【正文】 可見,并且連接很方便 ,所以在此設(shè)計中采用了 LCD 液晶顯示屏。 報警模塊論證與選擇方案一：采用蜂鳴器與發(fā)光二極管作為聲光報警主要器件。方案二：采用語音播報系統(tǒng)作為聲光報警的核心。選擇方案一。速度信號作為本系統(tǒng)的基量，能否精確測量速度對系統(tǒng)的精準和性能有著決定性的影響。頻率法又叫直接計數(shù)法，被測量信號的頻率為 f，在某一選定時間閘門 T內(nèi)，對被測量的信號脈沖進行計數(shù)，然后根據(jù)計數(shù)值 M 和閘門時間 T 求得所測信號的頻率，即:6 f= （31）TM根據(jù)誤差傳遞公式可推出:= （32)f?由于△T/T 對測量結(jié)果影響極小，可以忽略不計，故： ≈ (33)fM△M 為儀表本身所特有誤差，一般以考慮，則式(33)可寫成: ≈ = (34)f?1?頻率法的特點是測量時間基本恒定，動態(tài)性能由閘門時間 T 決定，T 越小，動態(tài)能越好。用此方法，通過單片機的定時/計數(shù)器，在閥門時間(定時時間)里記錄脈沖數(shù)，再通過轉(zhuǎn)換即可得到被測信號頻率。這種方法的缺點就是在閘門時間 T 內(nèi)捕捉到的信號可能會丟失，造成測量的主要誤差。即測到的脈沖數(shù)少于實際的脈沖數(shù)，這就造成了誤差。所以頻率法只適合于測量高頻信號。該方法可以滿足汽車行駛時的中高速信號測量，可滿足該設(shè)計的要求，故本設(shè)計選擇頻率法作為頻率量測量方法。而物理學(xué)則規(guī)定單位時間內(nèi)位移的增量就是速度，同時速度包括角速度和線速度，所以與之對應(yīng)的就應(yīng)該也存在角速度傳感器和線速度傳感器，我們把其統(tǒng)稱為速7度傳感器。 速度傳感器的種類及其工作原理通過查找現(xiàn)有的各種資料，并結(jié)合汽車超速報警器的課題，我總結(jié)出現(xiàn)有的幾種速度傳感器的基本資料。 這 種 傳 感 器 的 脈 沖 輸 出 信 號 具 有 穩(wěn) 定 性 較 好 ， 不 易 受外 部 噪 聲 干 擾 ， 對 測 量 電 路 無 特 殊 要 求 等 優(yōu) 點 ， 并 且 結(jié) 構(gòu) 比 較 簡 單 ， 成 本 低 ，性 能 穩(wěn) 定 可 靠 。 霍爾效應(yīng)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) 強度 為 B 的 勻 強 磁 場 ， 則 在 垂 直 于 電 流 和 磁 場 的 方 向 上 ， 將 產(chǎn) 生 電 勢 差 為UH 的 霍 爾 電 壓 ，產(chǎn)生這種現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)。同時，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的穩(wěn)定性好，抗外界干擾能力強，如抗錯誤的干擾信號等，因此不易因環(huán)境的因素而產(chǎn)生誤差。另外，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在防護措施有效的情況下，可以不受電子、電氣環(huán)境影響?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的安裝簡單，使用方便，能實現(xiàn)遠距離傳輸 [6]?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器在測量機械設(shè)備的轉(zhuǎn)速時，被測量機械的金屬齒輪、齒條等運動部件會經(jīng)過傳感器的前端，引起磁場的相應(yīng)變化，當(dāng)運動部件穿過霍爾元件產(chǎn)生磁力線較為分散的區(qū)域時，磁場相對較弱，而穿過產(chǎn)生磁力線較為集中的區(qū)域時，磁場就相對較強?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的霍爾元件在產(chǎn)生霍爾電勢后，會將其轉(zhuǎn)換為交變電信號，最后傳感器的內(nèi)置電路會將信號調(diào)整和放大，輸出矩形脈沖信號。9 圖 3 霍爾傳感器原理圖根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永久磁鋼固定在電機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤邊沿，轉(zhuǎn)盤隨側(cè)軸旋轉(zhuǎn)，磁鋼也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤下方安裝一個霍爾器件，轉(zhuǎn)盤隨軸旋轉(zhuǎn)時，受磁鋼所產(chǎn)生的磁場的影響，霍爾器件輸出脈沖信號,霍爾器件輸出的微小脈沖信號經(jīng)隔直、放大、整形后可以確定被測物的轉(zhuǎn)速。