【正文】 ?？勺冸娮柰ㄟ^改變觸頭的位置，從而改變接入電路中的電阻絲的長度，從而改變電阻的大小。由此可知，電位器接入電路中的電阻的大小與接入電路中的電阻絲的長度成正比關(guān)系。在多圈電位器中，電阻絲長度 與電位器旋轉(zhuǎn)角度也成正比關(guān)系。綜上所述，電位器輸出的電壓的大小與電位器轉(zhuǎn)角大小成正比關(guān)系。因此，可以通過電位器的輸出電壓大小來確定旋轉(zhuǎn)角度。4圈精密電位器的輸出電壓與電位器轉(zhuǎn)角的關(guān)系如圖22所示。圖22 電位器輸出電壓與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系2. 路面傾角檢測環(huán)節(jié)設(shè)計方案汽車在轉(zhuǎn)彎時，路面的傾角不同，轉(zhuǎn)彎時的轉(zhuǎn)角大小與最大車速都會有所影響。因此，應對路面傾角進行測量。本設(shè)計采用單圈的電位器進行路面傾角的測量，其測量原理與方向盤轉(zhuǎn)角的測量原理相同，只是安裝的方式有所不同。本電位器采用垂直安裝方式，在電位上連接一重物，重物一端固定在電位器的旋轉(zhuǎn)軸上，另一端為自由端，就如單擺一樣。當汽車發(fā)生傾斜時，重物由于重力作用轉(zhuǎn)動電位器的轉(zhuǎn)軸，從而改變電位器指針位置。因此，電位器的輸出電壓也隨著改變，從而可測得路面的傾斜角度。測量原理如圖23所示。圖23 電位器測量路面傾角示意圖圖23（a）為水平路面時電位器的指針位置，當路面傾角為時，電位器的指針也隨著改變角度。根據(jù)電位器的分壓原理就可以測得傾角的度數(shù)。3. 車速檢測環(huán)節(jié)設(shè)計方案道路彎度的大小決定了轉(zhuǎn)彎時的最高車速，如果車速超過轉(zhuǎn)彎時的極限車速時，汽車就有可能飛出，造成嚴重的交通事故。因此，在轉(zhuǎn)彎的時候，應該對車速進行測量，當車速接近轉(zhuǎn)彎允許的最大車速時，進行報警，提示駕駛員減速?，F(xiàn)在速度測量的傳感器，大部分選用旋轉(zhuǎn)編碼器。由于旋轉(zhuǎn)編碼器測量精度高、測速方便、使用時間長、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點，成為測速系統(tǒng)的首選傳感器。常用的旋轉(zhuǎn)編碼器有增量式和絕對值式，一般測速選擇增量式。增量式又分為單路輸出和雙路輸出，單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器輸出是一組脈沖，雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組相位差90176。的脈沖，不僅可以測速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)方向[5]。一般汽車測速都是單向的，因此選擇單路輸出的編碼器即可。本設(shè)計采用GZS3804系列增量式光電編碼器，其性能可靠，輸出為方波信號，波形規(guī)整，使用電壓范圍寬，每圈輸出脈沖數(shù)為500個，最大轉(zhuǎn)速4800rpm，消耗電流小于120mA，電源電壓：+5V，輸出電壓：高電平大于85%Vcc，響應頻率：0~80KHz。編碼器的外形圖如圖24所示。圖24 編碼器外形尺寸圖 控制模塊設(shè)計方案控制系統(tǒng)作為系統(tǒng)的核心，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、控制實時性等問題。當前的控制系統(tǒng)主要有上下位機（PCPLC）、DSP控制器及單片機，其各自特性如表22所示。表22 各控制系統(tǒng)的特性控制系統(tǒng)體積線路成本可靠性應用場合PCPLC大復雜高好工業(yè)生產(chǎn)DSP較大較復雜較高好嵌入式單片機小簡單低較好嵌入式考慮到體積、成本及控制特性等問題，汽車方向盤控制系統(tǒng)采用單片機作為系統(tǒng)的控制中心。本設(shè)計采用ATmega16單片機作為控制中心。 顯示系統(tǒng)方案設(shè)計顯示器是一個典型的輸出設(shè)備，而且其應用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。目前最常用的顯示器有LCD和LED。LED發(fā)光二極管電路簡單、安裝方便、成本低，并且可以滿足顯示三位角度值的要求，因此,本設(shè)計采用四位共陰極LED發(fā)光二極管作為顯示單元。 本設(shè)計的特點現(xiàn)在雖然已有方向盤角度檢測系統(tǒng)的相關(guān)專利，然而其專利只是測量方向盤的轉(zhuǎn)角，并未對汽車轉(zhuǎn)彎時的性能進行評估。其專利是利用兩節(jié)相互嵌套的齒輪來實現(xiàn)方向盤4圈的角度檢測?？上攵浣Y(jié)構(gòu)復雜，需要設(shè)計專門的機械齒輪；由于齒輪制作受到材料和空間的限制，因此檢測精度必然會受到影響；還需要設(shè)計很多的機械輔助零件，安裝復雜，并且線性度不高。本設(shè)計采用旋轉(zhuǎn)電位器實現(xiàn)角度檢測，有以下優(yōu)點：1. 制作簡單，安裝方便。2. 測量精度高。3. 可實現(xiàn)角度的連續(xù)測量，線性度好。4. 使用時間長，長期使用不會出現(xiàn)零點漂移。5. 成本低廉。