基于光電耦合器的汽車超速報(bào)警器設(shè)計(jì)

1、28與公路汽運(yùn)Highways&AutomotiveApplications第2期2008年3月基于光電耦合器的汽車超速報(bào)警器設(shè)計(jì)3唐凱1,江開(kāi)發(fā)1,張弛2(1.南京工程學(xué)院車輛工程系,江蘇南京211167;2.南京工程學(xué)院自動(dòng)化系,江蘇南京211167)摘要:基于光電耦合器和單片機(jī),設(shè)計(jì)了一種汽車超速報(bào)警器,該汽車超速報(bào)警器可設(shè)置3個(gè)報(bào)警閾值,可根據(jù)路況手動(dòng)選擇報(bào)警閾值,可在線報(bào)警提示。、設(shè)計(jì)思路、硬件系統(tǒng)構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞:汽車;超速報(bào)警器;光電耦合器;單片機(jī)中圖分類號(hào):U471.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A-()02-0028-02目前有2GPS系統(tǒng),但價(jià)格昂貴;,在設(shè)計(jì)汽車時(shí)就已經(jīng)

2、考慮并在制造時(shí)嵌入整車電子控制系統(tǒng)中。后者在2005年以后國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的中高檔乘用車中已初見(jiàn)端倪,但是國(guó)內(nèi)約4000萬(wàn)輛在用汽車中的近90%并未安裝。鑒于此,為在用汽車設(shè)計(jì)一種外掛式汽車超速報(bào)警器有著巨大的市場(chǎng)需求。圖2車速信號(hào)圖形1汽車超速報(bào)警器的工作原理以Audi100轎車為例,其車速傳感器由一個(gè)舌簧開(kāi)關(guān)管和一個(gè)帶有4對(duì)磁極的塑料環(huán)構(gòu)成(如圖1所示)。后者安裝在變速器左輸出軸上,與軸一同旋轉(zhuǎn)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。舌簧開(kāi)關(guān)管安裝在靠近塑料環(huán)的變速器殼體上,它是在一個(gè)玻璃管內(nèi)裝有2個(gè)細(xì)長(zhǎng)的觸頭構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件,其觸頭由磁性材料制成。舌簧開(kāi)關(guān)管與塑料環(huán)間具有很小的間隙,當(dāng)塑料環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí),舌簧開(kāi)關(guān)管內(nèi)觸點(diǎn)接近塑料

3、極時(shí)閉合,離開(kāi)塑料極時(shí)斷開(kāi),由此得到與汽車行駛速度相對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)(如圖2所示)。汽車超速報(bào)警器的工作原理:汽車行駛過(guò)程中,車輪每轉(zhuǎn)一圈,車速傳感器產(chǎn)生8個(gè)脈沖。對(duì)已知車型可知其車輪直徑D,例如規(guī)格為185/70VR14的輪胎,185表示輪胎寬度為185mm,70代表輪胎高/寬比為70%,14表示輪輞直徑為14inch,據(jù)此可計(jì)算出輪胎直徑D=18.5×0.7×2+14×2.54=61.46cm。根據(jù)欲限定的汽車速度V,可計(jì)算車輪在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù):f=×D3600×(1)將f與超速報(bào)警器設(shè)定的閾值圈數(shù)f0比較,如果f>f0,則車速報(bào)

4、警器發(fā)出聲光報(bào)警;反之,車速報(bào)警器將執(zhí)行下一個(gè)比較任務(wù)。2汽車超速報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)將車速傳感器產(chǎn)生的車速信號(hào)送入光電耦合器觸發(fā)單元,得到一個(gè)與車速信號(hào)頻率一致的信號(hào),送入單片機(jī)記數(shù),與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定值f0相比較。系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心,由電源降壓-穩(wěn)壓圖1車速傳感器結(jié)構(gòu)單元、光電耦合器觸發(fā)單元、調(diào)速單元和聲光報(bào)警單3基金項(xiàng)目:江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(166201070001)總第125期Highways&AutomotiveApplications29元組成(見(jiàn)圖3)。擋位,對(duì)應(yīng)著3個(gè)報(bào)警閾值。3個(gè)分觸腳分別與單片機(jī)的P1.1、P1.2、P1.3引腳連接,總觸腳與電

