【文章內(nèi)容簡介】 霍爾元件在磁場中運動產(chǎn)生霍爾電熱，即把位移信號轉(zhuǎn)換成電熱變化信號的傳感器。(Ⅰ)霍爾效應：如果對位于磁場（B）中的半一份體薄片(d)施加一個電壓(V)，該磁場的方向垂直于所施加電壓的方向，那么則在既與磁場垂直又與所施加電流方向垂直的方向上會產(chǎn)生另一個電壓（UH），人們將這個電壓叫做霍爾電壓，產(chǎn)生的這種現(xiàn)象被稱作是霍爾效應，該半導體薄片被稱作為霍爾元件，如圖9所示: 圖9霍爾效應原理圖在N型的半導體薄片中通一電流I，隨著載流電子沿著半導體中和電流流動方向相反的方向運動（速度為V )，因為在垂直的方向上施加得磁感應強度為B的磁場，電子會受到一定洛侖茲力FL的作用，向一邊偏轉(zhuǎn)，并形成邊緣電子積累，進而形成電場。該電場組織運動電子繼續(xù)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當作用在運動電子上的力FE與受到的洛侖茲力FL相等時，電子積累達到動態(tài)的平衡狀態(tài)。在兩橫截面之間建立了電場，相應的電勢稱為崔爾電勢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磁感應強度，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KH稱作霍爾元件地靈敏度。則，U=KHIB 如果磁感應強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是其法線方向的分量，即Bcosθ，這時UH=KHIBcosθ。當控制電流的方向或磁場的方向改變時，輸出電勢的方向也將改變。但當磁場與電流同時改變時，霍爾電勢極性不變。綜上所述，霍爾電勢的大小正比于控制電流I和磁感應強度B。(Ⅱ)霍爾效應式輪速傳感器的工作原理霍爾效應式輪速傳感器：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輪齒位于圖中(a)的位置時，磁力線比較分散，磁場也相對較弱；而當輪齒位于圖中(b}的位置時，磁力線比較集中，磁場也相對較強。當齒輪旋轉(zhuǎn)時，磁力線穿過霍爾元件的密度發(fā)生了大的變化，霍爾電壓也發(fā)生相應的變化，霍爾沅件將會輸出一個準正弦波電壓（mV級）。此信號還需轉(zhuǎn)換成標準的脈沖電壓。此電壓輸出給電子控制裝置，電子控制裝置以此作為計算輪速，以及跟汽車的參考速度作比較?；魻栞喫賯鞲衅鞯臏y量電路霍爾傳感器(開關(guān)型)的霍爾元件靠近齒圈，當汽車車輪轉(zhuǎn)動時，齒圈上的齒會在一定的周期內(nèi)靠近霍爾元件一次，這樣霍爾傳感器將輸出一個高電平，當齒遠離霍爾兀件時，傳感器輸出一個低電平。利用單片機內(nèi)部定時器，計算出脈沖一個周期的時間，就可以算出車輪的轉(zhuǎn)速，見圖11所示: 圖11霍爾效應式輪速傳感器的測量電路霍爾效應式輪速傳感器的安裝部位霍爾效應式輪速傳感器的齒圈一般安裝在隨車輪一起轉(zhuǎn)動的部件上，如半軸、輪轂,制動盤等，而感應觸頭則安裝在車輪附近不隨車輪轉(zhuǎn)動的部件上，如半軸套管、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動底板等。汽車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)字采集的單片機系統(tǒng)中，多數(shù)情況下傳感器輸出的模擬信號都很微弱，必須通過一個模擬放大器對其進行一定倍數(shù)的放大，才能滿足A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求，在此情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。為了實現(xiàn)信號的放大，其設計電路如圖14所示: 圖14利用高粘度低漂移運放設計的差動放大器(1)前級采用的是運算放大器A1和A2組成地并聯(lián)型的差動放大器。在理論上也不難證明并聯(lián)型得差動放大器地共模抑制比和電路地外圍電阻阻值和其精度無關(guān)。運放在理想的工作情況下，并聯(lián)型的差放輸入阻抗是無窮大的，其共模抑制比也是無窮大的。(2)阻容藕合電路放置在后級與前級運算放大器之間，這樣后級的放大器的增益得到提高，進而對電路共模抑制比的提高提供了有利條件。與此同時，電路采用了共模驅(qū)動的技術(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)不對稱(匹配)而導致地共模干擾及其轉(zhuǎn)換成的差模干擾情況的發(fā)生。(3)后級電路采用的是較為廉價地儀器放大器，將會把雙端信號轉(zhuǎn)換為單端信號進行輸出。