【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出最大扭矩的 90%。另外有個(gè)好處就是在換完檔后，只要保持油門 ，轉(zhuǎn)速剛好落在 2021 轉(zhuǎn)這個(gè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速上，可以保證燃油的消耗水平低。 （三） 汽車檔位、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和汽車車速之間的關(guān)系 精確計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速的關(guān)系，首先需要要知道輪胎的規(guī)格，其次還要知道變速箱各檔位的傳動(dòng)比（包括最終傳動(dòng)比） ,條件是離合器完全結(jié)合。輪胎規(guī)格：輪胎寬度 /高寬比R輪轂直徑，例如規(guī)格為 195/55R15的輪胎，其寬度是 195mm，高寬比是 ，輪轂直徑是15吋（英寸）。 車速 (km/h) ＝ [ 輪 胎 寬 度 (mm) ( 高 寬 比 /100)2 ＋ 輪 轂 直 徑(吋 ) ]60/100000 0/最終傳動(dòng)比 /對(duì)應(yīng)檔位傳動(dòng)比 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 (rpm)其中： “ 60 ” 是將每分鐘的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 (rpm)，轉(zhuǎn)換為每小時(shí)的轉(zhuǎn)速 (rph)， “/1000000” 則是將以毫米 (mm)為單位的輪胎圓周長(zhǎng)，轉(zhuǎn)換成以公里 (km)為單位。 在上式中，對(duì)于一輛特定的汽車，輪胎規(guī)格、最終傳動(dòng)比是固定的參數(shù)，而且，對(duì)于某一檔位，其傳動(dòng)比也是固定的，因此，只要已知檔位和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，即可求出對(duì)應(yīng)的車速。 例如，對(duì)于凱越五檔手動(dòng)變速箱（ DOHC），各檔的傳動(dòng)比、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速關(guān)系如下（ 表 1）： [最終傳動(dòng)比： ，輪胎 195/55R15，車速 (公里 /小時(shí) )＝ 位傳動(dòng)比 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速 (rpm)] 表 1各檔的傳動(dòng)比、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速 檔位（傳動(dòng)比） 1500rpm 2021rpm 2500rpm 3000rpm 3500rpm 一檔 () 二檔 () 三檔 () 四檔 () 五檔 () 倒檔 () 檔位（傳動(dòng)比） 4000rpm 4500rpm 5000rpm 5500rpm 6000rpm 一檔 () 二檔 () 三檔 () 四檔 () 五檔 () 7 倒檔 () 三、 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) （一） 控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)包括車速信號(hào)采集系統(tǒng)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī) 信號(hào)采集系統(tǒng)、中央控制器、語(yǔ)音輸出裝置組成。該系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)車速傳感器和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器來(lái)采集車速信號(hào)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào) ，進(jìn)過(guò)信號(hào)的處理 整形 輸送給中央處理器，然后通過(guò)運(yùn)算對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，最后將信號(hào)給語(yǔ)音電路進(jìn)行語(yǔ)音輸出。 本系統(tǒng)中所需要的中央處理器為單片機(jī)，單片機(jī)的工作電壓為 3— 5V，而一般的車載電壓為 12V，所以需要電源電路給單片機(jī)供電。其控制方案如下圖所示： 中央控制器車速信號(hào)采集信號(hào)處理語(yǔ)音輸出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集信號(hào)處理電源信號(hào) 圖 2 控制系統(tǒng)方案 在本系統(tǒng)中選用的中央處理器為單片機(jī)，由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、 汽車車速傳感器采集發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)以及車速信號(hào)。發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器和車速傳感器都是采用霍爾元件采集的信號(hào)。