂鳴器，從而提醒駕駛?cè)私档蛙囁伲瑴p少交通事故的發(fā)生。（1）利用單片機對車速進行采集。（2）能夠顯示當(dāng)前的車速，里程，時間。（3）用戶能夠設(shè)定速度的上限，輪胎的半徑。（4）當(dāng)超過設(shè)定的上限的時候，能夠報警。（5）系統(tǒng)采用液晶LCD1602來進行顯示。（6）報警系統(tǒng)具有自動報警系統(tǒng)功能,報警處理方式采用電子蜂鳴器進行報警。本論文的基本安排如下：本論文在結(jié)構(gòu)安排中，一共分為了4個部分，其中，第一部分主要是概論類的東西，分為兩個章節(jié)，詳細(xì)的介紹了本課題所研究的背景與意義，國內(nèi)外對于本系統(tǒng)的研究，并對論文的整體做出了詳細(xì)的說明。論文的第二部分，主要是從系統(tǒng)方案的選擇，系統(tǒng)的整體出發(fā)，對系統(tǒng)的基本架構(gòu)做了確定，并設(shè)計了系統(tǒng)的整體框圖。論文的第三部分，主要是對系統(tǒng)的硬件電路做了設(shè)計，并在分模塊中，說明了主要的設(shè)計模塊。論文的第四部分是系統(tǒng)的軟件設(shè)計，對系統(tǒng)的軟件進行了詳細(xì)的介紹。論文的第五部分是系統(tǒng)的實物設(shè)計部分，對系統(tǒng)的實物制作進行了詳細(xì)的介紹。同時在論文的最后，添加了本論文的參考文獻(xiàn)，論文的結(jié)論，以及相關(guān)的附錄等詳細(xì)的信息。

2系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計隨著人類對于科技技術(shù)的不斷探索，以及從上個世紀(jì)開始對電子技術(shù)的短研究，電子技術(shù)，單片機技術(shù)，自動化控制技術(shù)已經(jīng)有了快速的發(fā)展。在許多的領(lǐng)域中，單片機技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮了不可替代的作用。通過單片機結(jié)合不同的芯片和模塊可以實現(xiàn)人們所指定的特定功能，并能夠為什么的生產(chǎn)生活做出巨大的貢獻(xiàn)。智能電動車測速報警系統(tǒng)便是本文利用單片機所研究的系統(tǒng)。通過向指導(dǎo)老師的請教以及在學(xué)校的圖書館中查閱資料，在網(wǎng)絡(luò)中查閱相關(guān)的資料經(jīng)過多次的修改之后，對本系統(tǒng)中的總體方案進行了詳細(xì)的設(shè)計。在整個智能電瓶車測速報警系統(tǒng)的來進行系統(tǒng)的開發(fā)過程中，系統(tǒng)的總體架構(gòu)和方案的確定是非常的重要的，同時，這個方案的驅(qū)動也是非常的復(fù)雜，因為一旦確定，就需要執(zhí)行相應(yīng)的具體設(shè)計，而在具體的設(shè)計中，還要面臨多次的修改和整體進行優(yōu)化。整體方案的復(fù)雜之處在于，方案的確定中，要考慮到硬件的各個模塊的參數(shù)，也要考慮各個模塊之間的配合，甚至是傳感器的IO口和單片機的IO口能否直接兼容。總之，影響的因素有很多，最終在老師的幫助和指正下，我們設(shè)計了以下具體方案。在本設(shè)計的核心是STC89C52單片機，通過霍爾傳感器來測試電動車的速度，利用液晶來進行顯示，用戶通過按鍵來設(shè)置不同的速度上限，分為低速，中速，高速。在每個檔位下，超過上限，進行報警，同時系統(tǒng)具有時間顯示的功能。如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖各個模塊使用具體型號及功能如下：核心的處理模塊：使用STC89C52，作用是完成數(shù)據(jù)的處理與運算，是整個設(shè)計的核心；霍爾傳感器模塊：使用的具體型號是A4E霍爾傳感器，其作用是將車輛轉(zhuǎn)動的信號轉(zhuǎn)換為單片機可以識別的脈沖信號，單片機進行處理；液晶顯示模塊：使用液晶LCD1602來進行顯示當(dāng)前速度、里程和時間。按鍵模塊：使用按鍵作為我們整個系統(tǒng)的低速，中速，高速的輸入模塊，完成報警上限的輸入，輪胎半徑的輸入，里程清零等工作；蜂鳴器模塊：與LED一起組成聲光報警電路，當(dāng)超過上限的時候，進行聲光報警。