因為阻容藕合電路地隔直流作用，后級地儀器放大器可以得到很高地增益，進而得到很高地共模抑制比。圖15電阻應變式傳感器測量電路與放大電路 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（也稱逐次比較型）A/D是一種比較常見的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間非常短，可達到微秒級。逐次比較型的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、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、速度和價格上都適中。逐次逼近法的轉(zhuǎn)換過程是這樣的:進行初始化時先將寄存器各位清零。轉(zhuǎn)換一開始時，先將逐次比較寄存器的最高位置l，送入D/A轉(zhuǎn)換器，進而將經(jīng)過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數(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。此過程將重復進行，直至逐次比較型寄存器的最低位。等轉(zhuǎn)換結(jié)束以后，將寄存器中地數(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間間隔，再把此時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于間接轉(zhuǎn)換。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換地過程是:先接通開關(guān)將待轉(zhuǎn)換地模擬量Vi接通，進行Vi采樣并輸入到積分器，積分器開始從零進行正向積分，時間 T到后（此時間為固定的），繼而開關(guān)再接通與Vi極性相反地基準電壓Vf。將Vf采樣傳輸?shù)椒e分器，接著進行反向積分，直到輸出0V為止停止積分。Vf越大，積分器輸出的電壓越大，反向積分的時間相應地也就越長。計數(shù)器在反向積分的時間段內(nèi)所記的數(shù)值，就是輸入的模擬電壓v所對應地數(shù)字量，實現(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)測試。逐次逼近型A/D屬于中速轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的時間為納秒級，用于通道的過程控制與聲頻數(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啟動轉(zhuǎn)換，這一啟動信號可由CPU提供。轉(zhuǎn)換結(jié)束后A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標志電平，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，A/D轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時間一長就會燒壞芯片。綜上所述，本文基于計算機接口特征、前向通道的總誤差、信號對象的變化率及轉(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)合本設計要求選擇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+5V電源供電。3)模擬輸入電壓范圍:0V―+5V，不需零點和滿刻度校準。 如圖16所示，ADC0809的引腳功能:1)RNT0一RNT7:八路模擬輸入通進.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:通道鎖存控制信號輸入線.5)START:啟動轉(zhuǎn)換控制信號輸入線.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（4~20mA信號），加以電阻網(wǎng)絡轉(zhuǎn)換成0~5V的電壓信號。通過ADC0809的模擬量輸入口（IN0~IN7）進行AD采樣。模擬信號通道地址A、B、C由74LS373（三態(tài)輸出鎖存器）的Q0、QQ2提供。時鐘通過單片機ALE用74LS74（D觸發(fā)器）進行二分頻得到。當轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC為高電頻，作為中斷，單片機調(diào)用中斷程序，讀采樣數(shù)據(jù)。3．