汽车速度表在线检测系统设计.doc

吉林农业大学发展学院 汽车速度表在线检测系统学院编码: 学 号: 0103070128 吉 林 农 业 大 学 发 展 学 院毕 业 设 计（论文）汽车速度表在线检测系统设计学 院: 电子信息工程学院 专 业: 测控技术与仪器 班 级: 一 班 姓 名: 周 超 指导老师: 罗 丛 波（讲师）2011年 6月 6日45 汽车速度表检测系统开题报告汽车车速表的检测是汽车安全性能检测中的一个重要项目，为了安全行车，驾驶员必须按照车速表来控制车速。为此车速本身一定要准确可靠。再次，设计一种测量车速表的系统，能完成车速表的测量，从而用来分析汽车的制动性能。现将设计报告分为以下几部分，绪论，技术指标及方案论证，硬件部分，软件部分。1 绪论汽车是现代化交通运载工具。汽车工业发展的程度是反映一个国家现代化发展水平的重要标志之一，随着我国现代化建设的迅速发展和汽车进入家庭，汽车工业已成为国家的支柱型产业。发展汽车检测和诊断，是推进车辆现代化管理，监督车辆正确使用和维修质量的重要手段。车辆检测技术在我国是近20年发展起来的，是目前发展最迅速的学科之一。2 方案论证汽车速度表的在线监测系统框图如下：8031BCD拨盘传感器光电头检测汽车来否举升器主机报警复位键举升器升降控制显示数值扩展电路放大整形通信接口工作原理：检测装置是用单片机（MCS-51）采集和处理数据的，然后通过七段数码管和指示灯显示测量结果。具有显示直观，易操作的优点。具体的工作原理：首先由光点头感应出的信号，判断被测量的汽车是否到达指定的位置。如果没有到达，则整个装置一直处于等待状态。如果汽车到达指定的位置并停好，那么监测系统开始工作。开始进行检测。由霍尔传感器测转速并发出脉冲。由于传感器的输出信号太弱，所以必须先经过放大部分。由于传感器发出的是正弦波，所以还必须经过整形。经过放大1000倍后整形变成标准脉冲数字量，然后由软件来完成对数据的处理。结果通过显示部分显示出来。判断合格后由指示灯显示。在整个的电气部分涉及到几个开关的控制。如汽车的到来与否，举升器的升降控制等。这些开关量都能通过软件编程，延时加以控制。并用光电耦合与外界高压部分隔离。起到减少干扰的效果。只要上述硬件搭配正确，软件编程满足时序，完全能得到预期的效果。本方案能完成如下的功能：1） 对载重1.5t以下的汽车可以进行速度检测。2） 能测量0-120km/h的速度，并显示。3） 可测量车速范围为0-120km/h，精度5%，完全能满足系统的要求。4） 通过数码管显示测出的速度，由发光二极管（指示灯）显示速度误差是否在合格范围之内。3 硬件部分汽车车速表测量系统的整个硬件部分包括：传感器的选择，放大部分的设计，CPU，存储器的扩展，显示单元，8031与主机通信接口，开关量的控制几个部分。3.1 传感器的选择一 常用车用转速传感器主要有电磁感应式轮速传感器和霍尔式轮式传感器。汽车电控防抱死制动系统中使用的轮速传感器，大多数为前说电磁感应式轮速传感器。这种传感器的主要特点是：（1） 随着轮速的变化，输出信号的幅值是变化的，在规定的轮速范围内一般从1V变化到15V。如车速再慢，输出信号幅值就小于1V就无法检测了。（2） 频率响应不高，当转速达到较高速度时，传感器的频率响应不敏感，容易产生错信号。（3） 抗电磁干扰能力差，由于信号输出幅值不同，在幅值输出较小时，抗干扰能力差。而汽车又是一个电磁干扰源较多设备，所以抗电磁干扰能力又是一个重要的指标。现在国内外的ABS系统起控速度一般规定为15-160 km/h，而今后要求起控速度范围在8-260 km/h或更大。在就对轮速传感器和处理控制信号的微电脑都提出更高的要求。二 霍尔轮速传感器霍尔轮速传感器是一种主动式轮速传感器，它克服了电磁感应式轮速传感器的缺点，而具有下列优点：（1） 输出信号幅值不变，汽车在工作电压为12V时，输出幅值保持在11.5-12V不变，车速再慢甚至到“0”，幅值都不变。（2） 频率响应高，响应频率可达20KHZ用于ABS系统中，可检测到1000 km/h速度的信号，可满足使用的要求。（3） 抗电磁干扰能力强，由于输出信号在整个轮速范围内不变，而且幅值较高，所以抗电磁干扰能力很强。3.2 放大部分传感器的输出只有毫伏级电压，这样的信号必须有处理电路进行放大才能输入处理器。另外霍尔传感器的输出为近似的正弦波，需要调整成标准的脉冲信号，所以这部分兼具放大和整形的作用。一 放大器的设计要求放大器的设计要求由单片机（8031）的T0决定，因为放大后的信号直接进入计数器T0.(1) 由于霍尔元件传感器输出mv级正弦波，要经过放大为v级的电压，因此明显的增益要求为1000倍。(2) 信号为单端信号，故前一级op07的正端接地。