基于51单片机红外避障车辆高速汽车测速仪表设计_电路方案

1. 系统功能介绍

本设计基于STC 89C52 单片机，构建一套红外避障车辆高速汽车测速仪表系统。该系统通过红外避障传感器检测人体运动过程，计算并显示人体反应速度。主要功能包括：

利用两个红外避障传感器分别检测人体通过起点和终点的时间点，通过时间差计算人体反应速度（默认距离1米）；
当第一个红外避障传感器检测到障碍物时，蜂鸣器发出提示音；
LCD1602液晶显示当前检测到的人体反应速度，实时反馈结果；
系统具备稳定的供电和控制功能，保证测量数据的准确与实时显示。

本系统结构简单实用，适用于交通安全监测、人员运动速度测试等场景。

2. 系统电路设计

系统电路设计围绕STC89C52单片机展开，配合红外避障传感器、LCD1602液晶显示模块、蜂鸣器报警电路及电源模块，完成测速仪表的功能需求。以下将逐一详细介绍各个模块的电路设计。

2.1 STC89C52单片机核心电路

STC89C52单片机作为系统的控制核心，承担红外传感器数据采集、速度计算、LCD数据显示及蜂鸣器控制的任务。

电源部分采用稳定的5V直流供电，确保单片机正常工作；
采用12MHz晶振，确保系统时钟精确，满足测速的时间精度需求；
复位电路设计简单可靠，保证单片机能在断电后正确初始化；
I/O口分配合理，确保与传感器、显示器和蜂鸣器的正常接口通讯。

2.2 红外避障传感器电路

系统采用两个红外避障传感器模块，分别作为起点和终点检测传感器。

传感器工作电压为5V，直接连接电源模块；
传感器输出信号线接至单片机对应的外部中断或普通I/O口，实现实时检测；
电路中配备必要的滤波电容和限流电阻，避免干扰影响测量准确性；
传感器位置固定，间距1米，保证计算速度的基础参数准确。

2.3 LCD1602液晶显示模块

LCD1602用于实时显示人体反应速度信息。

使用5V供电，接口采用标准并行数据通信；
接口线连接至单片机的GPIO口，通过程序控制显示内容；
显示内容包含速度值及相关提示信息，方便用户直观查看；
设计背光控制电路，保证显示效果在不同光照环境下均清晰可见。

2.4 蜂鸣器报警电路

蜂鸣器用于检测到起点红外避障时发出提示音。

蜂鸣器直接连接至单片机I/O口，通过软件控制通断；
电路中配备限流电阻保护蜂鸣器及单片机端口；
蜂鸣器声音清晰，能有效提示用户起点检测成功。

2.5 电源电路设计

采用稳压模块，将输入电压稳压为5V，保障系统稳定供电；
电源滤波设计合理，避免电压波动带来测量误差；
系统整体功耗低，适合长期稳定运行。

3. 程序设计

程序设计包括传感器数据采集、中断处理、速度计算、LCD显示和蜂鸣器控制五大模块，代码逻辑清晰，功能模块划分合理，确保系统运行稳定且响应迅速。

3.1 传感器数据采集模块

通过轮询或中断方式检测两个红外避障传感器状态；
第一个传感器检测到障碍物时，记录时间戳并触发蜂鸣器；
第二个传感器检测到人体通过时，记录时间戳。

volatile unsigned long startTime = 0;
volatile unsigned long endTime = 0;
volatile bit startDetected = 0;
volatile bit endDetected = 0;

void Sensor1_ISR(void) interrupt 0  // 外部中断0处理函数
{
    if (P3_2 == 0) // 传感器信号有效
    {
        startTime = Timer_Read();
        startDetected = 1;
        Buzzer_On();
    }
}

void Sensor2_ISR(void) interrupt 2  // 外部中断1处理函数
{
    if (P3_3 == 0) // 传感器信号有效
    {
        endTime = Timer_Read();
        endDetected = 1;
    }
}

