【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 求而確定，而不能片而追求過(guò)高的準(zhǔn)確度等級(jí)。 (3)使用環(huán)境和介質(zhì)性能傳感器使用環(huán)境和介質(zhì)性能主要取決于被測(cè)介質(zhì)的性能和傳感器安裝環(huán)境。(4)傳感器型號(hào) 汽車(chē)超載報(bào)警系統(tǒng)傳感器型號(hào)的選擇，要考慮不同類(lèi)別傳感器的適用范圍。主要考慮傳感器稱(chēng)量的可靠性，安裝的合適、穩(wěn)定性。總之，既要滿足各方面檢測(cè)的要求，又要考慮經(jīng)濟(jì)可行性?；谏鲜隹紤]，本設(shè)計(jì)選用電阻應(yīng)變式傳感器，該傳感器不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定可靠，而且精度高、成本低，測(cè)量范圍廣；同時(shí)可在低溫、高壓，強(qiáng)烈振動(dòng)，惡劣環(huán)境中正常工作，所以應(yīng)用非常普遍。當(dāng)然電阻應(yīng)變式傳感器也存在一些缺點(diǎn)，如大應(yīng)變狀態(tài)下具有較大的非線性誤差，輸出信號(hào)較薄弱，故其抗干擾能力較差等。電阻應(yīng)變片式傳感器包括兩個(gè)主要部分:一部分是將被測(cè)的力轉(zhuǎn)換為彈性體的應(yīng)變值的敏感彈性沅件。另一部分是電阻應(yīng)變計(jì)，它可以同步地將傳感器彈性體的應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為變化的電阻值。其結(jié)構(gòu)如圖6所示: 圖6 電阻應(yīng)變式傳感器結(jié)構(gòu)電阻應(yīng)變片式傳感器的工作原理為:在橫向和縱向共貼上四個(gè)應(yīng)變片與一個(gè)彈性體，當(dāng)彈性體受力F作用時(shí)，應(yīng)變片電阻值發(fā)生相應(yīng)變化，而應(yīng)變計(jì)是連結(jié)成平衡電橋式的，所以電橋平衡會(huì)因電阻值的變化而被破壞，進(jìn)而輸出信號(hào)。在彈性范圍內(nèi)，彈性體的變形的與受到的力F成正比，即 式中: ε為彈性體的相對(duì)變形。 L,△L為彈性體的長(zhǎng)度及其變化量。 F為受到的力， E為彈性體的彈性模量S為彈性體的橫截而積。 而電阻應(yīng)變片地工作原理是：基于電阻應(yīng)變效應(yīng)原理的，即產(chǎn)生機(jī)械變形的導(dǎo)體，它地電阻阻值相應(yīng)地發(fā)生變化。應(yīng)變片是由金屬半導(dǎo)體或者導(dǎo)體制成地電阻體，其阻值將隨著壓力的變化而變化；而對(duì)于金屬導(dǎo)體，電阻的變化率地表達(dá)式為: 式中:181。173。材料地泊松系數(shù)。橋路部分原理:電阻應(yīng)變計(jì)把機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成ΔR/R后，必須采用轉(zhuǎn)換電路通常采用惠斯登電橋電路實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。對(duì)于單臂電橋，如圖所示:圖7直流電橋選用傳感器的型號(hào)本論文選擇的是GYJ型鋼筋應(yīng)變計(jì)，如圖9所示 圖8 GYJ型鋼筋應(yīng)變計(jì)該型號(hào)傳感器的參數(shù)如表2所示:表2 GYJ型鋼筋應(yīng)變計(jì)參數(shù) 在本論文中，除需要一種測(cè)量壓力的傳感器，來(lái)檢測(cè)出車(chē)體所受到的載荷。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)方案，還需要在汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)使報(bào)警系統(tǒng)不能工作，以防止在行駛中出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警，因此可安放汽車(chē)輪速傳感器以檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速。車(chē)速通常檢測(cè)汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，換算為汽車(chē)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速間接獲得的。輪速傳感器一般是直接檢測(cè)車(chē)輪的轉(zhuǎn)速且所有車(chē)輪的轉(zhuǎn)速均檢測(cè)，并把檢測(cè)結(jié)果輸入ABS/ASR等用于制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)控制的系統(tǒng)的ECU。常用的輪速傳感器有：電磁感應(yīng)式、霍爾式兩類(lèi)。（1）輪速傳感器的選擇電磁感應(yīng)式輪式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，所以應(yīng)用范圍廣泛。但由于其輸出信號(hào)的頻率和幅值受轉(zhuǎn)速影響較大，抗電磁波干擾能力差，且易產(chǎn)生誤差信號(hào)，故只適用于1560kmlh的速度，當(dāng)速度擴(kuò)大到更大范圍時(shí)，電磁感應(yīng)式輪式傳感器很難適應(yīng)。而霍爾效應(yīng)式輪速傳感器能克服電磁式輪速傳感器的不足，具有輸出信號(hào)不受轉(zhuǎn)速影響，頻率響應(yīng)高，抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。霍爾器件有結(jié)構(gòu)牢固，體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，安裝方便，功耗小、耐震動(dòng)，耐污染、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)?