【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 永久磁鐵和磁極部分的磁路組成 [8]。一個(gè)軟磁鐵葉片轉(zhuǎn)子穿過(guò)磁鐵和磁極間的氣隙，在葉片轉(zhuǎn)子上的窗口允許磁場(chǎng)不受影響的穿過(guò)并到達(dá)霍爾效應(yīng)傳感器，而沒(méi)有窗口的部分則中斷磁場(chǎng)，因此，葉片轉(zhuǎn)子窗口的作用是開(kāi)關(guān)磁場(chǎng)，使霍爾效應(yīng)象開(kāi)關(guān)一樣地打開(kāi)或關(guān)閉，這就是一些汽車(chē)廠商將霍爾效應(yīng)傳感器和其它類(lèi)似電子設(shè)備稱(chēng)為霍爾開(kāi)關(guān)的原 因，該組件實(shí)際上是一個(gè)開(kāi)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(pán)固定裝在車(chē)輪主軸上。圓盤(pán)邊緣等距離用對(duì)氧樹(shù)脂粘貼塊狀磁鋼，磁鋼采用永久磁鐵分割成的磁力較強(qiáng)的小磁塊。通過(guò)霍爾元件感磁面的磁場(chǎng)強(qiáng)度就會(huì)發(fā)生變化。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，磁塊靠近霍爾元件處于磁塊之間時(shí)，輸出高電平。從而使得在車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，霍爾元件集成電路輸出連續(xù)脈沖信號(hào)。 單片機(jī)外部中斷 0 端口接于霍爾傳感器的輸出端。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 開(kāi)啟外部中斷口和計(jì)數(shù)器。主軸每轉(zhuǎn) 一 圈將產(chǎn)生一次中斷請(qǐng)求信號(hào)申請(qǐng)中斷。單片機(jī)對(duì)在 1秒內(nèi)計(jì)數(shù)的值進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成每小時(shí) 的車(chē)速。 具體計(jì)算如下： 設(shè)單片機(jī)每秒計(jì)數(shù)到 N個(gè)值即 N(r/s)。小汽車(chē)車(chē)輪直徑 40 厘米，則每小時(shí)車(chē)速值為：π N 3600（千米）。 使用霍爾傳感器測(cè)量汽車(chē)行駛過(guò)程中的速度已在測(cè)量系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，具有良好的使用效果，具有實(shí)現(xiàn)成本低、可靠性好、精度良好的優(yōu)點(diǎn)。 速度的比較 使用霍爾傳感器測(cè)量汽車(chē)的轉(zhuǎn)速， 進(jìn)行汽車(chē)速度的比較 [9]。 由公式： π Nmax 3600=160 千米 /小時(shí) ,計(jì)算得轎車(chē)在高速公路上行駛時(shí)1秒時(shí)間內(nèi)的最高轉(zhuǎn)速 Nmax=35(r/s)。 假設(shè)汽車(chē)在行 駛過(guò)程中的 1 秒時(shí)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(chē)的實(shí)際行駛 轉(zhuǎn)速 N 與 最高轉(zhuǎn)速 進(jìn)行比較。若 N＜ 35，則表明汽車(chē)的行駛速度正常，不屬超速行駛。若 N＞或＝ 35，表明汽車(chē)在超速行駛，應(yīng)立即降低速度。 超速報(bào)警 當(dāng)檢測(cè)到汽車(chē)超速行駛時(shí)，要及時(shí)的進(jìn)行音樂(lè)報(bào)警，以免造成交通事故。 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 20xx 屆 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 在汽車(chē)速度大于最高行駛速度時(shí) ， 單片機(jī) 腳輸出高電平觸發(fā)語(yǔ)音電路發(fā)出報(bào)警提示 ，警告司機(jī)汽車(chē)的速度已經(jīng)過(guò)快，提醒他降低速度。 音樂(lè)報(bào)警器對(duì)自動(dòng)駕駛顯得極為重要。它可以發(fā)出各種悅耳的音樂(lè)，進(jìn)一步提 醒超速行駛的司機(jī)，避免交通事故的發(fā)生，大力減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯(cuò)誤，對(duì)于提高交通安全起到重要作用 [10]。 強(qiáng)制減速 單片機(jī)的 腳和 腳分別控制音樂(lè)報(bào)警電路和油路控制電路。 若音樂(lè)報(bào)警仍不能引起司機(jī)的注意，在汽車(chē)超速行駛 5 秒后，則要進(jìn)行強(qiáng)制減速，以保證司機(jī)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(shí)間，因此，設(shè)定 5秒超速后強(qiáng)制減速。 在執(zhí)行超速處理操作過(guò)程中，當(dāng)車(chē)速大于限速值時(shí)， 腳輸出高電平觸發(fā)語(yǔ)音電路發(fā)出報(bào)警提示。程序設(shè)計(jì)了 5s 超速延時(shí)，當(dāng) 音樂(lè)報(bào)警 提示 5s 后仍然超速，則單片機(jī) 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(chē)噴油嘴供電電路開(kāi)關(guān)：?jiǎn)纹瑱C(jī)的 腳輸出高電平控制油路控制繼電器接通，汽車(chē)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(kāi)，切斷汽車(chē)噴油嘴供電電路工作，從而達(dá)到限速的目的。 4 系統(tǒng)采用元件的介紹 單片機(jī) 單片機(jī)的特點(diǎn)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(cè)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(jī)芯片本身是按 工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境，這是其它機(jī)種無(wú)法比擬的。 （ 3） 易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)。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(jī)和分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)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(jī)的組成及結(jié)構(gòu) 圖 2 為 80C51 單片機(jī)的基本組成功能方塊圖。由圖可見(jiàn)，在一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括中央處理器（ CPU）、 256 個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部德州學(xué)院 機(jī)電工程系 20xx 屆 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 RAM）、 4KB 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部 ROM） 、 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、 4個(gè) 8位的并行 I/O口、 1個(gè)全雙工的可編程串行口、中斷系統(tǒng)、時(shí)鐘電路 。 外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù) 內(nèi)中斷 外中斷 控制 串行通信 并行口 圖 2 80C51 單片機(jī)功能方塊圖 80C51單片機(jī)的 引腳定義及功能 80C51 單片機(jī)采用 40 腳雙列直插封裝（ DIP）形式，如圖 3 所示 。 80C51 單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。下面說(shuō)明這些引腳的名稱(chēng)和功能 : （ 1） 主電源引腳 Vss 和 Vcc Vss：接地。 Vcc：主電源 +5V。 （ 2） 時(shí)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(shí)鐘時(shí)，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，該端引腳必須接地 。對(duì)于 CHMOS 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2：接外部晶體的另一端。在片內(nèi)它是一個(gè)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(shí)鐘電路，對(duì)于 HMOS 單片機(jī)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖，對(duì)于 CHMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮。 振蕩器和時(shí)序OSC 程序存儲(chǔ)器 4KB ROM S 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 2256B RAM/SFR 2 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器 80C51 CPU 64KB 總線 擴(kuò)展控制器 可編程 I/O 可編程全雙工串行口 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 20xx 屆 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 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(jī)引腳圖 （ 3） 控制信號(hào)引腳 RST、 ALE/PROG 、 PSEN 、 EA /VPP RST：?jiǎn)纹瑱C(jī)剛接上電源時(shí)，其內(nèi)部各寄存器處于隨機(jī)狀態(tài)，在該腳輸入 24 個(gè)時(shí)鐘周期寬度以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG ：訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 作鎖存擴(kuò)展地址低位字節(jié)的控制信號(hào)。平時(shí)不訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，該端也以 1/6 的時(shí)鐘振蕩頻率固定輸出正脈沖，供定時(shí)或其他需要使用；在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)會(huì)丟失一個(gè)脈沖。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8個(gè) LSTTL。 PSEN ：在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) 。 CPU 在向片外存儲(chǔ)器取指令期間， PSEN 信號(hào)在 12 個(gè)時(shí)鐘周期中兩次生效。不過(guò)，在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。 PSEN 端同樣可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LSTTL負(fù)載。根據(jù) PSEN 、ALE 和 XTAL2 輸出端是否有信號(hào)輸出，可以判別 80C51 是否在工作。 EA/VPP：當(dāng) EA端輸入高電平時(shí)， CPU 從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址 0000H 單元開(kāi)始執(zhí)行程序。當(dāng)?shù)刂烦?4KB 時(shí)，將自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng) EA 輸入低電 平時(shí)， CPU僅訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器。 （ 4） 輸入 /輸出引腳（ P0、 P P2 和 P3 端口引腳） 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 20xx 屆 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 P0～ P3 是 4 個(gè)寄存器，也稱(chēng)為 4 個(gè)端口，是 80C51 單片機(jī)與外界聯(lián)系的 4 個(gè) 8 位雙向并行 I/O 口。由于在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中， CPU 需要對(duì)接口電路中輸入輸出數(shù)據(jù)的寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，所以在單片機(jī)中對(duì)這些寄存器像對(duì)存儲(chǔ)單元一樣進(jìn)行編址。 P0 是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 端口。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它分時(shí)提供低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)。在 EPROM 編程時(shí)，從 P0 輸入指令字節(jié)，在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié) 。 P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在 EPROM 編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入低 8 位地址。P2 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 端口。在訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址。在對(duì) EPROM 編程和驗(yàn)證程序時(shí)，它輸入高 8 位地址。 P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口。在整個(gè)系統(tǒng)中，這 8 個(gè)引腳還具有專(zhuān)門(mén)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(chǎng)的作用關(guān)系如圖 4 所示。磁場(chǎng)由磁鋼提供，所以霍爾傳感器和磁鋼需要配對(duì)使用。 圖 4 霍爾 傳感器的外形圖和磁場(chǎng)的作用關(guān)系 霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖如 圖 5 所示。 在 汽車(chē)的輪胎上 粘貼一塊磁鋼，霍爾傳 感器固定在圓盤(pán)外緣附近 [12]。圓盤(pán)每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖。通過(guò)單片機(jī)測(cè)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 的外部輸入） T1（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 的外部輸入） WR（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通控制輸出） RD（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通控制輸出） 德州學(xué)院 機(jī)電工程系 20xx 屆 自動(dòng)化專(zhuān)業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 產(chǎn)生脈沖的頻率就可以得出 汽車(chē) 的轉(zhuǎn)速。 圖 5 霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示 開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器