二 放大芯片op07的介绍这种放大器的主要特征是增益和共模抑制比很高（一般为100db）而其失调电压和失调电流，温漂以及噪声又很小，为一种具有低失调电压，低失调电流和低漂移的超低失调运算放大器，其广泛的应用和稳定积分精密加法，比较，阈值电压检测，微弱信号精确放大等场合，是一种通用性极强的运算放大器。Op07电源电压范围为V,输入电压范围为0V3.3 中央处理单元CPU（8031）8031的运算和处理能力为8位二进制数码，故称为8位CPU。8031内部无程序存储器。具有128个字节的数据存储单元，在它的芯片内部，包括以下部件（及功能）。振荡器和时钟电路。32条借口口线。2个16位定时器/计数器。1个全双工串行接口。128字节内部RAM和21个特殊功能寄存器。8031具有以下特点（1） 集成度高。在芯片中除中央处理器外，还有存储器，I/O接口电路，定时器/计数器等部件，因此集成度高，在几至几十平方毫米的芯片上可制作上万个晶体管电路。（2） 结构经济，可靠性高。把各功能部件集成在一块芯片上，采用内部总线结构，减少了多片机中各芯片的连线，大大提高了单片机的抗干扰能力。另外，单片机超小型化，结构紧凑，体积小，对于磁场环境易于采取屏蔽措施，因而抗干扰能力强，可靠性高。适于在一些恶劣环境中工作。（3） 数据处理能力强，速度快。单片机除了具有一般微机处理器的数据处理能力外，在指令系统中，增加了除法指令以及布尔处理机功能，提高了数据处理能力。同时，由于中央处理器与存储器在同一芯片上，因而减少了多片之间数据传送所需时间。（4） 功耗小，成本低。数据传送路径短，所需功耗小；内部采用准静态RAM结构与动态RAM相似，但不需要刷新，可是功耗下降。3.4 存储器的扩展单片机内部虽然设置了一定容量的存储器，但是这种存储器一般容量很小，远远不能满足实际需求，因此需要从外部扩展。一 程序存储器的扩展8031内部无ROM，必须扩展程序存储器，用扩展程序存储器的器件是EPROM,EEPROM.二 数据存储器的扩展8031单片机内部有128个字节RAM寄存器。CPU对内部的RAM具有丰富的操作指令。但用于实际数据采集和处理时，仅靠片内提供的128个字节的数据是远远不够的，在这种情况下，可以用MCS-51的扩展功能，扩展外部数据存储器。3.5 显示部分为了有效的直观的判断汽车车速表是不是合格，很有必要在系统中设置显示部分，在本系统中，采用显示方式来判断车速表是不是合乎要求。（1） 用BCD拨盘直接显示车速表当前指示速度。（2） 用七段BCD数码管直接显示所测的实际速度的大小。（3） 用报警灯显示车速表是不是合格。考虑到系统实际需要和经济性，用键盘输入的当前车速表显示速度为较低且不含小数部分，故选用单片BCD拨盘显示。当车速表不合格，使用报警灯显示，简易直观。3.6 开关量的接口所谓开关信号，是指来自开关器件或者CPU输出，一个开关信号需要一位二进制数就可以表示其两个状态（开或关）。开关量的输入与输出，从原理上讲十分简单。CPU只要通过输入信息分析是“0”还是“1”即可知道所设开关是开还是关。同时只需输出“0”或者“1”，就可以控制末执行机构。但是由于工业现场存在着电，磁，震动等各种干扰因素，所以在借口电路中需要增加各种缓冲，驱动与隔离措施，并且相应使用不同的元器件。在本系统中，用到开关量主要有以下几个（1） 判断汽车到来没有。（2） 控制举升器的上升与下降。光电耦合开关将发光二极管与光敏晶体管或光敏电阻封在一起即可构成光电耦合开关，又叫最佳隔离开关。这种开关由于采用光电转化方式进行信号转换，所以速度和工作效率属于中等，但是其控制端与信号通道的隔离较好，耐高压。由于利用晶体管的导通和截止来实现开关的通与断，因此也存在残留失调电压和单向导电情况，如果以光敏电阻代替光敏三极管，则可实现双向传递，但是光敏电阻的阻值分散性大，反应速度也较低，因此这类开关多要求采用隔离情况较好的但传输精度不高的场合，也常用于输出通道中需要通道隔离的场合。光电耦合器的结构见图：4 软件部分系统的硬件是完成动作的执行，而系统的软件部分则是硬件的施令者，由于一些开关也是由软件编程实现的，所以软件部分对整个系统更为重要。软件部分包括以下几个部分：主程序 数据处理程序 二进制转换为十进制子程序数据发送子程序 8031数据接收子程序 出发子程序 显示子程序判断子程序 汽车速度表在线检测系统设计摘要 汽车速度表的检测是汽车安全性能检测的一个重要环节，为了安全行驶，驾驶员必须按照汽车速度表来控制汽车的速度。因此，汽车速度表就一定要准确。所以设计一种测量汽车速度表的系统，来完成汽车速度表的测量，用来分析汽车的制动性能。这篇论文重点对此系统电气部分的电路部分进行详细的分析，并对其结构，电气参数，工作原理进行介绍。系统是由硬件和软件构成。其中硬件由霍尔转速传感器,放大器，中央处理器，存储器，开关量控制以及显示器共八部分组成。软件采用MCS-51系列汇编语言编程，由软件完成系统的数据处理和控制。