基于光電耦合器的汽車超速報警器設計

28與公路汽運Highways&AutomotiveApplications第2期2008年3月基于光電耦合器的汽車超速報警器設計3唐凱1,江開發(fā)1,張弛2(1.南京工程學院車輛工程系,江蘇南京211167;2.南京工程學院自動化系,江蘇南京211167)摘要:基于光電耦合器和單片機,設計了一種汽車超速報警器,該汽車超速報警器可設置3個報警閾值,可根據路況手動選擇報警閾值,可在線報警提示。、設計思路、硬件系統(tǒng)構成和軟件設計方法。關鍵詞:汽車;超速報警器;光電耦合器;單片機中圖分類號:U471.1文獻標識碼:A-()02-0028-02目前有2GPS系統(tǒng),,,但價格昂貴;②,在設計汽車時就已經考慮并在制造時嵌入整車電子控制系統(tǒng)中。后者在2005年以后國內生產的中高檔乘用車中已初見端倪,但是國內約4000萬輛在用汽車中的近90%并未安裝。鑒于此,為在用汽車設計一種外掛式汽車超速報警器有著巨大的市場需求。圖2車速信號圖形1汽車超速報警器的工作原理以Audi100轎車為例,其車速傳感器由一個舌簧開關管和一個帶有4對磁極的塑料環(huán)構成(如圖1所示)。后者安裝在變速器左輸出軸上,與軸一同旋轉形成旋轉磁場。舌簧開關管安裝在靠近塑料環(huán)的變速器殼體上,它是在一個玻璃管內裝有2個細長的觸頭構成的開關元件,其觸頭由磁性材料制成。舌簧開關管與塑料環(huán)間具有很小的間隙,當塑料環(huán)旋轉時,舌簧開關管內觸點接近塑料極時閉合,離開塑料極時斷開,由此得到與汽車行駛速度相對應的方波信號(如圖2所示)。汽車超速報警器的工作原理:汽車行駛過程中,車輪每轉一圈,車速傳感器產生8個脈沖。對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,據此可計算出輪胎直徑D=18.5×0.7×2+14×2.54=61.46cm。根據欲限定的汽車速度V,可計算車輪在單位時間內轉過的圈數(shù):f=π×D3600×(1)將f與超速報警器設定的閾值圈數(shù)f0比較,如果f>f0,則車速報警器發(fā)出聲光報警;反之,車速報警器將執(zhí)行下一個比較任務。2汽車超速報警器的硬件設計將車速傳感器產生的車速信號送入光電耦合器觸發(fā)單元,得到一個與車速信號頻率一致的信號,送入單片機記數(shù),與單片機內部設定值f0相比較。系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心,由電源降壓-穩(wěn)壓圖1車速傳感器結構單元、光電耦合器觸發(fā)單元、調速單元和聲光報警單3基金項目:江蘇省大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃項目(166201070001)總第125期Highways&AutomotiveApplications29元組成(見圖3)。擋位,對應著3個報警閾值。3個分觸腳分別與單片機的P1.1、P1.2、P1.3引腳連接,總觸腳與電源相連,控制P1.1、P1.2、P1.3在任何時刻都只有一個引腳與電源相通。手動調節(jié)波段開關,可選擇報警閾值。圖3汽車超速報警器系統(tǒng)結構與公路汽運3汽車超速報警器的軟件設計汽車超速報警器的報警程序如圖6所示。軟件編程采用匯編語言,0作為定時器,設1ss,。設T050ms,定時時間一到,溢出中斷,在中斷服務程序中,對中斷次數(shù)寄存器加1,重復定時中斷20次,時間為1s。1s定時時間到,讀取定時器T1(P3.5引腳)輸入的脈沖數(shù),即為實時車速的頻率值。將該頻率值與單片機內部設定閾值比較,判定是否超速。2.1電源降壓-穩(wěn)壓單元電源降壓-穩(wěn)壓單元由三端集成穩(wěn)壓器W7805組成(如圖4所示)。電容Ci用來抵消因輸入線太長而產生的電感效應,防止產生自激振蕩,連線不長時可以不用,容量一般在0.1～1μF;C00電路的輸入端V,5V電壓。圖4電源降壓-穩(wěn)壓單元2.2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的一種電-光-電轉換器件,由發(fā)光源和受光器組成(如圖5所示)。車速傳感器信號位于高電平時,發(fā)光源發(fā)光并控制受光器導通,則受光器輸出端產生與車速傳感器頻率一致的電壓信號。