基于光电耦合

1毕业论文2008届光电技术专业08302班级题目汽车超速报警器姓名刘龙军学号200801125指导老师吴文明职称教师2目录第一章1.1汽车超速报警器诞生的背景及意义--------------4第二章2.1汽车超速报警器设计思路----------------------42.2汽车超速报警器的总原理图------------------------5第三章3.1传感器--------------------------------------53.2稳压电源----------------------------------------63.3光电耦合器--------------------------------------73.4.189C51单片机内部结构--------------------------73.4.2管脚说明-------------------------------------83.4.3振荡器特性-----------------------------------93.4.4结构特点-------------------------------------93.4.5单片机最小系统-------------------------------103.5蜂鸣报警单元-----------------------------------10第四章4.1软件设计------------------------------------10参考文献--------------------------------------------103摘要随着我国汽车业的迅猛发展，越来越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为很多人触手可及的事情。然而事情都有两面性，汽车多了，由此引发的道路安全问题就变的日益突出了。特别是在高速公路上长时间高速行驶时，驾驶员长时间操纵加速踏板而得不到活动，容易造成疲劳。在限速路段总会出现超速现象，由此引发的交通事故更是不记其数。我们所介绍的这个设计就是为了解决这一问题而诞生的。我们所介绍的这个设计基于光电耦合器的一个单片机控制的车速报警系统。设计者从驾驶员自身安全角度出发，设计了一种检测车辆超速的报警系统。该报警系统允许驾驶员通过自带键盘设置本车辆安全行驶的最高速度，当车辆处于行驶状态中，该系统通过速度传感器时刻检测机动车辆。当发现车辆超过驾驶员设置的最高值时，蜂鸣器开始报警，提醒驾驶员减速。达到防患于未然的目的。单片机的应用正在逐步走向深入，同时带动传统控制检测日新月益的更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机是做为一个核心部件来使用的。此设计就是利用80C51单片机对机动车超速行驶情况进行蜂鸣和灯光报警的系统。该系统结构简单，可靠性高，操作方便，可广泛用于摩托车，汽车等机动车辆。该设计详细介绍了系统的总体设计方案，给出了界面与80C51借口电路，系统硬件电路及外围设计电路，最后介绍了软件设计方法的程序流程图以及单片机的汇编程序。关键词：光电耦合器，单片机，超速，传感器，报警4第一章1.1汽车超速报警器诞生的背景及意义近年来，随着现代汽车控制技术和高速公路的飞速发展，在世界各国特别是发达国家，无论是运输业还是个人，汽车都已成为长距离运输的重要交通工具。每年由于各种交通事故造成的人员伤亡数目惊人，造成了巨大的经济损失。据统计，造成各种交通事故的主要原因是车辆的超载和超速行驶，在这两个主要原因之中，超速行驶的随机性更大，而且由于中国公路的条件较为复杂，不同等级的公路允许的最高速度不同，现在有的限速装置难以适应这样的情况。针对这种状况，开发具有智能决策模块的汽车速度报警控制系统对自动驾驶显得极为重要。因此，大力研究开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置，减少驾驶员的负担和判断错误，对于提高交通安全起到了重要作用。设计限速路段超速自动提示和报警系统主要是为了防止司机在一些人多车杂的路段超速驾驶。交通事故往往发生在一些人流动大，车多的地方，司机有意无意的超速是引发交通事故的最大因素。装有本系统的汽车能够有无线发射装置的限速路段，防止以下几种原因所造成交通事故。（1）驾驶员由于不知道该路段的最高限制速度，而开车过快所造成的交通事故。（2）驾驶员由于疲劳而无意超速所引起的交通事故。本文设计的限速路段超速自动提示和报警系统与安全气囊等设施相比，更为主动有效，将可能发生的交通事故防患于未然，它与警察用的雷达测速等防止司机超速装置相比，显得使用有效，交警可以在不同路段根据不同情况设定不同的最高限速值，主动有效地限制车速。第二章2.1汽车超速报警器设计思路本文要求设计一个具有数字显示功能的单片机系统，实现车辆当前速度输出，当达到所设定的速度上线时并报警，以保证驾驶人员的人身安全。首先要进行的总体方案设计，在设计中一般应该考虑一下几点：（1）遵循从整体到局部的设计原则。在过程中，应遵循从整体到局部的设计原则，把复杂难处理的问题分为若干个较为简单的﹑容易处理的问题,分别加以解决。（2）经济性要求。为了获得较高的性能价格比，设计时不应盲目追求复杂高级的方案。在满足性能指标的前提下，应尽可能采用简单的方案，因为方案简单意味着所用的元器件少，可靠性高，而且5比较经济。（3）可靠性要求。所谓的可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力。可靠性指针除了可用完成的概率表示外，还可以用平均无故障时间，故障率，失效率或平均寿命等来表示。（4）操作和维护要求。在车速报警系统的硬件和软件设计时，应当考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广和应用。系统的输入与输出方式，操作程序应尽量简单明了，无需专门训练就能熟练掌握其实用方法。2.2汽车超速报警器的总原理图汽车超速报警器的硬件设计将车速传感器产生的车速信号送入光电耦合器触发单元，得到一个与车速信号频率一致的信号，送入单片机记数。记载满后与单片机内部设定值相比较。如果超过了预设值则可判断汽车超速，蜂鸣器报警提示。系统以89C51单片机为核心，由电源降压-稳压单元﹑光电耦合器触发单元﹑调速单元和声光报警单元组成。第三章3.1传感器传感器的定义：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中他们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称为电五官，我们也将传感器的功能与人类五大感觉器6官相比拟：光敏传感器—视觉，声敏传感器—听觉，气敏传感器—嗅觉化学传感器—味觉，压敏﹑温敏﹑流体传感器—触觉根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器（1）物理传感器：应用的是物理效应，例如压电效应，磁致伸缩现象，离化﹑极化﹑热电﹑光电﹑磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。（2）化学传感器：包括那些以化学吸附﹑电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。本设计所采用的是磁感应式传感器，简称感应式传感器，也称电动式传感器。他把被测物理量的变化转变为感应电动势，是一种机电能量变换型传感器，不需要外部供电电源，电路简单，性能稳定，输出阻抗小，又具有一定的频率响应范围，适用于振动﹑转速﹑扭矩等测量。按工作原理的不同，磁电感应式传感器可分为恒定磁通式和变磁通式，即动圈式传感器和磁阻式传感器。本设计采用的是变磁通式传感器，变磁通式又称为磁阻式或变气隙式，常用来测试旋转物体的角速度，线圈和磁铁静止不动，测量齿轮每转过一个齿，传感器磁路磁阻变化一次，线圈产生的感应电动势的变化频率等于测量齿轮1上齿轮的齿数和转速的乘积。根据欲限定的汽车速度，若传感器测得的速度大于限定速度，则车速报警器发出声光报警;反之，车速报警器将执行下一个比较任务。3.2稳压电源稳压电源单元有三端集成稳压器W7805组成（如图2所示）。三端稳压器由启动电路﹑基准电压电路﹑采样比较放大电路﹑调整电路和保护电路等部分组成。电容C用来抵消因输入线过长而产生的电感效应，防止产生自激振荡（连线不长时可以不用），容量一般在0.1―0.33υF。用来消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，即在负载电流变化时不致引起输出端产生较大的波动。当电路的输入端u大于5V时，输出端输出稳定的5V电压。图2电源降压稳压电源73.3光电耦合器光电耦合器是以光为媒介传输信号的一种电能转换成光能，光能转换成电能的转换器件（如图3所示）。光电耦合器，是近几年发展起来的一种半导体光电器件，由于它具有体积小﹑寿命长﹑抗干扰能力强﹑工作温度宽及无触点输入与输出在电气上完全隔离等特点，被广泛地应用在电子技术领域中，它可以代替继电器﹑变压器﹑斩波器等，而用于隔离电路﹑开关电路﹑数模转换﹑逻辑电路﹑过流保护﹑长线传输﹑高压控制及电平匹配等。本设计车速传感器信号位于高电平时，发光源发光并控制受光器导通，则受光器输出端产生与车速传感器频率一致的电压信号。采用光电耦合器传输车速信号的目的是为了隔离车速传感器与单片机的直接联系，消除车速传感器信号对单片机的不利影响。车速传感器产生的是横流低阻抗信号，电压值受到外部负载的影响大。图3信号触发电路3.4单片机3.4.189C51单片机内部结构89C51单片机包含中央处理器﹑程序存储器（ROM）﹑数据存储器（RAM）﹑定时器∕计数器﹑并行接口﹑串行接口和中断系统等几大单元及数据总线﹑地址总线和控制总线等三大总线。（如图4）图4单片机内部结构图示83.4.2管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，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收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率9周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