汽車車速檢測系統(tǒng)12頁

1、汽車車速檢測系統(tǒng)一、摘要測速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，學(xué)會使用單片機技術(shù)設(shè)計測速儀表具有很重要的意義。汽車車速傳感器檢測系統(tǒng)設(shè)計是一種傳感器檢測裝置。利用車速傳感器把檢測到的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變成的電壓信號輸送給計算機，計算機通過變頻器來控制電機速度，利用傳感器檢測的速度值與規(guī)定值進行比較，達到對傳感器的檢測目的。本文介紹了車速傳感器檢測系統(tǒng)的工作原理，詳細(xì)講述了系統(tǒng)的組成、原理和檢測方法。系統(tǒng)采用硬件兼軟件對測量過程及測量結(jié)果進行處理。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比，此種傳感器檢測裝置有結(jié)構(gòu)簡單、新穎、易于實現(xiàn)的特點。實踐證明在檢測，維修范圍內(nèi)都取得了良好的效果，系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)精度及動態(tài)響應(yīng)性能，檢測

2、實用性強、準(zhǔn)確度高,具有廣闊的應(yīng)用前景。二、引言隨著電子技術(shù)的發(fā)展，汽車電子化程度不斷提高，通常的機械系統(tǒng)已經(jīng)難以解決某些與汽車功能要求有關(guān)的問題，而被電子控制系統(tǒng)代替。傳感器的作用就是根據(jù)規(guī)定的被測量的大小，定量提供有用的電輸出信號的部件，亦即傳感器把光、時間、電、溫度、壓力及氣體等的物理、化學(xué)量轉(zhuǎn)換成信號的變換器。傳感器作為汽車電控系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它直接影響汽車的技術(shù)性能的發(fā)揮。作為現(xiàn)代信息技術(shù)三大支柱之一的傳感器技術(shù),已成為21世紀(jì)人們在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個制高點。在現(xiàn)代汽車電子控制中，傳感器廣泛用于發(fā)動機控制系統(tǒng)、底盤控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)和導(dǎo)航系統(tǒng)中，傳感器的使用數(shù)量和技術(shù)水平

3、決定了現(xiàn)代車輛控制系統(tǒng)的性能，為汽車性能的改善提供了有力保障。傳感器是汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是促進汽車高檔化、電子化、自動化的關(guān)鍵部件，也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。普通汽車上大約裝有10-20只傳感器，高級豪華轎車則更多。傳感器能及時識別外界和系統(tǒng)本身的變化，對溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、體積流量等信息進行實時、準(zhǔn)確的測量，并將信息傳遞給電腦進行處理，從而實現(xiàn)汽車各系統(tǒng)的電子控制。現(xiàn)代社會對車輛性能的要求越來越高，促使汽車傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，今后汽車傳感器的發(fā)展趨勢是實現(xiàn)微型化、智能化和多功能化，開發(fā)新材料、新工藝和新型傳感器。三、主要內(nèi)容設(shè)計主要內(nèi)容由以下三大部分組成：1、信號的

4、采集。這部分主要是用光電傳感器采集奔跑物體的信號，并將采集的信號傳給單片機。2、單片機數(shù)據(jù)處理。這部分主要是使用51系列單片機采用適當(dāng)?shù)乃惴▉砭幊炭焖贉?zhǔn)確地對采集的數(shù)據(jù)進行相關(guān)運算并得出結(jié)果。此部分是本設(shè)計的重點和難點。3、LED數(shù)字顯示。這部分主要是對測得的結(jié)果通過4位LED數(shù)碼管顯示給用戶。本奔跑速檢測系統(tǒng)有以下幾個部分構(gòu)成，如圖1.1奔跑速度測量系統(tǒng)方框圖所示。顯示單片機信號調(diào)理電路光電傳感器奔跑物體圖1.1 速度檢測系統(tǒng)方框圖本系統(tǒng)的硬件主要由光電傳感器、信號處理電路、單片機AT89C51、LED顯示等組成。如圖1.1，當(dāng)奔跑物體通過光電傳感器的時候，將會產(chǎn)生脈沖電信號，然后把信號送入

5、三極管放大電路及CC40106芯片整形電路進行處理，將處理過的信號傳給單片機，通過對單片機進行編程、運算，最后通過數(shù)碼管顯示其數(shù)值。四、工作原理本系統(tǒng)中，兩對光電對射管布置在奔跑物體通過的路徑上，當(dāng)奔跑物體經(jīng)過光電管Q1，Q2時，則擋住了光線，光電管Q1，Q2產(chǎn)生一個上升或下降沿，以光電管Q1的上升沿或下降沿作為單片機計數(shù)器的啟動脈沖，啟動計時器開始計時，光電管Q2的上升沿或下降沿作為單片機計數(shù)器的停止脈沖，計數(shù)器停止計時（本設(shè)計為高電平觸發(fā)）。此時，得到計數(shù)器的計時值n。將值n傳送處理中心，已知單片機的機器周期為T，可通過編程5計算出奔跑物體在定距離S內(nèi)的平均速度V，為V=S/nT其中S為兩

6、個對射型光電管之間的距離。如圖2.1所示奔跑物體光敏電阻單片機定時器啟動定時器停止發(fā)光二極管Q2發(fā)光二極管Q1光敏電阻圖2.1奔跑速度測量系統(tǒng)原理圖五、光電傳感器（1）工作原理光電傳感器的基本工作原理是光電效應(yīng)，光電效應(yīng)一般有外光電效應(yīng)、光導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)。光照在照在光電材料上，材料表面的電子吸收的能量，若電子吸收的能量足夠大是，電子會克服束縛脫離材料表面而進入外界空間，從而改變光電子材料的導(dǎo)電性，這種現(xiàn)象成為外光電效應(yīng)。根據(jù)愛因斯坦的光電子效應(yīng)，光子是運動著的粒子流，每種光子的能量為hv，由此可見不同頻率的光子具有不同的能量，光波頻率越高，光子能量越大。假設(shè)光子的全部能量交給光子，電子能

7、量將會增加，增加的能量一部分用于克服正離子的束縛，另一部分轉(zhuǎn)換成電子能量。根據(jù)能量守恒定律： 式中，M為電子質(zhì)量，v為電子逸出的初速度，A微電子所做的功。由上式可知，要使光電子逸出陰極表面的必要條件是HvA。由于不同材料具有不同的逸出功，因此對每一種陰極材料，入射光都有一個確定的頻率限，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時，不論光強多大，都不會產(chǎn)生光電子發(fā)射，此頻率限稱為“紅限”。相應(yīng)的波長為式中，c為光速，A為逸出功。當(dāng)受到光照射時，吸收電子能量，其電阻率降低的導(dǎo)電現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)。它屬于內(nèi)光電效應(yīng)。當(dāng)光照在半導(dǎo)體上是，若電子的能量大與半導(dǎo)體禁帶的能級寬度，則電子從價帶躍遷到導(dǎo)帶，形成電子，同時，價

8、帶留下相應(yīng)的空穴。電子、空穴仍留在半導(dǎo)體內(nèi)，并參與導(dǎo)電在外電場作用下形成的電流。除金屬外，多數(shù)絕緣體和半導(dǎo)體都有光電效應(yīng)，半導(dǎo)體尤為顯著。（2） 作用和結(jié)構(gòu)光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)如下圖，它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源，光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高，反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測7和控制中應(yīng)用非常廣泛。圖4.1 光電傳感器結(jié)構(gòu)圖光電傳感器一般由三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測

9、電路8，發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。光電傳感器是一種依靠被測物與光電元件和光源之間的關(guān)系，來達到測量目的的，因此光電傳感器的光源扮演著很重要的角色，光電傳感器的電源要是一個恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測量的準(zhǔn)確性，常用光源有以下幾種：1、發(fā)光二極管 是一種把電能轉(zhuǎn)變成光能的半導(dǎo)體器件。廣泛地用于計算機、儀器儀表和自動控

10、制設(shè)備中。2、絲燈泡 這是一種最常用的光源，它具有豐富的紅外線。3、激光 激光與普通光線相比具有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優(yōu)點，是很理想的光源。根據(jù)本設(shè)計的要求，本設(shè)計選擇使用對射型光電傳感器PM12。（3） PM12型光電傳感器 PM12光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。圖4.2中光電器件為光敏電阻，光敏電阻是一種均質(zhì)半導(dǎo)體光電器件，也稱光電管，其是用光電導(dǎo)效應(yīng)制成的。當(dāng)沒有光照時，光敏電阻的阻值很大；當(dāng)它受到紅外光照射時，其阻值急劇減小。因此，將光敏電阻接入電路中，就可使電路中的電流在光照前后有很大變化，根據(jù)

11、光照變化量進而引起光敏電阻阻值變化，最終使輸出電壓發(fā)生變化，促使單片機作出相應(yīng)的動作。6、 信號處理電路的設(shè)計 光電對射管Q1、Q2分別接入AT89C51的外部中斷0和1引腳相連，Q1和Q2均為對射式光電管（無遮斷時導(dǎo)通，遮斷時截止）。INT0和INT1均設(shè)置下降沿觸發(fā)。在INT0中斷處理程序中，啟動AT89C51內(nèi)計數(shù)器T0開始計數(shù)，在INT1中斷處理程序中，計數(shù)器T0停止計數(shù)。計數(shù)值暫存于單片機寄存器內(nèi)，為后續(xù)處理提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。電路圖如圖4.3所示：如圖所示，當(dāng)汽車通過傳感器Q1、Q2時，傳感器將其產(chǎn)生的電壓信號傳給下級的三極管，然后通過三極管放大，經(jīng)過施密特觸發(fā)器CC40106芯片進行

12、整形，產(chǎn)生一個矩形方波脈沖，傳給單片機計數(shù)。七、單片機AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。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(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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廉的方案。圖4.4是常用的一種單片機9，型號為AT89C51，它將計算機的

13、功能都集成到這個芯片內(nèi)部去了，就這么一個小小的芯片就能構(gòu)成一臺小型的電腦，因此叫做單片機。圖4.4 AT89C51芯片它有40個管腳，分成兩排，每一排各有20個腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時針方向依次為第2腳、第3腳、第40腳。在40個管腳中，其中有32個腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個腳叫做單片機的“端口”，在單片機技術(shù)中，每個端口都有一個特定的名字，比如第一腳的那個端口叫做“P1.0”。8、 LED顯示部分電路（1） 基本結(jié)構(gòu)LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛

14、應(yīng)用。LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。LED七段數(shù)碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。LED引腳排列如下圖4.9所示。（2） LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡稱“4-LED”。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個位，后兩位顯示速度的小數(shù)位。4-LED顯示器引腳如圖4.10所示，是一個共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a，b，c，e，f，g為4位LED各段的公共輸出端，1、2、3、4分別是每一位的位數(shù)選端，dp是小數(shù)點引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個單獨的LED組成，每個LED的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。圖4.10 4位LED引腳對于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須使用動態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管