汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)

1、汽車車速檢測(cè)系統(tǒng)一、摘要測(cè)速是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，學(xué)會(huì)使用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)速儀表具有很重要的意義。汽車車速傳感器檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種傳感器檢測(cè)裝置。利用車速傳感器把檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)變成的電壓信號(hào)輸送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過(guò)變頻器來(lái)控制電機(jī)速度，利用傳感器檢測(cè)的速度值與規(guī)定值進(jìn)行比較，達(dá)到對(duì)傳感器的檢測(cè)目的。本文介紹了車速傳感器檢測(cè)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(cè)方法。系統(tǒng)采用硬件兼軟件對(duì)測(cè)量過(guò)程及測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)相比，此種傳感器檢測(cè)裝置有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。實(shí)踐證明在檢測(cè)，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(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，檢測(cè)

2、實(shí)用性強(qiáng)、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(jī)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(cè)量的大小，定量提供有用的電輸出信號(hào)的部件，亦即傳感器把光、時(shí)間、電、溫度、壓力及氣體等的物理、化學(xué)量轉(zhuǎn)換成信號(hào)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?cè)诟咝录夹g(shù)發(fā)展方面爭(zhēng)奪的一個(gè)制高點(diǎn)。在現(xiàn)代汽車電子控制中，傳感器廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)汽車高檔化、電子化、自動(dòng)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(jí)豪華轎車則更多。傳感器能及時(shí)識(shí)別外界和系統(tǒng)本身的變化，對(duì)溫度、壓力、位置、轉(zhuǎn)速、體積流量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的測(cè)量，并將信息傳遞給電腦進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)汽車各系統(tǒng)的電子控制。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)車輛性能的要求越來(lái)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(shì)是實(shí)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(jì)主要內(nèi)容由以下三大部分組成：1、信號(hào)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(hào)，并將采集的信號(hào)傳給單片機(jī)。2、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理。這部分主要是使用51系列單片機(jī)采用適當(dāng)?shù)乃惴▉?lái)編程快速準(zhǔn)確地對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算并得出結(jié)果。此部分是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。3、LED數(shù)字顯示。這部分主要是對(duì)測(cè)得的結(jié)果通過(guò)4位LED數(shù)碼管顯示給用戶。本奔跑速檢測(cè)系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分構(gòu)成，如圖1.1奔跑速度測(cè)量系統(tǒng)方框圖所示1.1速度檢測(cè)系統(tǒng)方框圖本系統(tǒng)的硬件主要由光電傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)AT89C51LED顯示等組成。如圖1.1,當(dāng)奔跑物體通過(guò)光電傳感器的時(shí)候，將會(huì)產(chǎn)生脈沖電信號(hào)，然后把信號(hào)送入三極管放大電路及CC40106K片整形電路進(jìn)行處

5、理，將處理過(guò)的信號(hào)傳給單片機(jī)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程、運(yùn)算，最后通過(guò)數(shù)碼管顯示其數(shù)值。四、工作原理本系統(tǒng)中，兩對(duì)光電對(duì)射管布置在奔跑物體通過(guò)的路徑上，當(dāng)奔跑物體經(jīng)過(guò)光電管Q1,Q2時(shí)，則擋住了光線，光電管Q1,Q2產(chǎn)生一個(gè)上升或下降沿，以光電管Q1的上升沿或下降沿作為單片機(jī)計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)脈沖，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，光電管Q2的上升沿或下降沿作為單片機(jī)計(jì)數(shù)器的停止脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)（本設(shè)計(jì)為高電平觸發(fā)）。此時(shí)，得到計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)值n。將值n傳送處理中心，已知單片機(jī)的機(jī)器周期為可通過(guò)編程5計(jì)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為兩個(gè)對(duì)射型光電管之間的距離。如圖2.1所示圖2.1奔跑

6、速度測(cè)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(huì)克服束縛脫離材料表面而進(jìn)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(yùn)動(dòng)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，電子能量將會(huì)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：1MV2=H、-A2式中，M為電子質(zhì)量

7、，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Hv>A由于不同材料具有不同的逸出功，因此對(duì)每一種陰極材料，入射光都有一個(gè)確定的頻率限，當(dāng)入射光的頻率低于此頻率限時(shí)，不論光強(qiáng)多大，都不會(huì)產(chǎn)生光電子發(fā)射，此頻率限稱為“紅限”。相應(yīng)的波長(zhǎng)為均=hcA式中，c為光速，A為逸出功。當(dāng)受到光照射時(shí)，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(jí)寬度，則電子從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，形成電子，同時(shí)，價(jià)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(chǎng)作用下形成的電流。除金屬外，多數(shù)絕緣

