基于STC单片机的多功能报警器的设计

董福香

摘要 伴随着社会经济快速进步，我国市场经济不断发展，人们的平均生活水平也随之明显提高，而汽车也演变成了日常出行的重要交通工具。而汽车的行驶速度与行车安全、运输效率密切相关，就相关资料显示，在发生重大交通事故的时候，大约有2/5是因为驾驶员超速行驶所导致的。据此，本文为了确保行车安全做了一项设计，基于驾驶员自身的安全，进行检测车辆超速的报警系统设计。报警系统允许驾驶员通过自带按键设置车辆的安全行驶最高速。在车辆行驶过程中，报警系统利用速度传感器对车辆的行驶速度进行实时监控，并根据所设置的安全参数进行对比分析，一旦发现车辆超出安全参数，蜂鸣器即可便开始报警，警告灯也一直处于闪烁状态，直到驾驶员减速，以此从根本上确保行车安全。此外，本设计在超速报警的功能上还增加了其它功能，比如温度显示、时间显示、闹钟等功能。

【关键词】STC单片机 传感器 超速报警

1 前言

在汽车工业和高速公路建设不断优化发展的进程中，由于交通事故所造成的人员伤亡数量并未有所缓解，还在很大程度上导致了严重的经济损失。就统计显示，导致交通事故的原因主要是车辆超载与超速行驶，其中超速行驶存在较大的随机性，控制难度较大，再加上我国地质复杂，公路条件繁琐，各种等级公路所允许的最高速存在一定差异，既有限速装置根本无法适应目前这种现状。因此，开发具备智能决策模块的汽车行驶速度报警控制系统势在必行。

2 工作原理

为了保障行车安全，基于驾驶员自身安全，设计了可以对车辆行驶速度进行检测的报警系统。此报警系统允许驾驶员利用自带按键，进行车辆安全行驶的最高速度进行合理设置，在车辆行驶过程中，报警系统通过传感器，对机动车辆的行车速度进行全过程监测，并和驾驶员设置的安全参数做对比，如果发现车辆速度超出安全参数最高值的时候，蜂鸣器开始报警，警告灯开始闪烁，以此警示驾驶员，适当降低行驶速度，确保行车足够安全。同时，本设计中还可以实时显示时间以及显示当前车内的温度。

2.1 电路框图

如图1所示。

2.2 各模块电路原理

2.2.1 报警原理

当测量数据超过预设值或电路工作异常时，单片机驱动蜂鸣器发出IKHz讯响，同时LED2红色灯亮。

2.2.2 显示原理

显示部分采用6个1位共阴红色数码管，位驱动采用NPN型三极管驱动，占用P2.2-P2.7端口，采用动态扫描方式。段码为DO-D7，占用PO的8个端口，端口配置为推挽输出，所以无需上拉电阻，数码管各端口配有限流电阻。

2.2.3 按键原理

按键K1-K4采用独立按键的方式，当按键按下时，单片机的相应的端口由高电平变为低电平，单片机得到键值进入相应的程序处理。

2.2.4 讯响电路原理

所谓讯响电路主要包含两大组成部分，即源蜂鸣器与PNP型三极管。讯响电路的工作原理是在PNP型三极管导通之后，源蜂鸣器及时发出定频声音。而驱动主要利用独立端口驱动的方式，占据P3.6端口。

2.2.5 测温原理

DS18820与单片机通信进行数字测温，R3是上拉电阻，不接电路不能工作。

2.2.6 实时时钟原理

DS1302芯片产生精确的实时时钟，然后把数据传递给单片机驱动数码管显示。

3 系统硬件设计

3.1 显示电路的设计

显示电路由NPN型三极管和六个共阴极数码管共同完成。每个NPN型三极管可驱动一个共阴极数码管。DIG7-DIGO：八位数值驱动线。输出位选信号从LED的公共阴极中吸收电流，以及显示器共阴极电流的位驱动线，最大值几乎可以高达500mA，而处于关闭状态的时候，输出+VCC。如图2所示。