脈沖信號的周期與電機的轉(zhuǎn)速有以下關(guān)系：n= (35)PT60式中：n 為電機轉(zhuǎn)速；P 為電機轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)；T 為輸出方波信號周期。本設(shè)計系統(tǒng)工作過程：機軸上安裝一個一個圓盤，圓盤的邊緣安有一個磁鋼，測量轉(zhuǎn)速的霍爾傳感器靠近邊緣的磁鋼，機軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定的脈沖個數(shù)，霍爾器件電路部分輸出，成為轉(zhuǎn)速計數(shù)器的計數(shù)脈沖。圖 4 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖 集成開關(guān)型霍爾傳感器A44E 集成霍爾開關(guān)由穩(wěn)壓器 A、霍爾電勢發(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 五個基本部分組成，如圖 5（a）所示。在電源端加電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍爾電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾片處在磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生霍爾電勢差 VH 輸出，該 VH 信號經(jīng)放大器放大后送至施密特觸發(fā)器整形，使其10成為方波輸送到 OC 門輸出。當(dāng)施加的磁場達到釋放點時，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) 。工作點與釋放點的差值一定，此差值稱為磁滯，在此差值內(nèi)，V0保持不變，因而使開關(guān)輸出穩(wěn)定可靠，這也就是集電成霍爾開關(guān)傳感器優(yōu)良特性之一。A44E 集成霍爾開關(guān)是單穩(wěn)態(tài)型，由測量數(shù)據(jù)作出的輸出特性曲線如圖 5(b)所示 [6]。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( O F F )工作點( O N )( V )( b ) 圖 5 集成開關(guān)型霍爾傳感器圖 6 集成霍爾開關(guān)接線圖 傳感器的安裝部位在汽車超速報警器的課題設(shè)計中，我們將傳感器安裝在前輪上自動變速器輸入軸端，本設(shè)計采取將傳感器安裝在前輪上，具體設(shè)計方案如下圖所示:11圖 7 傳感器的安裝位置 速度的實現(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。B 高寬比(斷面高除以斷面寬乘以 100%). C 輪胎結(jié)構(gòu)代號 D:內(nèi)輪毅直徑。F:雙胎負荷指數(shù)。對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，輪胎外直徑的計算公式:(斷面寬*高寬比*2)十(內(nèi)輪輞直徑*)，據(jù)此可計算出輪胎直徑：D=2+14==汽車行駛過程中，車輪每轉(zhuǎn)一圈，車速傳感器產(chǎn)生 1 個脈沖，1s 內(nèi)產(chǎn)生的脈沖為 n，則汽車速度：speed=πDn。4 系統(tǒng)硬件的設(shè)計汽車速度顯示系統(tǒng)工作過程是：機軸每轉(zhuǎn)一周，產(chǎn)生一定量的脈沖個數(shù)，由霍爾器件電路部分輸出。同時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。CPU 將該值數(shù)據(jù)處理后，在LCD1602 上顯示出來。故可以畫出以下的超速報警系統(tǒng)總框圖。單片機結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，在硬件、指令系統(tǒng)及 I/O 能力等方面都有獨到之處，具有較強而有效的控制功能。另一方面，單片機畢竟是一個芯片，只有外加所需的輸入、輸出設(shè)備，才可以構(gòu)成實用的單片機應(yīng)用系統(tǒng) [8]。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [9]。其引腳圖如圖 9 所示。它的工作方式可以通過指令對相應(yīng)的特殊功能寄存器編程來設(shè)定，或作定時器用，或作外部事件計時器用。作定時器使用時，計數(shù)脈沖由單片機內(nèi)部振蕩器提供，計數(shù)頻率為f /12,每個機器周期加 1[10]。不論用作定時器還是計數(shù)器，每當(dāng)產(chǎn)生溢出時，都會向 CPU 發(fā)出中斷請求。定時器主要用到了 2 個寄存器,一個為 TCON,另一個為 TMOD。TMOD 是用來設(shè)置定時器的模式的。通常 8051 單片機定時器/計數(shù)器的初始化編程包括如下幾個步驟:，即給方式控制寄存器 TMOD 寫入控制字。 IE 置初值，決定是否開放定時器中斷。