一種用于霧霾路段的電動自行車自動限速裝置的軟件部分設計

楊潤東　杜世勤　吳宏杰

摘 要 2013年來，全國平均霧霾日數為4.7天，是近52年以來最多的一年。霧霾天氣促使空氣質量惡化，使得呼吸道疾病易發。此外，霧霾天氣導致道路的能見度變差，高速行駛的汽車，容易造成諸如多車相撞等交通事故，給國家和人民群眾生命財產造成重大損失。本模擬裝置的設計旨在通過對霧霾天氣中PM2.5細小顆粒物濃度的測量、感應進而控制電動自行車的速度以達到安全行駛的目的，并使駕駛人員盡可能少吸入大氣中的細小顆粒物。本模擬設計采用5V直流電機來代替電動自行車電機，用單片機系統最終實現了

關鍵詞 霧霾路段 電動自行車 車速控制 裝置 軟件部分設計

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A

1本設計的具體要求

（1）GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器感應空氣中的細小顆粒物（霾）與肉眼看不見的小水珠（霧），一旦PM2.5濃度值達到100%eg/m3以上，5V直流電機（用5V直流電機來模擬電動自行車電機）立即減速；

（2）電機使用PWM技術來進行轉速的控制；

（3）用光電傳感器對電機進行測速；

（4）將電機的轉速顯示在1602液晶顯示屏上面的第一排，PM2.5的濃度值顯示在液晶顯示屏上的第二排。

根據系統設計要求，主要分為幾個大部分。軟件與硬件相結合實現系統所需功能。硬件部分主要有GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器感信號采集部分，5V直流電機驅動與速度檢測部分和1602液晶顯示屏參數顯示部分以及包括單片機晶振電路，復位電路，供電模塊等四部分在內的其他部分；軟件部分主要有三部分，加速度信號采集處理，脈沖測速部分，狀態控制輸出部分。

2裝置的軟件部分設計

2.1 5V直流電機PWM控制設計

本設計的PWM是通過單片機P3.4端口不斷地產生一定比例的低電平與高電平來產生的。PWM周期為500ms，即0.5s，將其分為10份，1/10的周期為50ms。5V直流電機的PWM占空比在正常狀態下為50%，PWM_ON=5；當PM2.5濃度值超過100%eg/m3時，電機減速，PWM占空比為20%，PWM_ON=2。圖1是占空比為20%的PWM波形，其低電平時間占一個周期的2/10。

2.2 5V直流電機測速程序流程圖

先定時0.5s，檢測光電傳感器產生的脈沖數（下降沿觸發產生脈沖）。例如，假設0.5s內產生的脈沖數為10，1s內產生的脈沖數為10*2=20。由于本設計的光電砝盤設置有4個孔，所以電機的轉速為20/4=5r/s。

2.3 GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器檢測程序設計

（1）輸入信號設置

輸入信號采用周期為10ms，輸入高脈沖的寬度為0.32ms，如圖2所示。

（2）采樣信號設置

對于采樣信號，需要等到輸入信號出現高脈沖以后計時0.28ms進行采樣，如圖3所示。

參考文獻

[1] 佳寧.告別霧霾要等多少年[J].晚晴，2014，14（5）：1-2.

[2] 范化明.電動自行車智能控制系統的研究與設計[D].東華大學，碩士學位論文，2010：23-24.