该系统有以下优点：性能好，易于控制，操作方便。为便于本文叙述方便，本书后边附有系统原理图以及软件程序清单，以方便读者更好的加深对本文的了解。关键词 汽车 车速度表 测量 检测结果Auto Speed Table On-line Detection System DesignAbstract An important item in the automobile safety function measurement is measure the seed of an automobile. In order to drive safely, the drivermust order the speed gauge to control the speed.So the gauge itself must be accurate.Here,we describe a kind of measurement speed.It can gain the speed of the automobile and we can analysis the braking function of automobile.This paper analyzes in the circuit of electric control system of the conditioner and introduces its structure and electric parameters, the working principle.The system including hardware and software,the woking principle.The system is includes pressure sensor,amplifier the CPU,memory expand,switch controlled and led display etc.The software is edited by micro controller series 51assemble language,the program has completed the demand of data and controlled.This system has the follow advantage:It is good function and easily controlled excellent with its operation.To make this content simple and clear ,at the end of the paper there are a circuit diagram of this system and detailed list of sofeware, it will help read and comprehend this paper better.Key word Automobile Speed gauge Measure Measure result目 录第一章 绪论11.1 汽车速度表检测的必要性11.2 发展汽车检测技术的意义11.3 国内汽车检测技术发展的概况11.4 汽车速度表检测的机械部分2第二章 技术指标及方案论证62.1 技术指标62.2 方案设计及论证6第三章 硬件部分93.1 传感器和光电开关93.2 放大部分113.3 央处理单元CPU（8031）133.4 存储器的扩展173.5 BCD拨盘和显示部分213.6 开关量的接口223.7 8031与主机的接口24第四章 软件部分254.1 主程序254.2 数据处理程序254.3 数据发送子程序254.4 8031数据接收子程序254.5 显示子程序254.6 判断子程序26第五章 安装与调试335.1 硬件的安装与调试335.2 软件调试335.3 调试中遇到的问题33第六章 误差分析和计算346.1 减少误差的方法346.2 误差计算34第七章 总结36致 谢37参考文献38附录一：英文原文39附录二：译文43吉林农业大学发展学院 汽车速度表在线检测系统设计第一章 绪论汽车是现代化交通运载工具。汽车工业发展的程度是反映一个国家现代化发展水平的重要标志之一。随着我国社会主义建设的发展和汽车进入家庭已提上日程，汽车工业成为国家的支柱产业。发展汽车检测与诊断，是推进车辆现代化管理，监督车辆正确使用和维修质量的重要手段。它是近20年来发展起来的，是目前最受重视，发展最迅速的学科之一。1.1 汽车速度表检测的必要性汽车在行驶中，驾驶员掌握车速是行车安全的关键。从理论上讲，如果车速增加两倍，制动距离就要增加两倍。这就是为什么车速越高，就就容易肇事的道理。