AT89C52单片机多功能数字里程计设计+PCB电路图(3)

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系统研究的关键一步是检测光电编码盘的脉冲数，里程脉冲装置通过软轴连接至引导轮或车轴轮上,从而使光电编码盘转速与车轮转速成线性比例。当汽车开动后，传感器对车轮的转动进行采样，当控制对象发生位置变化时，光电编码器便会发出A、B两路相差为90度的数字脉冲电路。正转时A超前B为90度，反转时B超前A为90度。下图为光电编码盘正转和反转时A 端和B 端的光信号输出( “1”表示高电平; “0”表示低电平) 。脉冲的个数与位移量成正比，通过计算脉冲的个数就能够计算出相应的位移，整个系统就是基于这一基本原理而设计的。

系统中，光电编码器的可靠性与精度直接决定系统的可靠性与控制精度。系统采用的每转输出2000个脉冲的光电编码盘具有以下优点：无触点磨损,转速高,具有很高的分辨力、精度和可靠性；可输出两路相差脉冲信号，使用简单方便。系统设计时，A路信号接系统up/dn输入端，控制计数器计数模式；B路接clk端，作为计数脉冲。光电码盘输出时序图如下所示：

光电码盘传感器输出的两路脉冲信号A和B，在送入分频计数模块电路之前，首先要经过预处理电路处理。信号的预处理电路包含信号放大和波形整形，信号预处理电路中的放大器对待测信号进行放大,以降低对待测信号的幅度要求；波形整形电路则用来将放大的信号转换成可与数字逻辑集成电路接口的TTL 信号，用于之后的计数与分频，所得信号用于控制车载传感器采集车辆行驶期间周围环境信息。文献综述

预处理后的码盘信号可直接进行分频计数，其计数方式取决于汽车行驶的方向，分频数取决于车轮的直径大小。当汽车正向行驶时，累加计数；倒车时，累减计数。测量得到的计数值送入单片机进行数据处理即可计算出汽车的里程数。其中，传感器的脉冲信号与驱动轮之间的关系为: n2 = i1×i2× n1；

上式之中：n2 : 汽车光电编码盘发送的脉冲数；

　　 n1 : 汽车行驶0.2m时驱动轮的转数；

　　 i1 : 汽车驱动轮转一圈时码盘的转数；

　　 i2 : 码盘传感器转一圈所产生的脉冲数；

根据脉冲数就可以得出汽车行驶的实际里程数：

　　s=a×n2/200000；

式中: a为系统的修正系数，轮胎在承载变形时,会导致汽车轮胎的半径发生变化，从而每个脉冲代表的行驶距离发生改变，a的值一般为300左右。

已知轮胎外径D 就可以计算出每0.2mm 路程中驱动轮所转过的理论转数n1 ：

n1 = 0.2/πD;

由系统要求和上面分析可知，分频数等于汽车行驶200mm时码盘产生的脉冲数。而200mm码盘产生的脉冲数由下式决定：

n2=i1×i2×n1；

系统中i1取1，i2=2000，计算可得n2等于133，从而可得二次分频后的脉冲为原始信号的133分频。光电编码码盘每产生输出133个脉冲，控制信号就会控制车载传感器采集周围环境信息。同时，为了减小里程计数的误差，里程显示部分和其他里程设备比较，通过修改修正系数达到设计精度。

2.3 模块器件的选择

传感器装置与汽车车轮相连，车轮的转速决定产生的脉冲频率。装载里程计车辆的车轮直径为0.8米，一般汽车行驶的最高速度为40m/s，故车轮转速约为16转每秒，又由于光电编码器码盘每转输出2000个脉冲信号，故系统需要至少32kbit/s的高速光耦来进行光电耦合。该系统选择的是100kbit/s高速光耦6N137，它是一款用于单通道的高速光耦合器件，具有温度、电流和电压的补偿功能，可以进行高速输入输出隔离。其内部屏蔽可保证在Vcm=1000V条件下，共模瞬变抗扰度达到15000 V/μs。这种独特的设计提供了最大限度的ac和dc电路隔离，同时实现了TTL兼容。6N137光耦的操作参数保证温度范围为–40℃～+85℃，这些参数使系统能够无扰运行。