【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的脈沖個(gè)數(shù)，霍爾器件電路部分輸出，成為轉(zhuǎn)速計(jì)數(shù) 器的計(jì)數(shù)脈沖?？刂朴?jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。 圖 4 霍爾傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)速示意圖 集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 A44E 集成霍爾開(kāi)關(guān)由穩(wěn)壓器 A、霍爾電勢(shì)發(fā)生器 (即硅霍爾片 )B、差分放大器 C、施密特觸發(fā)器 D 和 OC 門輸出 E 五個(gè)基本部分組成，如圖 5（ a）所示。 (1)、(2)、 (3)代表集成霍爾開(kāi)關(guān)的三個(gè)引出端點(diǎn)。在電源端加電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢(shì)發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場(chǎng)中時(shí)，在垂直于磁場(chǎng)的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會(huì)產(chǎn)生霍爾電勢(shì)差VH輸出，該 VH 信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到工作點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器輸出高電壓 (相對(duì)于地電位 )，使三極管導(dǎo)通，此時(shí) OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開(kāi) 。當(dāng)施加的磁場(chǎng)達(dá)到釋放點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān) 。這樣兩次電壓變換，使霍爾開(kāi)關(guān)完成了一次開(kāi)關(guān)動(dòng)作。工作點(diǎn)與釋放點(diǎn)的差值一定，此差值稱為磁滯，在此差值內(nèi)， V0 保持不變，因而使開(kāi)關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開(kāi)關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。傳感器主要特性是它的輸出特性 ，即輸入磁感應(yīng)強(qiáng)度 B與輸出電壓 V0之間的關(guān)系。 A44E 集成霍爾開(kāi)關(guān)是單穩(wěn)態(tài)型，由測(cè)量數(shù)據(jù)作出的輸出 特性曲線如圖 5(b)所示 [6]。測(cè)量時(shí)，在 2 兩端加 5V 直流電壓 ,在輸出端 3與 1之間接一個(gè) 2k?的負(fù)載電阻， 如圖6所示。 臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 10 DABCEVC C( 1 )( 2 )G N DO U T( 3 )( a )0 5 1 01 5 2 03691 2VO/ VB / m T釋 放 點(diǎn)( O F F )工 作 點(diǎn)( O N )( V )( b ) 圖 5 集成開(kāi)關(guān)型霍爾傳感器 圖 6 集成霍爾開(kāi)關(guān)接線圖 傳感器的安裝部位 在汽車超速報(bào)警器的課題設(shè)計(jì)中，我們 將傳感器安裝在前輪上自動(dòng)變速器輸入軸端 ， 本設(shè)計(jì)采取將傳感器安裝在前輪 上，具體設(shè)計(jì)方案如下圖所示 : 圖 7 傳感器的安裝位置 速度的實(shí)現(xiàn) 要從轉(zhuǎn)速算出車速值，就要知道輪胎的規(guī)格，得出輪胎外直徑，從而獲得輪胎的周長(zhǎng)。根據(jù)輪胎的工 ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，可知輪胎規(guī)格的 ISO表示方法為 ABCDEFG其含義為 :A斷面寬。 B 高寬比 (斷面高除以斷面寬乘以 100%). C 輪胎結(jié)構(gòu)代號(hào)臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 11 D:內(nèi)輪毅直徑。 E:單胎負(fù)荷指教。 F:雙胎負(fù)荷指數(shù)。 G:速度符號(hào)。對(duì)已知車型可知其車輪直徑 D，例如規(guī)格為 185／ 70VRl4 的輪胎， 185 表示輪胎寬度為 185mm，70 代表輪胎高／寬比為 70， l4 表示 輪輞直徑為 14inch，輪胎外直徑的計(jì)算公式 :(斷面寬 *高寬比 *2)十 (內(nèi)輪輞直徑 *)，據(jù)此可計(jì)算出輪胎直徑： D=2+14= = 汽車行駛過(guò)程中，車輪每轉(zhuǎn)一圈，車速傳感器產(chǎn)生 1 個(gè)脈沖， 1s 內(nèi)產(chǎn)生的脈沖為 n，則汽車速度： speed=πDn 。比較，如果 full＞ speed，則車速報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警；反之，車速報(bào)警器將執(zhí)行下一個(gè)比較任務(wù)。 4 系統(tǒng)硬件的 設(shè)計(jì) 汽車 速度 顯示系統(tǒng)工作過(guò)程是：機(jī)軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個(gè)數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。 為了 減少系統(tǒng)誤差和信號(hào)的干擾，實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量我們就需要在單片機(jī)和測(cè)速傳感器之間加上一個(gè)光電耦合單元，得到一個(gè)與車速信號(hào)頻率一致的信號(hào)，送人單片機(jī)記數(shù) 。同時(shí)傳感器電路輸出幅度為 12v的脈沖經(jīng)光電耦合后降為 5v，保持同 AT89C51 邏輯電平相一致?？刂朴?jì)數(shù)時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速值。 CPU將該值數(shù)據(jù)處理后，在 LCD1602 上顯示出來(lái)。一旦超速， CPU 通過(guò) 蜂鳴器和 LCD燈 發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)。 故可以畫出以下的超速報(bào)警系統(tǒng)總框圖。 圖 8 超速報(bào)警系統(tǒng) 總框圖 主控芯片 AT89C51 單片機(jī) (SingleChipMicroputer)又稱為單片微控制器，其基本結(jié)構(gòu)是將微型計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入口、輸出口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等全部集中在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上。 單片機(jī)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，在硬件、指令系統(tǒng)及 I/O 能力等方面都有獨(dú)到之處，具有較強(qiáng)而有效的控制功能。雖然單片機(jī)只是一個(gè)芯片，但無(wú)論從組成還是從其時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 聲音報(bào)警 按鍵電路 顯示電路 單片機(jī) 光電耦合 霍爾傳感器 電機(jī) 臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 12 邏輯功能上來(lái)看，都具有微機(jī)系統(tǒng)的含義。另一方面，單片機(jī)畢竟是一個(gè)芯片，只有外加所需的輸入、輸出設(shè)備，才可以構(gòu)成實(shí) 用的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) [8]。 AT89C51 芯片 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [9]。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一 種靈活性高且價(jià)格低廉的方案。其引腳圖如圖 9 所示。 圖 9 AT89C51 引腳圖 定時(shí)器 8051 單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，記為 T0 和 T1。它的工作方式可以通過(guò)指令對(duì)相應(yīng)的特殊功能寄存器編程來(lái)設(shè)定，或作定時(shí)器用，或作外部事件計(jì)時(shí)器用。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器在硬件上由雙字節(jié)加法計(jì)數(shù)器 TH和 TL 組成。作定時(shí)器使用時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)內(nèi)部振蕩器提供，計(jì)數(shù)頻率為 fOSC /12,每個(gè)機(jī)器周期加 1[10]。 8051 單片機(jī)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作方式由特殊功能寄 存器 TMOD 編程決定，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)運(yùn)行由特殊功能寄存器 TCON 編程控制。不論用作定時(shí)器還是計(jì)數(shù)器，每當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)，都會(huì)向 CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。 單片機(jī)的定時(shí)器的工作原理是利用了寄存器的溢出來(lái)觸發(fā)中斷的 ,所以在寫定時(shí)器的時(shí)候就要去算計(jì)數(shù)的增量 ,再根據(jù)單片機(jī)的晶振的頻率就可以算出確定的時(shí)間了 。 定時(shí)器主要臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 13 用到了 2 個(gè)寄存器 ,一個(gè)為 TCON,另一個(gè)為 TMOD。 TCON 是用來(lái)控制定時(shí)器的啟動(dòng)與停止的 。 TMOD 是用來(lái)設(shè)置定時(shí)器的模式的 。 8051 單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器是可編程的，在進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)操作之前要進(jìn)行初始化編 程。通常 8051 單片機(jī)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的初始化編程包括如下幾個(gè) 步驟 : 工作方式 ，即給方式控制寄存器 TMOD 寫入控制字 。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 初值 ,并將 初值 寫入 TH和 TL。 中斷 控制寄存器 IE 置初 值，決定是否開(kāi)放定時(shí)器 中斷。 運(yùn)行控制寄存器 TCON 中的 TR0 或 TR1 置 “ 1” ，啟動(dòng)定時(shí) 器 /計(jì)數(shù)器 。 在初始化過(guò)程中，要設(shè)置定時(shí)或計(jì)數(shù)的初始值，這時(shí)需要進(jìn)行一點(diǎn)運(yùn)算。由于計(jì)數(shù)器是加法計(jì)數(shù)，并在溢出時(shí)產(chǎn)生中斷，因此初始值不能是所需要的計(jì)數(shù)模值，而是要從最大 計(jì)數(shù)值減去計(jì)數(shù)模值所得才是應(yīng)當(dāng)設(shè)置的計(jì)數(shù)初始 值。假設(shè)計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值為 M（根據(jù)不同工作方式， M可以是 213 、 216 或 28 ），則計(jì)算初值 X的公式如下： 計(jì)數(shù)方式： X=M要求的計(jì)數(shù)值 定時(shí)方式： X=MOSCf/12要求的計(jì)數(shù)值 外部中斷 外部中斷：對(duì)某個(gè)中央處理機(jī)而言，它的外部非通道式裝置所引起的中 斷稱為外部中斷。 51單片機(jī)的外部中斷有兩種觸發(fā)方式可選：電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)。選擇電平觸發(fā)時(shí)，單片機(jī)在每個(gè)機(jī)器周期檢查中斷源口線，檢測(cè)到低電平，即置位中斷請(qǐng)求標(biāo)志，向 CPU 請(qǐng)求中斷。選擇邊沿觸發(fā)方式時(shí)，單片機(jī)在上一個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)到中斷源口線為高電平，下一個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)到低電平，即置位中斷標(biāo)志，請(qǐng)求中斷 。 