驾驶员对车速的掌握，虽然可以依据主观估计，但是由于人对车速的估计，往往会因为错觉而造成误差，不够准确和可靠，因而还需要依据车速表掌握车速。车速表的指示误差被列为安全性能检测的必检项目之一。车速表经长期使用，由于驱动器工作的传动齿轮，软轴机车速表本身技术状态的变化以及因轮胎磨损使驱动车轮滚动半径的变化车速表指示误差会越来越大，如果车速表指示误差过大，驾驶员就难以正确控制车速，且极易因判断失误而造成交通事故。为确保车速表的指示精度，必须适时对车速表进行检测。1.2 发展汽车检测技术的意义在汽车的运行过程中，对其运行状态及时作出判断，并采取相应的对策，可以大大提高汽车使用的可靠性，确保汽车的安全性能。所以，发展汽车检测技术的意义和作用是重大的。1） 检测技术是改革汽车维修制度，实现视情况维修的重要手段。2） 发展汽车检测技术是提高维修效率，减少维修费用的迫切需要。3） 加强对汽车的安全性能检测，是保证车辆安全行驶的有效方法，是确保交通安全的有效措施。1.3 国内汽车检测技术发展的概况目前，我国对汽车检测诊断技术的发展相当重视，虽然起步比较晚，近几年的发展速度还是很快的，已经有一个良好的开端。这主要表现在：1） 研制一些汽车检测诊断设备。我国开始开发汽车检测技术开始于60年代中后期，由天津市公共汽车三厂和交通科学院合作，研制成汽车综合实验台。为我国汽车检测诊断技术发展迈出重要的第一步。70年代中期，研制了一些不解体的实验设备。2） 建立了一批汽车监测站。目前，全国各省，自治区，直辖市已经建成了各类汽车检测站300多个，已经形成了全国性的监测网络。1.4 汽车速度表检测的机械部分汽车车速表试验台包括机械部分和电气部分。由于本科设计中，注重考虑电气部分，因此，在对机械部分制作简要介绍。1.4.1 车速表误差的检测原理：车速表误差的检测原理是以车速实验台的滚筒作为连续移动的路面，把被测车轮置于滚筒之上旋转，来模拟汽车在路面上行驶时的实际状态，进行车速表误差的检测。实验时，将汽车驱动轮置于滚筒之上，由发动机经传动系统驱动车轮旋转，车轮借助于轮胎的摩擦力带动滚筒转动。滚筒端部装有测速发动机（速度传感器）。测速发动机的转速随滚筒转速的增高而增高，而滚筒的转速与车速成正比，因此测速发电机发出的电压也与车速成正比。滚筒的线速度，圆周长与转速之间的关系，可以用下式表达：V=LN6010exp(-6)式中 V滚筒的线速度（km/h）； L滚筒的圆周长（mm）；N滚筒的转速（r/min）。因为车轮的线速度与滚筒的线速度相等，故上述的计算值即为汽车的真正车速值，该值在试验时由试验台上的速度指示仪表显示。车轮在滚筒上转动的同时，车速表的软轴也由变速器输出的轴带动旋转，并在车速表上显示车速值，即车速表指示值。将上述试验台上速度指示仪表上显示的真正车速值与车速表上显示的车速值相比较，即可得出车速表的误差。1.4.2 车速表试验台的组成车速表试验台有3种类型：无驱动装置的标准型，它依靠被测车轮带动滚筒转动；有驱动装置的驱动型，它由电动机驱动滚筒旋转；把车速表试验台与制动试验台或底盘测功实验组合在一起的综合型。一标准型车速表试验台该试验台由速度测量装置，速度指示装置和速度报警装置等组成。1. 速度测量装置速度测量装置主要由滚筒,速度传感器和举升器组成。滚筒一般为四个，通过滚筒轴承安装在框架上。速度传感器一般采用测速发动机，装在滚筒的一端，其输出电压幅度即表征实际车速的大小。在前后滚筒之间设有举升器，以便汽车进出试验台。举升器与滚筒制动装置联动，举升器升时，滚筒不会转动。2. 速度指示装置速度指示装置是根据测速发电机发出的电压大小来工作的。根据滚筒圆周与转速可算出其线速度，以km/h为单位在速度指示仪表上显示车速。3. 速度报警装置速度报警装置是为在测量时，便于判断车速表误差是否在合格范围之内而设置的，一般为3种形式：（1） 用实验台报警装置只是检测车速。当汽车实际车速达到某一规定值（如40km/h）时，报警装置的报警灯亮或蜂鸣器响，提醒驾驶员已达到检测车速，注意观察驾驶室内车速表的指示值。（2） 将实验台指示仪表一定范围内涂成绿色区域。按现行标准将试验台速度仪表的33.342.1km/h涂成绿色区域，表示为何该区域。（3） 同时具备上述两种装置的报警装置。二驱动型车速表试验台驱动型车速表试验台是为适应后置发动机汽车的试验台在滚筒的一端装有电动机，由它来驱动滚筒旋转。此外，这种实验台在滚筒与电动机之间装有离合器，若实验时将离合器分离，又可作为标准型试验台使用。1.4.3 车速表的检测方法车速表的检测方法因实验台牌号，形式而异，因根据使用说明书进行操作，这里仅介绍一般的检测方法。1. 试验台的准备A. 在滚筒静止状态检查指示仪表是不是在零点上，若指针不在零点上，可用零点调整旋钮（或零点调整电位计）调整。B. 检查滚筒上是不是沾有油、水、泥等杂物。