在初始化過程中，要設(shè)置定時或計數(shù)的初始值，這時需要進行一點運算。假設(shè)計數(shù)器的最大計數(shù)值為 M（根據(jù)不同工作方式，M 可以是 2 、2 或 2 ） ，1368則計算初值 X 的公式如下：計數(shù)方式：X=M要求的計數(shù)值 定時方式：X=M OSCf/12要 求 的 計 數(shù) 值 外部中斷外部中斷：對某個中央處理機而言，它的外部非通道式裝置所引起的中斷稱為外部中斷。選擇電平觸發(fā)時，單片機在每個機器周期檢查中斷源口線，檢測到低電平，即置位中斷請求標(biāo)志，向 CPU 請求中斷。 光電耦合單元 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電—光—電轉(zhuǎn)換器件。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。在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，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，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換 [11]。當(dāng)電信號送入光電耦合器的輸入端時，發(fā)光二極管通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE 導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號，發(fā)光二極管不亮，光敏三極管截止，CE 不通。若基極有引出線則可滿足溫度補償、檢測調(diào)制要求。15圖 10 信號耦合電路圖 圖 11 光電耦合器接線原理 報警單元磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。振動膜片在電磁線圈和磁鐵的。報警模塊主要負責(zé)聲音報警和燈光報警，共同組成報警電路來進行報警作用。報警電路均比較簡單，聲音報警由單片機引腳接上兩個 10K 電阻，電源，一只三極管 8550 和一只蜂鳴器組成，燈光報警發(fā)光二極管構(gòu)成。當(dāng)速度大于設(shè)定速度的時候單片機就將 口置為高電平,將紅燈點亮， 高電平就將三極管發(fā)射極導(dǎo)通，實現(xiàn) speak 報警。通過軟件設(shè)置按鍵開關(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)無按鍵按下時，單片機輸入引腳、 端口均為高電平。本設(shè)計軟件中還設(shè)置了按鍵防抖動誤觸發(fā)功能，軟件中設(shè)置定時器 100ms 中斷一次，每次中斷都對按鍵進行掃描，如果掃描到有按鍵按下，則延遲 10ms，再次進行鍵掃描，若仍有按鍵按下，則按鍵為真，并從 P1 口讀取數(shù)據(jù)，低電平對應(yīng)的即為有效按鍵，如圖 13 所示。當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。在有時碰到干擾時會造成錯誤復(fù)位，但在大多數(shù)條件下，不會出現(xiàn)單片機錯誤17復(fù)位，而可能會引起內(nèi)部某些寄存器錯誤復(fù)位，如果在復(fù)位端加一個電容，則會得到很好的效果。AT89C51 單片機只要接一個電容至 VCC即可。RST 端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括 VCC的上升時間和振蕩器起振的時間，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST 在上電應(yīng)保持 20ms 以上的高電平。AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。電容C1和C2的作用有兩個：其一是使振蕩器起振，其二是對振蕩器的頻率f起微調(diào)作用（CC2大，f變?。?。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30μF。下面以長沙太陽人電子有限公司的 1602 字符型液晶顯示器為例，介紹其用法。一般 1602 字符型液晶顯示器實物如圖 16 所示圖 16 LCD1602 液晶顯示實物圖 LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)顯示容量:162個字符芯片工作電壓:—工作電流:()模塊最佳工作電壓:19字符尺寸:(WH)mm 1602LCD 引腳1602LCD 采用標(biāo)準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表1。第2腳：VDD 接5V 正電源。第4腳：RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第16腳：背光源負極。20