3.2 按键电路的设计

该系统的按键电路由四个开关加上拉电阻构成，并且与LED报警指示二极管相连接。四个开关则分别对应着K1功能键、K2选择键、K3数值减、K4数值加等功能，以操作开关的方式，设定速度的上限，而且还具备增加或减小速度的按鍵，便于以驾驶员的实时实地需求为依据，变更速度，以此实现报警目的，同时操作的灵活性也十分突出。

每按一次Kl键，可在下面几个功能模式中连续循环转换-a：时钟及调整模式（数码管不显示a），b：测量温度模式，C：测量电源电压模式，d：报警模式。注意：长按按键可以快速连续调整。如图3所示。

3.3 报警电路的设计

报警模块所负责的主要部分是声音报警，电路都相对简捷，声音报警主要是由单片机引脚与拉电阻相连接，以及晶体管、蜂鸣器所构成的。如图4所示。

3.4 时钟电路的设计

单片机运转的时间基准与其工作速度密切相关。时钟电路就是所谓的振荡电路，为单片机提供正弦波信号，以此作为时间基准，从而对单片机的执行运转速度起着决定性作用。本文用的是DS1302实时时钟芯片。

原理：DS1302芯片产生精确的实时时钟，然后把数据传递给单片机驱动数码管显示，R4、R5、R6是3个上拉电阻。上电后即显示时分秒。按K2键“时”闪烁，此时按K3键闪烁的小时数字减1;按K4键闪烁的小时数字加1。再按K2键”分“闪烁，再按K2键“秒”闪烁，“分”“秒”的调整与上相同，再按K2键数码管不闪烁，退出调整状态。

闹铃模式：当时钟的时和分和设定值一致时，闹铃响。如图5所示。

3.5 测温电路的设计

测温原理：DS18820与单片机通信进行数字测温，R3是上拉电阻，不接电路不能工作。按K1进入测温模式，数码管首位显示c，后四位显示当前温度，显示格式为xx.xx。如图6所示。

4 系统软件设计

4.1 系统流程图

汽车超速报警器的设计流程如图7所示。软件编程利用C语言，单片机的T1为定时器，定时时间是Is。TO定时时间设置成50ms，到了时间，溢出便及时停止。在停止服务程序的时候，中断次数寄存器添加l，重复定时中斷20次，时间是Is。时间一到，及时获取定时器T1输入的脉冲数，即实时行车速度的频率。对比分析频率与单片机内部设定阂值，以此对行车速度是否超速进行判断。

主程序具备硬件初始化、子程序调用、报警等相关功能。数据处理子程序主要是对行驶速度进行监测，就是对车辆时速进行计算，以此为报警子程序提供参数依据。按键终端子程序功能是输入正确的、合法的参数信息。报警子程序则在超速行驶时，及时发出警报。显示子程序设计主要利用数字化，将驾驶员设置的最高速度和车辆实际速度显示出来，通过NPN型三极管促使LED实时展示。

4.2 主程序

系统的组成单元非常繁杂，为了方便更改，应采取模块化分层管理模式。在主程序中，主要包括单片机初始化、显示测量速度、地址传入模块、显示设定速度、报警等部分。如图8所示。

测速程序：

//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;）

）

）

报警程序：

main0

{

TimerOlnit0;

POMO-Oxff;

PO-Ox00;

PIMI-Oxl0;

P3MO-Ox40; //P3 6输出

P3-Ox3f;

ITO-1：

EXO-I;//enableINTOinterrupt

EA-1：

while（l）

{

if（flag2ms）

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

Beep Di0;

DisplayLed20;

}

参考文献

[1]张俊谟.单片机的发展与应用[J].电子制作，2007 （08）：31.

[2]周旭艳，彭宣戈，朱兵.8051在车辆超速报警系统中的应用[J].井冈山学院学报，2006 （07）.

[3]任国峰，李军伟，张雨.单片机在发动机转速测量中的应用[J]，汽车科技，2006 （01）：38-40.

[4]魏勋.单片机车速数显及报警系统设计[J].电子制作，2007 （12）.