3.2 速度计算模块

利用两个时间戳计算通过时间间隔；
根据固定距离1米，计算人体反应速度（单位m/s）；
处理异常数据，保证显示结果合理有效。

float Calculate_Speed(void)
{
    unsigned long timeInterval = endTime - startTime;  // 时间差，单位根据定时器设定
    if(timeInterval == 0) return 0;
    float timeSec = timeInterval * TIMER_UNIT;  // 定时器单位转换为秒
    float speed = DISTANCE / timeSec;  // 速度计算，距离除以时间
    return speed;
}

3.3 LCD显示模块

实时刷新速度数据至LCD1602；
显示格式美观，支持单位显示和异常提示；
显示其他辅助信息，如“检测中”、“请通过传感器”等。

void LCD_Display_Speed(float speed)
{
    char buf[16];
    LCD_Clear();
    LCD_ShowString(0,0,"Speed(m/s):");
    sprintf(buf,"%.2f", speed);
    LCD_ShowString(1,0,buf);
}

3.4 蜂鸣器控制模块

蜂鸣器只在第一个传感器触发瞬间鸣叫，提示开始检测；
使用定时器控制蜂鸣器鸣叫时间，防止长鸣；

void Buzzer_On(void)
{
    P1_0 = 1; // 假设蜂鸣器连接P1.0
    Delay_ms(200);
    P1_0 = 0;
}

3.5 主程序流程设计

初始化所有硬件模块和中断；
主循环等待传感器触发事件；
触发完成后计算速度并显示；
复位状态等待下一轮检测。

void main(void)
{
    System_Init();
    while(1)
    {
        if(startDetected && endDetected)
        {
            float speed = Calculate_Speed();
            LCD_Display_Speed(speed);
            startDetected = 0;
            endDetected = 0;
        }
    }
}

4. 代码完整示例

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>

#define TIMER_UNIT 0.001  // 定时器单位，示例为1ms
#define DISTANCE 1.0      // 传感器间距，单位米

volatile unsigned long startTime = 0;
volatile unsigned long endTime = 0;
volatile bit startDetected = 0;
volatile bit endDetected = 0;

void Timer_Init(void);
unsigned long Timer_Read(void);
void Buzzer_On(void);
void LCD_Display_Speed(float speed);
void System_Init(void);

void Sensor1_ISR(void) interrupt 0
{
    if(P3_2 == 0)
    {
        startTime = Timer_Read();
        startDetected = 1;
        Buzzer_On();
    }
}

void Sensor2_ISR(void) interrupt 2
{
    if(P3_3 == 0)
    {
        endTime = Timer_Read();
        endDetected = 1;
    }
}

float Calculate_Speed(void)
{
    unsigned long timeInterval = endTime - startTime;
    if(timeInterval == 0) return 0;
    float timeSec = timeInterval * TIMER_UNIT;
    float speed = DISTANCE / timeSec;
    return speed;
}

void main(void)
{
    System_Init();
    while(1)
    {
        if(startDetected && endDetected)
        {
            float speed = Calculate_Speed();
            LCD_Display_Speed(speed);
            startDetected = 0;
            endDetected = 0;
        }
    }
}

void System_Init(void)
{
    Timer_Init();
    // LCD, buzzer, sensor IO初始化代码
    EA = 1;
    EX0 = 1;  // 外部中断0使能
    EX1 = 1;  // 外部中断1使能
}

void Buzzer_On(void)
{
    P1_0 = 1;
    Delay_ms(200);
    P1_0 = 0;
}

void LCD_Display_Speed(float speed)
{
    char buf[16];
    LCD_Clear();
    LCD_ShowString(0, 0, "Speed(m/s):");
    sprintf(buf, "%.2f", speed);
    LCD_ShowString(1, 0, buf);
}

// 其他硬件驱动及延时函数省略

5. 总结

基于STC89C52单片机的红外避障车辆高速汽车测速仪表设计，充分利用了红外传感技术和单片机高速计时能力，实现了对人体反应速度的准确测量和实时显示。系统结构简单，设计合理，硬件接口明确，软件模块功能清晰，响应速度快。蜂鸣器提示功能增强了系统的交互性，LCD显示模块让测速结果一目了然。整体方案稳定可靠，具有较强的实用价值，适用于交通安全、运动训练等领域。

基于51单片机红外避障车辆高速汽车测速仪表设计