采用光電耦合器PC817傳輸車速信號的目的是為了隔離車速傳感器與單片機的直接聯(lián)系,消除車速傳感器信號對單片機的不利影響。車速傳感器產生的是恒流低阻抗信號,電壓值受外部負載的影響大。以Audi100轎車為例,車速傳感器信號送入單片機T0端口后,其高電平電壓值迅速由9V下降為0.25V,而T0端口需要的最低識別電壓為2V。圖6超速報警系統(tǒng)報警程序T0采用方式1(定時器狀態(tài)),由內部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的計數(shù)初值X=216-6×100×103/12=15536=3CB0H。在T0定時中斷服務程序中,首先判斷定時時間1s是否達到。定時時間到,讀取計數(shù)器T1的計數(shù)值,存放到指定寄存器中。4結語本文設計的汽車超速報警器由電源降壓-穩(wěn)壓單元、光電耦合器觸發(fā)單元和調速單元等構成。其軟件采用模塊化設計,由主程序、記數(shù)子程序和調速子程序等組成。該汽車超速報警器可設置3個報警(下轉第42頁)圖5信號觸發(fā)電路2.3調速單元調速單元由波段開關實現(xiàn)。波段開關分為3個42與公路汽運Highways&AutomotiveApplications第2期2008年3月足一般測試需要,其缺點是輪圈直徑有誤差,使用前需多次標定。另外,在速度高于80km/h時,路面稍許不平會引起輪盤跳動或打滑,因為車輛顛簸造成的“卷起”使第五輪滾回去然后停下來,使測量時間比其他傳感器記錄的長一些,從而帶來測量誤差。五輪儀較重,特別對小型車輛成為一負載,限制了車速,不能滿足小型車輛及高速段的測試要求。此外,五輪儀需要支架固定,安裝非常不便。但對中小型單位,在資金不太充裕的情況下,其不失為汽車性能檢測的一種良好實驗設備。研院所進行汽車測試的基準,儀高一些,較多,,所以使用起來較麻煩。低附著系數(shù)路面上測量時非常容易出現(xiàn)信號丟失現(xiàn)象,性能表現(xiàn)較差,無法用于ABS(制動防抱死系統(tǒng))性能檢測和相關研究工作。另外,由于一些光電式傳感器產生的信號的噪音特性,需要一個濾波器來限制測量帶寬,加上一些必需的支架,致使它的總體積和總質量也較大。以GPS作為定位手段的車速測試系統(tǒng)體積小,攜帶、安裝方便,對安裝環(huán)境沒有特殊要求,基本不需要專門的固定工具,而且安裝后即可進行工作,不需要進行繁雜的調試,測量不受路面情況限制。另外,由于是靠衛(wèi)星來定位,可以進行側向、垂向運動和空間位置的測量,這是其顯著優(yōu)點。其缺點是價格昂貴,一般的中小型企業(yè)和研究院所無法承受。另外,當車輛穿行在城市高樓區(qū)、立交橋、林蔭道和隧道等處時,常出現(xiàn)衛(wèi)星信號遮擋問題,這是由GPS采用的被動定位所決定而無法避免的。近幾年來,隨著GPS定位技術的不斷提高、通信衛(wèi)星的免費使用,加上數(shù)據采集的方便性,該類測試系統(tǒng)已由軍用轉向民用,很多大型企業(yè)和研究單位都以它作為車輛性能測試的主要設備。4結語理,,。在進行檢測和科學研,,根據自身條件、測試項目的需要和各測量系統(tǒng)性能適合與否進行合理選擇,以便很好地完成測試目的,發(fā)揮測量系統(tǒng)的最大作用。參考文獻:[1]蔣有功.五輪儀道路檢測探討[J].實用測試技術,1994,20(2).[2]趙淑芝,張梟雄,賈洪飛,等.利用五輪儀實驗數(shù)據建立車輛跟馳模型[J].公路交通科技,2003(1).[3]黃天.GPS在車速采集中的應用方法[J].湖南理工學院學報(自然科學版),2005(1).[4]MIRALTD.不同的時間/距離/速度測量系統(tǒng)在同一個試驗車的比較[Z].MIRA-02-235050/RL/Issue2.[5]陸晶晶,張為公,周耀群.基于GPS和加速度計的車速測量系統(tǒng)的開發(fā)與研制[J].測控技術,2007(8).收稿日期:2007-10-05(上接第29頁)東公路交通,2003(3).[4]周連貴.電子技術基礎[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.[5]楊欣,王玉鳳.電子設計從零開始[M].北京:清華大閾值,使用中根據路況手動選擇報警閾值,可實現(xiàn)在線報警提示。學出版社,2005.參考文獻: