基于光电耦合器的汽车超速报警器设计

28与公路汽运Highways&AutomotiveApplications第2期2008年3月基于光电耦合器的汽车超速报警器设计3唐凯1,江开发1,张弛2(1.南京工程学院车辆工程系,江苏南京211167;2.南京工程学院自动化系,江苏南京211167)摘要:基于光电耦合器和单片机,设计了一种汽车超速报警器,该汽车超速报警器可设置3个报警阈值,可根据路况手动选择报警阈值,可在线报警提示。、设计思路、硬件系统构成和软件设计方法。关键词:汽车;超速报警器;光电耦合器;单片机中图分类号:U471.1文献标识码:A-()02-0028-02目前有2GPS系统,,,但价格昂贵;②,在设计汽车时就已经考虑并在制造时嵌入整车电子控制系统中。后者在2005年以后国内生产的中高档乘用车中已初见端倪,但是国内约4000万辆在用汽车中的近90%并未安装。鉴于此,为在用汽车设计一种外挂式汽车超速报警器有着巨大的市场需求。图2车速信号图形1汽车超速报警器的工作原理以Audi100轿车为例,其车速传感器由一个舌簧开关管和一个带有4对磁极的塑料环构成(如图1所示)。后者安装在变速器左输出轴上,与轴一同旋转形成旋转磁场。舌簧开关管安装在靠近塑料环的变速器壳体上,它是在一个玻璃管内装有2个细长的触头构成的开关元件,其触头由磁性材料制成。舌簧开关管与塑料环间具有很小的间隙,当塑料环旋转时,舌簧开关管内触点接近塑料极时闭合,离开塑料极时断开,由此得到与汽车行驶速度相对应的方波信号(如图2所示)。汽车超速报警器的工作原理:汽车行驶过程中,车轮每转一圈,车速传感器产生8个脉冲。对已知车型可知其车轮直径D,例如规格为185/70VR14的轮胎,185表示轮胎宽度为185mm,70代表轮胎高/宽比为70%,14表示轮辋直径为14inch,据此可计算出轮胎直径D=18.5×0.7×2+14×2.54=61.46cm。根据欲限定的汽车速度V,可计算车轮在单位时间内转过的圈数:f=π×D3600×(1)将f与超速报警器设定的阈值圈数f0比较,如果f>f0,则车速报警器发出声光报警;反之,车速报警器将执行下一个比较任务。2汽车超速报警器的硬件设计将车速传感器产生的车速信号送入光电耦合器触发单元,得到一个与车速信号频率一致的信号,送入单片机记数,与单片机内部设定值f0相比较。系统以AT89C51单片机为核心,由电源降压-稳压图1车速传感器结构单元、光电耦合器触发单元、调速单元和声光报警单3基金项目:江苏省大学生实践创新训练计划项目(166201070001)总第125期Highways&AutomotiveApplications29元组成(见图3)。挡位,对应着3个报警阈值。3个分触脚分别与单片机的P1.1、P1.2、P1.3引脚连接,总触脚与电源相连,控制P1.1、P1.2、P1.3在任何时刻都只有一个引脚与电源相通。手动调节波段开关,可选择报警阈值。图3汽车超速报警器系统结构与公路汽运3汽车超速报警器的软件设计汽车超速报警器的报警程序如图6所示。软件编程采用汇编语言,0作为定时器,设1ss,。设T050ms,定时时间一到,溢出中断,在中断服务程序中,对中断次数寄存器加1,重复定时中断20次,时间为1s。1s定时时间到,读取定时器T1(P3.5引脚)输入的脉冲数,即为实时车速的频率值。将该频率值与单片机内部设定阈值比较,判定是否超速。2.1电源降压-稳压单元电源降压-稳压单元由三端集成稳压器W7805组成(如图4所示)。电容Ci用来抵消因输入线太长而产生的电感效应,防止产生自激振荡,连线不长时可以不用,容量一般在0.1～1μF;C00电路的输入端V,5V电压。图4电源降压-稳压单元2.2光电耦合器触发单元光电耦合器是以光为媒介传输信号的一种电-光-电转换器件,由发光源和受光器组成(如图5所示)。车速传感器信号位于高电平时,发光源发光并控制受光器导通,则受光器输出端产生与车速传感器频率一致的电压信号。