若有，要清除干净。C. 检查举升器动作是不是自如和无漏气部位。若有阻滞或漏气部位应修理。D. 检查导线的接触情况。若接触不良或断路，应修理或更换。经常使用的试验台，不一定每次使用前都要进行上述检查。2. 被测车的准备（1） 按汽车制造厂的规定检查并补充轮胎气压。（2） 轮胎沾点水、油等或轮花纹沟槽内嵌有小石子时应清理干净。3. 测试步骤（1） 接通试验台电源（2） 升起滚筒间的举升器（3） 将被测车输出车速信号的车轮尽可能与滚筒成垂直状态的停放在实验台上。（4） 降下滚筒间的举升器（5） 用挡块抵住位于试验台滚筒之外的一对车轮，以防止汽车在测试时滑出试验台（6） 使用标准试验台时应作如下操作：1 启动汽车，待汽车的驱动轮在滚筒上稳定后，挂入最高档，踩下加速踏板时驱动轮平稳的加速运转。2 当汽车车速表的指示值达到规定检测车速（40km/h）时，读出试验台速度指示仪表的指示值；或当试验台速度指示仪表的指示值达到检测车速时，读取车速表的指示值。（7） 用驱动型试验台时应作如下操作：1 接合实验台离合器，使滚筒与电动机联在一起。2 将汽车的变速器挂入空挡，接通试验台电源，使电动机驱动滚筒旋转。3 将汽车车速表达到检测车速时读取试验台速度指示仪表的指示值；或当试验台速度指示仪表达到检测车速时，读取汽车车速表的指示值。（8） 测试结束后，轻轻踩下汽车制动踏板，使滚筒停止转动。对于驱动型试验台，必须先关断电源再踩制动踏板。（9） 升起举升器，去掉挡块，汽车驶离试验台。(10) 切断试验台电源。4. 车速表试验台的维护车速表试验台的维护按下表的规定进行。维护周期维护部位维护要领调整方法使用前速度指示仪表在滚筒静止状态，检查速度指示仪表指针的机械零点与电器零点指针若不在零点，用零点调整旋钮（或零点调整电位计）调整零点滚筒检查有无油、水、泥等杂物如有，要清理举升器、控制阀和空气压缩机检查举升器动作及有无漏气部位动作阻滞或有漏气部位，应解体、清洗、润滑，并消除漏气现象检查空气压缩机滤清器的脏污程度及润滑油量脏污时，清洗滤清器；油量不足按厂家规定的品种补足各种导线检查有无因损伤引起的接触不良的部位有接触不良或断线的导线，要换好或更换三个月后滚筒以及滚筒轴承检查滚筒在运动时有无异响，损伤，运转是否平稳有异响或损伤时，应进行修理联轴器及导向滚筒检查联轴节是否松旷，导向滚筒运转是否平稳松旷时，紧固并润滑导向滚筒指示检测部分检查传感器的固定情况，接头有无松动松动时，紧固检查脏污、松紧和损伤情况如脏污，清洗后重新调整松紧度，如损伤，应于更换6个月滚筒制动器检查工作情况是否良好如不起作用应更换蹄片1年接受设备鉴定部门的鉴定第二章 技术指标及方案论证2.1 技术指标1 测量范围：0120km/h2 可测量最大车速：120km/h 3 测试精度：5%4 允许最大轴载质量：1.5t5 滚筒转速：7r/min6 测试时间：8s2.2 方案设计及论证为了完成对汽车速度表的在线检测，拟定如下方案。系统框图如下：8031BCD拨盘传感器光电头检测汽车来否举升器主机报警复位键举升器升降控制显示数值扩展电路放大整形通信接口2.2.1 工作原理检测装置是用单片机（MC-51）采集和处理数据的，然后通过七段数码管和指示灯显示测量结果。具有显示直观，易操作的优点。具体的工作原理：首先由光点头感应出的信号，判断被测量的汽车是否到达指定的位置。如果没有到达，则整个装置一直处于等待状态。如果汽车到达指定的位置并停好，那么监测系统开始工作。开始进行检测。由霍尔传感器测转速并发出脉冲。由于传感器的输出信号太弱，所以必须先经过放大部分。由于传感器发出的是正弦波，所以还必须经过整形。经过放大1000倍后整形变成标准脉冲数字量，然后由软件来完成对数据的处理。结果通过显示部分显示出来。判断合格后由指示灯显示。在整个的电气部分涉及到几个开关的控制。如汽车的到来与否，举升器的升降控制等。这些开关量都能通过软件编程，延时加以控制。并用光电耦合与外界高压部分隔离。起到减少干扰的效果。只要上述硬件搭配正确，软件编程满足时序，完全能得到预期的效果。本方案能完成如下的功能：1） 对载重1.5t以下的汽车可以进行速度检测。2） 能测量0-120km/h的速度，并显示。3） 可测量车速范围为0-120km/h，精度5%，完全能满足系统的要求。4） 通过数码管显示测出的速度，由发光二极管（指示灯）显示速度误差是否在合格范围之内。2.2.2 本装置的优化措施为了提高检测的自动化程度和监测站的工作效率，很多功能都由计算机来完成。尽量减少工人参与，以免造成人为因素而引起的误差，只要体现在如下几个方面：1） 判断车速表指示误差是否在指定范围内。当误差超过5%时，检测仪报警灯亮，提示超差。必须人工判断是否合格。2） 当需要终止工作时，重新采集或功能发生异常时均可按下复位键，是系统重新进入等待状态。