基于PIC單片機的摩托車轉(zhuǎn)速檢測法

楊 昆 李榮正

[摘 要]摩托車占據(jù)著交通工具市場的較大份額,而摩托車的儀表部分是行車狀態(tài)的主要參考,其性能的好壞直接影響著行車安全。隨著科技進步,摩托車顯示儀表將由指針式向數(shù)字式發(fā)展。本文主要分析了目前常用的轉(zhuǎn)速表及其功能,并提出了一種利用PIC 單片機來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速顯示的方法。

[關(guān)鍵詞]轉(zhuǎn)速 PIC單片機 數(shù)碼顯示

[中圖分類號]U463[文獻標(biāo)識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)12-0012-02

當(dāng)前,具有強大的系統(tǒng)功能、豐富的外圍資源、良好的開發(fā)界面和在線調(diào)試功能,無疑將引領(lǐng)單片機進入了一個新的時代。美國Microchip公司推出的PIC系列單片機,由于采用RISC精簡指令集、哈佛總線結(jié)構(gòu)、流水線指令執(zhí)行方式、抗干擾能力強、性能價格比高等優(yōu)點,深受世界各行各業(yè)的普遍歡迎。PIC系列單片機,在工業(yè)控制、消費電子產(chǎn)品、辦公自動化設(shè)備、智能儀器儀表、汽車電子等不同的領(lǐng)域,以其性能完善、功能強大、學(xué)習(xí)容易、開發(fā)應(yīng)用方便、人機界面友好等突出優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用。就摩托車而言,采用一款簡單實用的單片機來實現(xiàn)行駛數(shù)據(jù)信息數(shù)字化,可極大的方便用戶使用。

1 常用轉(zhuǎn)速表功能分析

目前常用的轉(zhuǎn)速表主要包括以下幾種。

(1)離心式轉(zhuǎn)速表,是機械力學(xué)的成果。利用離心力與拉力的平衡來指示轉(zhuǎn)速。離心式轉(zhuǎn)速表是最傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測量工具,是利用離心力原理的機械式轉(zhuǎn)速表;測量精度一般在1～2級,一般就地安裝。一只優(yōu)良的離心式轉(zhuǎn)速表不但有準(zhǔn)確直觀的特點,還具備可靠耐用的優(yōu)點。但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

(2)磁性轉(zhuǎn)速表,是運用磁力和機械力的一個典范。利用旋轉(zhuǎn)磁場,在金屬罩帽上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力,利用旋轉(zhuǎn)力與游絲力的平衡來指示轉(zhuǎn)速。磁性轉(zhuǎn)速表,是成功利用磁力的一個典范,是利用磁力原理的機械式轉(zhuǎn)速表;一般就地安裝,用軟軸可以短距離異地安裝。磁性轉(zhuǎn)速表,因結(jié)構(gòu)較簡單,目前較普遍用于摩托車和汽車以及其它機械設(shè)備。異地安裝時軟軸易損壞。

(3)電動式轉(zhuǎn)速表,巧妙運用微型發(fā)電機和微型電動機將旋轉(zhuǎn)運動異地拷貝。由小型交流發(fā)電機、電纜、電動機和磁性表頭組成。小型交流發(fā)電機產(chǎn)生交流電,交流電通過電纜輸送,驅(qū)動小型交流電動機,小型交流電動機的轉(zhuǎn)速與被測軸的轉(zhuǎn)速一致。磁性轉(zhuǎn)速表頭與小型交流電動機同軸連接在一起,磁性表頭指示的轉(zhuǎn)速自然就是被測軸的轉(zhuǎn)速;電動式轉(zhuǎn)速表,異地安裝非常方便,抗振性能好,廣泛運用于柴油機和船舶設(shè)備。

(4)磁電式轉(zhuǎn)速表,電流表頭和傳感器都是電磁學(xué)的普及運用。磁電傳感器加電流表,異地安裝非常方便。

(5)閃光式轉(zhuǎn)速表,利用視覺暫留的原理。體現(xiàn)了人類的靈性。閃光式轉(zhuǎn)速表,除了檢測轉(zhuǎn)速(往復(fù)速度)外,還可以觀測循環(huán)往復(fù)運動物體的靜像,對了解機械設(shè)備的工作狀態(tài),是一必不可少的觀測工具。

(6)電子式轉(zhuǎn)速表,隨著電子技術(shù)的不斷進步,使這一類轉(zhuǎn)速表有了突飛猛進的發(fā)展。

2 基于PIC單片機的轉(zhuǎn)速顯示實現(xiàn)

在實際工作中,摩托車這種車輛設(shè)備經(jīng)常作業(yè)在野外、露天,工作環(huán)境條件較差。我們考慮用霍爾集成元件作為傳感器,主要因為它本身不怕灰塵,適合露天場地,且體積小,價格便宜,可單電源供電, 使用極其方便,因此本測量系統(tǒng)轉(zhuǎn)速信號檢測點采用霍爾集成傳感器作為轉(zhuǎn)速檢測探頭。