8、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(guò)把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的，它的基本結(jié)構(gòu)如下圖，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。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(cè)方法具有精度高，反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測(cè)7和控制中應(yīng)用非常廣泛。電參量被測(cè)量量圖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(cè)電路8，發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激

9、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(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。光電傳感器是一種依靠被測(cè)物與光電元件和光源之間的關(guān)系，來(lái)達(dá)到測(cè)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(gè)恒光源，電源穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，電源的穩(wěn)定性直接影響到測(cè)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(jì)算機(jī)、儀器儀表和自動(dòng)控制設(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

10、有能量高度集中，方向性好，頻率單純、相干性好等優(yōu)點(diǎn)，是很理想的光源。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，本設(shè)計(jì)選擇使用對(duì)射型光電傳感器PM12(3)PM1理光電傳感器PM12光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)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(shí)，光敏電阻的阻值很大；當(dāng)它受到紅外光照射時(shí)，具阻值急劇減小。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)光照變化量進(jìn)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(jī)作出相應(yīng)的動(dòng)作。六、信號(hào)處理電路的

11、設(shè)計(jì)光電對(duì)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(duì)射式光電管（無(wú)遮斷時(shí)導(dǎo)通，遮斷時(shí)截止）。INTO和INT1均設(shè)置下降沿觸發(fā)。在INTO中斷處理程序中，啟動(dòng)AT89C51內(nèi)計(jì)數(shù)器TO開始計(jì)數(shù)，在INT1中斷處理程序中，計(jì)數(shù)器TO停止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)值暫存于單片機(jī)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：vcc如圖所示，當(dāng)汽車通過(guò)傳感器Q1、Q2時(shí)，傳感器將其產(chǎn)生的電壓信號(hào)傳給下級(jí)的三極管，然后通過(guò)三極管放大，經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器CC40106K片進(jìn)行整形，產(chǎn)生一個(gè)矩形方波脈沖，傳給單片機(jī)計(jì)數(shù)。七、單片機(jī)AT89C5AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可

12、編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemo®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(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)廉的方案。圖4.4是常用的一種單片機(jī)9,型號(hào)為AT89C51,它將計(jì)算機(jī)的功能都集成到這個(gè)芯片內(nèi)部去了，就這么一個(gè)小小的芯片就能構(gòu)成一臺(tái)小型的電腦，因此叫做單片機(jī)。圖4.4AT89C

13、51芯片它有40個(gè)管腳，分成兩排，每一排各有20個(gè)腳，其中左下角標(biāo)有箭頭的為第1腳，然后按逆時(shí)針方向依次為第2腳、第3腳第40腳。在40個(gè)管腳中，其中有32個(gè)腳可用于各種控制，比如控制小燈的亮與滅、控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、控制電梯的升與降等，這32個(gè)腳叫做單片機(jī)的“端口”，在單片機(jī)技術(shù)中，每個(gè)端口都有一個(gè)特定的名字，比如第一腳的那個(gè)端口叫做“P1.Q”八、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(jiǎn)單、價(jià)格便宜、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。LED七段數(shù)碼顯示

14、器由8個(gè)發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個(gè)長(zhǎng)條形的發(fā)光二極管排列成白”字形，另一個(gè)圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，其通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示各種數(shù)字。LED引腳排列如下圖4.9所示2 3 4 5 6 7 00(2)LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)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(hào)不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計(jì)中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡(jiǎn)稱“4-LED”。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個(gè)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(gè)共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a,b,c,e,f,g為

15、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(diǎn)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(gè)單獨(dú)的LED組成，每個(gè)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4.104位LED引腳對(duì)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(jì)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(dòng)態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個(gè)I/O接口控制）顯示。九、主程序1、主程序流程圖2、顯示緩存初始化LED顯示初始化（數(shù)碼顯示3、仿真圖MALI網(wǎng)PO.黜B3 Hk療心 FO.部口5 陶房貼6 P07MD7RUOftfl P2.1ift9P2 ZMIQ p7 3U11 P7 4M13 P7 3M13 m &