采用光电耦合器PC817传输车速信号的目的是为了隔离车速传感器与单片机的直接联系,消除车速传感器信号对单片机的不利影响。车速传感器产生的是恒流低阻抗信号,电压值受外部负载的影响大。以Audi100轿车为例,车速传感器信号送入单片机T0端口后,其高电平电压值迅速由9V下降为0.25V,而T0端口需要的最低识别电压为2V。图6超速报警系统报警程序T0采用方式1(定时器状态),由内部TR0控制启、停;T1采用方式1(记数器状态),由TR1控制启、停。因此,TMOD=01010001B,即51H,T0的计数初值X=216-6×100×103/12=15536=3CB0H。在T0定时中断服务程序中,首先判断定时时间1s是否达到。定时时间到,读取计数器T1的计数值,存放到指定寄存器中。4结语本文设计的汽车超速报警器由电源降压-稳压单元、光电耦合器触发单元和调速单元等构成。其软件采用模块化设计,由主程序、记数子程序和调速子程序等组成。该汽车超速报警器可设置3个报警(下转第42页)图5信号触发电路2.3调速单元调速单元由波段开关实现。波段开关分为3个42与公路汽运Highways&AutomotiveApplications第2期2008年3月足一般测试需要,其缺点是轮圈直径有误差,使用前需多次标定。另外,在速度高于80km/h时,路面稍许不平会引起轮盘跳动或打滑,因为车辆颠簸造成的“卷起”使第五轮滚回去然后停下来,使测量时间比其他传感器记录的长一些,从而带来测量误差。五轮仪较重,特别对小型车辆成为一负载,限制了车速,不能满足小型车辆及高速段的测试要求。此外,五轮仪需要支架固定,安装非常不便。但对中小型单位,在资金不太充裕的情况下,其不失为汽车性能检测的一种良好实验设备。研院所进行汽车测试的基准,仪高一些,较多,,所以使用起来较麻烦。低附着系数路面上测量时非常容易出现信号丢失现象,性能表现较差,无法用于ABS(制动防抱死系统)性能检测和相关研究工作。另外,由于一些光电式传感器产生的信号的噪音特性,需要一个滤波器来限制测量带宽,加上一些必需的支架,致使它的总体积和总质量也较大。以GPS作为定位手段的车速测试系统体积小,携带、安装方便,对安装环境没有特殊要求,基本不需要专门的固定工具,而且安装后即可进行工作,不需要进行繁杂的调试,测量不受路面情况限制。另外,由于是靠卫星来定位,可以进行侧向、垂向运动和空间位置的测量,这是其显著优点。其缺点是价格昂贵,一般的中小型企业和研究院所无法承受。另外,当车辆穿行在城市高楼区、立交桥、林荫道和隧道等处时,常出现卫星信号遮挡问题,这是由GPS采用的被动定位所决定而无法避免的。近几年来,随着GPS定位技术的不断提高、通信卫星的免费使用,加上数据采集的方便性,该类测试系统已由军用转向民用,很多大型企业和研究单位都以它作为车辆性能测试的主要设备。4结语理,,。在进行检测和科学研,,根据自身条件、测试项目的需要和各测量系统性能适合与否进行合理选择,以便很好地完成测试目的,发挥测量系统的最大作用。参考文献:[1]蒋有功.五轮仪道路检测探讨[J].实用测试技术,1994,20(2).[2]赵淑芝,张枭雄,贾洪飞,等.利用五轮仪实验数据建立车辆跟驰模型[J].公路交通科技,2003(1).[3]黄天.GPS在车速采集中的应用方法[J].湖南理工学院学报(自然科学版),2005(1).[4]MIRALTD.不同的时间/距离/速度测量系统在同一个试验车的比较[Z].MIRA-02-235050/RL/Issue2.[5]陆晶晶,张为公,周耀群.基于GPS和加速度计的车速测量系统的开发与研制[J].测控技术,2007(8).收稿日期:2007-10-05(上接第29页)东公路交通,2003(3).[4]周连贵.电子技术基础[M].北京:机械工业出版社,2003.[5]杨欣,王玉凤.电子设计从零开始[M].北京:清华大阈值,使用中根据路况手动选择报警阈值,可实现在线报警提示。学出版社,2005.参考文献: