基于单片机的驾校教练车速度控制毕业论文设计.doc
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1、河南城建学院本科毕业设计(论文) 摘 要21世纪掀起了一阵学车的热潮。然而对于驾校的初学者,车速往往是最不好把握的,超速现象时有发生,对他人和自己都造成严重安全隐患。本设计的目的就是为了解决这一问题。本设计车速信号采集部分采用的是霍尔速度传感器。在控制方面,。本论文主要描述了硬件设计部分和软件设计部分,硬件部分更是详细分析了系统框图、车速信号采集、控制系统、时钟显示系统、密码存储系统、按键系统、串口模块以及继电器模块的各个部分的电路原理,以及各个模块之间的线路连接。软件部分列出了主要部分的程序。该设计是一个简单实用的多功能教练车速度控制装置,具有成本低,可靠性高,扩展功能强等优点。关键词:霍尔
2、速度传感器,STC89C54,电动推杆 Abstract21th century has witnessed a fever for driving learning. However, as a fellow learner, they always fail to control the speed, causing security risks to both themselves and others. This design could solve this phenomenon well.In this project, we use Hall speed sensor block
3、 in data acquisition section for speed information extraction. In control section, we choose STC89C54 as core, with 24C02, LCD1602, DS12C887, key block, serial interface module, RM and electric pusher, so that speed calculation, speed limitation, lock of speed limit, clock and calendar display can b
4、e realized. In this paper, we described hardware section and software section, and in hardware section we described system diagram, data acquisition section, control system, clock system, password storage system, key array, serial interface module and RM in details, and their combination. In softwar
5、e, main parts of the program are listed. The product is a multifunction velometer used in coach car, with advantages of low cost, high reliability and strong expanded functions, etc.Keywords: Hall speed sensor, STC89C54, Electric pusherII目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1设计多功能教练车速度控制装置的意义11.2本选题在国内外的研究现状和发展趋势
6、11.3主要任务和目标21.3.1主要任务21.3.2主要目标22系统设计方案总则32.1系统概述32.2 系统框图以及具体功能33系统硬件设计53.1单片机控制部分53.1.1 STC89C54单片机简介53.1.2 单片机最小系统73.2车速信号采集部分硬件93.2.1方案选择及设计思想93.2.2工作原理103.2.3 接口设计113.3时钟显示系统113.3.1 DS12C887简介113.3.2 DS12C887部分硬件设计133.4密码存储系统143.4.1 24C02芯片简介143.4.2 硬件设计153.5 显示电路153.5.1 LCD1602简介163.5.2 硬件设计16
