基于PIC單片機的摩托車轉速檢測法

楊 昆 李榮正

[摘 要]摩托車占據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字式發展。本文主要分析了目前常用的轉速表及其功能,并提出了一種利用PIC 單片機來實現轉速顯示的方法。

[關鍵詞]轉速 PIC單片機 數碼顯示

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

當前,具有強大的系統功能、豐富的外圍資源、良好的開發界面和在線調試功能,無疑將引領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、哈佛總線結構、流水線指令執行方式、抗干擾能力強、性能價格比高等優點,深受世界各行各業的普遍歡迎。PIC系列單片機,在工業控制、消費電子產品、辦公自動化設備、智能儀器儀表、汽車電子等不同的領域,以其性能完善、功能強大、學習容易、開發應用方便、人機界面友好等突出優點而得到了廣泛的應用。就摩托車而言,采用一款簡單實用的單片機來實現行駛數據信息數字化,可極大的方便用戶使用。

1 常用轉速表功能分析

目前常用的轉速表主要包括以下幾種。

(1)離心式轉速表,是機械力學的成果。利用離心力與拉力的平衡來指示轉速。離心式轉速表是最傳統的轉速測量工具,是利用離心力原理的機械式轉速表;測量精度一般在1～2級,一般就地安裝。一只優良的離心式轉速表不但有準確直觀的特點,還具備可靠耐用的優點。但是結構比較復雜。

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

(3)電動式轉速表,巧妙運用微型發電機和微型電動機將旋轉運動異地拷貝。由小型交流發電機、電纜、電動機和磁性表頭組成。小型交流發電機產生交流電,交流電通過電纜輸送,驅動小型交流電動機,小型交流電動機的轉速與被測軸的轉速一致。磁性轉速表頭與小型交流電動機同軸連接在一起,磁性表頭指示的轉速自然就是被測軸的轉速;電動式轉速表,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備。

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

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

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

2 基于PIC單片機的轉速顯示實現

在實際工作中,摩托車這種車輛設備經常作業在野外、露天,工作環境條件較差。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,因此本測量系統轉速信號檢測點采用霍爾集成傳感器作為轉速檢測探頭。

設特定型號摩托車,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。則轉速與頻率關系為:

v=f*2πr(m/s) 式(1)

對于固定型號的輪子,假設占空比已知,為a。F與a之間的關系為

f=a/w 式(2)

注:w為脈寬

由此得到

v=w*a*2πr(m/s) 式(3)

于是,轉速的檢測主要體現為脈寬的檢測。

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器進行計時,直到有脈沖的下降沿出現。在開始啟動計時到終止計時的整個過程中,要根據信號邊沿的設置形成兩次有效的中斷響應。經過相應的數據處理,將所測得的脈沖寬度數值(以微秒表示)顯示在8位八段靜態數碼顯示器上。

主要涉及CCP模塊工作方式的設置和定時器TMR1時間長度的確定等方面技術。

2.1 CCP模塊工作方式

當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環節(一般為TMR1或TMR2)配套使用。如設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條件,CCPR1H:CCPR1L特殊功能寄存器即刻攝入定時器TMR1當前TMR1H:TMR1L計數值,同時CCP1對應的中斷標志位CCP1IF將被硬件自動置位。在本例的程序設計中,將產生兩次中斷,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定時計數器

定時器TMR1的定時基準采用PIC單片機系統時鐘的4分頻,假設所用的系統頻率為4MHz,所以TMR1定時計數脈沖的周期為1μs。在單片機第一次捕捉到脈沖信號的上沿時迅速將TMR1定時計數器TMR1H:TMR1L清0并將CCP設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狀態,并通過其計數量達到定時的目的;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的計數內容,其數值剛好為脈沖信號高電平持續的時間(單位是μs)。通過數據處理將CCPR1H:CCPR1L內容轉化為BCD碼,再送往8位八段靜態數碼顯示。

軟件設計中最重要的就是保證數據存儲的可靠性,通過大量的實驗表明,單次存儲數據錯誤絕大多數是存儲期間電源不穩定造成的,為此軟件設計時采用將數據進行多次保存,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次數據存儲錯誤,在CPU監控芯片的作用下,單片機重新復位運行時,總能讀出正確數據,多次存儲數據錯誤的幾率很小。另外,在程序關鍵處增加空操作指令,如在程序空白區增加復位指令等,保證單片機運行的可靠性。

3 結語

采用PIC單片機作為測量轉速的芯片, 系統硬件設備結構簡單合理,測量精度高(小于0.5%)實時性好、顯示直觀等優點, 尤其適合在測量環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,節省投資,具有比較好的測速效果。就摩托車而言,實現行駛數據信息數字化,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,當數顯儀中數據轉化為可存儲的數字信號后,可在發生意外交通事故時,作為交通部門判斷事故責任的依據,大大縮短了事故現場的處理時間,提高了交通部門的工作效率,有較為廣闊的應用前景。

[參考文獻]

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