設(shè)特定型號摩托車,輪半徑為rm。將霍爾器件安裝于輪外圈。隨著摩托車的運動,得到周期方波,頻率為f。則轉(zhuǎn)速與頻率關(guān)系為:

v=f*2πr(m/s) 式(1)

對于固定型號的輪子,假設(shè)占空比已知,為a。F與a之間的關(guān)系為

f=a/w 式(2)

注:w為脈寬

由此得到

v=w*a*2πr(m/s) 式(3)

于是,轉(zhuǎn)速的檢測主要體現(xiàn)為脈寬的檢測。

利用PIC單片機的CCP功能模塊,對方波信號的上升沿進行捕捉,一旦捕捉到上升沿就立即啟動專用計數(shù)器進行計時,直到有脈沖的下降沿出現(xiàn)。在開始啟動計時到終止計時的整個過程中,要根據(jù)信號邊沿的設(shè)置形成兩次有效的中斷響應(yīng)。經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理,將所測得的脈沖寬度數(shù)值(以微秒表示)顯示在8位八段靜態(tài)數(shù)碼顯示器上。

主要涉及CCP模塊工作方式的設(shè)置和定時器TMR1時間長度的確定等方面技術(shù)。

2.1 CCP模塊工作方式

當(dāng)PIC單片機處于CCP模塊工作方式時,將需要有一個定時或計數(shù)環(huán)節(jié)(一般為TMR1或TMR2)配套使用。如設(shè)置在捕捉工作模式時,一旦在輸入引腳RC2/CCP1上滿足任何特定的事件觸發(fā)條件,CCPR1H:CCPR1L特殊功能寄存器即刻攝入定時器TMR1當(dāng)前TMR1H:TMR1L計數(shù)值,同時CCP1對應(yīng)的中斷標(biāo)志位CCP1IF將被硬件自動置位。在本例的程序設(shè)計中,將產(chǎn)生兩次中斷,即捕捉到上升沿一次中斷和捕捉到下降沿一次中斷。

2.2 TMR1定時計數(shù)器

定時器TMR1的定時基準(zhǔn)采用PIC單片機系統(tǒng)時鐘的4分頻,假設(shè)所用的系統(tǒng)頻率為4MHz,所以TMR1定時計數(shù)脈沖的周期為1μs。在單片機第一次捕捉到脈沖信號的上沿時迅速將TMR1定時計數(shù)器TMR1H:TMR1L清0并將CCP設(shè)置在捕捉脈沖信號下沿的工作方式,此時TMR1才真正進入有效計數(shù)狀態(tài),并通過其計數(shù)量達到定時的目的;一旦捕捉到脈沖信號的下沿時迅速采用CCPR1H:CCPR1L寄存器組及時拷貝TMR1H:TMR1L的計數(shù)內(nèi)容,其數(shù)值剛好為脈沖信號高電平持續(xù)的時間(單位是μs)。通過數(shù)據(jù)處理將CCPR1H:CCPR1L內(nèi)容轉(zhuǎn)化為BCD碼,再送往8位八段靜態(tài)數(shù)碼顯示。

軟件設(shè)計中最重要的就是保證數(shù)據(jù)存儲的可靠性,通過大量的實驗表明,單次存儲數(shù)據(jù)錯誤絕大多數(shù)是存儲期間電源不穩(wěn)定造成的,為此軟件設(shè)計時采用將數(shù)據(jù)進行多次保存,讀出時進行兩兩比較,從中找出正確值來處理,這樣即使有1次數(shù)據(jù)存儲錯誤,在CPU監(jiān)控芯片的作用下,單片機重新復(fù)位運行時,總能讀出正確數(shù)據(jù),多次存儲數(shù)據(jù)錯誤的幾率很小。另外,在程序關(guān)鍵處增加空操作指令,如在程序空白區(qū)增加復(fù)位指令等,保證單片機運行的可靠性。

3 結(jié)語

采用PIC單片機作為測量轉(zhuǎn)速的芯片, 系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理,測量精度高(小于0.5%)實時性好、顯示直觀等優(yōu)點, 尤其適合在測量環(huán)境比較惡劣的條件下, 其抗干擾能力強,使用維護安裝均方便,節(jié)省投資,具有比較好的測速效果。就摩托車而言,實現(xiàn)行駛數(shù)據(jù)信息數(shù)字化,可即時了解摩托車的車況和性能,方便用戶及時維修,避免因用戶不熟悉車況而引起事故。更重要的是,當(dāng)數(shù)顯儀中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可存儲的數(shù)字信號后,可在發(fā)生意外交通事故時,作為交通部門判斷事故責(zé)任的依據(jù),大大縮短了事故現(xiàn)場的處理時間,提高了交通部門的工作效率,有較為廣闊的應(yīng)用前景。

[參考文獻]

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