由于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)霍爾元件采集的信號(hào)有干擾作用，所以需要電源隔離，使得采集到得車速信號(hào)以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)更加精確可靠。此外，由于本系統(tǒng)采用的語(yǔ)音芯片需要存儲(chǔ)一些語(yǔ) 8 音信號(hào)，所以對(duì)語(yǔ)音芯片進(jìn)行擴(kuò)展，外加一個(gè)語(yǔ)音芯片存儲(chǔ)裝置用來(lái)存儲(chǔ)一些語(yǔ) 音信號(hào)，其硬件框圖如圖 3所示： 語(yǔ)音芯片語(yǔ)音芯片存儲(chǔ)器ttl r s 2 3 2 電平轉(zhuǎn)換232串口下載器單 片 機(jī) 開關(guān)電源脈 沖 整 形發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器 車速傳感器電源隔離脈沖整形 圖 3系統(tǒng)硬件流程圖 （二） 器件選型 中央控制器選型 該系統(tǒng)選用的單片機(jī)是 STC12C5620AD系列單片機(jī)，該單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051，但速度快 8— 12倍。內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路， 4 路 PWM， 8路高速 10位 A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 增強(qiáng)型 8051 CPU， 1T，單時(shí)鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 1） 工作電壓： 5V 2） 工作頻率范圍 0— 35MHZ，相當(dāng)于普通 8051的 0—— 420MHZ 3） 用戶應(yīng)用程序空間 30K/28K/24K/20K/16K/12K/8K/4K 4） 片上集成 768字節(jié) RAM 5） 通用 I/O，復(fù)位后位：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強(qiáng)推挽 /強(qiáng)上啦，僅為輸入 /高阻，開漏每個(gè) I/O口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到 20MA，但整個(gè)芯片不要超過(guò) 55MA 6） ISP(在系統(tǒng)可編程 )/IAP(在應(yīng)用課編程 )無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器課通過(guò)串口（ ）直接下載用戶程序數(shù)秒即可完成一片 7） 有 EEPROM 8） 看門狗 9 9） 內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路（外部晶體 20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路） 10） 時(shí)鐘源：外部高精度晶體 /時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C振蕩器用戶在下載程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部 R/C振蕩器還是外部晶體 /時(shí)鐘，常溫下內(nèi)部 R/C振蕩器頻率為： — ,精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn) 11） 共用 6個(gè) 16位定時(shí)器 兩個(gè)與傳統(tǒng) 8051兼容的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 16位定時(shí)器 T0和 T1，沒(méi)有定時(shí)器 2， PCA模塊可再實(shí)現(xiàn) 4個(gè) 16位定時(shí)器 12） 2個(gè)時(shí)鐘輸入出口，可由 T0溢出在 ，可由 T1的溢出在 鐘 13） 外部中斷 9路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， PCA模式可分別或同時(shí)支 持上升沿中斷 /下降沿中斷， POWERDOWN模式可由外部中斷喚醒， INT0/， INT1/， T0/，T1/， RXD/， PCA0/， PCA1/， PCA2/， PCA3/ 14） PWM/PCA 也可用來(lái)當(dāng) 4路 D/A使用、也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 4個(gè)定時(shí)器、也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn) 4個(gè)外部中斷 15） A/D轉(zhuǎn)換， 10位精度 ADC，共 8路 16） 通用全雙工串行口，由于 STC12系列高速 8051，也可再用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多串口 17） SPI同步通信口，主模式 /從模式 18） 工作溫度范圍 40— 85 度 圖 4為 STC12C5620AD單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 10 圖 4STC12C5620AD單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) STC12C5620AD系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 UART串口、 I/O 接口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換、 SPI 接口、 PCA、看門狗及片內(nèi) R/C振蕩器和外部晶振電路電路模塊，幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。 語(yǔ)音芯片介紹 該系統(tǒng)所運(yùn)用的語(yǔ)言芯片是 WT588D。 WT588D 是意亂功能強(qiáng)大的可重復(fù)擦除燒寫的語(yǔ)言單片機(jī)。 WT588D 讓語(yǔ)音芯片不再為控制方式而尋找合適的外圍單片機(jī)電路，高度集成的單片機(jī)技術(shù)足浴取代復(fù)雜的外圍控制電路。配套 WT— APP 上位機(jī)操作軟件可隨意更換 WT588D語(yǔ)音單片機(jī)芯片的任何一種控制模式。把信息下載到 SPI— FLASH 上即可，軟件操作方式簡(jiǎn)潔易懂，撮合了語(yǔ)音組合技術(shù)，大大減少了語(yǔ)音編輯時(shí)間，完全支持在線下載，即便是 WT588D通電情況下，一樣可以通過(guò)下載器給關(guān)聯(lián)的 SPI— FLASH下載信息，給 WT588D電路復(fù)位一下，就能更新到剛下載進(jìn)來(lái)的控制模式。 支持插入靜音模式，插入靜音不占用 SPI— FLASH內(nèi)存的容量，一個(gè)地址位可插入 10ms— 25min的靜音； 按鍵控制模式 下觸發(fā)方式靈活，課隨意設(shè)置任意按鍵為脈沖可重復(fù)觸發(fā)、脈沖不可重復(fù)觸發(fā)、無(wú)效按鍵、電平保持不循環(huán)、電平保持可循環(huán)、非電平保持可循環(huán)、單鍵向前不循環(huán)、單鍵向后不循環(huán)、單鍵向前可循環(huán)、單鍵向后可循環(huán)、音量 +、音量 — 、播放 /暫停、停止、播放 /停止等 15 種觸發(fā)方式，最多可控制 10個(gè)按鍵觸發(fā)輸出； 一線串口控制模式 可通過(guò)發(fā)碼端控制語(yǔ)音播放、停止、循環(huán)播放和音量大小，或者直接觸發(fā) 0— 219地址位的任 意語(yǔ)音，發(fā)碼速度 600us— 2021us； 三線串口控制模式和三線串口控制 I/O口擴(kuò)展輸出模式之間可通過(guò)發(fā)碼切換，三線串口控制模式下，能控制語(yǔ)音播放、停止、循環(huán)播放和音量大小，或者直接觸發(fā) 0— 219 地址位任意語(yǔ)音，發(fā)碼速度 40us— 4000us可調(diào)，三線串口控制 I/O口擴(kuò)展輸出可以擴(kuò)展輸出 8位，早兩種模式下切換，能讓上一個(gè)模式的最后一種狀態(tài)保持著靜茹下一個(gè)模式。 系統(tǒng)主要的傳感器介紹 霍爾效應(yīng) 是一種磁電效應(yīng)，是德國(guó)物理學(xué)家霍爾 1879年研究載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)的 。 流垂直于外磁場(chǎng)方向通過(guò)導(dǎo)體時(shí) ，在垂直于磁場(chǎng)和電流方向的導(dǎo)體的兩個(gè)端面之間出現(xiàn)電勢(shì)差的現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，該電勢(shì)差稱為霍爾電勢(shì)差（霍爾電壓）。根據(jù)霍爾效應(yīng)，人們用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，它具有對(duì)磁場(chǎng)敏感、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、頻率響應(yīng)寬、 輸出電壓變化大和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在測(cè)量、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得 11 到廣泛的應(yīng)用。 霍爾效應(yīng)在應(yīng)用技術(shù)中特別重要 ， 如果對(duì)位于磁場(chǎng) (B)中的導(dǎo)體 (d)施加一個(gè)電壓 (V)，該磁場(chǎng)的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場(chǎng)垂直又和所施加電流方向垂直的方向上會(huì)產(chǎn)生另一個(gè)電壓 (UH)，人們將這個(gè)電壓叫 做霍爾電壓，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。好比一條路 , 本來(lái)大家是均勻的分布在路面上 , 往前移動(dòng) 。 當(dāng)有磁場(chǎng)時(shí) , 大家可能會(huì)被推到靠路的右邊行走 。 故路 (導(dǎo)體 )的兩側(cè) , 就會(huì)產(chǎn)生電壓差 。 這個(gè)就叫 “ 霍爾效應(yīng) ” 。 其原理圖如下圖 6所示。 + + + + + + + + + + + + + +dFEFLBeVLII WUH 圖 5 霍爾效應(yīng)原理圖 霍爾傳感器常用來(lái)檢測(cè)車輛上車速和轉(zhuǎn)速的信號(hào)?；魻杺鞲衅饔蓚鞲蓄^和齒心組成，其傳感頭由永磁體、霍爾元件和電子電路等組成?；魻栜囁賯鞲衅鞯墓ぷ髟恚涸邶X蹦轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，使得通過(guò)霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，從 而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一準(zhǔn)正旋波電壓，此信號(hào)由電子電路轉(zhuǎn)換成表中的脈沖電壓。由霍爾原理可知，霍爾傳感器的輸出電壓與被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，因此它的高、低、速特性都很好，若用其測(cè)量物體的轉(zhuǎn)速，其下限速度可以接近于 0，上限速度從理論上講可以不受限制，即它可以滿足工程中各種運(yùn)行速度的測(cè)量?；魻栞喫賯鞲衅鬟€有 1000Km/h，以下優(yōu)點(diǎn)：一是輸出信號(hào)電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響；二是頻率響應(yīng)高，其幅頻響應(yīng)可高達(dá) ,相當(dāng)于車速為時(shí)所檢測(cè)的信號(hào)頻率；三是抗電磁波干擾能力強(qiáng)。正因?yàn)槿绱?，車輛上的車速傳感器大都采用霍爾 式傳感器。 霍爾元件產(chǎn)生的霍爾電壓 U的大小為：dneIBU 0? 式中： I ：控制電流， A； 0e ：帶電粒子的電荷， 0e = ?? ； 12 B：磁感應(yīng)強(qiáng)度， T； d：半導(dǎo)體的厚度， mm； n：電 子濃度。 當(dāng)齒圈轉(zhuǎn)到兩個(gè)齒輪都與霍爾元件對(duì)正時(shí)，永磁體轉(zhuǎn)到霍爾元件的磁力線分散，磁場(chǎng)較弱，輸出的霍爾電壓較??；當(dāng)齒圈轉(zhuǎn)到一個(gè)齒與霍爾元件對(duì)正時(shí)，永磁體轉(zhuǎn)到霍爾元件的磁力線集中，磁場(chǎng)較強(qiáng)，輸出的霍爾電壓較大。齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，使得通過(guò)霍爾元件的磁力線密度發(fā)生變化，從而引起霍爾電壓的變化，霍爾元件將輸出一準(zhǔn)正弦波電壓，此信號(hào)由電子電路轉(zhuǎn)換成表中的脈沖電壓。 該系統(tǒng)主要采集的信號(hào)是車速信號(hào)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。主要的傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和汽車車速傳感器。 目前汽車車速傳感器多采用霍爾式結(jié)構(gòu)，霍爾車速傳感器是一種基于 霍爾效應(yīng)的磁電傳感器，具有對(duì)磁場(chǎng)干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)。它主要是由特定刺激對(duì)數(shù)的永久磁鐵（一般為 4或 8對(duì)）、霍爾元件、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及輸入 /輸出插件等組成。其工作原理是當(dāng)傳感器的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在外驅(qū)動(dòng)作用下旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)永久磁鐵的旋轉(zhuǎn)，穿過(guò)霍爾元件的磁場(chǎng)將產(chǎn)生周期性變化，引起霍爾元件輸出電壓變化，通過(guò)后續(xù)電路處理形成穩(wěn)定的脈沖電壓信號(hào)，作為車速傳感器的輸出信號(hào)。霍爾結(jié)構(gòu)的車速傳感器主要電氣技術(shù)參數(shù)包括：輸出信號(hào)高電壓、低電壓、占空比、周期、上升時(shí)間、下降時(shí)間、周期脈沖數(shù)等。 同理發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器也用霍爾傳 感器，原理與車速 傳感器相同。 圖 6為轉(zhuǎn)速信號(hào)采集電路： 圖 6轉(zhuǎn)速信號(hào)采集電路 （三） 基于單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量方法及原理 單片機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法 轉(zhuǎn)速是工程中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)參數(shù)，早期模擬量的模擬處理一直是作為轉(zhuǎn)速測(cè)量的 13 主要方法，這種測(cè)量方法在測(cè)量范圍和測(cè)量精度上，已不能適應(yīng)現(xiàn)代科技發(fā)展的要求。而隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)得到普遍應(yīng)用，利用單片機(jī)對(duì)脈沖數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)大處理能力，應(yīng)用全數(shù)字化的結(jié)構(gòu)，使數(shù)字測(cè)