基于单片机的汽车速度测量系统设计说明

专业技能实训报告

题目基于单片机的汽车速度测量系统设计

学院信息科学与工程学院__________

专业________________ 通信工程 ____________

班级_______________ 通信0902 __________

学生__________________ 彭元 ______________

学号20091221 _________________

指导教师__________________________________

二◦一二年一月三日

1前言 (2)

2总体设计 (3)

2.1 设计方案 (3)

22主要容 (3)

3单片机速度测量系统 (4)

3.1单片机速度测量原理 (4)

3.2单片机速度测量系统结构框图 (4)

4 系统硬件设计 (5)

4.1传感器的选用 (5)

4.1.1 霍尔传感器的基本工作原理 (5)

4.1.2 CS3020 霍尔传感器 (6)

4.1.3 霍尔传感器的硬件连接 (7)

4.2 MCU控制系统设计 (8)

4.2.1 CPU 的选用 (8)

4.2.2 AT89S51 主要特性和引脚说明 (8)

4.2.3 MCU 最小系统设计 (10)

4.3 LED数码管显示器 (11)

4.4 单片机测速系统总原理图 (11)

5系统软件设计 (12)

5.1 程序流程图 (12)

5.2 程序功能 (14)

结语 (15)

参考文献 (16)

附录 (16)

1前言

随着信息技术的不断发展，单片机在测量系统中得到了广泛的应用。速度是一个系统经常需要测量、控制和保持的量。速度的测量方法有许多种，但在不同的应用环境下，相应的测量方法有它自己的特点和误差。因此对单片机速度测量系统的研究有着重要的目的和意义。本设计采用AT89S51单片机作为主要控制核心，应用霍尔传感感器采集信号，经过单片机定时计数并运用一个算法测量出汽车行驶速度，最终用4位位的在以上建的系统的基础上LED数码管显示其测量结果，具有较高的实用价值。

2总体设计

2.1设计方案

现在测量速度的方法有很多，可以采用不同的器件做出多种测速器。在这里用磁电式脉冲发生器的方案。

磁电式脉冲发生器。将导磁材料的齿轮固定在转轴上，对着齿轮端面固定一块磁钢，霍尔元件贴在磁钢的一个端面上，随着齿轮转动，元件的输出呈周期性变化，经整形和放大后输出方波脉冲。霍尔传感器输出频率与转速成正比，此信号经单片机处理后，即可得出车辆的速度。

本设计测量要求稳定性好，灵敏度高和精度高，而且对汽车速度的测量要求传感器能够适应各种各样的环境。所以这里选择该方案。其原因还有三点：其一是霍尔传感器输出信号电压幅值不受转速的影响；其二是频率响应高，其响应频率高达20kHz,相当于车速为1000km/h时所检测的信号频率；其三是抗电磁波干扰能力强。

根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频法）、T法（测周期法）和

M/T法（频率周期法）。测频法一般用于高速测量，在转速较低时，测量误差较大；而测周期法一般用于低速测量，速度越低测量精度越高，但在测量高转速时，误差较大；频率周期法结合了上面两种方法的优点，但是此种方法要求单片机有3个定时/计数器。考虑上面三种因素，该系统选择测频法。

2.2主要容

根据上面选择的方案，设计主要容由以下三大部分组成：

一、信号的采集。这部分主要是用霍尔转速传感器采集车轮转速的信号，并将采集的信号传给单片机。

二、单片机数据处理。这部分主要是使用51系列单片机采用适当的算法来编程快速准确地对采集的数据进行相关运算并得出结果。

三、L ED数字显示。这部分主要是对测得的结果通过4位LED数码管显示给用户

用单片机AT89S51作为控制核心，通过霍尔传感器来检测汽车的运转情况进而实现汽车速度的测量，最后用4位LED数码管直观的将速度显示给用户，保留一位小数位。该测量方法是数字式测量方法，代替了传统的机械式或模拟式结构，测量精度有了很大的提高，具有很大的实用价值。

3单片机速度测量系统

3.1单片机速度测量原理

根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在车轮转轴上的转盘边沿（如果要提高测量精度，可以在转盘边沿多固定2到3个磁钢），转盘随着轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转。在转盘附近安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转一周时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出一个脉冲信号，转盘转了多少转霍尔器件就输出多少个脉冲信号，将输出的脉冲信号送到单片机的计数口，利用单片机的定时/计数器进行定时和计数，测出脉冲的周期或频率即可计算出车轮转速。通过单片机软件设计，把转速转换成线速度。转速即是角速度，线速度=角速度*周长。

3.2单片机速度测量系统结构框图

根据霍尔转速测量原理，可以画出单片机速度测量系统的结构框图。结构框图如图所示。

了尔传感器=卓片机------------------ 呀LED显示

图1单片机速度测量系统结构框图

由霍尔传感器采集车轮转速的信号，并将采集的信号传给单片机，利用单片机的定时计数器功能和编写的程序将采集的信号转换成数据，通过数码管将数据显示出来。

4系统硬件设计

4.1传感器的选用

传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。在电子技术领域，常把能感受信号的电子元件称为敏感元件，如热敏元件、磁敏元件、光敏元件等。

通常，传感器由敏感元件和转换元件组成，如图所示。其中敏感元件是指传感器

中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适合于传输或测量的电信号部分。由于传感器输出信号一般都很

微弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电

路以及传感器的工作必须有辅助的电源，因此信号调理转换电路以及所需的电源都

应作为传感器组成的一部分。随着半导体器件与集成技术在传感器中的应用，传感器的信号调理转换电路与敏感元件一起集成在同一芯片上，安装在传感器的壳体里。

图2传感器组成方框图

4.1.1霍尔传感器的基本工作原理

霍尔传感器是利用霍尔效应原理，通过磁场、电流对被测量的控制，使包含有被测量变化信息的霍尔电压发生变化，在利用后继的信号检索和信号放大电路，就可以

得到被测量的信息。正因为霍尔传感器的基本原理霍尔效应只包含了磁场、电流、

电压三个常用物理量，使得采用霍尔传感器对被测量的测量简单易行，而磁场强度、电流、电压是磁场、电场的基本物理量，所以霍尔传感器可以进行精确的非接触测量。

1.霍尔效应

在一块半导体薄片上，当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流I，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势UH,即UH=KhlB,其中Kh为霍尔元件的灵敏度，Kh 值越大，灵敏度就越高，该电势称为霍尔电势。在片子上作四个电极，其中C1、C2间通以工作电流I，C1、C2称为电流电极，C3、C4间取出霍尔电压UH，C3 C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件。