5、源相連,控制P1.1、P1.2、P1.3在任何時(shí)刻都只有一個(gè)引腳與電源相通。手動(dòng)調(diào)節(jié)波段開(kāi)關(guān),可選擇報(bào)警閾值。圖3汽車超速報(bào)警器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與公路汽運(yùn)3汽車超速報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)汽車超速報(bào)警器的報(bào)警程序如圖6所示。軟件編程采用匯編語(yǔ)言,0作為定時(shí)器,設(shè)1ss,。設(shè)T050ms,定時(shí)時(shí)間一到,溢出中斷,在中斷服務(wù)程序中,對(duì)中斷次數(shù)寄存器加1,重復(fù)定時(shí)中斷20次,時(shí)間為1s。1s定時(shí)時(shí)間到,讀取定時(shí)器T1(P3.5引腳)輸入的脈沖數(shù),即為實(shí)時(shí)車速的頻率值。將該頻率值與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定閾值比較,判定是否超速。2.1電源降壓-穩(wěn)壓?jiǎn)卧娫唇祲?穩(wěn)壓?jiǎn)卧扇思煞€(wěn)壓器W7805組成(如圖4所示)。電容Ci用來(lái)

6、抵消因輸入線太長(zhǎng)而產(chǎn)生的電感效應(yīng),防止產(chǎn)生自激振蕩,連線不長(zhǎng)時(shí)可以不用,容量一般在0.11F;C00電路的輸入端V,5V電壓。圖4電源降壓-穩(wěn)壓?jiǎn)卧?.2光電耦合器觸發(fā)單元光電耦合器是以光為媒介傳輸信號(hào)的一種電-光-電轉(zhuǎn)換器件,由發(fā)光源和受光器組成(如圖5所示)。車速傳感器信號(hào)位于高電平時(shí),發(fā)光源發(fā)光并控制受光器導(dǎo)通,則受光器輸出端產(chǎn)生與車速傳感器頻率一致的電壓信號(hào)。采用光電耦合器PC817傳輸車速信號(hào)的目的是為了隔離車速傳感器與單片機(jī)的直接聯(lián)系,消除車速傳感器信號(hào)對(duì)單片機(jī)的不利影響。車速傳感器產(chǎn)生的是恒流低阻抗信號(hào),電壓值受外部負(fù)載的影響大。以Audi100轎車為例,車速傳感器信號(hào)送入單片機(jī)

7、T0端口后,其高電平電壓值迅速由9V下降為0.25V,而T0端口需要的最低識(shí)別電壓為2V。圖6超速報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警程序T0采用方式1(定時(shí)器狀態(tài)),由內(nèi)部TR0控制啟、停;T1采用方式1(記數(shù)器狀態(tài)),由TR1控制啟、停。因此,TMOD=01010001B,即51H,T0的計(jì)數(shù)初值X=216-6×100×103/12=15536=3CB0H。在T0定時(shí)中斷服務(wù)程序中,首先判斷定時(shí)時(shí)間1s是否達(dá)到。定時(shí)時(shí)間到,讀取計(jì)數(shù)器T1的計(jì)數(shù)值,存放到指定寄存器中。4結(jié)語(yǔ)本文設(shè)計(jì)的汽車超速報(bào)警器由電源降壓-穩(wěn)壓?jiǎn)卧⒐怆婑詈掀饔|發(fā)單元和調(diào)速單元等構(gòu)成。其軟件采用模塊化設(shè)計(jì),由主程序、記數(shù)子程

8、序和調(diào)速子程序等組成。該汽車超速報(bào)警器可設(shè)置3個(gè)報(bào)警(下轉(zhuǎn)第42頁(yè))圖5信號(hào)觸發(fā)電路2.3調(diào)速單元調(diào)速單元由波段開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。波段開(kāi)關(guān)分為3個(gè)42與公路汽運(yùn)Highways&AutomotiveApplications第2期2008年3月足一般測(cè)試需要,其缺點(diǎn)是輪圈直徑有誤差,使用前需多次標(biāo)定。另外,在速度高于80km/h時(shí),路面稍許不平會(huì)引起輪盤跳動(dòng)或打滑,因?yàn)檐囕v顛簸造成的“卷起”使第五輪滾回去然后停下來(lái),使測(cè)量時(shí)間比其他傳感器記錄的長(zhǎng)一些,從而帶來(lái)測(cè)量誤差。五輪儀較重,特別對(duì)小型車輛成為一負(fù)載,限制了車速,不能滿足小型車輛及高速段的測(cè)試要求。此外,五輪儀需要支架固定,安裝非常不便。但

