汽车行驶状态记录仪的研究毕业设计论文(3)

霍尔转速传感器结构原理实际上是利用霍尔开关测转速。待测物上粘贴一对或多对小磁钢，小磁钢愈多分辨率愈高。霍尔开关固定在小磁钢附近。待测物体以角速度 旋转时，每当一个小磁钢转过霍尔开关集成电路，霍尔开关便产生一个相应的脉冲。检测出单位时间的脉冲数，即可测定待测物的转速。

2.8.2 霍尔转速传感器主要技术指标

其主要技术指标如下：测量范围0～10000r／min

输出波形：矩形脉冲波

供电电压：DC5～24V

响应频率：50～l00KHZ

工作距离：3～5mm

每转脉冲数：与磁钢数量一致 输出信号幅值：高电平接近供电电源，低电平0.5V

工作温度：-20℃～+80℃

外形尺寸：M16Xl或Ml2Xl

2.8.3 速度测量原理

本系统选用霍尔传感器将速度信号转换为电信号，考虑到传感器的体积要小，便于安装，误差要尽量减小等要求，采用车轮旋转一周，速度传感器要输出若干个脉冲的方法，具体采用在变速器上安装8个小磁钢相应的输出8个脉冲的方法。

车轮旋转一周速度传感器输出的脉冲个数为n，则脉冲个数如式2-3。

n =8 （2-3） 设0．2秒内计数器测得的脉冲数为f，则车轮旋转圈数N如式2-4。

N=f/n （2-4） 设车轮半径为R，则在0.2秒钟内汽车行驶的距离如式2-5。

L 2 RN （2-5） 则1秒钟内汽车行驶的距离L1如式2-6。

Ll=5L （2-6） 这样就可以得到最终的速度计算公式V如式2-7。

V 10 RNf/n （2-7）

2.8.4 由THS118型霍尔元件组成的速度测量电路

在系统中，采用了THS118型霍尔元件作为速度测量部分的速度传感器，THS118的特征如下：（1）超小4引脚封装（2）良好的温度特性（3）温度工作范围大（-55～125℃）

（4）输出电压线性良好

图2-8是采用THS118的转速检测电路，磁转子M旋转地同时，使霍尔元件H的磁极

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（N,S）产生变化，从而检测转子的转速。图中a，b为输入端，c，d为输出端。从霍尔元件结构上看，输出端包含共模电压Vc，电压Vc对霍尔电压没有关系，使用时此电压必须除去，本系统中采用差动输入的运算放大器来忽略此电压。霍尔元件的输出端接到差动放大器的输入端，因此，c点电压等于d点电压时，运放无输出，c点电压大于d点电压时，有差动信号输入，这时，运放输出端有较大的输出电压。THS118输出的波形为矩形波。

图2-8 THS118转速检测电路

Vo的计算公式如式2-8。 Vo R10Vh （2-8） R8

式中，Vh为THS118的输出电压，由于THS118的输出电压是当c点电压等于d点电压时，输出电压0V，c点电压大于d点电压或小于d点电压时，输出电压为55～140mV，由式2-8可知放大电路的增益为100÷3=33.3，这样可以得到Vo电压为0～4.7V。这样的点评输至单片机的T1计数口能满足需要[7,8]。

2.9 开关信号的获取及接口电路

开关信号的获取是将8个并行的仅有“0”、“1”两个状态的信号通过并行芯片进行并行和串行的转换，转换后的串行信号送给单片机处理。开关信号主要包括刹车、喇叭、左右灯、大灯、气压、1号和2号门、报警器等。为了获取稳定的开关量，减少误差，提高系统的抗干扰性，系统中可以采用具有置位和清零的D触发器，这样可以消除因外界

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干扰而引起触发器的误动作。 第 17 页 共 53 页

该模块利用74LS165型并行输入8位移位寄存器作为输入口，其硬件电路如图2-9所示利用单片机的3根I/O口线扩展为8位的输入口线，图2-9中74LS165作为8位的输入线，CLK为时钟脉冲输入端，D0～D7为并行输入端，在系统中就是8位开关量。S/L为低电平时，允许并行置入数据，S/L为高电平时允许串行移位。这样刹车、喇叭、左右灯、大灯、气压、1号和2号门、报警器等8路开关量经过D触发器后并行输入到74LS165，再经74LS165转换后，串行输入给单片机进行处理。

图2-9 开关信号电路接口

开关信号主要包括刹车、喇叭、左右灯、大灯、气压、1号和2号门、报警器等共8路信号。开关量采集模块电路如图2-10所示[9]。

图2-10 开关量采集电路

图2-10给出的是一路开关信号的采集电路图，其它开关量信号的采集与此相同，这里不一一画出。开关信号经过光电隔离处理后直接输入到D触发器集的D0～D7口。

2.10 显示电路

选择LED显示器时考虑到功耗要低，发光效率要高，同时体积要小，兼顾以上特点我们选用高亮度的LED显示器，这样可以避免汽车在白天行驶时，因光线太足而使得显示器上的字迹模糊不清。

2.11 系统的抗干扰设计

对于安装在车体中的记录仪主机，难免受到各种干扰的影响。干扰可以使电子元器件性能降级或失效，使单片机硬件工作失常；同时可能使采集的信号发生偏移或严重失真，导致测量误差，因此其抗干扰设计是系统设计的重要内容之一。

2.11.1 系统可能存在的干扰

记录仪主机的干扰源主要来自内部和外部两个方面。内部干扰源有：1）信号线之间的串扰；2）相邻回路耦合造成的干扰；3）元器件布局不合理造成的干扰；4）寄生振荡等。

外部干扰源主要有电磁干扰、电源波动造成的干扰以及环境干扰等。在本记录仪中主要表现为：

1）空间干扰，即场干扰，通过电磁波辐射窜入系统。其中通过电场途径干扰的实质是电容耦合干扰，干扰信号通过导线或电路的分布电容进入系统；而通过电磁场途径干扰的实质是互感性耦合干扰，干扰信号通过导线或回路的互感耦合进入系统；

2）通道干扰，即通过与主机相连的前向通道、后向通道已经与其他主机的通道进入的干扰；

3）电源干扰，由于车载蓄电池与汽车交流发电机、起动机、点火线圈相连，不仅电压波动很大，而且含有尖峰脉冲，此外在汽车行驶中，由于现场环境比较恶劣所造成的电源噪声等。

2.11.2 硬件抗干扰设计

针对本系统可能存在的上述干扰，本文采取了以下硬件措施，尽量减少干扰。

1）通道干扰的隔离措施

目前在单片机应用系统中，最广泛使用的是光电隔离技术，它能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，从而使通道的信噪比大大提高。这是由于发光二极管只是在通过一定的电流时才能发光，而干扰即使电压较高，由于没有足够的能量，不能使发光二极管发光，从而有效地隔离了干扰进一步传播。

2）印制电路板的抗干扰设计

（1） 电源线与地线应尽量加粗，所以未使用空间都设计成地线平面，以减少地线阻抗。数字系统的每条信号线应尽量靠近地线，以减少噪声干扰。

（2） 信号走线尽量与电源、地线相一致，信号走线不要形成环路，以减少辐射或接收能力；也不要形成分支，以防止反射和产生谐波。

（3） 按最短距离原则布线，尽量保证线迹阻抗的连续性，线迹不得直角转向，应采用45°线过渡。

（4） 配置去耦电容，电源的输入端跨接10 F的电解电容。每个集成电路芯片旁都安置一个0.1 F陶瓷电容，电容的引线尽量短。

3）电源干扰的抑制