；魻栭_(kāi)關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、回跳、位置重復(fù)精度高 (可達(dá)181。m級(jí))，霍爾線性器件的精度高、線性度好。因此霍爾效應(yīng)式輪速傳感器被廣泛應(yīng)用于輪速檢測(cè)，及其他控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測(cè)中。 按照霍爾器件的功能可分為兩種: 霍爾開(kāi)關(guān)器件和霍爾線性器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)宇量。由上述可知，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本論文選則的是霍爾效應(yīng)式輪速傳感器(開(kāi)關(guān)型)。（2）霍爾效應(yīng)式輪速傳感器的工作原理及測(cè)量電路霍爾效應(yīng)式輪速傳感器屬于霍爾式傳感器，是利用霍爾效應(yīng)的原理制成的，利用霍爾效應(yīng)使位移帶動(dòng)霍爾元件在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生霍爾電熱，即把位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電熱變化信號(hào)的傳感器。(Ⅰ)霍爾效應(yīng)：如果對(duì)位于磁場(chǎng)（B）中的半一份體薄片(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)垂直又與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)生的這種現(xiàn)象被稱(chēng)作是霍爾效應(yīng)，該半導(dǎo)體薄片被稱(chēng)作為霍爾元件，如圖9所示: 圖9霍爾效應(yīng)原理圖在N型的半導(dǎo)體薄片中通一電流I，隨著載流電子沿著半導(dǎo)體中和電流流動(dòng)方向相反的方向運(yùn)動(dòng)（速度為V )，因?yàn)樵诖怪钡姆较蛏鲜┘拥么鸥袘?yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，電子會(huì)受到一定洛侖茲力FL的作用，向一邊偏轉(zhuǎn)，并形成邊緣電子積累，進(jìn)而形成電場(chǎng)。該電場(chǎng)組織運(yùn)動(dòng)電子繼續(xù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)作用在運(yùn)動(dòng)電子上的力FE與受到的洛侖茲力FL相等時(shí)，電子積累達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)。在兩橫截面之間建立了電場(chǎng)，相應(yīng)的電勢(shì)稱(chēng)為崔爾電勢(shì)UH，其大小可用下式表示: UH=RHIB/d (V)式中：RH霍爾系數(shù),m3/c I控制電流，A。 B磁感應(yīng)強(qiáng)度，T。 d霍爾元件的厚度，m?；魻栂禂?shù)為 RH=ρμ式中：ρ—載流體地電阻率μ—載流體地遷移率令KH=。稱(chēng)KH稱(chēng)作霍爾元件地靈敏度。則，U=KHIB 如果磁感應(yīng)強(qiáng)度和元件平面法線成一定角度θ，則作用在元件上的有效磁場(chǎng)是其法線方向的分量，即Bcosθ，這時(shí)UH=KHIBcosθ。當(dāng)控制電流的方向或磁場(chǎng)的方向改變時(shí)，輸出電勢(shì)的方向也將改變。但當(dāng)磁場(chǎng)與電流同時(shí)改變時(shí)，霍爾電勢(shì)極性不變。綜上所述，霍爾電勢(shì)的大小正比于控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B。(Ⅱ)霍爾效應(yīng)式輪速傳感器的工作原理霍爾效應(yīng)式輪速傳感器：由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永久磁體，霍爾元器件和電子電路等部分組成，永磁體的磁力線穿過(guò)霍爾元件通向齒輪，如圖10所示: 圖10為輪速傳感器示意圖當(dāng)輪齒位于圖中(a)的位置時(shí)，磁力線比較分散，磁場(chǎng)也相對(duì)較弱；而當(dāng)輪齒位于圖中(b}的位置時(shí)，磁力線比較集中，磁場(chǎng)也相對(duì)較強(qiáng)。當(dāng)齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁力線穿過(guò)霍爾元件的密度發(fā)生了大的變化，霍爾電壓也發(fā)生相應(yīng)的變化，霍爾沅件將會(huì)輸出一個(gè)準(zhǔn)正弦波電壓（mV級(jí)）。此信號(hào)還需轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電壓。此電壓輸出給電子控制裝置，電子控制裝置以此作為計(jì)算輪速，以及跟汽車(chē)的參考速度作比較?；魻栞喫賯鞲衅鞯臏y(cè)量電路霍爾傳感器(開(kāi)關(guān)型)的霍爾元件靠近齒圈，當(dāng)汽車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒圈上的齒會(huì)在一定的周期內(nèi)靠近霍爾元件一次，這樣霍爾傳感器將輸出一個(gè)高電平，當(dāng)齒遠(yuǎn)離霍爾兀件時(shí)，傳感器輸出一個(gè)低電平。