可以避免人为因素配合不当等引起的测量误差。3） 本系统没有上电复位和手动复位。只要电源已接通系统就进入工作状态，不需要按其它键。4） 尽量减少按键数目。本系统只设置一个复位键，其中举升器的升降不能由软件自动延时完成，而必须人工参与。2.2.3本装置对汽车的保护措施本试验台在采集数据时，首先接通试验台电源，升起滚筒间的举升器，将被测车输出车速信号尽可能与滚筒成垂直状态地停放在实验台上。将下滚筒间的举升器降至轮胎与举升器托板脱离为止。用挡块顶住位于试验台滚筒之外的一堆车轮，防止汽车在测试中滑出试验台。2.2.4 测试中的注意事项1） 不允许有轴载质量大于1.5t以上的车辆检验或通过。2） 机械或电气部分不允许受潮。3） 被检测汽车的压力应达到规定值。被检测车上台前，车辆应保持平稳驶入，车轮保持干净。4） 检测时汽车为空载，只坐司机一人。2.2.5 精度或零点调节系统考虑到元器件本身带来的误差在电路中均设置了克服元器件的误差调节部分，放大电路是引起误差的主要部分，在第二级放大器中，没有零点调节，已使放大器在无输入时输出准确为零，可以克服放大器本身带来的误差。通过以上方案的论述与论证，选用这样一套测量方案，完全能满足汽车车速测量和数据处理。不但在精度和准确度上满足了技术参数而且在价格上尽量减少经济成本。第三章 硬件部分汽车车速表测量系统的整个硬件部分包括：传感器的选择，放大部分的设计，CPU，存储器的扩展，显示单元，8031与主机的接口，开关量的控制几个部分。主要芯片的选择1） 传感器选择霍尔传感器。霍尔传感器是一种主动式轮速传感器，克服了电磁感应式传感器的缺点。输出脉冲信号幅值保持不变，频率响应高达20HZ，用于ABS系统中检测约1000km/h速度的信号，完全符合测试要求。2） 放大部分的芯片由op07和74LS04共同组成兼具放大和调整的作用。Op07的增益和共模抑制比很高（可达100db）op07广泛地应用于弱信号精确的放大场合。74LS04具有整形作用，可对前一级放大波形进行调整使其为标准的脉冲。3） 光电耦合器件选用OP70ISO有利于减少外界干扰。此外还有程序存储器(2764)个数据存储器（6264）容量都为8K，完全能够满足它们的容量。电路中包括一些74系列芯片的选择，以完成电路中各种数字信号的控制和变换，译码等功能。3.1 传感器和光电开关一 光电开关为了检测汽车的位置以及是否来到指定的位置，通过光电开关加以判断。把待测对象置于恒光电器件之间根据被测对象阻挡光通量的多少来检测被测对象称为光电开关。在此，我们选GK-320型光电开关。该光敏开关对砷化镍红外发光管发出的光比较敏感，光背着当时，发光管处于截止状态，输出为低电平，可识别物体的存在与否。光电隔离器如下图3-1所示。隔离方法见下图3-2.I 图3-1 光电隔离器 图3-2 正确的隔离二 常用车用传感器主要有霍尔式轮速传感器和电磁感应式轮速传感器。电磁感应式轮速传感器的主要缺点是：（1） 随着轮速的变化，输出信号的幅值是变化的，在规定的转速范围内一般从1变化到。如车速再慢，输出信号幅值就小于就无法检测了。（2） 频率响应不高，当转速达到较高速度时，传感器的频率响应不敏感，容易产生错信号。（3） 抗电磁干扰能力差，由于信号输出幅值不同，在幅值输出较小时，抗干扰能力差。而汽车又是一个电磁干扰源较多设备所以抗电磁干扰能力又是一个重要的指标。现在国内外的ABS系统起控速度一般规定为15-160 km/h，而今后要求起控速度范围在8-260 km/h或更大。在就对轮速传感器和处理控制信号的微电脑都提出更高的要求。三 霍尔轮速传感器霍尔轮速传感器是一种主动式轮速传感器，它克服了电磁感应式轮速传感器的缺点，而具有下列优点：（1） 输出信号幅值不变，汽车在工作电压为12V时，输出幅值保持在11.5-12V不变，车速再慢甚至到“0”，幅值都不变。（2） 频率响应高，响应频率可达20KHZ用于ABS系统中，可检测到1000 km/h速度的信号，可满足使用的要求。（3） 抗电磁干扰能力强，由于输出信号在整个轮速范围内不变，而且幅值较高，所以抗电磁干扰能力很强。霍尔式轮速传感器的结构原理霍尔式轮速传感器主要有触发齿圈（与车轮或传动系统旋转元件连在一起），霍尔元件，永久磁铁和电子线路等组成。永久磁铁的磁力线穿过霍尔元件，通向触发齿圈，这时齿圈相当于一个集磁铁。当齿轮转一点位置时，磁力线分散，穿过霍尔元件的磁场相对较弱；但是齿轮在转一点时磁力线就密集，穿过霍尔元件的磁场较强，这样就引起霍尔电压的变化。实验表明，当齿圈的齿厚为时，齿高为，齿凸与齿凹比为：，霍尔元件的敏感面离齿顶时，磁钢的磁感应强度为左右比较理想。