【正文】 間接測量方向盤的角位移信號。各角位移傳感器的特性如表21所示。本設(shè)計采用M22S10型精密多圈電位器,其特點如下：屬線繞多圈電位器；長壽命， 旋轉(zhuǎn)壽命：500萬轉(zhuǎn)以上；高可靠性；線性度好，線性精度：177。5%，功率2W；外徑22mm。（10圈），而一般汽車的方向盤最大轉(zhuǎn)角為1440176。其實，電位器其實就是一個可變電阻，通過中間觸頭的位置變化，改變電位器的電阻大小，從而改變輸出電壓的大小。一般情況下，、為固定值，由此可知，電位器兩端的輸出電壓與接入電路的電阻大小成正比關(guān)系。電阻做好后，、就固定不變。由此可知，電位器接入電路中的電阻的大小與接入電路中的電阻絲的長度成正比關(guān)系。綜上所述，電位器輸出的電壓的大小與電位器轉(zhuǎn)角大小成正比關(guān)系。4圈精密電位器的輸出電壓與電位器轉(zhuǎn)角的關(guān)系如圖22所示。因此，應(yīng)對路面傾角進行測量。本電位器采用垂直安裝方式，在電位上連接一重物，重物一端固定在電位器的旋轉(zhuǎn)軸上，另一端為自由端，就如單擺一樣。因此，電位器的輸出電壓也隨著改變，從而可測得路面的傾斜角度。圖23 電位器測量路面傾角示意圖圖23（a）為水平路面時電位器的指針位置，當路面傾角為時，電位器的指針也隨著改變角度。3. 車速檢測環(huán)節(jié)設(shè)計方案道路彎度的大小決定了轉(zhuǎn)彎時的最高車速，如果車速超過轉(zhuǎn)彎時的極限車速時，汽車就有可能飛出，造成嚴重的交通事故?，F(xiàn)在速度測量的傳感器，大部分選用旋轉(zhuǎn)編碼器。常用的旋轉(zhuǎn)編碼器有增量式和絕對值式，一般測速選擇增量式。的脈沖，不僅可以測速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)方向[5]。本設(shè)計采用GZS3804系列增量式光電編碼器，其性能可靠，輸出為方波信號，波形規(guī)整，使用電壓范圍寬，每圈輸出脈沖數(shù)為500個，最大轉(zhuǎn)速4800rpm，消耗電流小于120mA，電源電壓：+5V，輸出電壓：高電平大于85%Vcc，響應(yīng)頻率：0~80KHz。圖24 編碼器外形尺寸圖 控制模塊設(shè)計方案控制系統(tǒng)作為系統(tǒng)的核心，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、控制實時性等問題。表22 各控制系統(tǒng)的特性控制系統(tǒng)體積線路成本可靠性應(yīng)用場合PCPLC大復(fù)雜高好工業(yè)生產(chǎn)DSP較大較復(fù)雜較高好嵌入式單片機小簡單低較好嵌入式考慮到體積、成本及控制特性等問題，汽車方向盤控制系統(tǒng)采用單片機作為系統(tǒng)的控制中心。 顯示系統(tǒng)方案設(shè)計顯示器是一個典型的輸出設(shè)備，而且其應(yīng)用是極為廣泛的，幾乎所有的電子產(chǎn)品都要使用顯示器，其差別僅在于顯示器的結(jié)構(gòu)類型不同而已。LED發(fā)光二極管電路簡單、安裝方便、成本低，并且可以滿足顯示三位角度值的要求，因此,本設(shè)計采用四位共陰極LED發(fā)光二極管作為顯示單元。其專利是利用兩節(jié)相互嵌套的齒輪來實現(xiàn)方向盤4圈的角度檢測。本設(shè)計采用旋轉(zhuǎn)電位器實現(xiàn)角度檢測，有以下優(yōu)點：1. 制作簡單，安裝方便。3. 可實現(xiàn)角度的連續(xù)測量，線性度好。5. 成本低廉。 本章小結(jié)本章首先根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求，介紹了系統(tǒng)的構(gòu)建，然后詳細闡述了系統(tǒng)的設(shè)計方案，對系統(tǒng)的三個模塊：檢測模塊、控制模塊及顯示模塊分別進行方案的設(shè)計。