利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器，計(jì)算出脈沖一個(gè)周期的時(shí)間，就可以算出車(chē)輪的轉(zhuǎn)速，見(jiàn)圖11所示: 圖11霍爾效應(yīng)式輪速傳感器的測(cè)量電路霍爾效應(yīng)式輪速傳感器的安裝部位霍爾效應(yīng)式輪速傳感器的齒圈一般安裝在隨車(chē)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上，如半軸、輪轂,制動(dòng)盤(pán)等，而感應(yīng)觸頭則安裝在車(chē)輪附近不隨車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的部件上，如半軸套管、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動(dòng)底板等。汽車(chē)前輪和后輪均可安裝，安裝部位如圖113所示: 圖12前輪安裝示意圖 圖13后輪安裝示意圖在許多需要用A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集的單片機(jī)系統(tǒng)中，多數(shù)情況下傳感器輸出的模擬信號(hào)都很微弱，必須通過(guò)一個(gè)模擬放大器對(duì)其進(jìn)行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大，其設(shè)計(jì)電路如圖14所示: 圖14利用高粘度低漂移運(yùn)放設(shè)計(jì)的差動(dòng)放大器(1)前級(jí)采用的是運(yùn)算放大器A1和A2組成地并聯(lián)型的差動(dòng)放大器。在理論上也不難證明并聯(lián)型得差動(dòng)放大器地共模抑制比和電路地外圍電阻阻值和其精度無(wú)關(guān)。運(yùn)放在理想的工作情況下，并聯(lián)型的差放輸入阻抗是無(wú)窮大的，其共模抑制比也是無(wú)窮大的。(2)阻容藕合電路放置在后級(jí)與前級(jí)運(yùn)算放大器之間，這樣后級(jí)的放大器的增益得到提高，進(jìn)而對(duì)電路共模抑制比的提高提供了有利條件。與此同時(shí)，電路采用了共模驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，使得位于前置端的放大器地輸出阻抗非常低，因而也避免了其中的阻容藕合電路中，阻容元器件參數(shù)不對(duì)稱(chēng)(匹配)而導(dǎo)致地共模干擾及其轉(zhuǎn)換成的差模干擾情況的發(fā)生。(3)后級(jí)電路采用的是較為廉價(jià)地儀器放大器，將會(huì)把雙端信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)進(jìn)行輸出。因?yàn)樽枞菖汉想娐返馗糁绷髯饔茫蠹?jí)地儀器放大器可以得到很高地增益，進(jìn)而得到很高地共模抑制比。圖15電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量電路與放大電路 A/D轉(zhuǎn)換采樣電路A/D轉(zhuǎn)換原理(1)逐次逼近法逐次逼近式（也稱(chēng)逐次比較型）A/D是一種比較常見(jiàn)的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間非常短，可達(dá)到微秒級(jí)。逐次比較型的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器和控制邏輯電路組成?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，在精度、速度和價(jià)格上都適中。逐次逼近法的轉(zhuǎn)換過(guò)程是這樣的:進(jìn)行初始化時(shí)先將寄存器各位清零。轉(zhuǎn)換一開(kāi)始時(shí)，先將逐次比較寄存器的最高位置l，送入D/A轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而將經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換生成地模擬量送到比較器，記為v0，并且與送到比較器中地待轉(zhuǎn)換地模擬量vi進(jìn)行比較，若v0 vi，該位1被保留，否則該位1被清除。然后再置比較寄存器的次高位為1,并將寄存器中地新地?cái)?shù)字量送入到D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出的v。再與vi比較，若v。vi，該位1被保留，否則將被清除。此過(guò)程將重復(fù)進(jìn)行，直至逐次比較型寄存器的最低位。等轉(zhuǎn)換結(jié)束以后，將寄存器中地?cái)?shù)字量送到緩沖寄存器中，得到數(shù)宇量的輸出。經(jīng)控制電路執(zhí)行。(2)雙積分法雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器是由比較器、積分器、電子開(kāi)關(guān)和控制邏輯等部件織成?；驹硎牵簩⑤斎腚妷恨D(zhuǎn)換成與其平均值成正比的時(shí)間間隔，再把此時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換地過(guò)程是:先接通開(kāi)關(guān)將待轉(zhuǎn)換地模擬量Vi接通，進(jìn)行Vi采樣并輸入到積分器，積分器開(kāi)始從零進(jìn)行正向積分，時(shí)間 T到后（此時(shí)間為固定的），繼而開(kāi)關(guān)再接通與Vi極性相反地基準(zhǔn)電壓Vf。將Vf采樣傳輸?shù)椒e分器，接著進(jìn)行反向積分，直到輸出0V為止停止積分。Vf越大，積分器輸出的電壓越大，反向積分的時(shí)間相應(yīng)地也就越長(zhǎng)。計(jì)數(shù)器在反向積分的時(shí)間段內(nèi)所記的數(shù)值，就是輸入的模擬電壓v所對(duì)應(yīng)地?cái)?shù)字量，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。c)A/D轉(zhuǎn)換器選用的原則:(1) A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。AID轉(zhuǎn)換器決定分辨率的高低。