9、對(duì)中小型單位,在資金不太充裕的情況下,其不失為汽車性能檢測(cè)的一種良好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。研院所進(jìn)行汽車測(cè)試的基準(zhǔn),儀高一些,較多,所以使用起來(lái)較麻煩。低附著系數(shù)路面上測(cè)量時(shí)非常容易出現(xiàn)信號(hào)丟失現(xiàn)象,性能表現(xiàn)較差,無(wú)法用于ABS(制動(dòng)防抱死系統(tǒng))性能檢測(cè)和相關(guān)研究工作。另外,由于一些光電式傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的噪音特性,需要一個(gè)濾波器來(lái)限制測(cè)量帶寬,加上一些必需的支架,致使它的總體積和總質(zhì)量也較大。以GPS作為定位手段的車速測(cè)試系統(tǒng)體積小,攜帶、安裝方便,對(duì)安裝環(huán)境沒(méi)有特殊要求,基本不需要專門的固定工具,而且安裝后即可進(jìn)行工作,不需要進(jìn)行繁雜的調(diào)試,測(cè)量不受路面情況限制。另外,由于是靠衛(wèi)星來(lái)定位,可以進(jìn)行側(cè)向

10、、垂向運(yùn)動(dòng)和空間位置的測(cè)量,這是其顯著優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴,一般的中小型企業(yè)和研究院所無(wú)法承受。另外,當(dāng)車輛穿行在城市高樓區(qū)、立交橋、林蔭道和隧道等處時(shí),常出現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)遮擋問(wèn)題,這是由GPS采用的被動(dòng)定位所決定而無(wú)法避免的。近幾年來(lái),隨著GPS定位技術(shù)的不斷提高、通信衛(wèi)星的免費(fèi)使用,加上數(shù)據(jù)采集的方便性,該類測(cè)試系統(tǒng)已由軍用轉(zhuǎn)向民用,很多大型企業(yè)和研究單位都以它作為車輛性能測(cè)試的主要設(shè)備。4結(jié)語(yǔ)理,。在進(jìn)行檢測(cè)和科學(xué)研,根據(jù)自身?xiàng)l件、測(cè)試項(xiàng)目的需要和各測(cè)量系統(tǒng)性能適合與否進(jìn)行合理選擇,以便很好地完成測(cè)試目的,發(fā)揮測(cè)量系統(tǒng)的最大作用。參考文獻(xiàn):1蔣有功.五輪儀道路檢測(cè)探討J.實(shí)用測(cè)試技術(shù),19

11、94,20(2).2趙淑芝,張梟雄,賈洪飛,等.利用五輪儀實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立車輛跟馳模型J.公路交通科技,2003(1).3黃天.GPS在車速采集中的應(yīng)用方法J.湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2005(1).4MIRALTD.不同的時(shí)間/距離/速度測(cè)量系統(tǒng)在同一個(gè)試驗(yàn)車的比較Z.MIRA-02-235050/RL/Issue2.5陸晶晶,張為公,周耀群.基于GPS和加速度計(jì)的車速測(cè)量系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與研制J.測(cè)控技術(shù),2007(8).收稿日期:2007-10-05(上接第29頁(yè))東公路交通,2003(3).4周連貴.電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.5楊欣,王玉鳳.電子設(shè)計(jì)從零開(kāi)始M.北京:清華大閾值,使用中根據(jù)路況手動(dòng)選擇報(bào)警閾值,可實(shí)現(xiàn)在線報(bào)警提示。學(xué)出版社,2005.參考文獻(xiàn):1蔣維.車輛超載、限速報(bào)警系統(tǒng)的