电动自行车测速报警控制系统设计【字数：10595】
摘 要电动自行车因其环保、灵巧、经济性等特性深受大众的喜爱，电动自行车的安全是近年来社会关注的主要问题。本课题设计了一套用于电动自行车的测速报警控制系统。本文对能够自动测速和报警的控制要求进行了总体方案的设计。其次编写了可以实现方案的程序、选择了合适的硬件。最后通过无线遥控控制小车模拟仿真，按下遥控器上的前键小车加速，按下减键小车减速，通过显示器实时显示车速，当超过预设速度时蜂鸣器报警。
目 录
1. 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 测速系统的发展 3
1.4 主要的研究内容和结构安排 4
2. 方案的设计与论证 6
2.1 控制方案的确定 6
2.2 控制方案的选择 6
2.2.1 单片机型号的选择 6
2.2.2 无线遥控模块的选择 7
2.2.3 显示器件的选择 7
2.3 测速与遥控原理 8
2.3.1 PWM基本原理 8
2.3.2 光电传感器测速原理 8
2.3.3 红外通信原理简述 9
3.硬件电路的设计 9
3.1 系统的功能分析和结构的设计 9
3.1.1 系统功能分析 9
3.1.2 系统的总体结构 9
3.2 模块电路的设计 9
3.2.1 STC89C52 单片机核心系统电路的设计 9
3.2.2 显示模块电路的设计 10
3.2.3 蜂鸣器报警电路的设计 11
3.2.4 红外遥控模块的设计 12
3.2.5 光电传感器测速模块的设计 13
3.2.6 电机驱动电路的设计 13
4.软件设计 15
4.1 编程语言的选择 15
4.2 keil 软件设计思想 15
4.3 程序流程图 16
5.系统的调试 17
5.1 系统调试 17
5.1.1 系统程序调试 17
5.1.2 系统硬件测试 17
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.2 实物测试 17
总结 18
参考文献 19
致谢 1
附录1 电路原理图 2
附录2 C语言程序代码 3
绪论
1.1 选题背景及意义
绿色环保低耗能是当代交通工具发展的主题，电动自行车因其环保、灵巧、经济性等特性深受大众的喜爱。随之而来的电动自行车的行驶安全问题成为当今社会的一大问题。据统计2018年交通事故中有大约50%的事故都与电动自行车的车速相关[1]。除了加强对电动自行车驾驶员的安全约束外，及时的测速报警控制系统是的降低事故率非常好的措施。电动自行车在我国发展较晚，直到二十世纪九十年代末期在我国大型城市才掀起了电动自行车的研发浪潮,电动自行车在测速限速方面的研究因为研发成本等问题迟迟没有太大的进展。本课题针对近年来人们对于电动自行车的关注不再止于灵活、廉价，而更多的关注于安全、质量上等需求,设计了一套针对电动自行车的测速报警控制系统,在保证电动自行车的实用特点的同时需要电动自行车有行驶安全的功能。
1.2 国内外研究现状
随着时代的发展，已经有一些企业对电动自行车研发了测速系统，而这些系统大致都由控制系统、传感器、测速系统硬件部分等组成。测速原理也相对简单实用。本课题在对已有电动自行车测速报警系统的研究后进行功能完善以及优化。
测速原理：将车轮的转速转换成电脉冲信号是一种模数转换的过程，需要用到霍尔元件，这些信号由光电隔离传入到控制系统中。控制系统可以在设定的时间段采集、存储脉冲间隔。在这过程中，光电隔离器的作用是抗干扰以及减少错误、将模拟信号转换成数字信号。光电隔离器简称光耦，这是一种将光作为媒介，传输电信号的传感装置。在获得转速数据字后通过程序计算判断电动自行车的实时车速。相比较最高车速的测量，这种测量的结果可以作为保证新型电动车安全性能的重要指标。车速过快会导致在制动时间内制动距离的增长，这是很危险的轻则磨损电动自行车，重则造成人员伤害，这就是所谓的安全隐患。
在实际中在测量时误差是无法避免的，我们所做到的是减少误差不是消除误差。使用国际检测法测量时，误差主要由人为测量误差、仪器精度的高低、环境变化的因素三个方面构成。而在使用路面测速带检测法时，人为的因素减少了，仪器的精度和测试环境的改变成为了误差的主要来源。在实际操作过程中对两种方法进行了多次比较最终得出了使用路面测速带检测法的误差比使用国际检测法产生的误差小。在对国际检测法的试验过程中，实验人员设置了两百米的测试距离，测试路面为普通柏油马路；使用秒表测出通过测试路段的时间，并计算。作为对比，同时使用路面测速带的检测法以比较两种方法的精度，即用地面测速显示仪表和两条测速开关带测试电动自行车速度。同时使用国际检测法和路面测速带检测法实验多次，多次实验的结果计算平均值。根据实验数据得出如下结论：路面减速带法不仅误差更小，实验的过程也较之简单。国际检测法的不便之处还在于需要很长的测试距离，较之路面测速带法只需要的测试距离更短甚至可以控制在10米之内。误差小的结果就是数据实际值更加接近。系统误差在路面测速带检测法的使用过程中不会出现所以这种测量结果较之国际检测法精确度非常高[2]。
控制系统、传感器、显示器件等构成了电动自行车的测速系统，传感器作为速度检测元件（传感器可由多种这里主要使用了干簧管），把模拟信号转换成电脉冲信号并适当处理后传给控制系统。在控制系统中所编辑的软件会对以获取的数据进行实时计算。最后通过数模转化后传输至显示器，达到人机交互实时监控目的。软件方面的计算不会导致误差，想要提高精度主要是从硬件方面入手选择适当类别的传感器以及选择精度高的传感器都是保证测量值精度的有效方式。