在系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器地分辨率,應(yīng)比系統(tǒng)所允許引用的誤差高一倍以上。(2) A/D轉(zhuǎn)換器地轉(zhuǎn)換速率。不同類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換器地轉(zhuǎn)換速率不同。積分型地轉(zhuǎn)換速率較低，轉(zhuǎn)換的時(shí)間從幾豪秒到幾十毫秒不等，只能夠構(gòu)成低速A/D轉(zhuǎn)換器，一般用于壓力、深度及流量等緩慢變化的參數(shù)測(cè)試。逐次逼近型A/D屬于中速轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為納秒級(jí)，用于通道的過(guò)程控制與聲頻數(shù)字的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。(3)是否加采樣/保持器。(4) A/D轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程引腳。有的A/D轉(zhuǎn)換器提供兩個(gè)輸入引腳，不同量程范圍內(nèi)的模擬量可從不同引腳輸入。(5) A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換結(jié)束。一般A/D轉(zhuǎn)換器可由外部控制信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，這一啟動(dòng)信號(hào)可由CPU提供。轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平，通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。(6) A/D轉(zhuǎn)換器的晶閘管現(xiàn)象。其現(xiàn)象是在正常使用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)燒壞芯片。綜上所述，本文基于計(jì)算機(jī)接口特征、前向通道的總誤差、信號(hào)對(duì)象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，以及環(huán)境條件選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片的一些環(huán)境參數(shù)要求：(工作溫度、功耗、可靠性等性能），以及成本等方面的綜合考慮，最后結(jié)合本設(shè)計(jì)要求選擇A/D轉(zhuǎn)化芯片為ADC0809。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出功能，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作，輸入輸出兼容TTL。其主要特性如下:1)8路8位A/D轉(zhuǎn)換器。2)單個(gè)+5V電源供電。3)模擬輸入電壓范圍:0V―+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 如圖16所示，ADC0809的引腳功能:1)RNT0一RNT7:八路模擬輸入通進(jìn).2)D7D0:8位三態(tài)數(shù)據(jù)輸出線.3)A/B/C:通道選擇輸入線，其中C為高位，A為低位.4)ALE:通道鎖存控制信號(hào)輸入線.5)START:啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)輸入線.6)CLK:轉(zhuǎn)換脈沖輸入線.7)VCC:主電源+5V.8)GND:數(shù)字地 圖16 ADC0809引腳圖17 A/D轉(zhuǎn)換采樣電路A/D轉(zhuǎn)換電路以ADC0809為核心，將采集的壓力傳感器的信號(hào)（4~20mA信號(hào)），加以電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換成0~5V的電壓信號(hào)。通過(guò)ADC0809的模擬量輸入口（IN0~IN7）進(jìn)行AD采樣。模擬信號(hào)通道地址A、B、C由74LS373（三態(tài)輸出鎖存器）的Q0、QQ2提供。時(shí)鐘通過(guò)單片機(jī)ALE用74LS74（D觸發(fā)器）進(jìn)行二分頻得到。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC為高電頻，作為中斷，單片機(jī)調(diào)用中斷程序，讀采樣數(shù)據(jù)。3．6點(diǎn)火控制電路的設(shè)計(jì)(1)點(diǎn)火系統(tǒng)的功用點(diǎn)火系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)各種情況和使用條件下，按照氣缸工作順序定時(shí)地在火花塞兩電極間產(chǎn)生足夠能量的電火花，以點(diǎn)燃可燃混合氣體，使發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)做功。(2)控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)在點(diǎn)火接通電火開(kāi)關(guān)線路處接一可控電流開(kāi)關(guān)，與報(bào)警電路端相連接，當(dāng)電流信號(hào)達(dá)到一定值時(shí)，揚(yáng)聲器報(bào)警。同時(shí)經(jīng)放大電路將電路電流放大，放大電流在蓄電池控制回路的電磁閥處，由于電流大產(chǎn)生電磁力使控制蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)電路電流開(kāi)關(guān)打開(kāi)，蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)處于無(wú)工作電流通過(guò)，