7、3.6 按键模块173.7 串口模块硬件173.7.1 MAX232芯片简介183.7.2 接口设计193.8 继电器模块硬件193.9 蜂鸣器硬件203.10 指示灯模块硬件213.11 电动推杆简介214系统软件设计234.1 初始化程序244.2 主程序254.3 定时器2部分程序295 系统调试315.1 硬件调试315.2 软件调试315.3 综合调试316 设计结果34总 结39参考文献41致 谢42附录 该系统硬件PCB电路图43IV1绪论1.1设计多功能教练车速度控制装置的意义交通作为人类社会经济建设的支柱产业,受到了各国政府的很大重视,因此,交通运输在全球各个国家都得到了长足
8、发展1.2本选题在国内外的研究现状和发展趋势各国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。国内方面,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。1.3主要任务和目标1.3.1主要任务基于单片机原理设计一款教练车速度控制装置,使得该速度控制仪能够检测出车辆超速且能够提醒驾驶员和自动使车辆降速。1.3.2主要目标
9、2系统设计方案总则2.1系统概述基于单片机的教练车速度控制装置是一个具有数字显示功能的单片机系统,2.2 系统框图以及具体功能该系统的整体框图如图2.1所示。DS12C887芯片主控电路STC89C54显示电路测速传感器模块串口模块按键部分24C02存储芯片继电器与电动推杆车上轴承齿轮图2.1 系统框图整个速度控制装置要实现的主要功能如下: 测速功能: 控速功能: 密码设置与修改功能:3系统硬件设计该系统的硬件设计分为单片机控制部分、车速信号采集部分、时钟显示系统、密码存储系统、按键系统、串口模块、继电器模块以及其他部分。该系统的硬件部分在Protel DXP2004中设计完成。3.1单片机控
10、制部分3.1.1 STC89C54单片机简介控制部分采用STC89C54单片机,如图3.1所示。STC89C54单片机的管脚图如图3.1所示。各管脚功能如下:VCC: 供电电压。GND:接地。PO口:PO口为一个8位漏极开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门流。PO能够用于外部程序数据存储器,他可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时,PO作为原码输入口,当FLASH进行校验时,PO输出原码,此时PO外部必须被拉高。图3.1 STC89C54单片机管脚图P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的八位双向I/O口,P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管教写入1时,被内部上拉为高,可
11、用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接受。3.1.2 单片机最小系统若想使STC89C54单片机正常工作,必须建立一个单片机最小系统。该最小系统分为单片机电路、复位电路、晶振电路和电源等组成。 单片机电路单片机电路如图3.2所示。图3.2 单片机电路由于单片机的P0口需要外接上拉电阻,因此图中的p1排口是用来插上拉电阻的,由于系统的很多功能需要外接杜邦线与单片机相连,因此添加两排排针,用于外接。该单片机的管脚分配如下:1)时钟芯片部分分配对于时钟芯片DS12C887部分,与单片机相连,使用的是单片机P0口作为数
12、据输入输出口,P2.0与DS12C887的cs管脚相连,P2.1与DS12C887的as管脚相连,P2.2与DS12C887的rw管脚相连,P2.3与DS12C887的ds管脚相连。图3.3 复位电路图3.4 晶振电路3.2车速信号采集部分硬件3.2.1方案选择及设计思想汽车的车速信号主要是由车速传感器得到的。对于车速传感器,在查阅资料的时候,我们重点查阅了三个方案的资料。方案一:方案二:方案三:变磁阻式传感器的输出信号幅值随转速的变化而变化,若车速过慢,其输出信号低于1v,电控单元就无法检测。而且此种传感器响应频率不高,当转速过高时,传感器的频率响应跟不上。目前,国内外ABS系统的控制速度范
13、围一般为15km/h160km/h,今后要求控制速度范围扩大到8km/h260km/h以至更大,显然变磁阻式传感器很难适应。光电测速传感器受外界光源以及油污、尘土等脏物影响很大,不适合运动性物体的测速,而且测速发电机体积重量较大,不便于小车上安装。集成化霍尔开关传感器具有灵敏可靠、体积小巧、无触点、无磨损、使用寿命长、功耗低以及不怕尘土、油污、湿热等优点,综合小车运动环境和重量轻的要求,我们使用了霍尔传感器来进行速度检测。3.2.2工作原理霍尔电流传感器,通常来讲分两种,一种是直放式电流传感器,另一种是磁平衡式电流传感器。 图3.5 汽车专用齿轮测速速度开关该模块与轴承上的齿轮安装在一起。3.