本設(shè)計除了進行方向盤角度測量外，還對汽車轉(zhuǎn)彎時的車速，路面的傾角等因素進行了綜合分析，從而設(shè)計出小車高速轉(zhuǎn)彎時的報警功能，以提醒駕駛員進行相應的減速，防止意外發(fā)生。 本章小結(jié)本章首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求，介紹了系統(tǒng)的構(gòu)建，然后詳細闡述了系統(tǒng)的設(shè)計方案，對系統(tǒng)的三個模塊：檢測模塊、控制模塊及顯示模塊分別進行方案的設(shè)計。確定了以ATmega16單片機作為系統(tǒng)的控制核心，以多圈電位器和光電編碼器作為檢測元件，以四位共陰極LED發(fā)光二極管作為顯示單元的方向盤角度檢測系統(tǒng)的方案設(shè)計，并對設(shè)計的特點進行了說明。廣西大學畢業(yè)設(shè)計論文 第三章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的原理介紹第三章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的原理介紹小車方向盤角度檢測系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分，硬件電路包括信號采集電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、單片機外圍系統(tǒng)電路及LED顯示電路等。系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計思想，可使程序設(shè)計思路清晰，便于調(diào)試。系統(tǒng)硬件部分放在論文第四章進行詳細介紹，軟件部分放在第五章進行介紹。 檢測原理介紹檢測部分包括三個環(huán)節(jié)：方向盤角度檢測、路面傾角檢測及車速檢測。 方向盤角度檢測原理一般方向盤的轉(zhuǎn)動范圍為四圈，即從自然狀態(tài)開始，向左打死兩圈，向右打死同樣是兩圈。我們不妨應用720176。~+720176。來表示[6]，其中認為自然狀態(tài)下的方向盤為0176。，自然狀態(tài)下順時針轉(zhuǎn)動（右轉(zhuǎn)）為“+”，自然狀態(tài)下逆時針轉(zhuǎn)（左轉(zhuǎn)）“”，即凡是在中心位置左邊的角度都為“”，右邊的都為“+”。本設(shè)計采用定做的4圈精密電位器作為傳感器，用以檢測方向盤的轉(zhuǎn)動位置。電位器應與方向盤同軸安裝，從而保證方向盤與電位器的角位移一致，并且安裝時初始值要一致。若方向盤處在正中心位置，則電位器的觸頭應該在電阻的位置處，以保證測量的精確。本設(shè)計采用的電位器線性度極高，而方向盤的轉(zhuǎn)角精度不要求太高，精確到1176。即可，因此不必過分考慮器件非線性因素帶來的誤差。為配合ATmega16單片機ADC轉(zhuǎn)換。此時電位器的輸出電壓與方向盤的轉(zhuǎn)角關(guān)系如公式(31)~(32)所示。 (31)即 (32)其中，：電位器采集的電壓值；：方向盤轉(zhuǎn)角值。因此，只要檢測出電位器端的輸出電壓，即可推算出方向盤的轉(zhuǎn)角所在位置。電位器的輸出電壓與方向盤角度的對應關(guān)系如圖31所示。圖31 電位器輸出電壓與方向盤角度的對應關(guān)系 路面傾角檢測原理 路面傾角檢測也應用電位器，其檢測方法和方向盤角度檢測方法基本相同。路面傾角檢測采用單圈電位器，電位器指針的初始位置定在電位器電阻的處，規(guī)定此時的電位器轉(zhuǎn)角為0176。，這時候，電位器的輸出電壓與路面的傾角關(guān)系如公式(33)~公式(34)所示。 (33) 即 (34)其中，：電位器采集的電壓值；：路面的傾角值。電位器的輸出電壓與方向盤角度的對應關(guān)系如圖32所示。圖32 電位器輸出電壓與路面傾角的關(guān)系當然，實際中路面的傾角一般不會超過45176。，因此，~。 汽車車速檢測原理汽車車速檢測采用單路輸出增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器[6]作為傳感器件。光電編碼器結(jié)構(gòu)如圖33所示。 圖33 單路輸出光電編碼器結(jié)構(gòu)原理圖 編碼器的碼盤上有許多透光的縫隙，光線透過縫隙，便會被光敏管吸收，光敏管根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理輸出高電平，若光線被編碼盤擋住，光敏管接收不到光信息，便會輸出低電平。若編碼盤轉(zhuǎn)動，光線便會一會兒穿過編碼盤，一會兒被編碼盤擋住，這樣就會產(chǎn)生一個個脈沖序列，如圖36所示。圖36 單路輸出編碼器輸出脈沖波形編碼盤有多少透光的縫隙，轉(zhuǎn)動一圈，便會產(chǎn)生多少個脈沖。通常稱編碼器的縫隙數(shù)為線數(shù)，如果編碼盤單圈有1024個縫隙，就稱這樣的編碼器為1024線編碼器。由此可知，計算單位時間內(nèi)脈沖數(shù)的多少，就可以知道編碼盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。由于編碼盤與汽車驅(qū)動輪同軸安裝，因此汽車車輪轉(zhuǎn)動一圈，編碼盤便會轉(zhuǎn)動一圈。這樣，知道了汽車車輪單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，車速便自然得知。汽車車速的計算如公式(35)所示。 (35)其中，為車速；為測速周期； 為時間內(nèi)的