2.2系統(tǒng)各模塊的選擇2.2.1測速模塊的選擇在速度的檢測方面，通過查閱相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)，目前常用的測速方式一般分為兩種，一種是紅外測速，一種是霍爾測速。通過查閱相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)，通過分析我們所查閱及國內(nèi)外一些相關(guān)研究書籍上的光電技術(shù)資料還可初步發(fā)現(xiàn),紅外光電子測速儀設(shè)備系統(tǒng)是主要指的由光源、光電盤、光敏二極管、檢波系統(tǒng)與光學(xué)放大和濾波放大電路以及與各種光電數(shù)顯裝置共同組成的等光電設(shè)備的組成形式(如圖2-1所示)。光電盤可隨旋轉(zhuǎn)軸也一同向前轉(zhuǎn)動,光敏二極管會將向光電盤透射發(fā)出來的激光信號自動轉(zhuǎn)換為計數(shù)電信號,然后再通過控制計數(shù)脈沖產(chǎn)生的振蕩頻率,即可快速在各種數(shù)顯裝置儀表上自動讀出旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)速[5]。目前我國汽車的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的計量分析技術(shù)水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn)相比,在測試精度可靠性上都與世界發(fā)達(dá)國家比還有相當(dāng)一定比例的技術(shù)差距,精度較低，測速收室外光線影響較大，而且需要在被測部分貼上明顯的反光或者是吸光材料，而這種材料是極易被弄掉，使用在電動車上難度較大。相比應(yīng)用于紅外激光測速,霍爾測速傳感器(如圖2-2所示)具有的主要優(yōu)點相對較多:可用于直接探測到多種高精度物理量,例如位置坐標(biāo)感應(yīng),速度以及對運動和方向速度的直接感應(yīng)測量;因為是固態(tài)設(shè)備,而且沒有任何活動的部件,在理論上可以永久使用;而且它的體積較小方便安裝;最主要的時候價格較為便宜,用在電動車非常的合適。當(dāng)然它也不是沒缺點的,因為它是要利用磁性來完成測量,容易受到外部強磁場作用的直接影響;同時電阻受到外界溫度壓力的變動影響系數(shù)較大,會明顯影響電阻載流子的能量遷移率和電阻霍爾傳感器信號的動態(tài)靈敏度。當(dāng)然這種測速用在電動車上影響幾乎微乎其微，所以結(jié)合各方面來看，還是采用霍爾測速的實用性更強且更加適合。圖2-1紅外線傳感器圖2-2霍爾傳感器2.2.2顯示模塊的選擇在本設(shè)計中，需要對測試的速度，里程，以及設(shè)置過程中的數(shù)據(jù)進行顯示。主要形式可根據(jù)考慮范圍分為以下兩種,一種形式是采用數(shù)碼管顯示,另一種則主要類型是直接采用LCD1602點陣進行顯示。數(shù)碼管的屏幕本身在對能源上的消耗相對比于普通的液晶屏高的很多,當(dāng)然這種對能源上相對的消耗較多所帶來了最大的一個的優(yōu)點是即使在室內(nèi)戶外在白天或在夜晚強光情況下數(shù)碼管屏幕的畫面的顯示畫面也都會是相對地比于一般普通液晶屏顯示要畫面更加地明亮與清晰,但在一般的在戶外室內(nèi)由于數(shù)碼管屏幕可能會出現(xiàn)由于會有部分散光或滲漏可能會導(dǎo)致屏幕中所要的顯示的畫面上的部分圖案出現(xiàn)有的重影,液晶屏幕就不會存在這種現(xiàn)象,所以相對普通的液晶屏來說數(shù)碼管更適合于在戶外環(huán)境的使用,但是液晶顯示器極其方便高效省電,它適合長期使用在室外的顯示。同時由于數(shù)碼管屏幕顯示表現(xiàn)出來的顯示畫面內(nèi)容也要較為的簡單而單一,液晶屏幕的顯示內(nèi)容效果就會應(yīng)該相對數(shù)碼管比較的細(xì)膩與豐富。LCD1602系列液晶顯示模塊可以實現(xiàn)和單片機的STC89C51的直接連接,電路設(shè)計上簡單,成本便宜。3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1單片機模塊3.1.1STC89C52單片機單片機是科技發(fā)展下的成果，也是智能技術(shù)的標(biāo)志性產(chǎn)品。