【文章內(nèi)容簡介】 永久磁鐵和磁極部分的磁路組成 [8]。一個軟磁鐵葉片轉(zhuǎn)子穿過磁鐵和磁極間的氣隙，在葉片轉(zhuǎn)子上的窗口允許磁場不受影響的穿過并到達霍爾效應(yīng)傳感器，而沒有窗口的部分則中斷磁場，因此，葉片轉(zhuǎn)子窗口的作用是開關(guān)磁場，使霍爾效應(yīng)象開關(guān)一樣地打開或關(guān)閉，這就是一些汽車廠商將霍爾效應(yīng)傳感器和其它類似電子設(shè)備稱為霍爾開關(guān)的原 因，該組件實際上是一個開關(guān)設(shè)備，而它的關(guān)鍵功能部件是霍爾效應(yīng)傳感器。 將一排磁性圓盤固定裝在車輪主軸上。圓盤邊緣等距離用對氧樹脂粘貼塊狀磁鋼，磁鋼采用永久磁鐵分割成的磁力較強的小磁塊。通過霍爾元件感磁面的磁場強度就會發(fā)生變化。主軸轉(zhuǎn)動，磁塊靠近霍爾元件處于磁塊之間時，輸出高電平。從而使得在車輪轉(zhuǎn)動過程中，霍爾元件集成電路輸出連續(xù)脈沖信號。 單片機外部中斷 0 端口接于霍爾傳感器的輸出端。主軸轉(zhuǎn)動時 開啟外部中斷口和計數(shù)器。主軸每轉(zhuǎn) 一 圈將產(chǎn)生一次中斷請求信號申請中斷。單片機對在 1秒內(nèi)計數(shù)的值進行處理，轉(zhuǎn)換成每小時 的車速。 具體計算如下： 設(shè)單片機每秒計數(shù)到 N個值即 N(r/s)。小汽車車輪直徑 40 厘米，則每小時車速值為：π N 3600（千米）。 使用霍爾傳感器測量汽車行駛過程中的速度已在測量系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，具有良好的使用效果，具有實現(xiàn)成本低、可靠性好、精度良好的優(yōu)點。 速度的比較 使用霍爾傳感器測量汽車的轉(zhuǎn)速， 進行汽車速度的比較 [9]。 由公式： π Nmax 3600=160 千米 /小時 ,計算得轎車在高速公路上行駛時1秒時間內(nèi)的最高轉(zhuǎn)速 Nmax=35(r/s)。 假設(shè)汽車在行 駛過程中的 1 秒時間內(nèi)的轉(zhuǎn)速為 N，高速公路的 最高轉(zhuǎn)速 為 35(r/s)。將汽車的實際行駛 轉(zhuǎn)速 N 與 最高轉(zhuǎn)速 進行比較。若 N＜ 35，則表明汽車的行駛速度正常，不屬超速行駛。若 N＞或＝ 35，表明汽車在超速行駛，應(yīng)立即降低速度。 超速報警 當檢測到汽車超速行駛時，要及時的進行音樂報警，以免造成交通事故。 德州學(xué)院 機電工程系 20xx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 在汽車速度大于最高行駛速度時 ， 單片機 腳輸出高電平觸發(fā)語音電路發(fā)出報警提示 ，警告司機汽車的速度已經(jīng)過快，提醒他降低速度。 音樂報警器對自動駕駛顯得極為重要。它可以發(fā)出各種悅耳的音樂，進一步提 醒超速行駛的司機，避免交通事故的發(fā)生，大力減少駕駛員的負擔和判斷錯誤，對于提高交通安全起到重要作用 [10]。 強制減速 單片機的 腳和 腳分別控制音樂報警電路和油路控制電路。 若音樂報警仍不能引起司機的注意，在汽車超速行駛 5 秒后，則要進行強制減速，以保證司機的人身安全。 由于超速行駛的危害性極大，且交通事故的發(fā)生極快，另外，考慮駕駛員的反應(yīng)速度以及減速時間，因此，設(shè)定 5秒超速后強制減速。 在執(zhí)行超速處理操作過程中，當車速大于限速值時， 腳輸出高電平觸發(fā)語音電路發(fā)出報警提示。程序設(shè)計了 5s 超速延時，當 音樂報警 提示 5s 后仍然超速，則單片機 腳輸出低電平到油路控制繼電器 [11]。油路控制繼電器控制汽車噴油嘴供電電路開關(guān)：單片機的 腳輸出高電平控制油路控制繼電器接通，汽車噴油嘴供電電路可以保持正常供電； 腳輸出低電平控制油路控制繼電器斷開，切斷汽車噴油嘴供電電路工作，從而達到限速的目的。 4 系統(tǒng)采用元件的介紹 單片機 單片機的特點與應(yīng)用 （ 1） 小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化。它能方便地組裝各種智能式測控設(shè)備及各種智能儀表。 （ 2） 可靠性高、適應(yīng)的溫度范圍寬。單片機芯片本身是按 工業(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其它機種無法比擬的。 （ 3） 易擴展、控制功能強。很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。指令系統(tǒng)中有豐富的邏輯控制功能指令 。 （ 4） 可以方便地組成多機和分布式計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)多機和分布式控制。 （ 5） 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 80C51單片機的組成及結(jié)構(gòu) 圖 2 為 80C51 單片機的基本組成功能方塊圖。由圖可見，在一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的主要組成部分，其中包括中央處理器（ CPU）、 256 個內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部德州學(xué)院 機電工程系 20xx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 RAM）、 4KB 內(nèi)部程序存儲器（內(nèi)部 ROM） 、 2 個 16 位的定時器 /計數(shù)器、 4個 8位的并行 I/O口、 1個全雙工的可編程串行口、中斷系統(tǒng)、時鐘電路 。 外時鐘源 外部事件計數(shù) 內(nèi)中斷 外中斷 控制 串行通信 并行口 圖 2 80C51 單片機功能方塊圖 80C51單片機的 引腳定義及功能 80C51 單片機采用 40 腳雙列直插封裝（ DIP）形式，如圖 3 所示 。 80C51 單片機是高性能單片機，因為受到引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。下面說明這些引腳的名稱和功能 : （ 1） 主電源引腳 Vss 和 Vcc Vss：接地。 Vcc：主電源 +5V。 （ 2） 時鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1：接外部晶體的一端。