目 录
1. 绪论 1
1.1 选题背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 测速系统的发展 3
1.4 主要的研究内容和结构安排 4
2. 方案的设计与论证 6
2.1 控制方案的确定 6
2.2 控制方案的选择 6
2.2.1 单片机型号的选择 6
2.2.2 无线遥控模块的选择 7
2.2.3 显示器件的选择 7
2.3 测速与遥控原理 8
2.3.1 PWM基本原理 8
2.3.2 光电传感器测速原理 8
2.3.3 红外通信原理简述 9
3.硬件电路的设计 9
3.1 系统的功能分析和结构的设计 9
3.1.1 系统功能分析 9
3.1.2 系统的总体结构 9
3.2 模块电路的设计 9
3.2.1 STC89C52 单片机核心系统电路的设计 9
3.2.2 显示模块电路的设计 10
3.2.3 蜂鸣器报警电路的设计 11
3.2.4 红外遥控模块的设计 12
3.2.5 光电传感器测速模块的设计 13
3.2.6 电机驱动电路的设计 13
4.软件设计 15
4.1 编程语言的选择 15
4.2 keil 软件设计思想 15
4.3 程序流程图 16
5.系统的调试 17
5.1 系统调试 17
5.1.1 系统程序调试 17
5.1.2 系统硬件测试 17
5 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.2 实物测试 17
总结 18
参考文献 19
致谢 1
附录1 电路原理图 2
附录2 C语言程序代码 3
绪论
1.1 选题背景及意义
绿色环保低耗能是当代交通工具发展的主题，电动自行车因其环保、灵巧、经济性等特性深受大众的喜爱。随之而来的电动自行车的行驶安全问题成为当今社会的一大问题。据统计2018年交通事故中有大约50%的事故都与电动自行车的车速相关[1]。除了加强对电动自行车驾驶员的安全约束外，及时的测速报警控制系统是的降低事故率非常好的措施。电动自行车在我国发展较晚，直到二十世纪九十年代末期在我国大型城市才掀起了电动自行车的研发浪潮,电动自行车在测速限速方面的研究因为研发成本等问题迟迟没有太大的进展。本课题针对近年来人们对于电动自行车的关注不再止于灵活、廉价，而更多的关注于安全、质量上等需求,设计了一套针对电动自行车的测速报警控制系统,在保证电动自行车的实用特点的同时需要电动自行车有行驶安全的功能。
1.2 国内外研究现状
随着时代的发展，已经有一些企业对电动自行车研发了测速系统，而这些系统大致都由控制系统、传感器、测速系统硬件部分等组成。测速原理也相对简单实用。本课题在对已有电动自行车测速报警系统的研究后进行功能完善以及优化。
测速原理：将车轮的转速转换成电脉冲信号是一种模数转换的过程，需要用到霍尔元件，这些信号由光电隔离传入到控制系统中。控制系统可以在设定的时间段采集、存储脉冲间隔。在这过程中，光电隔离器的作用是抗干扰以及减少错误、将模拟信号转换成数字信号。光电隔离器简称光耦，这是一种将光作为媒介，传输电信号的传感装置。在获得转速数据字后通过程序计算判断电动自行车的实时车速。相比较最高车速的测量，这种测量的结果可以作为保证新型电动车安全性能的重要指标。车速过快会导致在制动时间内制动距离的增长，这是很危险的轻则磨损电动自行车，重则造成人员伤害，这就是所谓的安全隐患。
在实际中在测量时误差是无法避免的，我们所做到的是减少误差不是消除误差。使用国际检测法测量时，误差主要由人为测量误差、仪器精度的高低、环境变化的因素三个方面构成。而在使用路面测速带检测法时，人为的因素减少了，仪器的精度和测试环境的改变成为了误差的主要来源。在实际操作过程中对两种方法进行了多次比较最终得出了使用路面测速带检测法的误差比使用国际检测法产生的误差小。在对国际检测法的试验过程中，实验人员设置了两百米的测试距离，测试路面为普通柏油马路；使用秒表测出通过测试路段的时间，并计算。作为对比，同时使用路面测速带的检测法以比较两种方法的精度，即用地面测速显示仪表和两条测速开关带测试电动自行车速度。同时使用国际检测法和路面测速带检测法实验多次，多次实验的结果计算平均值。根据实验数据得出如下结论：路面减速带法不仅误差更小，实验的过程也较之简单。国际检测法的不便之处还在于需要很长的测试距离，较之路面测速带法只需要的测试距离更短甚至可以控制在10米之内。误差小的结果就是数据实际值更加接近。系统误差在路面测速带检测法的使用过程中不会出现所以这种测量结果较之国际检测法精确度非常高[2]。
控制系统、传感器、显示器件等构成了电动自行车的测速系统，传感器作为速度检测元件（传感器可由多种这里主要使用了干簧管），把模拟信号转换成电脉冲信号并适当处理后传给控制系统。在控制系统中所编辑的软件会对以获取的数据进行实时计算。最后通过数模转化后传输至显示器，达到人机交互实时监控目的。软件方面的计算不会导致误差，想要提高精度主要是从硬件方面入手选择适当类别的传感器以及选择精度高的传感器都是保证测量值精度的有效方式。
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