广西大学毕业设计论文 第二章 方向盘角度检测系统概述
2. 路面倾角检测环节设计方案
汽车在转弯时，路面的倾角不同，转弯时的转角大小与最大车速都会有所影响。因此，应对路面倾角进行测量。
本设计采用单圈的电位器进行路面倾角的测量，其测量原理与方向盘转角的测量原理相同，只是安装的方式有所不同。本电位器采用垂直安装方式，在电位上连接一重物，重物一端固定在电位器的旋转轴上，另一端为自由端，就如单摆一样。当汽车发生倾斜时，重物由于重力作用转动电位器的转轴，从而改变电位器指针位置。因此，电位器的输出电压也随着改变，从而可测得路面的倾斜角度。测量原理如图2-3所示。
图2-3 电位器测量路面倾角示意图
图2-3（a）为水平路面时电位器的指针位置，当路面倾角为?时，电位器的指针也随着改变?角度。根据电位器的分压原理就可以测得倾角?的度数。
3. 车速检测环节设计方案
道路弯度的大小决定了转弯时的最高车速，如果车速超过转弯时的极限车速时，汽车就有可能飞出，造成严重的交通事故。因此，在转弯的时候，应该对车速进行测量，当车速接近转弯允许的最大车速时，进行报警，提示驾驶员减速。
现在速度测量的传感器，大部分选用旋转编码器。由于旋转编码器测量精度高、测速方便、使用时间长、体积小、质量轻等优点，成为测速系统的首选传感器。
常用的旋转编码器有增量式和绝对值式，一般测速选择增量式。增量式又分为单路输出和双路输出，单路输出是指旋转编码器输出是一组脉冲，
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双路输出的旋转编码器输出两组相位差90°的脉冲，不仅可以测速，还可以判断旋转方向[5]。一般汽车测速都是单向的，因此选择单路输出的编码器即可。
本设计采用GZS3804系列增量式光电编码器，其性能可靠，输出为方波信号，波形规整，使用电压范围宽，每圈输出脉冲数为500个，最大转速4800rpm，消耗电流小于120mA，电源电压：+5V，输出电压：高电平大于85%Vcc，低电平小于0.4V，响应频率：0~80KHz。编码器的外形图如图2-4所示。
图2-4 编码器外形尺寸图
2.2.2 控制模块设计方案
控制系统作为系统的核心，主要实现数据的处理、控制实时性等问题。当前的控制系统主要有上下位机（PC-PLC）、DSP控制器及单片机，其各自特性如表2-2所示。
表2-2 各控制系统的特性
控制系统 PC-PLC DSP 单片机 体积 大 较大 小 线路 复杂 较复杂 简单 成本 高 较高 低 可靠性 好 好 较好 应用场合 工业生产 嵌入式 嵌入式 考虑到体积、成本及控制特性等问题，汽车方向盘控制系统采用单片机作为系统的控制中心。本设计采用ATmega16单片机作为控制中心。
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2.2.3 显示系统方案设计
显示器是一个典型的输出设备，而且其应用是极为广泛的，几乎所有的电子产品都要使用显示器，其差别仅在于显示器的结构类型不同而已。目前最常用的显示器有LCD和LED。LED发光二极管电路简单、安装方便、成本低，并且可以满足显示三位角度值的要求，因此,本设计采用四位共阴极LED发光二极管作为显示单元。
2.3 本设计的特点
现在虽然已有方向盘角度检测系统的相关专利，然而其专利只是测量方向盘的转角，并未对汽车转弯时的性能进行评估。其专利是利用两节相互嵌套的齿轮来实现方向盘4圈的角度检测。可想而知，其结构复杂，需要设计专门的机械齿轮；由于齿轮制作受到材料和空间的限制，因此检测精度必然会受到影响；还需要设计很多的机械辅助零件，安装复杂，并且线性度不高。本设计采用旋转电位器实现角度检测，有以下优点：
1. 制作简单，安装方便。 2. 测量精度高。
3. 可实现角度的连续测量，线性度好。 4. 使用时间长，长期使用不会出现零点漂移。 5. 成本低廉。
本设计除了进行方向盘角度测量外，还对汽车转弯时的车速，路面的倾角等因素进行了综合分析，从而设计出小车高速转弯时的报警功能，以提醒驾驶员进行相应的减速，防止意外发生。
2.4 本章小结
本章首先根据系统设计的要求，介绍了系统的构建，然后详细阐述了系统的设计方案，对系统的三个模块：检测模块、控制模块及显示模块分别进行方案的设计。确定了以ATmega16单片机作为系统的控制核心，以多圈电位器和光电编码器作为检测元件，以四位共阴极LED发光二极管作
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广西大学毕业设计论文 第二章 方向盘角度检测系统概述
为显示单元的方向盘角度检测系统的方案设计，并对设计的特点进行了说明。
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广西大学毕业设计论文 第三章 方向盘角度检测系统的原理介绍
第三章 方向盘角度检测系统的原理介绍
小车方向盘角度检测系统设计包括硬件设计和软件设计两大部分，硬件电路包括信号采集电路、ADC转换电路、单片机外围系统电路及LED显示电路等。系统的软件采用模块化设计思想，可使程序设计思路清晰，便于调试。系统硬件部分放在论文第四章进行详细介绍，软件部分放在第五章进行介绍。
3.1 检测原理介绍
检测部分包括三个环节：方向盘角度检测、路面倾角检测及车速检测。
3.1.1 方向盘角度检测原理
一般方向盘的转动范围为四圈，即从自然状态开始，向左打死两圈，向右打死同样是两圈。我们不妨应用-720°~+720°来表示[6]，其中认为自然状态下的方向盘为0°，自然状态下顺时针转动（右转）为“+”，自然状态下逆时针转（左转）“-”，即凡是在中心位置左边的角度都为“-”，右边的都为“+”。
本设计采用定做的4圈精密电位器作为传感器，用以检测方向盘的转动位置。电位器应与方向盘同轴安装，从而保证方向盘与电位器的角位移一致，并且安装时初始值要一致。若方向盘处在正中心位置，则电位器的
1触头应该在电阻的位置处，以保证测量的精确。本设计采用的电位器线
2性度极高，而方向盘的转角精度不要求太高，精确到1°即可，因此不必过分考虑器件非线性因素带来的误差。
为配合ATmega16单片机ADC转换，设计电位器的最大输出电压应为2.56V。此时电位器的输出电压Vout与方向盘的转角关系如公式(3-1)~(3-2)所示。
Vout?2.56n?1.28 (3-1) 144011