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第三章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的原理介紹第三章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的原理介紹小車方向盤角度檢測系統(tǒng)設(shè)計包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分，硬件電路包括信號采集電路、ADC轉(zhuǎn)換電路、單片機外圍系統(tǒng)電路及LED顯示電路等。系統(tǒng)硬件部分放在論文第四章進行詳細介紹，軟件部分放在第五章進行介紹。 方向盤角度檢測原理一般方向盤的轉(zhuǎn)動范圍為四圈，即從自然狀態(tài)開始，向左打死兩圈，向右打死同樣是兩圈。~+720176。自然狀態(tài)下順時針轉(zhuǎn)動（右轉(zhuǎn)）為“+”，自然狀態(tài)下逆時針轉(zhuǎn)（左轉(zhuǎn)）“”，即凡是在中心位置左邊的角度都為“”，右邊的都為“+”。電位器應(yīng)與方向盤同軸安裝，從而保證方向盤與電位器的角位移一致，并且安裝時初始值要一致。本設(shè)計采用的電位器線性度極高，而方向盤的轉(zhuǎn)角精度不要求太高，精確到1176。為配合ATmega16單片機ADC轉(zhuǎn)換。 (31)即 (32)其中，：電位器采集的電壓值；：方向盤轉(zhuǎn)角值。電位器的輸出電壓與方向盤角度的對應(yīng)關(guān)系如圖31所示。路面傾角檢測采用單圈電位器，電位器指針的初始位置定在電位器電阻的處，規(guī)定此時的電位器轉(zhuǎn)角為0176。 (33) 即 (34)其中，：電位器采集的電壓值；：路面的傾角值。圖32 電位器輸出電壓與路面傾角的關(guān)系當然，實際中路面的傾角一般不會超過45176。 汽車車速檢測原理汽車車速檢測采用單路輸出增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器[6]作為傳感器件。 圖33 單路輸出光電編碼器結(jié)構(gòu)原理圖 編碼器的碼盤上有許多透光的縫隙，光線透過縫隙，便會被光敏管吸收，光敏管根據(jù)光電轉(zhuǎn)換原理輸出高電平，若光線被編碼盤擋住，光敏管接收不到光信息，便會輸出低電平。圖36 單路輸出編碼器輸出脈沖波形編碼盤有多少透光的縫隙，轉(zhuǎn)動一圈，便會產(chǎn)生多少個脈沖。由此可知，計算單位時間內(nèi)脈沖數(shù)的多少，就可以知道編碼盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)。這樣，知道了汽車車輪單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，車速便自然得知。 (35)其中，為車速；為測速周期； 為時間內(nèi)的脈沖總數(shù)；為車輪半徑； 為編碼器的線數(shù)。 方向盤轉(zhuǎn)角與車輪轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系汽車方向盤的轉(zhuǎn)動范圍一般為720176。汽車車輪的轉(zhuǎn)動范圍為45176。(左轉(zhuǎn)為“”，右轉(zhuǎn)為“+”)，一般汽車的方向盤轉(zhuǎn)動角度和汽車轉(zhuǎn)向輪的旋轉(zhuǎn)角度存在線性關(guān)系。 (37) 其中為汽車方向盤轉(zhuǎn)動角度；為轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)動角度。圖37 汽車轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角與方向盤轉(zhuǎn)角的對應(yīng)關(guān)系 車輪轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)彎半徑之間的關(guān)系汽車在轉(zhuǎn)彎時都有轉(zhuǎn)彎半徑，由于轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角大小不一樣，轉(zhuǎn)彎時的轉(zhuǎn)彎半徑也不一樣。一般小車的轉(zhuǎn)向輪為前輪，后輪為驅(qū)動輪。