四霍尔转速传感器的检测对于霍尔转速传感器，可用检测其输出信号电压或波形的方法来判断其是否工作良好，方法如下：（1） 置于位置；（2） 将汽车的四个车轮抬离地面左右，并可靠的支撑；（3） 拨开霍尔轮速传感器的导线插头，并用导线将线侧插头与轮速传感器侧插头的电源端子相连；（4） 将交流电压表（或示波器）的两个表笔分别搭接在轮速传感器的信号输出端子上，对霍尔轮速传感器的输出信号电压进行测量；（5） 点火开关置于位置（发动机不启动），用手转动相应的车轮，并观察交流电压表的读数（后观察示波器的波形），交流电压表的读数应在的范围内（示波器输出均匀的脉冲波形）。如果交流电压表的读数不在正常范围内，应检查相应的霍尔轮速传感器与齿轮之间的间隙，标准为，否则进行必要的调整。3.2 放大部分传感器的输出只有毫伏级电压，这样的信号必须有处理电路进行放大才能输入处理器。另外霍尔传感器的输出为近似的正弦波，需要调整成标准的脉冲信号，所以这部分兼具放大和整形的作用。一 放大器的设计要求放大器的设计要求由单片机（8031）的T0决定，因为放大后的信号直接进入计数器T0.1. 由于霍尔元件传感器输出mv级正弦波，要经过放大为v级的电压，因此明显的增益要求为1000倍。2. 信号为单端信号，故前一级op07的正端接地。二 放大芯片op07的介绍这种放大器的主要特征是增益和共模抑制比很高（一般为100db）而其失调电压和失调电流，温漂以及噪声又很小，为一种具有低失调电压，低失调电流和低漂移的超低失调运算放大器，其广泛的应用和稳定积分精密加法，比较，阈值电压检测，微弱信号精确放大等场合，是一种通用性极强的运算放大器。Op07电源电压范围为V,输入电压范围为0。右边为其图3-3，表3-1为其参数 图 3-3 OP07外引脚图表3-1 运算放大器的主要参数参数名称测试条件规定值单位符号最小典型最大输入失调电压070摄氏度85250unV输出失调电压0.86nAi输入偏置电流212nAi静态功率V=15vV=-15v80150mwpV=3vV=-3v48mwp差模电压增益R=10kV=6v100104dbA共模抑制比V=6v94110dbk输入电阻31M欧R单位增益宽带0.6MHzBW转换速率R2k0.17V/USS输出电阻V=0vI=-15v60欧姆R等效输入噪声电压0.110Hz0.250.5uvV等效输入噪声电流0.110Hz1535pAI输入推敲电压温漂0.72.5Uv/cUv/c长时间漂移0.5Uv/月/月平均电源电压抑制比90104dbK三 74LS04完成对信号的整理，使其变为标准的锯齿形脉冲。四 放大倍数的计算Op07的放大阻抗为R1=1k，反馈端电阻R2=10k，故放大倍数为K=R2/R1=10K/1K=10总的这一电路为：霍尔元件通过齿圈的运动输出mv级正弦波电压，若要将它变换成标准的脉冲电压，必须通过电子线路来实现。当霍尔元件通过齿轮的运动变化，输出mv级的正弦波电压，经放大器放大为v级的电压，送施密特触发器输出为标准的脉冲信号，并产生一定回差以提高稳定性，再送输出级放大输出。霍尔转速传感器的工作电压为815V，负载电流为100毫安，工作频率为20KHz，输出电压幅值为714V。为了适应汽车在各种温度下工作，霍尔转速传感器的结构采用封闭式，它将齿轮与传感器密封在一起，这样保证了在恶劣的环境中可以可靠的工作。其图为3-4霍尔元件输出级施密特触发器运算放大器图 3-43.3 央处理单元CPU（8031）8031的运算和处理能力为8位的二进制码，故称为8位CPU。8031内部无程序存储器，具有128个字节的数据存储单元，在它的芯片内部，包括以下部分（及功能）。振荡器和时钟电路。32条借口口线。2个16位定时器/计数器。1个全双工串行接口。128字节内部RAM和21个特殊功能寄存器。8031具有以下特点（1） 集成度高。在芯片中除中央处理器外，还有存储器，I/O接口电路，定时器/计数器等部件，因此集成度高，在几至几十平方毫米的芯片上可制作上万个晶体管电路。（2） 结构经济，可靠性高。把各功能部件集成在一块芯片上，采用内部总线结构，减少了多片机中各芯片的连线，大大提高了单片机的抗干扰能力。另外，单片机超小型化，结构紧凑，体积小，对于磁场环境易于采取屏蔽措施，因而抗干扰能力强，可靠性高。适于在一些恶劣环境中工作。（3） 数据处理能力强，速度快。单片机除了具有一般微机处理器的数据处理能力外，在指令系统中，增加了除法指令以及布尔处理机功能，提高了数据处理能力。同时，由于中央处理器与存储器在同一芯片上，因而减少了多片之间数据传送所需时间。（4） 功耗小，成本低。数据传送路径短，所需功耗小；内部采用准静态RAM结构与动态RAM相似，但不需要刷新，可是功耗下降。3.3.1 芯片引脚功能8031采用40引脚的双列直插封装（DIP）方式。下面简要叙述其引脚功能。1. 电源引脚Vcc和VssVcc（40引脚）接5V电压；Vss（20引脚）接地2. 