從單片機的外部來看，他是一個通過引腳接出的元器件，能夠?qū)崿F(xiàn)眾多的功能，從內(nèi)部來看，它由眾多的模塊來組成，各個模塊之間相互協(xié)作，共同實現(xiàn)了單片機的數(shù)據(jù)處理功能。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前市面上的單片機種類較多。在目前，常用的單片機有MCS-51單片機，STC89C51單片機，STC89C52單片機，MSP430單片機以及高端的STM32單片機和三星的嵌入式單片機。這些單片機都各有各的優(yōu)點和使用范圍，利用MSP430單片機，它是TI公司研發(fā)的一個超低功耗單片機，它是一種16位形式的單片機，內(nèi)部集成了有16位形式的寄存器和相應(yīng)的函數(shù)發(fā)生器，使得系統(tǒng)的運算速度很快，可以實現(xiàn)快速的運算，但是用戶在操作該芯片的時候，操作復(fù)雜，編程復(fù)雜，初學(xué)者一般很難上手，同時，這個單片機多使用在對功耗要求較高的地方[3]。ST公司研發(fā)的STM32單片機是基于ARM內(nèi)核的一款高端單片機，該單片機性能優(yōu)良，內(nèi)置的模塊也較多，但是其成本較高，多用在消費類的電子方面。STC公司生產(chǎn)的STC89C52八位數(shù)字處理的單片機做設(shè)計的核心的中央的處理器，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，STC89C52單片機是最早進入中國的單片機處理器，眾多的工程師均使用過該單片機，人們對它是非常的熟悉的，同時，網(wǎng)絡(luò)上該單片機的參考例程較多。該單片機能夠使用外部12M的晶振，處理速度非?？欤撎幚砥髯詭AM和ROM，其IO數(shù)量較多，能夠完成一些基本的嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)。同時其操作方式非常簡單，易于初學(xué)者使用。本設(shè)計中，結(jié)合我們之前的課程學(xué)習(xí)以及本設(shè)計中所需要處理的數(shù)據(jù)的速度快慢和要求的內(nèi)置功能模塊較少，所以，本設(shè)計中，使用的是STC89C52單片機。其實物圖如圖3-1所示。圖3-1STC89C52實物圖STC89C52單片機的標(biāo)準(zhǔn)功能如下：單片機的內(nèi)部是具有512KB的RAM，引腳方面具有32個雙向I/O口，同時，一些I/O口還會有其他特殊的功能進行使用，該單片機的內(nèi)部是具有4KB的EEPROM形式的存儲器，同時該單片機還具有復(fù)位電路能夠?qū)崿F(xiàn)對程序進行重置化處理，該單片機的內(nèi)部還具有16位的定時器/計數(shù)器，一共是具有3個，能夠完成數(shù)據(jù)的計算和計數(shù)。同時該單片機還有2個外部中斷引腳，能夠?qū)崿F(xiàn)對外部中斷信號的采集。在編程設(shè)計的方面，該單片機的內(nèi)部的體系結(jié)構(gòu)和相關(guān)的操作指令都是符合標(biāo)準(zhǔn)的51單片機的，所以其參考例程較多，操作非常方便。同時STC89C52的內(nèi)部還包含常用通訊模塊的UART模塊，通過該模塊，可以實現(xiàn)對hex文件對單片機的下載，也可以實現(xiàn)單片機與某些傳感器之間進行通信。STC89C52單片機，在產(chǎn)品的封裝設(shè)計方面，有很多種的形式，本設(shè)計中，采用的是DIP封裝。單片機的引腳圖如圖所示。單片機的引腳圖如圖3-2所示。圖3-2單片機引腳圖3.1.2單片機最小系統(tǒng)設(shè)計通過閱讀STC89C52單片機的手冊，可以看到，在進行單片機設(shè)計控制系統(tǒng)的時候，首先要進行設(shè)計一個單片機最小系統(tǒng)，這個最小系統(tǒng)包含，單片機本身，復(fù)位電路，時鐘電路，電源電路。本設(shè)計中，根據(jù)單片機的手冊，設(shè)計出的最小系統(tǒng)原理圖。如圖3-3所示。圖3-3STC89C52最小系統(tǒng)（1）電源電路本系統(tǒng)采用5V進行供電，電源的正極連接到VCC，負(fù)極連接到GND。如圖3-4所示。圖3-4電源電路設(shè)計（2）復(fù)位電路包含三部分，電阻，電容和按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的復(fù)位重啟，使得系統(tǒng)更加穩(wěn)定。如圖3-5所示。圖3-5復(fù)位電路設(shè)計（3）晶振電路外部的晶振能夠為系統(tǒng)提供時鐘信號，供單片機進行運行，使用的是12M的晶振，同時，為了提高晶振的穩(wěn)定性，添加了兩個濾波電容，分別并在晶振的輸入和輸出引腳上。如圖3-6所示。圖3-6晶振電路設(shè)計3.2霍爾測速電路設(shè)計在速度的檢測方面，通過查閱相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)，目前常用的測速方式一般分為兩種，一種是紅外測速，一種是霍爾測速。通過查閱相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)，紅外測速受光線影響較大，而且需要在被測部分貼上明顯的反光或者是吸光材料，而這種材料是極易被弄掉的，而霍爾測速就沒有這些缺點，相反的，其測速不受外界的影響。而且其通過磁鐵的感應(yīng)方式來進行測量，沒有太多的干擾條件，測試精度較高?；魻枩y試的原理是霍爾現(xiàn)象，這是由著名的科學(xué)家霍爾于1879年在研究金屬與導(dǎo)通的關(guān)系的時候發(fā)現(xiàn)的[6]。后來，經(jīng)過100多年的發(fā)展，人們逐漸通過半導(dǎo)體技術(shù)將霍爾現(xiàn)象封裝到一個小的元器件中，進而來實現(xiàn)霍爾現(xiàn)象，由于這種器件價格便宜，實現(xiàn)簡單，所以在自動化領(lǐng)域，消費類電子領(lǐng)域得到了大范圍的使用。通過調(diào)研發(fā)展，霍爾傳感器它的信號的輸出形式是分為兩種的，一種是模擬信號電壓輸出，另外一種是邏輯電平TTL數(shù)字輸出。本設(shè)計中，由于最終測試的是車輛的速度，所以使用的TTL電平輸出的霍爾器件。在進行測試的時候，將磁鐵放到輪胎上，然后輪胎轉(zhuǎn)動一次，固定的霍爾就會感應(yīng)到一次信號，然后輸出一個脈沖的信號，由于霍爾器件本身已經(jīng)內(nèi)置的比較器，所以其輸出的脈沖信號較為規(guī)范，無需進行二次的處理，直接連接到單片機的P3.2引腳上，就能夠?qū)崿F(xiàn)對其的處理，然后通過單片機內(nèi)部的速度計算算法，遍可以實現(xiàn)測速?；魻栐骷?nèi)部框圖如圖3-4所示，其硬件連接原理圖如圖3-5所示。圖3-4霍爾引腳圖圖3-5測速電路設(shè)計3.3時鐘電路設(shè)計本設(shè)計中,為了使得我們的測速報警系統(tǒng)更加的智能，功能更加的多樣，本設(shè)計中，在顯示速度的同時，加入了時間顯示。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前常用的時鐘芯片有DS12C887時鐘芯片和DS1302時鐘芯片。DS12C887芯片內(nèi)部自帶震蕩電路和電池，用戶在配置完一次之后，無需再進行配置，即可以使用10年，但是10年之后，該芯片需要重新更換并進行校準(zhǔn)。而DS1302芯片通過設(shè)計外部的震蕩電路和電池便可以進行操作，其計時的精度較高，同時用戶在使用的時候，一方面可以使用系統(tǒng)的電源進行供電，另一方面，當(dāng)系統(tǒng)斷之后，可以使用電池進行供電，而無需調(diào)整時間，在正常狀態(tài)下，系統(tǒng)的供電模塊可以使用該芯片內(nèi)部的涓流充電模塊對該電池進行供電，保證計時的準(zhǔn)確和系統(tǒng)的正常運行[7]。同時，該芯片具有計算時分秒，年月日的功能，并具有對閏年年月的補充，而且其價格較低，本設(shè)計中，使用該芯片來作為計時模塊。其芯片的引腳圖如圖3-6所示。圖3-6DS1302引腳圖通過查看該芯片的數(shù)據(jù)手冊發(fā)現(xiàn)，該芯片與單片機之間的接線是十分簡單的。通過芯片手冊中的參考電路發(fā)現(xiàn)，DS1302與單片機之間進進行數(shù)據(jù)的通訊通過三條簡單的IO接口即可完成。