【正文】 車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計 15 4）霍爾傳感器的 特性 （一 ）線性型霍爾傳感器的特性 圖 36 線性型霍爾傳感器的特性 輸出電壓與外加磁場強(qiáng)度呈線性關(guān)系，如圖 36所示，可見，在 B1～ B2的強(qiáng)度范圍內(nèi)有較好的線性度，如果其強(qiáng)度超出了這個范圍則呈現(xiàn)飽和狀態(tài)。 3）霍爾傳感器 因為霍爾器件所產(chǎn)生的電勢差比較小，所以霍爾傳感器往往由放大器電路、霍爾器件、補償溫度的電路及穩(wěn)壓電源電路組成。 2）霍爾元件 根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾器件是用半導(dǎo)體材料所制造的。 畢業(yè) 設(shè)計 14 1） 霍爾效應(yīng) 如圖 34所示， 在半導(dǎo)體薄片兩端通以控制電流 I，并在薄片的垂直方向施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產(chǎn)生電勢差為 U的霍爾電壓 ，其等式是 UH=kIB/d （ 31） 圖 34 霍爾效應(yīng)圖 式 中 d為厚度， k稱為霍爾系數(shù)，霍爾系數(shù)的大小與半導(dǎo)體的材料有關(guān)系?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器由于具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、價格適中等優(yōu)點，所以一直被廣泛的應(yīng)用于車輛的自動控制系統(tǒng)當(dāng)中，所以本設(shè)計 選用了霍爾傳感器 [16]。因此，傳感器的精度只要能滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以了，同時要考慮性價比與適用性，不要選得過高 [15]。特別是在選擇傳感器的時 候要看看他的量程是不是符合要求。 5) 線性范圍 傳感器的線性范圍指的是輸入和輸出在正相關(guān)的范圍以內(nèi)。 4) 穩(wěn)定性 要使傳感器具有較好的穩(wěn)定性，則傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。因為當(dāng) 靈敏度比較高時．與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才會比較大，有利于信號的處理。在對運動中的對象進(jìn)行測量時，為了不產(chǎn)生較大的誤差，就自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計 13 要對被測量對象的信號特點來確定所需要的傳感器的頻率響應(yīng)特性。 1) 根據(jù)測量什么以及測 量在什么情況下進(jìn)行測量來確定的傳感器類型 根據(jù)所要進(jìn)行的測量對象，考慮采用哪種原理的傳感器，本設(shè)計需要根據(jù)被測量的特點以及傳感器的使用條件考慮選用何種類型的傳感器，然后再來考慮傳感器詳細(xì)的各項指標(biāo)。當(dāng)傳感器確定之后，怎樣去測量和如何去選擇測量所需要的裝備也就能定下來了。 傳感器的選用 傳感器的選用原則 傳感器是各式各樣的，即便是 對相同種類的測量也可以采用不同工作原理的傳感器，因此根據(jù)需要來選用最合適的傳感器。 圖 32 AT89C52引腳圖 畢業(yè) 設(shè)計 12 2）主要功 能介紹： AT89C52為 40腳雙列直插封裝的 8位通用微處理器 ， 引腳分布參照 單片機(jī)引腳表 33： 表 33 單片機(jī)引腳功能 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 8K可重復(fù)編寫 Flash ROM 16對 雙向 I/O口 256*8bit里部 RAM 3個 16位能編程定時 /計數(shù)器中斷 時鐘頻率 024MHz 2個串行中斷 可編程 uart串行通道 低消耗閑置和掉電模式 軟件設(shè)置沉睡和喚醒功能 AT89C52也可以為很多的嵌入式控制應(yīng)用提供高度靈活而且價格低廉的方案，特別適合小 系統(tǒng)。 AT89C52 單片機(jī)簡介 1）芯片概述： AT89C52是一個低電壓、低功耗和高性能的 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含有 8k Bytes能重復(fù)進(jìn)行編寫一千次次的只讀程序 FLASH存儲器和 256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器，器件由 atmel公司生產(chǎn)的具有密度高、不容易丟失的存儲技術(shù)所制造，兼容了標(biāo)準(zhǔn)型mcs51指令系統(tǒng)以及 80C51的引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了可以兼用的中央處理器（ 8位）和flash的存儲單元，多功能的微型計算機(jī)的 AT89C52能 為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。通過在單塊芯片上組合通用的 CPLl和 Flash存儲器，使 AT89C52 成為了適用性強(qiáng)的微型計算機(jī)。它價格低、引腳功能全，是目前性價比較高的單片機(jī)芯片之一。 霍爾傳感器 按鍵選擇 顯示 電源 穩(wěn)壓器 A T89C52 單 片 機(jī) 自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計 11 單片機(jī)的選用 單片機(jī)的選用 鑒于本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理上速度的要求，單片機(jī)采用美國 ATMEL 公司所生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)。從霍爾傳感器得到脈沖信號，經(jīng)過信號的處理，轉(zhuǎn)變成單片機(jī)能夠接受到的信號，通過單片機(jī)的計算和控制，就可實現(xiàn)車速和里程的顯示。 單片機(jī)定時器 0定時時間為 50ms，每 20次刷新系統(tǒng)時鐘及計算累計行駛時間。已知自行車輪胎的直徑 D，輪子每轉(zhuǎn)動一圈，安裝在車輪輻條上的磁鋼 接近干簧管一次，干簧管閉合，送一個下降沿信號給單片機(jī)的外部中斷 0，產(chǎn)生一次中斷，圈數(shù) n加 1。由按鍵切換模塊選擇顯示模式后，單片機(jī)實時采集、處理后顯示。顯示電路如圖 310所示。系統(tǒng)中， 4個共陽極的 LED數(shù)碼管位數(shù)字顯示電路，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。直接用 4個 78M05穩(wěn)壓后得到 +5V電壓給單片機(jī)系統(tǒng)和霍爾傳感器穩(wěn)定供電。二極管用于控制電流大小，避免電流過大燒壞元件。電源提供用 4組干電池提供電源，給霍爾傳感器和單片機(jī)系統(tǒng)供電。 圖 38 霍爾傳感器測速 按照車輪的周長大小，乘以運行時間 內(nèi)測到的轉(zhuǎn)數(shù)，其乘積就是單程的行程。本設(shè)計的所有數(shù)據(jù)都用 4位數(shù)碼管顯示 [12]。但是為了能隨時的讀出數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的所有模塊都運用了快捷的算法。在計算里程的時候我們往往要假設(shè)自行車是處于理想狀態(tài)當(dāng)中的。 設(shè)計時，應(yīng)綜合的思考測量的準(zhǔn)確度與系統(tǒng)的反應(yīng)時間。 考慮到自行車工作環(huán)境的惡劣以及其他環(huán)境因素所造成的干擾，采用霍爾傳感器作為測速傳感器，實現(xiàn)對信號脈沖的采集，在某種意義上能夠很好的完成數(shù)據(jù)采集，通過單片機(jī)進(jìn)行計算及顯示所需要實現(xiàn)的功能 [10]。另外此傳感器 中的變換器能與處理信號的電路集成在同一片硅片上，體積較小，成本較低，同時具有較好的抗電磁干擾性能 [9]。 霍爾效應(yīng)傳感器里程表裝置具有諸多優(yōu)點，它們無減少了質(zhì)量觸點，結(jié)構(gòu)堅固，質(zhì)量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，耐震動。并且，還可以利用這些輸出信號 另有用途，如可以控制牽引力，對車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)以及變速器進(jìn)行管理等。處理過的信號則轉(zhuǎn)變成了所需要的方波型信號，然后經(jīng)過單片機(jī)的輸入采取能力就能準(zhǔn)確的獲得他脈沖所產(chǎn)生時間，為了控制單位運算以及提供轉(zhuǎn)速和上截止點的基準(zhǔn)信號。 霍爾傳感器突出的優(yōu)點 轉(zhuǎn)速傳感器的類型有很多，因為霍爾傳感器具有堅固、無觸點、構(gòu)造簡單、長壽命、無 火花、溫度性能好、無自激振蕩、體積小、抗污染能力強(qiáng)、可靠性高、耐沖擊力強(qiáng)等優(yōu)點，所以采用霍爾效應(yīng)式傳感器作為設(shè)計用轉(zhuǎn)速傳感器。），傳感器的氣體間隔要小于 2． 5mm，承壓力較小?；魻杺鞲衅魇褂昧藘蓸O半導(dǎo)體做法，使變大、熱量的補充以及信號的處理全部集中在一張芯片上。轉(zhuǎn)軸經(jīng)過傳感器中的霍爾器件和永磁鐵，磁通量的改變與可變化磁阻式得傳感器差不多，不過和可變磁阻式不一樣的是霍爾器件所測量的是磁通量的自行車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計 5 大小而不是變化率?；谶@種里程表的優(yōu)點則是價錢低、形狀小、不用外接電源就能產(chǎn)生交流信號、而且溫度的穩(wěn)定 性高；不過不好的地方是轉(zhuǎn)子在不轉(zhuǎn)動的時候沒有信號的輸出，信號跳動的范圍取決于傳感器里面轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度，需要專門的處理信號的電路，而且傳感器內(nèi)的氣體空間必須要小于 2mm。自行車工作環(huán)境較為惡劣，震動 性大，油污較多，而霍爾傳感器具有無觸點、高壽命、高可靠性、無火花、無自激振蕩、溫度性好、抗污染力強(qiáng)、構(gòu)造簡單、堅固、體積小、耐沖擊等優(yōu)點，憑著這些特點從而決定了選擇新型的自行車?yán)锍瘫硎莻€很好的選擇 [7]。所以這種里程表受到磁電式傳感器的影響，不能克服以上缺點。如果車速過慢，其輸出信號低于 1V，電控單元就不能檢測。 畢業(yè) 設(shè)計 4 第二章 自行車?yán)锍瘫硐到y(tǒng) 車輛常用里程表比較 傳統(tǒng)的自行車?yán)锍瘫硪话闶褂糜诨诖烹娛絺鞲衅骱蛦纹瑱C(jī)。在世界進(jìn)入數(shù)字化時代的今天，車用儀表數(shù)字化必將是新世紀(jì)車輛發(fā)展的必然趨勢。 國外車速里程表采用了各大公司自行研制的芯片，不但成本高，而且對車種的適應(yīng)性較差。具體體現(xiàn)在以下幾個方面： 1) 多功能化； 2) 數(shù)字化； 3) 更好的視覺性； 4) 信息化和網(wǎng)絡(luò)化 [5]。車輛儀表的功能已經(jīng)不僅僅是單純的指示，而是通過對車輛各部件參數(shù)的監(jiān)測與微處理機(jī)控制配套，從而達(dá)到控制車輛各種運行工作情況的目的。 毋庸置疑，車輛儀表的電子化、數(shù)字化和智能化是車輛儀表的發(fā)展方向，車用數(shù)字儀表的研究是國內(nèi)外正在探索的一個新興領(lǐng)域，集單片機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、信號處理技術(shù)等多門學(xué)科交叉的應(yīng)用研究，屬于世界車載裝置領(lǐng)域的前沿性課題。 4) 具有一表多用的功能。 3) 高精度和高可靠性。 2) 電子式里程表具有體積小、重量輕等優(yōu)點。 現(xiàn)代車速里程表為性能可靠的電子式儀表，其主要優(yōu)點如下： 1) 電子式里程表能夠提供大量復(fù)雜的信息。這種車速里程表簡單實用，曾經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種車輛上 [3]。 傳統(tǒng)的 車輛 轉(zhuǎn)速里程表功能有兩個 ： 一是用指針指示 出 車輛行駛的 實 時車速 ； 二是用機(jī)械計數(shù)器記錄車輛行駛里程。該數(shù)字式里程表主要由車速表和里程表兩個部分組成，其傳感器采用霍爾傳感器。 車速里程表的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 隨著交通工具多樣化，里程表已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各類車輛，傳統(tǒng)的機(jī)械式里程表由于受到了軟軸影響，穩(wěn)定度不高，而且功能單一、易磨損。為了使用方便，現(xiàn)在的車速里程表同時設(shè)有總里程和單程里程兩項，總里程用來記錄車輛累計行駛的路程，單程里程用來記錄車輛單程行駛路 程。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子式里程表越來越多地被用于各種車載儀表中。但是這種儀表看起來不太直觀與方便。傳統(tǒng)的機(jī)械式車速里程表連接了一根內(nèi)有鋼絲纜的軟軸，軟軸另一端連接到變速器上面，齒輪的旋轉(zhuǎn)通過鋼絲纜旋轉(zhuǎn)帶動里程表罩圈內(nèi)一塊磁鐵而旋轉(zhuǎn)，磁鐵轉(zhuǎn)速快慢引起了磁力線的變化，指針平衡被打破因此偏離了零點位置，指示數(shù)值。 車速里程表是儀表板當(dāng)中最重要的部分，它顯示了車輛的速度和行駛里程。 Finally, the hardware design and software design process corresponding Keywords: Microcontroller, Hall sensor, Digital tube display, Odometer III 目錄 摘 要 .............................................................................................................................I 第一章 緒論 .................................................................................................................. 1 課題的來源 ...................................................................................................... 1 車速里程表的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ........................................................... 1 小結(jié) ................................................................................................................... 3 第二章 自行車?yán)锍瘫硐到y(tǒng) .......................................................................................... 4 車輛常用里程表比較 ....................................................................................... 4 常用傳感器里程表比較 ................................................................................... 4 基于能變磁阻式的傳感器里程表 ......................................................... 4 基于霍爾效應(yīng)式傳感器里程表 ............................................................. 4 霍爾傳感器突出的優(yōu)點 ................................................................................... 5 小結(jié) ........................................................................................................