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19引脚）接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部振荡器时，对HMOS单片机，此引脚接地；对CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18引脚）接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，对HMOS单片机，该引脚接外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号直接接到内部时钟发生器的输入端；对CHMOS，此引脚应悬空。3. 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD ALE/ /VPP RST/VPD(9引脚)：当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。Vcc掉电期间，此引脚可接上备用电源。ALE/（30引脚）：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于所存地址的低位字节可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。而PROG引脚用于输入编程脉冲。（29引脚）：此引脚输出的外部程序存储器的选通性好。在外部程序存储器取指令期间，每个机器周期两次PSEN有效。/VPP（31引脚）：当保持高电平时，访问内部程序存储器，但在程序计数器超过0FFFH时，将自动执行外部程序存储器的内容。8031内部无程序存储器，故该脚接地。4. 输入/输出引脚P0 P1 P2 P3（共32根）P0口（39引脚32引脚）：是双向八位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低八位数据总线复用。能以吸收电流的方式，驱动八个TTL负载。P1口（1引脚8引脚）：是八位准双向I/O口。能驱动四个TTL负载。P2口（21引脚28引脚）：是八位准双向I/O口。在访问外部存储器时，可以作为扩展电路高八位地址总线。能驱动四个TTL负载。P3口（10引脚17引脚）：是八位准双向I/O口。此外每条口线还具备第二功能。也能驱动四个TTL负载。表3-2 P3口线的第二功能口线引脚第二功能P3.010RXDP3.111TXDP3.212INT0P3.313（外部中断1）INT1P3.414（定时器0外部输入）T0P3.515（定时器1外部输入）T1P3.616（外部数据存储器写脉冲）WRP3.717（外部数据存储器读脉冲）RD图3-5 8031的引脚图以及逻辑符号图3.3.2 存储器，特殊功能寄存器8031的存储器分三类：1 程序存储器2 内部数据存储器3 特殊功能寄存器4 外部数据存储器5 位地址空间一 程序存储器程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。它以PC指针。8031内部无ROM，存储器只能外部扩展。具体扩展情况见下一节。二 内部数据存储器内部数据存储器，片内共有128个字节的数据存储器RAM。地址为00H7FH，8031有丰富的数据操作指令，可以方便的设计程序。1 工作寄存器R0R7，内部RAM中，00H1FH单元是通过工作寄存器区共32个字节，分四组，每组八个字节。这四组中任何一个都可作为寄存器R0R7。2 位寻址空间，20H2FH单元一共16个字节具有位寻址功能，位地址为00H7FH，是布尔处理机的存储空间。3 30H7FH只能进行字节操作，不能进行位操作，有立即寻址，直接寻址，间接寻址功能。但不具备寄存器寻址功能。该区可做数据缓冲区，堆栈区和工作单元等。在工作寄存器中，没有被选作工作寄存器的单元与30H7FH具有相同的功能。三 特殊功能寄存器1 程序存储器PC。在物理上是独立的，不属于内部数据存储器，是一个16位寄存器，取值000HFFFH，表示当前指令的地址代码。复位时，值为000H。2 累加器A，是一个八位寄存器，在算术运算中，A存放操作数据和运算结果。在逻辑操作和数据传送中，A存放源操作数和目的操作数，A在机器中使用最频繁。3 寄存器B，辅助累加器，用于乘法除法指令时，与累加器A配合使用。4 程序状态字PSW，用来存放当前指令执行结果的典型特征，其中PSW.7为高位进位标志。PSW.6为辅助进位标志，PSW.5为用户标识位。PSW.4，PSW.3选择工作寄存器组位，用于选择内部RAM的四个工作寄存器组中的一个。PSW.2为溢出标志位，PSW.1无定义，PSW.0为奇偶校验标志位。5 堆栈指针SP，它是一个八位寄存器，用于存放栈顶地址。