分別是SCLK，CE，IO。同時，通過該芯片內(nèi)部的算法可以對每月的天數(shù)和產(chǎn)生的閏年的天數(shù)進行調(diào)整,以此來提高系統(tǒng)計時的精度。同時，用戶可以選擇使用兩種格式的計時方式。該芯片個工作電壓范圍非常的廣泛，使用2.5V電壓到5V之間的電壓都可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。其電路設(shè)計如圖3-7所示。圖3-7時鐘模塊電路設(shè)計3.4液晶顯示電路設(shè)計在本設(shè)計中，需要對測試的速度，里程，以及設(shè)置過程中的數(shù)據(jù)進行顯示，本設(shè)計中，采用的是液晶LCD1602進行數(shù)據(jù)的顯示。其實物如如圖3-8所示。圖3-8液晶LCD1602實物圖LCD1602A是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，消費類電子領(lǐng)域中常用的顯示器件，其能夠?qū)崿F(xiàn)兩行顯示，每行顯示16個字符，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)字，字母和特殊符號的顯示。在我們的日常生活中，處處存在著顯示，液晶LCD1602已經(jīng)成為很多電子產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)顯示的首選，如電子表，萬用表，家電產(chǎn)品中，液晶LCD1602作為一種人機交互器件，其輸出方便，顯示精確，受到廣大電子愛好者的喜愛。液晶在進行顯示的時候，其利用的原理是液晶的物體特性，當(dāng)在特定的點施加電壓之后，該點就會進行顯示，進而，通過多點的組合，形成了整個的顯示。液晶在設(shè)計的時候，有的厚，有的薄，并且其驅(qū)動模塊直接采用集成電路，通常設(shè)計到液晶LCD1602的后方，然后對外輸出控制引腳，電源引腳以及指令引腳，然后單片機對其控制，就能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示。本設(shè)計中，其電路如圖3-9所示。圖3-9液晶顯示電路設(shè)計在本系統(tǒng)中液晶LCD1602與STC89C52單片機的P0IO進行連接，完成數(shù)據(jù)的通信，RS，RW，EN與單片機的P2IO進行連接，從而完成數(shù)據(jù)的通信，進而控制數(shù)據(jù)顯示。3.5檔位控制電路設(shè)計在本設(shè)計中，系統(tǒng)一共設(shè)計了三個速度檔位，包括低速、中速和高速，通過按鍵來實現(xiàn)對各個檔位的控制，從而達(dá)到電動自行車能夠在不同的速度擋位進行速度檢測，和報警其電路圖如圖3-10所示。圖3-10檔位控制電路設(shè)計當(dāng)S1按鍵的時候，單片機的P2.2被拉低，LED2亮起，系統(tǒng)為低速模式，當(dāng)S1和S2同時按下的時候，系統(tǒng)為中速模式，LED2和LED3同時亮起，當(dāng)S1，S2和S3同時按下的時候，系統(tǒng)為高速模式。在不同的模式下，對于速度上限的設(shè)定也是不同的。3.6參數(shù)設(shè)置電路設(shè)計在本次設(shè)計中，需要對時間參數(shù)進行調(diào)試，同時可以查看設(shè)置的速度上限。對于參數(shù)的設(shè)置，本設(shè)計中，采用的是獨立按鍵。根據(jù)常用的按鍵型號，在按鍵的選擇上我們使用普通機械按鍵，這種按鍵電路設(shè)計是較為簡單的，一般是采用直接的獨立按鍵來進行設(shè)置的。直接與單片機的P3.4/P3.5/P3.6/P3.7引腳相連，當(dāng)單片機按下或彈起時，單片機通過讀取IO口的高低電平狀態(tài)來判斷按鍵的狀態(tài)，然后執(zhí)行相應(yīng)的按鍵執(zhí)行程序。按鍵設(shè)置的電路如圖3-11所示。圖3-11參數(shù)設(shè)置電路設(shè)計3.7報警電路設(shè)計在設(shè)計中，當(dāng)電動車的運行速度超過在該檔位下的上限時，蜂鳴器會發(fā)出滴滴的聲音，以此來提示用戶注意安全，開始運行，于此同時，與蜂鳴器還并聯(lián)一個LED指示燈，進行同步提示閃爍。