基于单片机的汽车超速报警系统的设计与研究.doc
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清华大学2012届毕业设计说明书
目录
1引言 1
1.1课题产生原因 1
1.2课题研究背景 2
1.3课题的发展现状 4
1.4汽车超速报警器的未来前景 5
1.5论文结构 5
1.6研究的主要内容 5
1.7本章小结 6
2汽车超速报警器的总体设计 7
2.1设计要求 7
2.2设计方案的选择 7
2.3设计总体设计框图 10
2.4本章小结 10
3系统硬件的选用 11
3.1速度传感器的选用 11
3.2显示系统的选用 16
3.3主控系统(单片机)的选用 18
3.4本章小结 22
4系统硬件的设计 23
4.1主控模块(单片机模块的设计) 23
4.2霍尔传感器 23
4.3报警电路的设计 24
4.4显示电路的设计 24
4.5按键电路的设计 25
4.6本章小结 26
5软件设计 27
5.1下载程序到单片机的步骤 27
5.2系统程序流程图 27
5.3本章小结 28
6应用与展望 29
附录1:
源程序代码 30
附录2:
电路总体图 36
参考文献 37
致谢 39
第II页共II页
1引言
1.1课题产生原因
超速行驶是指在一定道路上行驶的汽车,超过了该段道路所规定的行驶速度。
《道路交通安全法实施条例》第四十五条规定:
机动车在道路上行驶不得超过限速标志、标线标明的速度。
在没有限速标志、标线的道路上,机动车不得超过下列最高行驶速度:
没有道路中心线的道路,城市道路为30km/h,公路为40km/h,同方向只有一条机动车道的道路,城市道路为50km/h,公路为70km/h。
限速是为了行驶安全,而汽车在设计时都定有最高时速,以至于两者出现较大的差距,令驾驶员稍不留意就要超速[1]。
那么公路车速到底对交通事故的影响是什么呢?
驾驶员在道路上行驶必须时刻获得周围环境的信息,从而形成判断,估计此时的交通情况决定自己的操作行为,所有这些过程都需要一定的时间。
但是,随着车速的提高,驾驶员观察和判断的时间减少、反应时间减少,导致做出错误决定的可能性就会相应增加,从而使交通事故发生的可能性变大。
而且,车速的提高会减少驾驶员采取避让措施的时间和距离,汽车发生碰撞时的速度也比初始速度高。
可见,随着车速的提高事故率和事故的严重性都会提高。
汽车超速行驶是指车辆行驶速度超过了该路段所规定的行车速度。
俗话说,“十次事故九次快”。
那么,汽车超速行驶为何容易引发事故呢?
经过深入分析和研究,我们将原因可以归结为以下四点:
1、增加了侧向翻车的可能性:
汽车转弯行驶时会产生离心力。
离心力的大小与弯道半径成反比,与车速的平方成正比。
因此,车速越高,产生的离心力越大,离心力越大,横向作用力也越大,当车辆快速转弯或急打转向时,就很容易发生侧向翻车事故。
2、增加了交织点和冲突点:
交织点和冲突点越多,引发交通事故的可能性越大。
超速行驶的车辆在途中会超越较多同方向行驶的车辆而产生交织点。
超车时,有时要占用逆行道,有时还可能与对面来车交会而产生冲突点。
同时,在超车的瞬间则必须缩小车距,以便提速超车,这时,当前车遇到情况采取制动时,就极易引发追尾事故。
3、扩大了制动停车距离:
所谓制动停车距离,是指汽车制动距离与在驾驶员反映时间内汽车行驶的距离之和。
用公式表示:
S=V/254(式中:
S一制动停车距离,V一车速,254一常数,一道路附着系数)。
从公式中可以看出:
制动停车距离与车速的平方成正比。
因此,车速越快,制动停车距离就越长,非安全区越大,导致事故的可能性也就会增加。
4、极易引发车辆爆胎:
车辆超速行驶会使轮胎的温度和气压升高,从而导致轮胎橡胶的强度、耐磨性和粘结力降低,容易发生爆胎。
据交管部门统计,在高速公路上发生的交通事故中,因爆胎引发的事故占70%以上。
目前市面上最流行的报警方式:
车载GPS系统,能够提供车辆的定位信息,车速信息等,但价格昂贵。
鉴于此原因,本设计是为了使汽车在行驶过程中有一个相对更好的汽车报警器而开展的。
