汽車(chē)超速警報(bào)器設(shè)計(jì)

王強(qiáng)，于士軍

（德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院，山東 德州 253023）

汽車(chē)超速警報(bào)器設(shè)計(jì)

王強(qiáng)，于士軍

（德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院，山東 德州 253023）

∶隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平也大大的提高，使得私家車(chē)也走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，成為了主要的交通工具。這也使得超速現(xiàn)象頻頻出現(xiàn)，汽車(chē)的行駛速度國(guó)語(yǔ)快的時(shí)候，這就會(huì)使汽車(chē)的安全性能極大地降低，這時(shí)候，如果出現(xiàn)危急情況，往往會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的交通事故?；谶@種情況，設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)超速報(bào)警器。這種超速傳感器系統(tǒng)通過(guò)無(wú)時(shí)無(wú)刻不監(jiān)視著汽車(chē)的行駛速度，如果行駛速度超過(guò)設(shè)置的數(shù)值的時(shí)候，報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警，警告燈開(kāi)始變亮，警告駕駛員已經(jīng)超速，及時(shí)減速，達(dá)到防患于未然的目的[1]。

∶車(chē)輛速度傳感器；頻率/電壓轉(zhuǎn)換器；閾值速度選擇器開(kāi)關(guān)；直流電源

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.09.038

CLC NO.: U471Document Code: AArticle ID: 1671-7988 (2016)09-100-03

引言

“十次事故九次快”，駕駛機(jī)動(dòng)車(chē)超速行駛的交通違法行為是引發(fā)道路交通事故的主要原因之一。[2]

2015年某周超速統(tǒng)計(jì)（圖1）

2015年上半年全國(guó)道路交通事故情況，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)共發(fā)生道路交通事故99282 起，造成 27270 人死亡、116982 人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失 4.1 億元。發(fā)生交通事故中的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失巨大。全國(guó)輕微處理的道路交通事故1694153 起，同比上升 31.7%。更讓人吃驚的是超速超載所導(dǎo)致的交通事故占有比較大的比例。目前 , 國(guó)內(nèi)大部分汽車(chē)還沒(méi)有安裝超速報(bào)警器, 我們?cè)O(shè)計(jì)的這款報(bào)警器比市場(chǎng)內(nèi)超速電子狗安全，方便，經(jīng)濟(jì)，鑒于超速情況的嚴(yán)重性，有必要設(shè)計(jì)一款滿(mǎn)足未來(lái)汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)的超速報(bào)警器[3]。

圖1　2015年某周超速統(tǒng)計(jì)

1、汽車(chē)超速報(bào)警系統(tǒng)工作原理

汽車(chē)超速報(bào)警系統(tǒng)主要由車(chē)速傳感器 、頻率 /電壓轉(zhuǎn)換器 、報(bào)警信號(hào)發(fā)生電路 、蜂鳴器 、超速閥值選擇開(kāi)關(guān)和直流穩(wěn)壓電源等組成。一旦汽車(chē)行駛速度等于或者超過(guò)最高行駛速度時(shí)，頻率/電壓轉(zhuǎn)換器就會(huì)有6V恒定的電壓輸出，這個(gè)電壓就會(huì)使報(bào)警信號(hào)開(kāi)始電路工作，從而使報(bào)警器發(fā)出信號(hào)報(bào)警;如果行駛速度正常沒(méi)有超過(guò)報(bào)警速度時(shí)，頻率/電壓就沒(méi)有電壓輸出，報(bào)警信號(hào)就不會(huì)工作，報(bào)警器就停止發(fā)出報(bào)警聲。

圖2　報(bào)警器電路

2、汽車(chē)超速報(bào)警系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

這種超速報(bào)警系統(tǒng)主要由8051 單片機(jī)主控模塊、傳感器模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊這四大模塊組成。負(fù)責(zé)完成外圍硬件的控制以及一些運(yùn)算功能的是8051；傳感器主要完成信號(hào)的采樣功能；聲音報(bào)警和燈光報(bào)警由報(bào)警模塊負(fù)責(zé)；顯示模塊顯示字符、數(shù)字等。

2.1單片機(jī)及其選型

首先，簡(jiǎn)單了解一下有關(guān)單片機(jī)的基本知識(shí)。單片機(jī)又可以稱(chēng)為單片微控器，它不是某一個(gè)邏輯思維的芯片，而是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。它實(shí)現(xiàn)了把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。單片機(jī)有很多種分類(lèi)：MDT20XX系列單片機(jī)，EPSON單片機(jī)，東芝單片機(jī)，8051單片機(jī)，NS單片機(jī)。它的特點(diǎn)是:體積小、高性能、價(jià)格低、高速度、應(yīng)用廣泛。單片機(jī)在現(xiàn)代被廣泛應(yīng)用于航天工程、家用電器、儀器儀表、醫(yī)用設(shè)備以及各種專(zhuān)用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等許多領(lǐng)域。我們這個(gè)系統(tǒng)的控制核心為 MCS －51系列的8051 單片機(jī)。由于8051的優(yōu)秀的抗干擾性能，這使得它適用于各種二類(lèi)的環(huán)境。系統(tǒng)之所以對(duì)于速度傳感器的計(jì)數(shù)脈沖的快速處理變得簡(jiǎn)單快捷是因?yàn)?051CPU的工作頻率采用6MHz。而速度傳感器、LED顯示器、儲(chǔ)存器等外部器件的連接是由8051的32根I/O口線完成。8051的低電壓、低功耗的工作模式使該系統(tǒng)的供電可以由電池提供。

2.2測(cè)速傳感器

傳感器是一種檢測(cè)裝置，它能很好的感受到被測(cè)量的信息，并且可以將感受到的信息以電信號(hào)或者其他的信號(hào)的形式輸出，從而達(dá)到對(duì)于信息的處理，傳輸，儲(chǔ)存，記錄和控制。

傳感器有許多特點(diǎn)，主要有智能化、數(shù)字化、微型化、系統(tǒng)化等。正是由于傳感器的這些特點(diǎn)才實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制。傳感器的出現(xiàn)與發(fā)展使物體不光有了味覺(jué)嗅覺(jué)等感官，也具有了生命氣息。一般從其基本感知功能出發(fā)可將其分為光敏元件、熱敏元件、力敏元件、氣敏元件、聲敏元件、磁敏元件、放射線敏感元件、味敏元件和色敏元件等。

這種系統(tǒng)采用的是霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器。

圖2 是霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器的內(nèi)部框圖，霍爾開(kāi)關(guān)傳感器有放大器，整形電路，穩(wěn)壓電路，霍爾原件和開(kāi)關(guān)組成。穩(wěn)壓電路的作用是為了讓傳感器在較寬的電源電壓范圍內(nèi)工作，開(kāi)關(guān)輸出的作用是使該電路方便的與各種其他電路相連接。

圖3　霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器

如果霍爾開(kāi)關(guān)集成傳感器受到磁場(chǎng)的作用，霍爾電壓就會(huì)依據(jù)霍爾效應(yīng)原理跟隨磁場(chǎng)的強(qiáng)度變化而變化，磁場(chǎng)越強(qiáng)，電壓越高，同理，磁場(chǎng)越低，壓力越低。通?；魻栯妷褐凳呛苄〉?，大概只有幾個(gè)毫伏，但是由于集成電路中有放大器，具有放大作用，可以使極小的幾毫伏的電壓放大到足以輸出較強(qiáng)的信號(hào)。用機(jī)械的方法來(lái)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)使霍爾集成電路起傳感作用。磁通量具有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，能夠控制磁通量的開(kāi)關(guān)。磁鐵和霍爾集成電路之間有一個(gè)氣隙，當(dāng)葉輪葉片處于這個(gè)位置時(shí)，磁場(chǎng)偏離集成片，繼而霍爾電壓消失，就使傳感器完成了一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作它的工作原理是在車(chē)架車(chē)輪的適當(dāng)位置分別安裝霍爾開(kāi)關(guān)和磁鐵，當(dāng)汽車(chē)在行駛的時(shí)候，由于磁鐵的作用下，霍爾開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)信號(hào)輸入到單片機(jī)的計(jì)數(shù)器 T1 引腳。在8051 的定時(shí)器 0 定時(shí)一段時(shí)間以后，從T1 中提取脈沖個(gè)數(shù)，這樣就能算出汽車(chē)的瞬時(shí)速度。

3、汽車(chē)超速報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

這種報(bào)警器系統(tǒng)軟件主要由主程序、監(jiān)測(cè)汽車(chē)速度子程序、鍵盤(pán)中斷子程序、報(bào)警子程序、顯示子程序等模塊組成。

3.1主程序

主程序主要完成硬件初始化、子程序調(diào)用以及顯示、報(bào)警等功能系統(tǒng)接通電源后進(jìn)行初始化，然后存儲(chǔ)器中提取原有保留的最高報(bào)警車(chē)速。如果想要重新設(shè)置最高報(bào)警車(chē)速就需要按下按鍵調(diào)用鍵盤(pán)中斷子程序若，這是需要?jiǎng)h除原來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新設(shè)置，如果沒(méi)有按鍵設(shè)置，那么最大報(bào)警數(shù)據(jù)仍然是原來(lái)的數(shù)據(jù)。完成數(shù)據(jù)設(shè)定之后，要進(jìn)行速度檢測(cè)。如果行駛車(chē)速小于設(shè)置車(chē)速時(shí)，這時(shí)在 LED 顯示器上就會(huì)顯示安全行駛車(chē)速。當(dāng)行駛速度超過(guò)設(shè)置的車(chē)速時(shí)，在這時(shí)報(bào)警程序起作用，報(bào)警燈閃爍，報(bào)警聲響起，提醒司機(jī)降低行駛車(chē)速。

3.2監(jiān)測(cè)汽車(chē)速度子程序

汽車(chē)速度子程序是在一定時(shí)間內(nèi)根據(jù)傳感器產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)T1計(jì)算出汽車(chē)的瞬時(shí)速度，從而完成數(shù)據(jù)的采集，這為報(bào)警子程序提供了數(shù)據(jù)參考。圖三為數(shù)據(jù)的采集流程圖。

圖5　數(shù)據(jù)采集程序流程圖

設(shè)備接通電源后首先進(jìn)行的的是初始化處理，處理結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集直到數(shù)據(jù)采集完成，完成采集之后接受并進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，把保存數(shù)據(jù)與設(shè)定數(shù)據(jù)兩者進(jìn)行比較確定是否調(diào)用報(bào)警子程序。

4、結(jié)論

這種報(bào)警器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是為了使駕駛員保持自我安全的意識(shí)，盡可能地在最大程度上減少超速而引發(fā)的交通事故。該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了反復(fù)測(cè)試，證明了它是具有可靠性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、硬件簡(jiǎn)單、實(shí)用性好等優(yōu)點(diǎn)，在各種型號(hào)的汽車(chē)上都可以應(yīng)用，從而使得超速問(wèn)題依法的交通事故得到解決。汽車(chē)超速警報(bào)器的功能和未來(lái)前景在當(dāng)今社會(huì)都有很大的作用，在大力提倡經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的前提下，這種超速報(bào)警器最大的特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)實(shí)用，即安即用，拆換方便，沒(méi)有有害氣體，液體等溢出，東西小巧可附加在其他器械上一起使用，適用于廣大的車(chē)型，車(chē)種，原理簡(jiǎn)單可自行維護(hù)，能有效的達(dá)到超速報(bào)警的效果[3]。

[1] 張建成.一種檢測(cè)離子流的方法[J]現(xiàn)代電子技術(shù).2002,9.

[2] 嚴(yán)世勝,周平.一種高性?xún)r(jià)比的汽車(chē)報(bào)警系統(tǒng)[N]廣西大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué).2009,34.

[4] 楊輝,龔偉,劉烈,張朝民.汽車(chē)超速警報(bào)器設(shè)計(jì)[J] 2011,07.

Design of automobile over speed alarm

Wang Qiang, Yu Shijun
(Dezhou University College of Automotive Engineering, Shandong Dezhou 253023)

with the rapid development of China's economy, people's living standards are greatly improved, so that private cars have also entered the family, has become the main means of transport. It also makes speeding phenomenon occurs frequently, vehicle speed fast Mandarin when, this will make the safety performance of the vehicle is greatly reduced. At this time, if an emergency situation occurs, often serious traffic accidents. Based on this situation, the design of a car speeding alarm. The overspeed sensor system by constantly does not monitor the vehicle speed, if the vehicle speed exceeds the set value, the alarm alarm, warning lights began to brighten, warning the driver has been speeding, seasonable decelerate, to nip in the bud.

Vehicles Speed Sens; Frequency / voltage converter; Threshold speed selector switch; DC power supply

∶U471

∶A

∶1671-7988 (2016)09-100-03

王強(qiáng)（1995—），男，就讀德州學(xué)院汽車(chē)工程學(xué)院。