設(shè)計電路原理圖如下圖3-12所示，由于單片機引腳的帶載能力較弱，直接連接蜂鳴器的話無法提供足夠的電流，會導(dǎo)致蜂鳴器無法發(fā)出滴滴的聲音，所以我們設(shè)計一種三極管驅(qū)動電路，通過單片機P1.6引腳來控制三極管的導(dǎo)通與關(guān)閉，蜂鳴器電路設(shè)計原理圖如下圖3-12所示。圖3-12報警電路設(shè)計3.8掉電存儲電路設(shè)計在設(shè)計中，對于用戶設(shè)置的參數(shù)，單片機將其寫入掉電存儲模塊，這樣，當(dāng)單片機掉電之后，再次運行的時候，參數(shù)不再變化，對于參數(shù)的保存，是通過ATC24C02來實現(xiàn)的。其電路設(shè)計如圖3-13所示。圖3-13掉電存儲電路設(shè)計3.9整機電路圖在前面的章節(jié)中，分別進行了單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計，測速電路設(shè)計，液晶顯示電路設(shè)計，檔位控制電路設(shè)計，以及報警電路設(shè)計，按鍵電路設(shè)計，掉電存儲電路設(shè)計之后，最終，利用AltiumDesigner設(shè)計出了整機原理圖，如圖3-14所示。圖3-14整機電路設(shè)計

4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1開發(fā)環(huán)境Keil基于單片機的電動車安全行駛系統(tǒng)在進行程序開發(fā)的時候，采用的是Keil4編程軟件。Keil是一款兼容C語言進行程序開發(fā)的軟件，它能夠提供C語言編譯器，鏈接器以及庫文件的鏈接，同時還能夠提供系統(tǒng)的仿真設(shè)計。它支持在window環(huán)境下進行程序的開發(fā)。本設(shè)計中，采用的Keil4是Keil的第四代軟件，該軟件相較于前幾代，其開發(fā)環(huán)境大大改善，能夠更有效的進行程序開發(fā)。它不僅僅是集成了編譯環(huán)境，還集成了項目管理器。本設(shè)計中，采用的是Keilfor51，是一款Keil專門為51系統(tǒng)系列單片機程序開發(fā)的工具。在本設(shè)計中，對于程序的編寫，使用的是Keil，這是Keil是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)C語言的語法來開發(fā)，與匯編相比，C語言易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項目開發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。通過使用Keil的工程管理功能，系統(tǒng)對本設(shè)計進行工程的建立，然后一步一步完成程序開發(fā)與調(diào)試。在進行調(diào)試的過程中，還有錯誤提示，警告提醒等功能，方便進行調(diào)試使用。開發(fā)界面如圖4-1所示。圖4-1Keil開發(fā)界面通過使用Keil進行程序的設(shè)計，如果有錯誤，則進行修改，然后生成最終的hex文件，利用ISP下載到實體的單片機中，完成整個的設(shè)計。ISP的界面如圖4-2所示。圖4-2ISP程序下載界面在進行程序下載的時候，首先選擇合適的單片機信號，然后選擇對應(yīng)的串口號，設(shè)定波特率，然后就可以實現(xiàn)對程序的下載。4.2系統(tǒng)主程序設(shè)計在系統(tǒng)進行了整機的電路設(shè)計之后，利用Keil進行了系統(tǒng)程序的開發(fā)，在開發(fā)的過程中，首先是根據(jù)原理圖中的設(shè)置，對系統(tǒng)使用的不同的模塊的IO進行分配，然后書寫程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體功能。系統(tǒng)上電之后，用戶通過按鍵來實現(xiàn)對檔位的設(shè)定，設(shè)定好之后，啟動電動車，霍爾進行測速，同時利用液晶LCD1602進行顯示，并進行速度的判斷，如果超過上限，則進行報警。其主流程圖如圖4-3所示。圖4-3系統(tǒng)主程序設(shè)計其對應(yīng)的系統(tǒng)主程序如圖4-4所示。

