智能測速計的設計與實(shí)現
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摘要： 測速裝置在汽車(chē)行駛及機車(chē)控制系統中占有非常重要的地位，對測速裝置的要求是分辨能力強、高精度和盡可能短的檢測時(shí)間。由于機械式里程表的缺點(diǎn)，使得基于非接觸式轉速傳感器的電子式轉速里程表得以迅速發(fā)展。本文介紹了一種基于單片機的電子式轉速里程表實(shí)現方案。系統以AT89S52單片機為中心，應用霍爾傳感器通過(guò)測量磁場(chǎng)強度，來(lái)得到穩定的脈沖方波信號，實(shí)現轉速的測量。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)的很多領(lǐng)域對測試系統速度和精度方面的要求也與日俱增，該方法更有實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：速度里程測量;AT89S52;E2PROM;霍爾傳感器
引言
在工程實(shí)踐中，經(jīng)常會(huì )遇到汽車(chē)測速中應用霍爾元件等作為檢測元件，得到的信號是脈沖信號。要測速，首先要解決是采樣的問(wèn)題。在使用模擬技術(shù)制作測速方法，即將轉軸與待測軸相連，測速發(fā)電機的電壓高低反映了轉速的高低。傳統的汽車(chē)里程表的功能有兩個(gè)，一是用指針指示汽車(chē)行駛的瞬時(shí)車(chē)速，二是用機械計數器記錄汽車(chē)行駛的累計里程。數字式轉速計電路以單片機為主，性能優(yōu)越，使用單片機進(jìn)行測速，可以使用簡(jiǎn)單的脈沖計數法。只要轉軸每旋轉一周，產(chǎn)生一個(gè)或固定的多個(gè)脈沖，并將脈沖送入單片機中進(jìn)行計數，即可獲得轉速的信息。我國從70年代開(kāi)始研究霍爾器件，經(jīng)過(guò)20余年的研究和開(kāi)發(fā)，常用于開(kāi)關(guān)信號采集的有CS3020、CS3040、A44E等，這種傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開(kāi)路(OC)門(mén)輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。
一、主要任務(wù)
本設計中測量速度及里程數的功能是最基本的功能，本設計采用方案是以AT89S52單片機為控制核心，用霍爾集成傳感器(也稱(chēng)速度傳感器)作為測量機車(chē)速的檢測元件，經(jīng)過(guò)單片機數據處理。顯示功能是用四個(gè)共陰極8段數碼管顯示車(chē)的里程或速度，用1個(gè)開(kāi)關(guān)用于切換確定顯示的方式，當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，顯示速度;打開(kāi)時(shí)顯示里程。超速信響報警提醒功能是通過(guò)在軟件程序中設定一個(gè)速度數值，當車(chē)的行駛速度超過(guò)設定的默認數值時(shí)，喇叭發(fā)出報警音，同時(shí)一個(gè)LED燈閃爍提醒超速以減慢速度，保證行駛安全。設置輪圈大小功能是通過(guò)4個(gè)按鍵分別用于設置4個(gè)不同周長(cháng)輪圈的大小，當4個(gè)按鍵都沒(méi)合上時(shí)，說(shuō)明輪圈周長(cháng)設置出錯，從單片機的11引腳輸出一個(gè)周期為0、5秒的方波信號，用作發(fā)光管的閃爍及信響器提醒。里程數據自動(dòng)記憶功能是用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗CMOS串行E2PROM存儲器24C01來(lái)實(shí)現里程數據在掉電時(shí)的掉電保存。
二、系統概述
1、系統組成
系統硬件由AT89S52單片機、霍爾傳感器A44E、LED顯示電路、串口數據存儲電路和分頻器TC4024組成。系統硬件框圖如圖所示。
2、硬件系統電路圖
3、系統工作原理
該設計能實(shí)時(shí)地將所測的速度顯示出來(lái)，同時(shí)也能夠累計顯示總里程數。該速度里程表能將霍爾傳感器輸入到單片機的脈沖信號的寬度(霍爾傳感器將車(chē)速轉變成相應寬度的脈沖信號)實(shí)時(shí)地測量出來(lái)，然后通過(guò)單片機計算出速度和里程，再將所得的數據存儲到串口數據存儲器，并由LED顯示模塊實(shí)時(shí)顯示出所測速度。本設計用一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)來(lái)控制顯示速度或里程。單片機利用定時(shí)器T0的控制功能測出輸入信號的周期后，再利用單片機的算術(shù)運算功能將周期轉換成速度，同時(shí)每秒鐘進(jìn)行一次里程累計，從而計算出總里程。最后將得出的速度、里程值存儲在E2PROM中，并根據按鍵開(kāi)關(guān)的選擇情況來(lái)切換顯示速度或里程。為了方便計算要顯示數據值的段碼，可再將其轉換成壓縮的BCD碼，然后通過(guò)查表將要顯示的數據值中每一位的壓縮BCD碼轉換成8段碼送到顯示緩沖區，最后經(jīng)串口送至LED顯示模塊以顯示所測的速度或里程。
三、軟件設計
整個(gè)系統由初始化模塊，頻率測量模塊，速度/里程計算模塊，數據轉BCD碼模塊，速度顯示模塊，里程顯示模塊，數據存儲/讀取模塊，定時(shí)器中斷服務(wù)模塊以及其他功能模塊組成。上電后，首先進(jìn)入系統初始化模塊，此后系統軟件將開(kāi)始運行，以實(shí)時(shí)地將所測數值顯示在LED顯示模塊上。通過(guò)單片機的設置可使INT0引腳能夠對內部定時(shí)器T0的工作進(jìn)行控制，這樣能精確地測出加到INT0引腳的正脈沖寬度(即測出脈沖信號的周期);速度顯示部分采用LED顯示模塊，所得的數據采用I2C總線(xiàn)，并通過(guò)E2PROM來(lái)存儲。系統軟件包括單片機和液晶模塊的初始化模塊、周期測量模塊、速度里程計算模塊、數據存儲模塊、速度和里程顯示數據轉BCD碼模塊、顯示數據消多余零模塊、數據顯示模塊以及實(shí)時(shí)中斷服務(wù)模塊等。
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