光電耦合單元 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電 — 光 — 電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受 光器的引腳為輸出端，常見(jiàn)的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等。在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 14 了電一光一電的轉(zhuǎn)換 [11]。 光電耦合器分為很多種類，圖 10 所示為常用的三極管型光電耦合器原理圖。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極管通過(guò)電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流， CE 導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無(wú)信號(hào)，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止， CE 不通。對(duì)于數(shù)位量 ，當(dāng)輸入為低電平 “0” 時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高電平 “1” ；當(dāng)輸入為高電平 “1” 時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“0” 。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測(cè)調(diào)制要求。采用光電耦合器PC817 傳輸車速信號(hào)的目的是為了隔離車速傳感器與單片機(jī)的直接聯(lián)系，消除車速傳感器信號(hào)對(duì)單片機(jī)的不利影響。 圖 10信號(hào)耦合電路圖 圖 11 光電耦合器接線原理 報(bào)警單元 磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈， 使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的。 振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁 鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲 [12]。 報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警和燈光報(bào)警， 共同組成報(bào)警電路來(lái)進(jìn)行報(bào)警作用。以此來(lái)通知駕駛員進(jìn)行調(diào)速，減少發(fā)生交通事故。 報(bào)警電路均比較簡(jiǎn)單， 聲音報(bào)警由單片機(jī)引腳接上兩個(gè) 10K 電阻，電源，一只三極管 8550 和一只蜂鳴器組成 ，燈光報(bào)警 發(fā)光二極管構(gòu)成。當(dāng)速度沒(méi)有超速的時(shí)候， 紅燈不 亮，不報(bào)警。當(dāng)速度大于設(shè)定速度的時(shí)候單片機(jī)就將 口置為高電平 ,將紅燈點(diǎn)亮， 高電平就將三極管發(fā)射極導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn) speak 報(bào) 警。 臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 15 圖 12報(bào)警電路 按鍵電路 本著系統(tǒng)簡(jiǎn)單的原則，為了 方便的 自行設(shè)定最高上限速度，故設(shè)計(jì)了按鍵電路，我們選用單片機(jī)的 、 、 口分別與 K K K3 相連。 通過(guò)軟件設(shè)置按鍵開(kāi)關(guān)功能： 按 K1 調(diào)高上限速度 按 K2 調(diào)低上限速度 按 K3 雨雪 /霧霾 60km/h 此按鍵電路為低電平有效，當(dāng)無(wú)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)輸入引腳 、 、 端口均為高電平。當(dāng)其中任一按鍵按下時(shí)，其對(duì) 應(yīng)的 P1端口變?yōu)榈碗娖剑谲浖欣眠@個(gè)低電平設(shè)計(jì)其功能。 本設(shè)計(jì) 軟件中還設(shè)置了按鍵防抖動(dòng)誤觸發(fā)功能，軟件中設(shè)置定時(shí)器 100ms中斷一次，每次中斷都對(duì)按鍵進(jìn)行掃描，如果掃描到有按鍵按下，則延遲 10ms，再次進(jìn)行鍵掃描，若仍有按鍵按下，則按鍵為真，并從 P1 口讀取數(shù)據(jù)，低電平對(duì)應(yīng)的即為有效按鍵，如圖 13所示。 圖 13單片機(jī)與按鍵電路的連接 臨沂 大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)） 16 最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。復(fù)位電路的原理是單片機(jī) RST引腳接收到 2US以上的電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于 2US，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個(gè)短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。 本系統(tǒng)采用電平式開(kāi)關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位方式，當(dāng)上電時(shí)， C1相當(dāng)于短路，使單片機(jī)復(fù)位，在正常工作時(shí)，按下復(fù)位鍵時(shí)單片機(jī)復(fù)位 [15]。在有時(shí)碰到干擾時(shí)會(huì)造成錯(cuò)誤復(fù)位，但在大多數(shù)條件下，不會(huì)出現(xiàn)單片 機(jī)錯(cuò)誤復(fù)位，而可能會(huì)引起內(nèi)部某些寄存器錯(cuò)誤復(fù)位，如果在復(fù)位端加一個(gè)電容，則會(huì)得到很好的效果。 單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動(dòng)復(fù)位方式。 AT89C51 單片機(jī)只要接一個(gè)電容至VCC即可。在加電瞬間，電容通過(guò)電阻充電，就在 RST 端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長(zhǎng)，就可以使 AT89C51 單片機(jī)有效的復(fù)位。 RST端在加電時(shí)應(yīng)保持的高