電動(dòng)自行車(chē)超速報(bào)警電路的硬件設(shè)計(jì)

1、    電動(dòng)自行車(chē)超速報(bào)警電路的硬件設(shè)計(jì)    魏承啟魏強(qiáng)摘 要：電動(dòng)車(chē)已成為城市和鄉(xiāng)村居民出行的重要交通工具，違規(guī)超速是行車(chē)過(guò)程中的一大隱患，極易造成交通事故。在學(xué)習(xí)霍爾傳感器原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了超速報(bào)警電路的硬件部分，主要包括測(cè)速電路、超速報(bào)警語(yǔ)音電路和led速度顯示電路。提高了電動(dòng)車(chē)駕駛中的安全性，而且電路簡(jiǎn)單，適合于安裝在電動(dòng)車(chē)內(nèi)。關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車(chē)；速度；霍爾傳感器；報(bào)警；led顯示doi：10.16640/ki.37-1222/t.2017.02.1731 引言城市交通堵塞是近年來(lái)全國(guó)大部分城市普遍存在的難題，雖然道路狀況一直在改善，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕

2、不上車(chē)輛數(shù)目的增加。上下班駕車(chē)或乘坐公交車(chē)被堵在車(chē)流中幾乎是每個(gè)人每天都要面對(duì)的，盡管騎行電動(dòng)車(chē)存在著舒適度的差異，特別是在炎熱的夏季和寒冷的冬季，但為了趕時(shí)間，越來(lái)越多的人選擇電動(dòng)車(chē)出行，電動(dòng)車(chē)還有著價(jià)格低廉、便于放置、靈活機(jī)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，據(jù)報(bào)道目前中國(guó)電動(dòng)自行車(chē)的保有量已超過(guò)兩億輛1。雖然國(guó)家明文規(guī)定，電動(dòng)車(chē)的行車(chē)速度最高不得超過(guò)20公里/小時(shí)，而且生產(chǎn)廠商設(shè)置了限速裝置，但部分車(chē)主為了追求快捷，駕駛電動(dòng)車(chē)的速度普遍遠(yuǎn)超這個(gè)數(shù)字，極易引發(fā)交通事故2。據(jù)濟(jì)南市槐蔭區(qū)交警大隊(duì)統(tǒng)計(jì)，今年1至7月份槐蔭共發(fā)生致死車(chē)禍18起，21人在事故中不幸遇難，其中涉及電動(dòng)車(chē)的死亡事故有10起，大部分是因?yàn)槌偎?/p>

3、成的。因此設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)車(chē)速度檢測(cè)與超速報(bào)警裝置，并加裝在電動(dòng)車(chē)上，對(duì)于行車(chē)安全是非常重要的。本文使用在物理課本中學(xué)到的a44e霍爾傳感器測(cè)量電動(dòng)車(chē)轉(zhuǎn)速，并可以將電動(dòng)車(chē)的速度以及里程數(shù)用led實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)出現(xiàn)超速時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛?cè)私档退俣取? 測(cè)速報(bào)警原理霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)制成的一種磁場(chǎng)傳感器。其工作原理：一個(gè)金屬或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，當(dāng)薄片通以電流i時(shí)，在薄片的兩個(gè)側(cè)面上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微量的霍爾電壓u，如果改變磁場(chǎng)的強(qiáng)度，霍爾電壓的大小也會(huì)隨之改變3。當(dāng)磁場(chǎng)消失后，霍爾電壓變?yōu)榱?。霍爾傳感器輸出的信?hào)是矩形脈沖信號(hào)，很適合于數(shù)字控制系統(tǒng)，用公式表示為u=k·i·

4、;b式中：k為霍爾器件的靈敏度系數(shù)；i為控制電流；b為磁感應(yīng)強(qiáng)度。若控制電流保持不變，則霍爾感應(yīng)電壓將隨外界磁場(chǎng)強(qiáng)度變化而變化，根據(jù)這一原理，可以將一塊永久磁鋼固定在電動(dòng)車(chē)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)盤(pán)的邊沿，則當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁鋼隨被測(cè)軸旋轉(zhuǎn)，只要在轉(zhuǎn)盤(pán)附近安裝一個(gè)霍爾元件，則轉(zhuǎn)盤(pán)隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件由于要受到磁鋼所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響，就會(huì)輸出脈沖信號(hào)4。當(dāng)計(jì)數(shù)器測(cè)得的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)為n時(shí)，可得到電動(dòng)車(chē)運(yùn)行的總里程s，用公式表達(dá)s=l·n式中s為電動(dòng)車(chē)運(yùn)行里程；l為電動(dòng)車(chē)輪圈的周長(zhǎng)；n為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值。計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)車(chē)輪每轉(zhuǎn)一圈所用的時(shí)間t，就可以計(jì)算出實(shí)時(shí)速度v。當(dāng)速度鍵按下時(shí)，速度指示燈亮，led切換

