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所在磁场的磁感应强度；S-表示每匝线圈的平均截面积。 在传感器中当结构参数确定后，B、L、N、S均为定值，感应电动势e与线圈相对磁场的运动速度 图3-1车速传感器结构 车速传感器由一个舌簧开关盒一个带有4对磁极的塑料环构成，如图3-1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3-2所示。 电压U/V 12.50 6.25 时间t/ms 100 200 300 400 500 -6.25 图3-2汽车车速信号图形 汽车超速报警器的工作原理：汽车在行驶过程中，车轮每转一圈，车速传感器产生 个人资料整理 仅限学习使用 8个脉冲。对已知车型可知其车轮直径为D，例如规格为185/70R14的轮胎，185表示轮胎两边侧面之间的宽度为185mm，70代表轮胎高/宽比为70，14表示轮胎直径为14英尺，R代表单词RADIAL，表示子午轮胎。据此可计算出轮胎直径 D=18.5×0.7×2+14×2.54=61.46cm 根据汽车的速度，可计算车轮在单位时间内转过的圈数：n=V/πD。产生脉冲数f0=8n。若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。 3.3主控模块 本系统采用MCS-51系列的8051单片机作为控制核心[1]。MCS51系列单片机是美国Intel公司于1980年推出的一种8位单片机系列。8051的片内程序存储器 8051单片机引脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可接收8TTL门电流。当P1的管脚第一次写入1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出 个人资料整理 仅限学习使用 4TTL门电流。P1口管教写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写入1是，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管教被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个帯内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入后，他们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口也可作为输出电流 表3-1 单片机各管脚功能 口管脚 备选功能 P3.0 RXD<串行输入口） P3.1 TXD<串行输出口） P3.2 /INT0<外部中断0） P3.3 /INT1 (外部中断1> P3.4 T0 (计时器0外部输入> P3.5 T1<计时器1外部输入） P3.6 /WR<外部数据存储器写选通） P3.7 /RD<外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率表周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX,MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。乳沟微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。，在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 3.4系统总体结构框图 当车辆处于行驶状态时，该系统通过测速传感器时刻监测车辆速度，需要测速传感器来测量速度传送到单片机中，为了减少系统误差和信号的干扰，实现非接触测量需要在单片机和测速传感器之间加上一个光电耦合单元[3]。对于单片机需要稳定的电压，最 个人资料整理 仅限学习使用 后采集的速度与设定的速度送往液晶屏，相比较，超速就需要报警，由此需要电源单元，如图3-4所示。 报警单元 测速传感器 光电耦合单元 AT89C51单片机 电源单元 显示单元 图3-4 超速报警系统总框图 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耦合单元，得到一个与车速信号频率一致的信号，送入单片机记数。记数满后与单片机内部设定值相比较。如果超过了预设值则可判断汽车超速，蜂鸣器报警提示。系统以AT89C51单片机为核心，由电源单元、光电耦合器单元、调速单元和声光报警单元组成。 3.4.1电源单元 电源单元由三端集成稳压器W7805组成，如图3-5所示。三端稳压器由启动电路、基准电压电路、采样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成。 W7805 UI CI CO UO 图3-5 电源单元 电容C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0.1-0.33μF[4]。用来消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，即在负载电流变化时不致引起输出端产生较大的波动。当电路的输入端大于5V时，输出端输出稳定的5V电压。 3.4.2光电耦合器单元 光电耦合器是以光为媒介，传输信号的一种电-光-电转换期间，由发光源和受光器组成，如图3-6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。采用光信号电耦合器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。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有9V下降为0.25V， 个人资料整理 仅限学习使用 而T0端口需要的最低识别电压为2V。 +5V 方波信号 + - 1 2 P3.5 1-发光源 2-受光器 图3-6 信号耦合电路 3.4.3蜂鸣报警单元 压电式蜂鸣器约需10mA的驱动电流，因此可以用系列集成电路7406或7407低电平驱动, 驱动器的输入端接89C51的P2.7。当P2.7输出高电平1时，7406的输出为低电平0，使蜂鸣器引线获得接近5V的直流电压，而产生蜂鸣音。当P2.7端输出低电平0时，7406的输出端升高的约+5V，压电蜂鸣器两引线间的直流电压降接近于0V，发生停止。我们用单片机的P2.7与蜂鸣器相连，输出高电平，则报警。 3.5电路的连接 3.5.1 霍尔传感器与单片机的连接 霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器[5]。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔<1855-1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数[6]。 霍尔传感器检测转速示意图如图3-7所示。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生的脉冲频率就可以得出圆盘的转速[7]。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。