基于STC單片機(jī)的多功能報(bào)警器的設(shè)計(jì)

董福香

摘要 伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速進(jìn)步，我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們的平均生活水平也隨之明顯提高，而汽車也演變成了日常出行的重要交通工具。而汽車的行駛速度與行車安全、運(yùn)輸效率密切相關(guān)，就相關(guān)資料顯示，在發(fā)生重大交通事故的時(shí)候，大約有2/5是因?yàn)轳{駛員超速行駛所導(dǎo)致的。據(jù)此，本文為了確保行車安全做了一項(xiàng)設(shè)計(jì)，基于駕駛員自身的安全，進(jìn)行檢測(cè)車輛超速的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。報(bào)警系統(tǒng)允許駕駛員通過(guò)自帶按鍵設(shè)置車輛的安全行駛最高速。在車輛行駛過(guò)程中，報(bào)警系統(tǒng)利用速度傳感器對(duì)車輛的行駛速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并根據(jù)所設(shè)置的安全參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，一旦發(fā)現(xiàn)車輛超出安全參數(shù)，蜂鳴器即可便開(kāi)始報(bào)警，警告燈也一直處于閃爍狀態(tài)，直到駕駛員減速，以此從根本上確保行車安全。此外，本設(shè)計(jì)在超速報(bào)警的功能上還增加了其它功能，比如溫度顯示、時(shí)間顯示、鬧鐘等功能。

【關(guān)鍵詞】STC單片機(jī) 傳感器 超速報(bào)警

1 前言

在汽車工業(yè)和高速公路建設(shè)不斷優(yōu)化發(fā)展的進(jìn)程中，由于交通事故所造成的人員傷亡數(shù)量并未有所緩解，還在很大程度上導(dǎo)致了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。就統(tǒng)計(jì)顯示，導(dǎo)致交通事故的原因主要是車輛超載與超速行駛，其中超速行駛存在較大的隨機(jī)性，控制難度較大，再加上我國(guó)地質(zhì)復(fù)雜，公路條件繁瑣，各種等級(jí)公路所允許的最高速存在一定差異，既有限速裝置根本無(wú)法適應(yīng)目前這種現(xiàn)狀。因此，開(kāi)發(fā)具備智能決策模塊的汽車行駛速度報(bào)警控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。

2 工作原理

為了保障行車安全，基于駕駛員自身安全，設(shè)計(jì)了可以對(duì)車輛行駛速度進(jìn)行檢測(cè)的報(bào)警系統(tǒng)。此報(bào)警系統(tǒng)允許駕駛員利用自帶按鍵，進(jìn)行車輛安全行駛的最高速度進(jìn)行合理設(shè)置，在車輛行駛過(guò)程中，報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)傳感器，對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的行車速度進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，并和駕駛員設(shè)置的安全參數(shù)做對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)車輛速度超出安全參數(shù)最高值的時(shí)候，蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警，警告燈開(kāi)始閃爍，以此警示駕駛員，適當(dāng)降低行駛速度，確保行車足夠安全。同時(shí)，本設(shè)計(jì)中還可以實(shí)時(shí)顯示時(shí)間以及顯示當(dāng)前車內(nèi)的溫度。

2.1 電路框圖

如圖1所示。

2.2 各模塊電路原理

2.2.1 報(bào)警原理

當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)設(shè)值或電路工作異常時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出IKHz訊響，同時(shí)LED2紅色燈亮。

2.2.2 顯示原理

顯示部分采用6個(gè)1位共陰紅色數(shù)碼管，位驅(qū)動(dòng)采用NPN型三極管驅(qū)動(dòng)，占用P2.2-P2.7端口，采用動(dòng)態(tài)掃描方式。段碼為DO-D7，占用PO的8個(gè)端口，端口配置為推挽輸出，所以無(wú)需上拉電阻，數(shù)碼管各端口配有限流電阻。

2.2.3 按鍵原理

按鍵K1-K4采用獨(dú)立按鍵的方式，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的相應(yīng)的端口由高電平變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)得到鍵值進(jìn)入相應(yīng)的程序處理。

2.2.4 訊響電路原理

所謂訊響電路主要包含兩大組成部分，即源蜂鳴器與PNP型三極管。訊響電路的工作原理是在PNP型三極管導(dǎo)通之后，源蜂鳴器及時(shí)發(fā)出定頻聲音。而驅(qū)動(dòng)主要利用獨(dú)立端口驅(qū)動(dòng)的方式，占據(jù)P3.6端口。

2.2.5 測(cè)溫原理

DS18820與單片機(jī)通信進(jìn)行數(shù)字測(cè)溫，R3是上拉電阻，不接電路不能工作。

2.2.6 實(shí)時(shí)時(shí)鐘原理

DS1302芯片產(chǎn)生精確的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，然后把數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 顯示電路的設(shè)計(jì)

顯示電路由NPN型三極管和六個(gè)共陰極數(shù)碼管共同完成。每個(gè)NPN型三極管可驅(qū)動(dòng)一個(gè)共陰極數(shù)碼管。DIG7-DIGO：八位數(shù)值驅(qū)動(dòng)線。輸出位選信號(hào)從LED的公共陰極中吸收電流，以及顯示器共陰極電流的位驅(qū)動(dòng)線，最大值幾乎可以高達(dá)500mA，而處于關(guān)閉狀態(tài)的時(shí)候，輸出+VCC。如圖2所示。

3.2 按鍵電路的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的按鍵電路由四個(gè)開(kāi)關(guān)加上拉電阻構(gòu)成，并且與LED報(bào)警指示二極管相連接。四個(gè)開(kāi)關(guān)則分別對(duì)應(yīng)著K1功能鍵、K2選擇鍵、K3數(shù)值減、K4數(shù)值加等功能，以操作開(kāi)關(guān)的方式，設(shè)定速度的上限，而且還具備增加或減小速度的按鍵，便于以駕駛員的實(shí)時(shí)實(shí)地需求為依據(jù)，變更速度，以此實(shí)現(xiàn)報(bào)警目的，同時(shí)操作的靈活性也十分突出。

每按一次Kl鍵，可在下面幾個(gè)功能模式中連續(xù)循環(huán)轉(zhuǎn)換-a：時(shí)鐘及調(diào)整模式（數(shù)碼管不顯示a），b：測(cè)量溫度模式，C：測(cè)量電源電壓模式，d：報(bào)警模式。注意：長(zhǎng)按按鍵可以快速連續(xù)調(diào)整。如圖3所示。

3.3 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

報(bào)警模塊所負(fù)責(zé)的主要部分是聲音報(bào)警，電路都相對(duì)簡(jiǎn)捷，聲音報(bào)警主要是由單片機(jī)引腳與拉電阻相連接，以及晶體管、蜂鳴器所構(gòu)成的。如圖4所示。

3.4 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間基準(zhǔn)與其工作速度密切相關(guān)。時(shí)鐘電路就是所謂的振蕩電路，為單片機(jī)提供正弦波信號(hào)，以此作為時(shí)間基準(zhǔn)，從而對(duì)單片機(jī)的執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)速度起著決定性作用。本文用的是DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。

原理：DS1302芯片產(chǎn)生精確的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，然后把數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，R4、R5、R6是3個(gè)上拉電阻。上電后即顯示時(shí)分秒。按K2鍵“時(shí)”閃爍，此時(shí)按K3鍵閃爍的小時(shí)數(shù)字減1;按K4鍵閃爍的小時(shí)數(shù)字加1。再按K2鍵”分“閃爍，再按K2鍵“秒”閃爍，“分”“秒”的調(diào)整與上相同，再按K2鍵數(shù)碼管不閃爍，退出調(diào)整狀態(tài)。

鬧鈴模式：當(dāng)時(shí)鐘的時(shí)和分和設(shè)定值一致時(shí)，鬧鈴響。如圖5所示。

3.5 測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)

測(cè)溫原理：DS18820與單片機(jī)通信進(jìn)行數(shù)字測(cè)溫，R3是上拉電阻，不接電路不能工作。按K1進(jìn)入測(cè)溫模式，數(shù)碼管首位顯示c，后四位顯示當(dāng)前溫度，顯示格式為xx.xx。如圖6所示。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)流程圖

汽車超速報(bào)警器的設(shè)計(jì)流程如圖7所示。軟件編程利用C語(yǔ)言，單片機(jī)的T1為定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間是Is。TO定時(shí)時(shí)間設(shè)置成50ms，到了時(shí)間，溢出便及時(shí)停止。在停止服務(wù)程序的時(shí)候，中斷次數(shù)寄存器添加l，重復(fù)定時(shí)中斷20次，時(shí)間是Is。時(shí)間一到，及時(shí)獲取定時(shí)器T1輸入的脈沖數(shù)，即實(shí)時(shí)行車速度的頻率。對(duì)比分析頻率與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定閡值，以此對(duì)行車速度是否超速進(jìn)行判斷。

主程序具備硬件初始化、子程序調(diào)用、報(bào)警等相關(guān)功能。數(shù)據(jù)處理子程序主要是對(duì)行駛速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，就是對(duì)車輛時(shí)速進(jìn)行計(jì)算，以此為報(bào)警子程序提供參數(shù)依據(jù)。按鍵終端子程序功能是輸入正確的、合法的參數(shù)信息。報(bào)警子程序則在超速行駛時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)。顯示子程序設(shè)計(jì)主要利用數(shù)字化，將駕駛員設(shè)置的最高速度和車輛實(shí)際速度顯示出來(lái)，通過(guò)NPN型三極管促使LED實(shí)時(shí)展示。

4.2 主程序

系統(tǒng)的組成單元非常繁雜，為了方便更改，應(yīng)采取模塊化分層管理模式。在主程序中，主要包括單片機(jī)初始化、顯示測(cè)量速度、地址傳入模塊、顯示設(shè)定速度、報(bào)警等部分。如圖8所示。

測(cè)速程序：

//Dis Speed0;

LED2-1;

LED3-I;

if（Key Val--Ox30）//key34set

{

if（++Set times>-3）

{Set times=0;

）

）

else if（Key Val--OxlO）//key3-

{

if（Set times--l）

{if（--speed Max--O）speed Max-1 27;}

else if（Set times--2）

{if（--speed Min--O）speed Min-80;}

）

else if（Key Val--Ox20）//key4+

{

if（Set times-l）

{if（++speed Max--12 8）speed Max-81;）

Else if（Set times--2）

{if（++speed Min-80）speed Min-0;）

）

）

報(bào)警程序：

main0

{

TimerOlnit0;

POMO-Oxff;

PO-Ox00;

PIMI-Oxl0;

P3MO-Ox40; //P3 6輸出

P3-Ox3f;

ITO-1：

EXO-I;//enableINTOinterrupt

EA-1：

while（l）

{

if（flag2ms）

{ flag2ms-O;count2ms-O;Key3Process STCO;）

Beep Di0;

DisplayLed20;

}

參考文獻(xiàn)

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