在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，對于 HMOS 單片機，該端引腳必須接地 。對于 CHMOS 單片機，此引腳作為驅(qū)動端。 XTAL2：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個振蕩電路反相放大電路的輸出端，振蕩電路的頻率是晶體振蕩頻率。若需要采用外部時鐘電路，對于 HMOS 單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖，對于 CHMOS 單片機，此引腳應(yīng)懸浮。 振蕩器和時序OSC 程序存儲器 4KB ROM S 數(shù)據(jù)存儲器 2256B RAM/SFR 2 16 位 定時器 /計數(shù) 器 80C51 CPU 64KB 總線 擴展控制器 可編程 I/O 可編程全雙工串行口 德州學(xué)院 機電工程系 20xx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T / V P D9R X D P 3. 010T X D P 3 . 111IN T 0 P 3. 212IN T I P 3 .313T 0 P 3 .414T 1 P 3 .515W R P 3 .615R D P 3 . 717X T A L 218X T A L 119V s s20P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039V C C408 0 5 1A?* 圖 3 80C51 單片機引腳圖 （ 3） 控制信號引腳 RST、 ALE/PROG 、 PSEN 、 EA /VPP RST：單片機剛接上電源時，其內(nèi)部各寄存器處于隨機狀態(tài)，在該腳輸入 24 個時鐘周期寬度以上的高電平將使單片機復(fù)位。 ALE/PROG ：訪問片外存儲器時， ALE 作鎖存擴展地址低位字節(jié)的控制信號。平時不訪問片外存儲器時，該端也以 1/6 的時鐘振蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時或其他需要使用；在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時會丟失一個脈沖。 ALE 端的負載驅(qū)動能力為 8個 LSTTL。 PSEN ：在訪問片外程序存儲器時，此端輸出負脈沖作為存儲器讀選通信號 。 CPU 在向片外存儲器取指令期間， PSEN 信號在 12 個時鐘周期中兩次生效。不過，在訪問片外存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號不出現(xiàn)。 PSEN 端同樣可驅(qū)動 8個 LSTTL負載。根據(jù) PSEN 、ALE 和 XTAL2 輸出端是否有信號輸出，可以判別 80C51 是否在工作。 EA/VPP：當 EA端輸入高電平時， CPU 從片內(nèi)程序存儲器地址 0000H 單元開始執(zhí)行程序。當?shù)刂烦?4KB 時，將自動執(zhí)行片外程序存儲器的程序。當 EA 輸入低電 平時， CPU僅訪問片外程序存儲器。 （ 4） 輸入 /輸出引腳（ P0、 P P2 和 P3 端口引腳） 德州學(xué)院 機電工程系 20xx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 P0～ P3 是 4 個寄存器，也稱為 4 個端口，是 80C51 單片機與外界聯(lián)系的 4 個 8 位雙向并行 I/O 口。由于在數(shù)據(jù)的傳輸過程中， CPU 需要對接口電路中輸入輸出數(shù)據(jù)的寄存器進行讀寫操作，所以在單片機中對這些寄存器像對存儲單元一樣進行編址。 P0 是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)。在 EPROM 編程時，從 P0 輸入指令字節(jié)，在驗證程序時，則輸出指令字節(jié) 。 P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在 EPROM 編程和驗證程序時，它輸入低 8 位地址。P2 是一個帶內(nèi)部上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 端口。在訪問片外存儲器時，它輸出高 8 位地址。在對 EPROM 編程和驗證程序時，它輸入高 8 位地址。 P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在整個系統(tǒng)中，這 8 個引腳還具有專門的第二功能，如表 1 所示 表 1 P3 口各位的第二功能 霍爾傳感器 霍爾 傳感器的外形圖和磁場的作用關(guān)系如圖 4 所示。磁場由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對使用。 圖 4 霍爾 傳感器的外形圖和磁場的作用關(guān)系 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖如 圖 5 所示。 在 汽車的輪胎上 粘貼一塊磁鋼，霍爾傳 感器固定在圓盤外緣附近 [12]。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈，霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通過單片機測量P3 口的各位 第二功能 RXD（串行口輸入） TXD（串行口輸出） INT0（外部中斷 0 輸入） INT1（外部中斷 1 輸入） T0（定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入） T1（定時器 /計數(shù)器 1 的外部輸入） WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通控制輸出） RD（片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通控制輸出） 德州學(xué)院 機電工程系 20xx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 產(chǎn)生脈沖的頻率就可以得出 汽車 的轉(zhuǎn)速。 圖 5 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示 開關(guān)型霍爾傳感器