圖4-4系統(tǒng)主程序圖4.3測速程序設(shè)計在本設(shè)計中，利用霍爾來進行測速，首先是上電之后，用戶可以通過檔位設(shè)置一個速度的上限，然后電動車開始運行的時候，會實時的進行速度的比較，如果超過了設(shè)定的速度則會報警。其軟件的流程圖如圖4-5所示。圖4-5測速程序流程圖通過霍爾傳感器測速程序如圖4-6所示圖4-6測速程序圖

4.4液晶顯示程序設(shè)計本系統(tǒng)中，采用液晶LCD1602進行當(dāng)前速度的顯示，里程顯示，時間，速度上限的顯示。單片機對其操作時，首先進行初始化，然后發(fā)送指令，確定要在那個位置進行顯示，然后發(fā)送信息，顯示數(shù)據(jù)，完成最后的顯示，其程序流程圖如圖4-7所示。圖4-7液晶顯示程序流程其對應(yīng)的液晶顯示程序如下圖4-8所示圖圖圖4-8液晶顯示程序

5系統(tǒng)制作與調(diào)試5.1實物制作通過Keil進行程序的編寫，在沒有錯誤之后，編譯成功。然后對實物進行了焊接。在實物設(shè)計環(huán)節(jié)，在實驗室中，按照原理圖中的元器件電氣連接關(guān)系，進行了焊接。焊接后的實物圖如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)實物設(shè)計在進行焊接的時候，首先是通過原理圖的設(shè)計購買元器件，然后核對好型號之后，進行整體的布局，然后利用萬用板，一個一個元器件進行焊接，如果在焊接的過程中，發(fā)現(xiàn)有不合理的地方，則需要及時的進行修改。在焊接完成之后，要進行短路和斷路的測試，測試一下，是否有焊接不良的地方，因為如果焊接不良，小車在運行的過程中，容易出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法運行。5.2最小系統(tǒng)調(diào)試在本設(shè)計中，使用STC89C52。首先需要對其最小系統(tǒng)進行搭建和進行調(diào)試。確定最小系統(tǒng)的功能是否完善，因為最小系統(tǒng)的穩(wěn)定，關(guān)系到整個設(shè)計的穩(wěn)定度。最小系統(tǒng)的調(diào)試如圖5-2所示。圖5-2單片機最小系統(tǒng)5.3檔位調(diào)試用戶可以通過按下的按鍵進行檔位的設(shè)定，通知，通過LED燈來進行指示。如圖5-3、5-4、5-5所示。圖5-3低速檔位圖5-4中速檔位圖5-5高速檔位5.4測速調(diào)試本設(shè)計中，為了盡可能的來模擬實際的運行效果，利用一個電機帶動電磁鐵，然后利用霍爾來進行測速，測試之后，液晶進行顯示。如圖5-6所示。圖5-6測速調(diào)試5.5液晶調(diào)試本設(shè)計中采用LCD1602顯示當(dāng)前速度、里程和時間。如圖5-7所示。圖5-7液晶調(diào)試

5.5報警調(diào)試當(dāng)單片機檢測到的速度超過檔位控制的上限之后，系統(tǒng)會進行蜂鳴器的報警，如圖5-8所示。圖5-8報警調(diào)試5.6整機調(diào)試最終，在分別進行了實物的焊接，短路，斷路的檢查，元器件的核對之后，將程序下載到了單片機進行了調(diào)試，首先是調(diào)試了單片機最小系統(tǒng)，測速模塊，液晶顯示模塊，檔位控制模塊，最終，實現(xiàn)了整個的系統(tǒng)，完成了調(diào)試，系統(tǒng)實現(xiàn)了任務(wù)書中的要求。其調(diào)試圖如圖5-9所示。圖5-9整機調(diào)試

6.總結(jié)與展望設(shè)計是理論知識的實踐，在實踐過程中遇到了或大或小的問題，在解決問題的過程中就是對知識的理解。在整個設(shè)計的過程中潘老師對我做出了巨大幫助。本文通過對電源電路、單片機電路，測速電路，液晶顯示電路，檔位控制電路，報警電路的設(shè)計，完成了系統(tǒng)的整機設(shè)計，然后利用直流電機模擬電動車的運行，實現(xiàn)了實物設(shè)計，最后，利用Keil進行軟件編程，實現(xiàn)了基于單片機的電動車安全行駛系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書中設(shè)定的所有功