圖38 小車轉(zhuǎn)彎模型圖中L為小車前后輪的軸距，R為小車轉(zhuǎn)向時的轉(zhuǎn)彎半徑，223。轉(zhuǎn)彎的圓心為轉(zhuǎn)向輪的垂直線與后軸的延長線的交點O處。比較小，因此當，當汽車轉(zhuǎn)向角為時，轉(zhuǎn)彎半徑可近似由公式(38)得出。 汽車轉(zhuǎn)彎模型分析汽車轉(zhuǎn)彎時，轉(zhuǎn)彎的安全性非常重要，如果彎度過小，車速過高，就可能發(fā)生向心力不足，汽車甩出路面，造成事故。汽車轉(zhuǎn)彎時的受力情況如圖39所示。由圖可知，轉(zhuǎn)彎時，汽車的向心力由汽車重力沿路面方向的分力和汽車車輪與路面之間的橫向摩擦力提供。汽車所受重力由公式(310)所示。汽車轉(zhuǎn)彎時所受橫向摩擦力如公式(311)所示。根據(jù)圓周運動公式可知，汽車轉(zhuǎn)彎時，車速，轉(zhuǎn)彎半徑與向心力有以下關(guān)系： (312)將公式(37)~(311)代入公式(312)可知： (313)其中，為車速；為路面傾角；為車輪轉(zhuǎn)角。因此在設(shè)計時，當車速接近路面允許的最大車速時，系統(tǒng)應(yīng)該報警，警告駕駛員轉(zhuǎn)彎車速過高。一般晴天時。為安全起見，留一定裕量，取 。 將這些數(shù)據(jù)代入公式(313)，可得汽車轉(zhuǎn)彎時的最高車速應(yīng)近似為： (314)其中，為車速；為路面傾角；為方向盤轉(zhuǎn)角。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文 第四章 方向盤角度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計第四章 方向盤角度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)總體硬件框圖本設(shè)計以ATmega16單片機為核心，系統(tǒng)的主要組成部分包括數(shù)據(jù)采集部分，信號處理部分，數(shù)據(jù)處理部分及顯示部分等。方向盤角度檢測模塊和路面傾角檢測模塊都采用電位器的分壓原理，電位器輸出的電壓信號經(jīng)過處理傳送給單片機，單片機經(jīng)過采樣保持電路及自身集成的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而為單片機控制所用，通過方向盤轉(zhuǎn)角和地面傾角就可以確定理論上的最大車速。將檢測的車速和理論最大車速進行比較，從而確定系統(tǒng)是否需要報警。圖41 系統(tǒng)總體硬件框圖 ATmega16單片機介紹本系統(tǒng)的控制中心采用ATmega16單片機[7]。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾；ATmega16有先進的RISC結(jié)構(gòu)，131條指令，大多數(shù)指令執(zhí)行時間為單個時鐘周期，32個8位通用工作寄存器，全靜態(tài)工作，工作在16MHz時性能高達16MIPS；并且有非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器，16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash擦寫壽命10000次，有512字節(jié)的EEPROM擦寫壽命100000次；具有32個可編程的I/O口，編程簡單；ATmega16兼PIC及8051優(yōu)點于一身，具有優(yōu)秀的品質(zhì)，在結(jié)構(gòu)、性能和功能方面都有明顯優(yōu)勢[8]。 圖42 ATmega16的引腳圖本設(shè)計方向盤角度檢測環(huán)節(jié)采用單片機的PA0口，路面傾角檢測環(huán)節(jié)采用單片機的PA1口。速度檢測環(huán)節(jié)采用PB0口，此接口有定時和計數(shù)功能。 單片機ADC轉(zhuǎn)換原理電位器檢測來的電壓必須經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換才能被單片機所識別，從而進行進一步的數(shù)據(jù)處理。單端電壓輸入以0V（GND）