14、2.3 接口设计该传感器模块的OUT口与单片机的P3.4口相连,利用单片机的定时器/计数器0的计数模式来对齿轮测速速度开关的脉冲次数进行计数。3.3时钟显示系统该系统的时钟显示部分采用的是以DS12C887为核心的电路。3.3.1 DS12C887简介该时钟芯片属于高精度时钟芯片(三年的误差不超过1s),功能强大,且内置晶振和锂电池,掉电后可继续工作三年。由于DS12C887能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息,其内部又增加了世纪寄存器,从而利用硬件电路解决子“千年”问题; DS12C887中自带有锂电池,外部掉电时,其内部时间信息还能够保持10年之久;对于一天内的时间记录,有1
15、2小时制和24小时制两种模式。在12小时制模式中,用AM和PM区分上午和下午;时间的表示方法也有两种,一种用二进制数表示,一种是用BCD码表示;DS12C887中带有128字节 RAM,其中有11字节RAM用来存储时间信息,4字节RAM用来存储DS12C887的控制信息,称为控制寄存器,113字节通用RAM使用户使用;此外用户还可对DS12C887进行编程以实现多种方波输出,并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。 DS12C887的芯片的封装和管脚图如图3.6所示。图3.6 DS12C887封装与管脚图各管脚的具体功能如下:3.3.2 DS12C887部分硬件设计DS12C887部分的硬件设
16、计如图3.7所示。图3.7 DS12C887硬件设计在本设计中,DS12C887芯片只用到了个别的引脚。AD0AD7与单片机P0口相连,用于传递地址和数据,DS管脚在此是读允许输入脚,高电平时有效,与单片机的P2.3口相连。RW为读/写输入端,在此为写允许输入脚,与单片机的P2.2口相连。AS为地址选通输入脚,在进行读写操作时,AS 的上升沿将 AD0AD7 上出现的地址信息锁存到DS12C887上,而下一个下降沿清除AD0AD7上的地址信息,AS与单片机的P2.1口相连。CS为片选输入,与P2.0口相连。3.4密码存储系统密码存储系统用于存储速度上限修改系统的密码,该部分的硬件是以24C02
17、芯片为核心的电路。3.4.1 24C02芯片简介AT24C02是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM,它是内含2568位存储空间,具有工作电压宽(2.55.5v)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于10ms)等特点。该芯片的引脚如图3.8所示。图3.8 24C02引脚各管脚的功能如下:3.4.2 硬件设计24C02与单片机的相连部分硬件设计如图3.9所示。图3.9 24C02与单片机相连我们利用单片机的P3.5与SCL口相连,利用P3.3与SDA相连。利用软件实现I2C总线协议。其中A0、A1和A2部分连接在一起,与VCC相连。而在本设计中我们用不到WP接口,因此该
18、接口悬空即可。3.5 显示电路该系统中的显示电路是由LCD1602液晶为核心的电路。3.5.1 LCD1602简介LCD1602的实物和管脚图如图3.10所示。图3.10 LCD1602液晶与管脚图工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符(16列2行)。1602液晶也叫1602字符型液晶,它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符,每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用,LCD1602是指显示的内容为16X2, 即可以显示两行,每行16个字符液晶模块(显示字符
19、和数字)。各个管脚的功能如下:3.5.2 硬件设计LCD1602部分的硬件电路如图3.11所示。其中DB0到DB7与单片机的P0口相连,起到数据传递的作用。RS端与P2.4相连,RW端与P2.5相连,而使能端E与P2.6相连。而V0口与滑动变阻器相连接,可通过调整滑动变阻器阻值的大小来改变该液晶屏幕的亮度。输入电压越大,显图3.11 显示部分硬件设计示对比度越高,反之越低。对于此电阻,选择10K最合适,电阻太大时调整起来不方便,太小调整效果不明显。3.6 按键模块按键模块起到控制作用,按键模块设计如图3.12所示。图3.12 按键模块3.7 串口模块硬件串行接口Serial Interface
20、是指数据一位一位地顺序传送,其特点是通信线路简单,MCS-51单片机内部有一个可编程的双向全双工串行通信接口,简称串口; 在该设计中,串口的主要作用是传递速度数据和当忘记原始密码时对机器进行密码修改。本设计中使用的是串口模块,该模块的作用就是改变单片机串口管脚的电平,使串口能够正常工作。该模块中最主要的芯片就是MAX232。3.7.1 MAX232芯片简介MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。MAX232是一种把电脑的串行口rs232信号电平(-10 ,+10v)转换为单片机所用到的TTL信号点平(0 ,+5)的芯片,MAX2
21、32芯片的管脚图如图3.13所示。图3.13 MAX232管脚图第一部分是电荷泵电路。 3.7.2 接口设计该串口模块如图3.14所示。图3.14 串口模块该模块共有4个管脚,分别是VCC、GND、TxD和RxD。VCC与GND是电源,而另两个管脚与单片机的串口管脚P3.0口和P3.1口相连。3.8 继电器模块硬件继电器是一种电控制器件,是当输入量(激励量)的变化达到规定要求时,在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。图3.15 继电器工作原理本设计中用继电器模块来控制电动推杆伸缩。利用单片机输出控制信号(低压)来控制继电器的闭合,进而控制电动推杆(高压)。在本系统中使用的继电器
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