0031基于51单片机的红外避障车辆高速路测速仪原理图PCB设计proteus仿真

【前言】

hello 大家好，今天给大家讲一讲基于51单片机的红外避障车辆测速仪，在高速路中我们可以常见这种类似的装置，上一篇博客我们也讲了现目前测速的方法有很多种，类似于雷达微波测速、磁地感应圈测速以及霍尔测速，此次我们讲解的红外测速，是通过检测两次红外反射时间差来计算速率，原理很简单安装也比较方便。

本次采用的硬件板子是钛叔最近设计的一款基于51单片机的多功能板(编号A01)，利用该板子再结合相应的小模块就可以满足绝大多数的项目应用，该多功能板的功能和兼容性都十分强大，接下来钛叔会详细介绍一下设计细节。本次项目采用的是A01多功能板+S009 比较器模块(结合红外避障探头)的组合，通过LCD1602液晶可以示测量车速，测量过程可以简单概述为：红外避障模块1触发，启动测速定时器，红外避障模块2触发，停止定时器，完成测速。

【仿真设计】

下面是该项目的仿真图，模块化设计并配有功能说明，实现良好的易读性和移植性。（仿真文件为V8.11版本的，大家可以在此下载安装该版本：http://www.jh-tec.cn/archives/5696）

【硬件电路设计】

下面是该设计的整体原理图和PCB设计概览，原理图模块化分布，每部分都备注有对应的功能名称，便于阅读；PCB设计采用的3D封装的器件，主要是方便配合结构设计。

多功能主板原理图：

多功能主板PCB（支持三种显示器：LCD12864、LCD1602以及0.96寸OLED，本次项目采用的是LCD1602）：

* S009 比较器模块该模块的原理图如下图所示，比较器型号采用的是常用的LM393，采用一个电位器可调节阈值大小，在输入接口部分钛叔作了较多的考虑，分别设计了2Pin和3Pin的排针和排孔，可以外接土壤湿度传感器、震动传感器、光敏传感器、A3144霍尔传感器以及红外光电传感器；对于电源和数据接口部分，钛叔分别设计了两个3P的XH2.54座子用于模拟和数字信号，可与我们的控制主板兼容使用。

下面详细介绍控制主板的一些设计注意点哈，抛砖引玉~

1、关于MCU 多功能主板的MCU可以根据具体的项目需求来决定，大多数情况下普通51就能满足，当然有些场合，比如同时需要两路串口的情况，就可以采用加强51（STC12C5A60S2），44PIN的两种芯片是完全兼容的。本次项目采用的是STC89C52RC，最小系统如下图所示，很简单，这里不赘述具体原理。另说一句，在我们调试MCU小系统的时候，如果工作异常，无论什么类型芯片，首先第一步就是检查芯片的供电电源是否正常，再之后检测晶振和复位，绝大多数的问题都是出在这三个地方，钛叔记得以前学生时代有一次调试51单片机就始终下不进去程序，电源正常，复位也正常，最后发现就是晶振的谐振电容错焊成了1000pf，导致晶振起振失败，诸如类似的问题都可能导致芯片启动失败，所以大家按照我上述的三个点出发去调试，就一定能够解决问题。

（下载接口钛叔这里采用的XH2.54，大家可以在钛叔的店铺采购下载器，通过XH2.54连接线可以直接相连，避免插错的情况）

2、关于电源 如下图所示，钛叔在设计电源接口的时候根据实际使用情况多方面考虑，设计了三种接口方式——排针、WJ128接线端子以及miniUSB，排针可以用在杜邦线供电的情况，接线端子可以用在电源裸线供电的情况（这两种情况供电根据板载丝印正确插入，切记别插反），miniUSB供电的方式比较推荐，可以避免插反烧坏板子情况，钛叔这里之所以采用miniUSB而不是microUSB，主要原因是由于microUSB体积比较小，在开放性板子上面容易多次拔插情况下给搞坏导致接触不良（所谓开放性板子就是无结构件固定的裸板），所以这里钛叔没有采用microUSB。

电源开关部分钛叔采用的是8.5x8.5的自锁开关，这里需要注意就是自锁开关的方向，有部分同学焊接反了导致按下时候为电源关断，弹上来是电源闭合。

钛叔在该设计板上习惯性放了三个MRK点，如果大家有需要量产的需求，且板子比较大不会涉及拼版的情况，就记得放，如果后面是需要拼版的话，可以在最终的大板上放MRK点。

多功能板载具有一路3.3V的LDO，主要是给板上3.3V模块供电的，这里需要注意LDO尽量要选用电流达到1A以上的，以满足部分功耗较大的模块。钛叔这里使用的是AMS117，该芯片的性价比很高，推荐大家使用，不过一定要去代理商或者嘉立创拿货，淘宝上很多假货。

3、关于显示 多功能板设计了LCD1602、LCD12864以及OLED三种显示器，大家可以根据自己的项目需求来选择，如果显示内容比较多，比如贪吃蛇之类的游戏的项目就可以选择LCD12864，如果需要注重显示效果就可以选择OLED，如果显示内容不多也不怎么注重效果就可以选择LCD1602。本次项目钛叔采用的就是LCD1602，这里需要注意如果用单片机的P0接口，记得加上拉电阻，这是该芯片决定的，不明白的朋友可以去看STC89C52RC数据手册哈；另外，LCD1602的R/W引脚，大多数的情况下直接接地保持写操作就行，如果是一些项目需要读操作的话，就需要把该引脚接入单片机（比如基于51单片机的示波器或者贪吃蛇这种项目）；VL引脚是调试对比度的，如果事先不知道这个分压参数，用的是电位器的话，很可能第一次使用时候分压不合适导致显示屏亮的但没有东西，就误以为是自己程序的问题，这个问题钛叔以前也犯过，捣鼓了半天才发现是对比度没有调好，其实程序早已经再运行，如果大家是在某宝上买的液晶屏，大多数都是满足下边的分压参数，大家可以参考参考哈。

4、关于按键 A01多功能板载有6个按键，可以满足绝大多数的应用，如果不够的话，可以通过外接矩阵键盘的方式扩展。板载按键的型号钛叔采用的是贴片的6*6轻触按键，这里需要提醒大家的是，如果大家采用的回流焊机子，一定要注意购买耐高温的元器件，一般如果用编带的按键基本能过高温，如果是袋装的散件很可能就过不了，按钮部分很容易被烤坏，这里提醒大家一下。

5、关于报警 A01多功能板载有声光报警，报警电路部分原理很简单，大家可以参考下图，一个蜂鸣器加LED就可以实现，这里需要注意两个地方，第一是蜂鸣器建议大家选用有源的，操作简单很多，另外就是电压需要选择对应的，钛叔这里采用的是5V的HNB09A05；第二就是这里的三极管建议大家采用PNP管子，原因是该单片机上电默认为高电平，如果这里采用的NPN管子，上电瞬间就会声光报警（即便程序里边该IO口初始化为低），所以这里我们采用PNP管子来避开这种情况。

6、关于时钟 A01多功能板载有时钟芯片，采用的芯片是常用的DS1302，该部分的电路设计很简单，数据接口记得加上拉电阻。另外，关于晶振部分是否需要加电容，这个钛叔测试过加和不加影响都不大，如果您不放心，可以在晶振两边备份两个电容。

7、接口 A01多功能板最大的特点就是接口兼容性强，具备3PIN、4PIN、8PIN、WIFI模块接口、AS608指纹模块接口、NRF24L01无线模块接口以及这次我们项目用到的矩阵键盘模块接口，这些接口对应的模块钛叔的店铺都有出售，模块的线序都是一一对应，采用的都是XH2.54，可以用排线直接对插，避免插座的情况，非常的方便！大家可以在钛叔的店铺选购。