汽车车速检测系统

汽车车速检测系统

一、摘要

测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。汽车车速传感器检测系统设计是一种传感器检测装置。利用车速传感器把检测到的转速信号转变成的电压信号输送给计算机，计算机通过变频器来控制电机速度，利用传感器检测的速度值与规定值进行比较，达到对传感器的检测目的。本文介绍了车速传感器检测系统的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和检测方法。系统采用硬件兼软件对测量过程及测量结果进行处理。与传统的检测技术相比，此种传感器检测装置有结构简单、新颖、易于实现的特点。实践证明在检测，维修范围内都取得了良好的效果，系统具有良好的稳态精度及动态响应性能，检测实用性强、准确度高,具有广阔的应用前景。

二、引言

随着电子技术的发展，汽车电子化程度不断提高，通常的机械系统已经难以解决某些与汽车功能要求有关的问题，而被电子控制系统代替。传感器的作用就是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件，亦即传感器把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。传感器作为汽车电控系统的关键部件，它直接影响汽车的技术性能的发挥。

作为现代信息技术三大支柱之一的传感器技术,已成为21世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点。在现代汽车电子控制中，传感器广泛用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统中，传感器的使用数量和技术水平决定了现代车辆控制系统的性能，为汽车性能的改善提供了有力保障。传感器是汽车电子控制系统的信息源，是促进汽车高档化、电子化、自动化的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。普通汽车上大约装有10-20只传感器，高级豪华轿车则更多。传感器能及时识别外界和系统本身的变化，对温度、压力、位置、转速、体积流量等信息进行实时、准确的测量，并将信息传递给电脑进行处理，从而实现汽车各系统的电子控制。现代社会对车辆性能的要求越来越高，促使汽车传感器技术不断发展，今后汽车传感器的发展趋势是实现微型化、智能化和多功能化，开发新材料、新工艺和新型传感器。

三、主要内容

设计主要内容由以下三大部分组成：

1、信号的采集。这部分主要是用光电传感器采集奔跑物体的信号，并将采集的信号传给单片机。

2、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。此部分是本设计的重点和难点。

3、LED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。

本奔跑速检测系统有以下几个部分构成，如图1.1奔跑速度测量系统方框图所示。

图1.1 速度检测系统方框图

本系统的硬件主要由光电传感器、信号处理电路、单片机AT89C51、LED显示等组成。如图1.1，当奔跑物体通过光电传感器的时候，将会产生脉冲电信号，然后把信号送入三极管放大电路及CC40106芯片整形电路进行处理，将处理过的信号传给单片机，通过对单片机进行编程、运算，最后通过数码管显示其数值。

四、工作原理

本系统中，两对光电对射管布置在奔跑物体通过的路径上，当奔跑物体经过光电管Q1，Q2时，则挡住了光线，光电管Q1，Q2产生一个上升或下降沿，以光电管Q1的上升沿或下降沿作为单片机计数器的启动脉冲，启动计时器开始计时，光电管Q2的上升沿或下降沿作为单片机计数器的停止脉冲，计数器停止计时（本设计为高电平触发）。此时，得到计数器的计时值n。将值n传送处理中心，已知单片机的机器周期为T，可通过编程[5]计算出奔跑物体在定距离S内的平均速度V，为V=S/nT其中S为两个对射型光电管之间的距离。

如图2.1所示

图2.1奔跑速度测量系统原理图

五、光电传感器

（1）工作原理

光电传感器的基本工作原理是光电效应，光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。

光照在照在光电材料上，材料表面的电子吸收的能量，若电子吸收的能量足够大是，电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间，从而改变光电子材料的导电性，这种现象成为外光电效应。

根据爱因斯坦的光电子效应，光子是运动着的粒子流，每种光子的能量为hv ，由此可见不同频率的光子具有不同的能量，光波频率越高，光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子，电子能量将会增加，增加的能量一部分用于克服正离子的束缚，另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律： A H MV -=ν22

1

式中，M为电子质量，v为电子逸出的初速度，A微电子所做的功。

由上式可知，要使光电子逸出阴极表面的必要条件是Hv>A。由于不同材料具有不同的逸出功，因此对每一种阴极材料，入射光都有一个确定的频率限，当入射光的频率低于此频率限时，不论光强多大，都不会产生光电子发射，此频率限称为“红限”。相应的波长为错误!未找到引用源。式中，c为光速，A为逸出功。

当受到光照射时，吸收电子能量，其电阻率降低的导电现象称为光导效应。它属于内光电效应。当光照在半导体上是，若电子的能量大与半导体禁带的能级宽度，则电子从价带跃迁到导带，形成电子，同时，价带留下相应的空穴。电子、空穴仍留在半导体内，并参与导电在外电场作用下形成的电流。除金属外，多数绝缘体和半导体都有光电效应，半导体尤为显著。

（2）作用和结构

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，它的基本结构如下图，它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源，光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高，反应快，非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测[7]和控制中应用非常广泛。

电参量

图4.1 光电传感器结构图

光电传感器一般由三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路[8]，发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

光电传感器是一种依靠被测物与光电元件和光源之间的关系，来达到测量目的的，因此光电传感器的光源扮演着很重要的角色，光电传感器的电源要是一个恒光源，电源稳定性的设计至关重要，电源的稳定性直接影响到测量的准确性，常用光源有以下几种：

1、发光二极管是一种把电能转变成光能的半导体器件。广泛地用于计算机、仪器仪表和自动控制设备中。

2、丝灯泡这是一种最常用的光源，它具有丰富的红外线。

3、激光激光与普通光线相比具有能量高度集中，方向性好，频率单纯、相干性好等优点，是很理想的光源。

根据本设计的要求，本设计选择使用对射型光电传感器PM12。（3）PM12型光电传感器

PM12光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。光电