6點火控制電路的設計(1)點火系統(tǒng)的功用點火系統(tǒng)的功用是在發(fā)動機各種情況和使用條件下，按照氣缸工作順序定時地在火花塞兩電極間產(chǎn)生足夠能量的電火花，以點燃可燃混合氣體，使發(fā)動機實現(xiàn)做功。(2)控制過程的實現(xiàn)在點火接通電火開關(guān)線路處接一可控電流開關(guān)，與報警電路端相連接，當電流信號達到一定值時，揚聲器報警。同時經(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火系統(tǒng)電路電流開關(guān)打開，蓄電池點火系統(tǒng)處于無工作電流通過，而處于開路狀態(tài)，使載重汽車點火系統(tǒng)不能正常點火，從而抑制發(fā)功機工作，達到了控制汽車啟動的目的。當汽車卸載到額定載荷以內(nèi)時，可控電電流開關(guān)活動觸點，由于電流小而產(chǎn)生的電磁力小，使得電子閥開關(guān)回到初始狀態(tài)而處于閉合，使點火系統(tǒng)形成無控制狀態(tài)的點火回路，初級繞組中有電流通過，汽車能正常啟動。如圖18所示:圖18汽車點火系統(tǒng)控制電路圖1點火開關(guān)；2點火線圈；3電容器；4斷電器；5配電器；6火花塞。7阻尼電阻；8高壓導線；9起動機；10電流表；11蓄電池；12附加電阻；13可控電流開關(guān)本設計采用蜂鳴音報警，蜂鳴音報警接口電路的設計只需購買市售的壓電式蜂鳴器，然后通過AT89C51的一根I/O口線通過驅(qū)動器驅(qū)動壓電式蜂鳴器發(fā)聲。壓電式蜂鳴器約需10A的驅(qū)動電流，可以使用TTL系列集成電路74LS06的低電平驅(qū)動，如圖19所示： 74LS06AT89C51 1 ○O++++5V 壓電式蜂鳴器 圖19通過74LS06來驅(qū)動蜂鳴器的報警電路在上圖中。，74LS06的輸出為低電平，使壓電蜂鳴器兩條引線加上近5V的直流電壓，由壓電效應而發(fā)出蜂鳴音；，74LS06的輸出端高約+5V電壓，壓電蜂鳴器的兩引線間的直流電壓降至接近于0V，發(fā)音停止。 發(fā)光二極管(LED)顯示器是由若甘個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆畫發(fā)光，控制不同組合的二極管導通，就能顯示各種字符。數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管組成，行成一“日”字形，他們可以共陰極，也可共陽極。“通過解碼電路得到的數(shù)碼接通相應的發(fā)光二極而形成相應的字，這便是它的工作原理?；镜陌雽w數(shù)碼管由7個條狀的發(fā)光二極管（LED）按圖1 所示排列而成的，可實現(xiàn)數(shù)字0～9及少量字符的顯示?！盵9]另外為了顯示小數(shù)點，增加了1 個點狀的發(fā)光二極管，因此數(shù)碼管就由8個LED 組成，我們分別把這些發(fā)光二極管命名為“a,b,c,d,e,f,g,dp”，排列順序如圖所示： 圖20七段數(shù)碼管引腳圖這類數(shù)碼管可以分為共陽極，共陰極兩種，共陽極就是把所有LED的陽極連接到共同接點 。而每個LED的陰極分別為a,b,c,d,e,f,g及dp(小數(shù)點)。共陰極則是把所有LED的陰極連接到共同接點。而每個LED的陽極分別為a,b,c,d,e,f,g,dp(小數(shù)點),如圖所示。圖中的8個LED分別與上面那個圖中ADP相對應。通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。圖21共陰數(shù)碼管引腳圖 顯示電路如圖所示：圖22顯示電路顯示部分采用循環(huán)掃描的方式，P0口傳輸顯示的內(nèi)容。一般情況下，貨車車載電瓶為24V，個別小型貨車為12V。而單片機工作電壓通常為5V，因此，需要通過電壓轉(zhuǎn)化器來實現(xiàn)。本設計選用LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路提供單片機運行電壓。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件的替代品，工作性能可靠、工作效率較高、輸出電流驅(qū)動能力較強，為MCU的可靠工作及穩(wěn)定性提供了強有力的保證。LM2576系列內(nèi)含固定頻率振蕩器(52kHz)和基準穩(wěn)壓器()，并且它的保護電路比較完善，包括電流限制電路以及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需要很少的外圍器件就可以構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。電源電路如下圖所示：圖23電源電路圖24 LM2576的內(nèi)部框圖　 LM2576內(nèi)部包含振蕩器（52kHz）、