汽车超速报警器是是在汽车行驶中,经过速度传感器测出时速,当时速超过驾驶者设置的最高时速时,发出报警,以提醒驾驶员减速的驾驶配件。
本设计将汽车超速报警器与单片机的知识联系在一起,使得器件操作更简单,成本更低廉,更能被广大消费者所接受。
1.2课题研究背景
随着我国市场经济的发展,人民生活水平的不断提高,私家车已经走入千家万户,成为主要的交通工具。
然而,私家车主由于不是专业的司机,熟练程度、速度的感觉不是特别好,车速往往根据偏好,随意提速、超速行驶,当汽车处于超速行驶状态下,其稳定性与安全性大大降低,一旦出现紧急情况,往往会导致车毁人亡的重大交通事故发生。
当今的中国已经是一个汽车大国,伴随着国内机动车数量的迅速飙升。
随着社会经济的发展,我国机动车的保有量不断增加,道路交通事故频繁发生。
根据我国2003年交通事故统计的数据发现,2003年全国共发生道路交通事故567753起,造成99217人死亡、451810人受伤,直接财产损失27.7亿元。
仔细对比其中的数据我们发现车辆超速行驶造成交通事故的比例高达16%左右,共造成约19741人死亡,88180多人受伤,在多种交通事故原因中仅次于无照驾驶所造成的危害。
20l0年上半年全国道路交通事故情况,1至6月份,按照道路交通事故同比口径统计,全国共发生道路交通事故99282起,造成27270人死亡、l16982人受伤,直接财产损失4.1亿元。
同比分别下降9.3%、12%、10.6%和5.3%,在交通事故中损失的经济财产之大让人膛目结舌。
其中,发生一次死亡10人以上特大道路交通事故l5起,同比增加3起。
全国共发生适用简易程序处理的道路交通事故1694l53起,同比上升31.7%。
更让人吃惊的是超速超载所导致的交通事故占有比较大的比例。
而现实生活中,绝大多数的驾驶员并不是出于主观意愿驾驶超速,而是在驾驶中对速度问题产生忽略而超速甚至酿成大祸。
通过对多次因超速发生的车祸进行分析和研究,得出超速对驾驶员的影响可由以下五点原因决定:
1、驾驶员的空间认知能力减退:
有关资料显示,在行车中,驾驶员视认距离随车速变化而变化,即车速提高而视认距离缩短。
以驾驶员辨认交通标志为例,当车速为40公里/小时时,视认距离为50米,比静止状态下减少10%;车速提高到80公里/小时,视认距离为34米,比静止状态下减少30%。
由于驾驶员视距变短、视野变窄和周界感减少,往往使驾驶员对路前、路边的事物容易产生错误的判断,有时刚刚看到,由于车速太快已来不及反应和作出相应的应急措施,事故就已经发生了。
2、影响驾驶员全面地观察处理情况:
如果车辆行驶速度太快,会使驾驶员对车外事物的观察产生影响,有的无法看清,有的甚至无法看到,即使看到了也无法感知和确定事物。
根据交通心理学分析,通常在视野内感觉到一个目标所需要的时间平均为0.4秒,要看清楚所感觉到的目标平均约需1秒。
这就是说,假如车辆行驶速度为80公里/小时,则每秒钟要行驶22米,若在车辆前方22米内有异常情况,不等驾驶员看清楚车辆就过去了,还没等驾驶员反应过来,事故就发生了。
这就是常听到驾驶员在发生事故后说“反应不过来”的原因所在。
3、影响驾驶员对其他交通参与者速度的判断:
我们都有这样的感觉,如果乘坐汽车,会感觉到车外的自行车速度很慢;如果乘飞机,会感觉到地面上行驶着的汽车像处于静止状态一样。
这就是所谓运动物体对速度的迟钝感。
它包含两个方面,一方面常常低估自己本身的速度,另一方面常常低估比自己速度慢的其他物体的速度。
驾驶员超速行车时,必然会低估其他交通参与者的速度,当遇到异常情况时,就会失去采取有效措施的时机而导致事故的发生。
4、影响驾驶员对车外事物判断的准确性:
驾驶员对事物判断的准确性主要取决于两个方面:
一是事物对驾驶员的刺激强度,强度越大,判断的准确性越高;二是单位时间内对驾驶员刺激的信息量的多少,信息量越少,判断的准确性越高。
超速行车时,刺激物一晃而过,刺激强度很小,而单位时间内对驾驶员刺激的信息量却增大,因而严重地影响了驾驶员对车外事物判断的准确性,极易导致事故的发生。
5、驾驶员极易疲劳:
驾驶员超速行车时,超车、会车的频率增大,行车间距经常缩得很小,车外情况较为复杂,随时都有发生危险的可能。
据调查,车辆行驶的速度越快,驾驶员越紧张,大脑皮层的兴奋性增高,。
肾上腺皮质醇浓度增加,促使心跳加快,如果车速超过80公里/小时,驾驶员的心跳将达到90—100次/分;车速超过120公里/小时,心跳将达到100次/分以上。
由此可见,超速行车使驾驶员的能量消耗大,很容易产生疲劳。
这时,无论感知、反应能力都变得迟钝,因而极易诱发交通事故。
[2]
所以本产品就是使驾驶员起到重视速度问题,并且及时监督提醒作用驾驶员不要超速。
而且在行驶过程中,对速度的要求也是不同的,比如在城区环路一般限速到8迈,而在高速公路上行驶,小型轿车一般车速要达到120迈,所以本设计产品不能只拥有单一的速度最高额度,要能实现根据驾驶者的自身的行驶背景对车速的最大值进行调控
由此,我觉得开发一个超速报警系统是很有必要的,对于驾驶员及其家人的生命财产安全有重大意义,可以降低交通事故发生率。
课题:
基于单片机的汽车超速报警系统的设计与研究,正是在此背景下提出的,故而有很大的现实意义。
1.3课题的发展现状
现在国内外的汽车超速报警器发展很快,新技术层出不穷。
据了解中国的智能测速仪现在的技术已经有飞跃式的发展。
即单纯利用传感器和单片机做出的单功能汽车超速报警器逐渐发展到完善多方面需求的多功能汽车超速报警器。
例如广东的:
SP01A型报警器。
即可以实现多种实用功能功能:
高亮LED显示、具有两级速度报警、一级警灯提示、二级喇叭警告。
(一级跟二级速度可任意设计)可按客户要求做成断油(断电功能)。
限速功能型号可以强制车辆减速或者设定为车辆熄火.遥控解锁功能.只有授权人员才能解除报警.SP02A型报警器,可实现功能:
大屏幕液晶数据显示,车辆超出设定的一级速度警灯提示,超出二级速度时喇叭警告.同时还具备记录跟防剪功能.方便管理查寻。
SP03A型报警器,可实现功能:
具备刷卡及四个权限设置,到期保养设置;大屏幕液晶数据显示,车辆超出设定的一级速度警灯提示,超出二级速度时喇叭警告.同时还具备记录跟防剪功能.方便管理查寻。
随着科技的发展和市场的需求,超速报警器又迈向了一个新的台阶,从用传感器测量车速,逐渐已经过度到利用GPS技术对车速进行监测。
GPS车载监控终端以前在国内主要应用于铁路,空运及海运领域.随着GPS全球定位体统技术日臻成熟,与去年开始转向公路运输领域,去年在南方各大城市发展迅速,GPS车载监控终端开始出现,市场前景看好。
GPS车载监控终端在技术上实现了质的飞跃,可实现如下基本功能:
GPS实现卫星定位后,以GPRS将监控目标的经纬度、速度、方位、海拔高度数据经由终端单片机进行解析处理后由GPRS模块发回中心服务器,在由中心进行数据的处理,便可精确的查找出目前车辆所在的位置;紧急求助功能:
按数字键,即可向监控中心发送事先编写好的状态(路阻、故障、事故求助、拨打电话 等);主电掉电报警:
在主电源突然掉电时可以通过备电继续让系统稳定工作,同时向中心发出主电掉电信息;越界报警功能:
系统可预先设置车辆行驶范围,超出该范围系统会自动向中心提示越界信息;电瓶低压报警功能:
电瓶低压时系统自动提示低压信息;遇劫报警功能:
在遇到紧急情况时,只要启动隐蔽安装在驾驶室内的报警按钮,车载终端就会通过GPRS网络自动向监控中心发送多次报警信号;.理泽科技GPS跟踪功能:
在车辆被盗、抢劫后,监控中心能通过对终端下发单片机指令使其自动跟踪报警车辆;超速报警功能:
中心可以设定被监视车辆的速度,一旦终端GPS定位数据达到或超过预设的速度值,终端会自动向中心发送超速信息;遥控熄火功能:
在对被劫持的车
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- 基于 单片机 汽车 超速 报警 系统 设计 研究
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