5、顯示當(dāng)前速度；當(dāng)里程鍵按下時(shí)，里程指示燈亮，led切換顯示當(dāng)前里程。設(shè)置速度上限值，與當(dāng)前行車(chē)速度相比較，如果超過(guò)了上限值，則產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。3 測(cè)速報(bào)警電路設(shè)計(jì)電動(dòng)自行車(chē)的速度里程表的硬件電路設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)部分，它包括信號(hào)的采集、濾波、放大、整形、存儲(chǔ)，單片機(jī)外圍基本電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)的計(jì)算處理和數(shù)碼管的實(shí)時(shí)顯示，兩大主要器件就是單片機(jī)和傳感器。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。3.1 測(cè)速電路設(shè)計(jì)使用霍爾傳感器采集信號(hào)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，只要在轉(zhuǎn)軸的齒輪盤(pán)上固定一粒磁鋼，霍爾元件固定在前叉上，當(dāng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)霍爾元件靠近磁鋼，就有信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號(hào)并輸出。當(dāng)在齒輪盤(pán)上固定多粒

6、磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖信號(hào)輸出。在固定磁鋼時(shí)要注意，霍爾傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向敏感，安裝之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒(méi)有信號(hào)輸出，可以換一個(gè)方向再試?；魻杺鞲衅魇菍?duì)磁敏感的傳感元件，常用于信號(hào)采集的有a44e，該傳感器是一個(gè)3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作。工作電壓范圍寬，使用非常方便。a44e的外形如圖2所示。3.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì)為了讓電動(dòng)車(chē)的超速報(bào)警系統(tǒng)更加人性化，該報(bào)警系統(tǒng)使用語(yǔ)音報(bào)警，報(bào)警電路的核心是wtv040語(yǔ)音芯片5。之所以選擇wtv040語(yǔ)音芯片作為電動(dòng)車(chē)超速報(bào)警器電路的核心，是因?yàn)閣tv040語(yǔ)音芯片不僅僅能滿足電動(dòng)車(chē)超速報(bào)警器性能的各

7、種要求，而且芯片價(jià)格便宜，外圍電路簡(jiǎn)單，容易制作，最重要的是內(nèi)容可以由自己決定選用。在這里，我們先做一個(gè)簡(jiǎn)單又能滿足大部分車(chē)主要求的電動(dòng)車(chē)超速報(bào)警器，也就是說(shuō)只在語(yǔ)音芯片里面錄制一段報(bào)警語(yǔ)音，dip16封裝的wtv040語(yǔ)音芯片就能夠滿足這些要求了。如果需要特殊制作豪華型的多段語(yǔ)音報(bào)警的汽車(chē)超速報(bào)警器，可以選用ssop20封裝的wtv040語(yǔ)音芯片，在ssop20封裝的wtv040封裝模式下，最多可提供128段語(yǔ)音的播放。其工作框圖如圖3所示。其電路圖如圖4所示。3.3 顯示電路的設(shè)計(jì)led數(shù)碼管顯示電路具有顯示清晰、使用電壓低、亮度高、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。本次設(shè)計(jì)采用共陰極接法，

8、采用動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路，動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地按次序點(diǎn)亮各位數(shù)碼管。各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，并由一個(gè)8位的i/o口控制；各位的位選線（共陰極或共陽(yáng)極）由另外的i/o口線控制。動(dòng)態(tài)方式顯示時(shí)，各數(shù)碼管分時(shí)依次選通，使其穩(wěn)定顯示須采用掃描的方式，即在某一時(shí)刻只選通一位數(shù)碼管，而在另一時(shí)刻則選通另一位數(shù)碼管，并將相應(yīng)的段碼送出，按此規(guī)律循環(huán)，就可使各位數(shù)碼管顯示需要顯示的字符，盡管這些字符是在不同的時(shí)刻分別顯示的，但是由于人的視覺(jué)暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔能夠短到0.1秒一下，就可以給人同時(shí)顯示的感覺(jué)6。顯示器如圖5所示。4 結(jié)論本文主要設(shè)計(jì)了電動(dòng)車(chē)測(cè)速與報(bào)警器的硬件電路部分。由于需要安

9、裝在電動(dòng)車(chē)上，為了節(jié)省成本，節(jié)約空間，盡可能簡(jiǎn)化硬件電路，節(jié)省線路板的空間，達(dá)到硬件電路最優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出的報(bào)警器配以模塊化軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)自行車(chē)?yán)锍?速度的計(jì)算功能，并用led顯示，當(dāng)速度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警語(yǔ)音信號(hào)，提醒駕駛?cè)私档退俣?，從而提高了行?chē)安全性。能夠滿足人們對(duì)多功能、高性能自行車(chē)的要求，可在很多速度/里程測(cè)量場(chǎng)合使用，具有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1http：/2彭春蘭，萬(wàn)永強(qiáng)，張井華等.電動(dòng)自行車(chē)最高車(chē)速測(cè)量結(jié)果的可靠性分析j.現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理，2015（01）：5-7.3人民教育出版社課程教材研究所編著.物理（選修3-1）m.人民教育出版社，2010.4賀穎，李盼，王志蘭.自行車(chē)智能測(cè)速