1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1、引言

随着科技和社会的发展，机动车已经越来越成为人类生活中不可或缺的一部分。伴随着汽车的普及，行车安全的问题接踵而至，ABS防抱死系统应运而生。系统中要对轮速进行实时的监控，这就要求轮速检测系统的精确和准时，对传感器的数据处理提出很高的要求。

本次毕业设计课题的目的主要是为了让生活在新时代的我们能够将所学的知识和实践联系在一起。掌握轮速检测系统的设计流程，包括硬件的配置，数据的处理以及程序的设计。通过在完成毕业设计的同时，提高在系统设计以及数据处理等方面的综合能力，培养在今后完成相关项目中所应具备的基本素质和要求。

2、霍尔轮速传感器

本课题中使用霍尔式轮速传感器，霍尔式轮速传感器包括传感头和齿圈两部分。传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。如图一（霍尔式轮速传感器结构）所示。

图一 霍尔式轮速传感器结构

霍尔式轮速传感器以霍尔效应为原理，即在半导体的两端通以控制电流，在半导体薄片的垂直方向上施加磁场强度为B的磁场，则在薄片的另两端便会产生一个相应的并且与控制电流、磁感应强度B的乘积成正比的电动势，这就是霍尔电动势。

用霍尔元件作为汽车的轮速传感器时，多采用磁感应强度B作输入信号，通过磁感应强度B随轮速变化，产生霍尔电势脉冲信号，经霍尔集成电路内部的放大、整形、功放后，向外输出脉冲信号序列，其占空比随转盘的角速度变化。齿盘的转动交替改变磁阻，引起磁感应强度变化，从而测取传感器输出的霍尔电势脉冲。

如图二（霍尔式轮速传感器原理图）所示，永磁体的磁力线穿过霍尔元件通向齿轮，齿轮相当于一个集磁器。 当齿轮位于图a)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线分散，磁场相对较弱。当齿轮位于图b)所示位置时，穿过霍尔元件的磁力线集中，磁场相对较强。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个准正弦波电压，此信号再经过电子电路转换成标准的脉冲电压。脉冲的频率，即每秒钟产生的脉冲个数，反映了车轮旋转的快慢，通过脉冲的频率即可得知车轮转速。

图二 霍尔式轮速传感器原理图

现代汽车的防抱死系统中都设置有霍尔式的轮速传感器，它可以安装在主减速器或变速器中，分为主动、被动两种基本形式。现在的测试系统大多数使用主动式传感器。

主动式传感器是基于霍尔效应原理而将被测量，如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等转换成电动势输出的一种传感器。如图三（主动式传感器原理）所示，在非磁性材料的圆盘上圆周方向布置一组磁钢（每周48对），圆盘边缘处放置霍尔传感器，当圆盘旋转时，霍尔传感器就输出一组脉冲的方波，根据方波的频率便可测出转速。磁圈设计（在飞磁性材料上圆周分布一组永磁体）体积小，更易集成于轮毂或轴承之中。轮速传感器被封装在轮毂轴承里侧动圈和外圈的几毫米间隙中，在动圈与定圈上分别安装两个固定架：

一个安装于外圈（动圈）的内侧用来固定可旋转环型磁铁；一个安装于内圈（定圈）的外侧用来固定传感器座。由于轮速传感器嵌入（内置）轴承内，保证清洁及传感信号可靠无误。^[1]

3、脉冲信号处理方法

对脉冲信号的处理方法大体上可以分成频率法、周期法和综合法三种。

频率法：是测量指在规定的时间T 内，测量输入脉冲的个数M，对于每转有P 个脉冲的转速，则转速为n= 60M/TP 。这种测量方法比较简单，但有一定误差，主要是由于检测的起止时间与转速脉冲信号不可能完全一致，测量到的脉冲数M 可能会有的#177;1 误差。而且速度越低，这种误差就越大。因此频率法对于高速测量的精度较好。

周期法：即是通过测量单个输入脉冲所需的时间来进行测速。但由于单片机系统是按照时基脉冲信号进行计时的，因此这种方法最后容易产生#177;1 个时钟脉冲周期的误差。因此这种方法比较适用于被测转速较低的场合。

综合法：是在周期法测量脉冲信号的基础上，由另一个定时计数器开始计时。在被测脉冲第一个上升沿到来时启动计数器；然后到被测脉冲周期的结束后的第一个上升沿停止计数。假设这时候被测脉冲数为M，系统频率为f，计数值为m，则转速为n= 60fM/mP,这种测速方法结合上面两种方法的优点，兼顾了各种速度的测速需要.^[2]

4、 ABS防抱死系统

在私家车数目呈指数增长的现在，行车安全显得格外重要。ABS(Anti-lock Braking System)防抱死制动系统（以下简称防抱死系统）通过安装在车轮上的传感器不断检测轮速，在轮速到达临界值时，控制器指令调节器降低该车轮制动缸的油压，减小制动力矩，经一定时间后，再恢复原有的油压，不断的这样循环(每秒可达5~10次)，始终使车轮处于转动状态而又有最大的制动力矩，以防止轮胎抱死发生事故。而没有安装防抱死系统的机动车，在行驶中如果用力踩下制动踏板，会导致车轮抱死，摩擦力下降导致事故发生。前轮抱死则驾驶员无法控制汽车行进方向，后轮抱死则极大可能发生侧滑，进而加大事故发生的概率。

因此, 防抱死系统是一种既保护自身安全, 又可避免伤害他人的主动安全技术。西方几个主要工业化国家都立法, 对载货汽车实行强制安装, 对私人轿车推荐安装, 各大汽车生产厂都将采用ABS 作为促销手段。早在2000 年,ABS 的装车率北美就达80%, 西欧、澳大利亚、日本达55%, 韩国和巴西分别达到40%和30%。这是一种用量极大, 极有前途的汽车配套装置。^[3]

5、 单片机发展历程

单片机（Single-Chip Microcontrollers）又称单片微控制器，被广泛应用于工业控制领域，是一种集成电路芯片，采用的技术是超大规模集成电路技术，将多种功能集中到一起，如CPU（中央处理器）、RAM（随机存储器）、ROM（只读存储器）、以及多种 I/O 口和中断系统、定时器/ 计数器等，从而构成的一个体积小、质量轻、价格便宜但功能完善的微型计算机系统。

因为单片机有诸多优点，因此它的应用领域很广，在我们的生活中随处可见单片机的身影。目前单片机主要应用领域有：①智能化家用电器：现在的家用电机几乎都采用单片机来进行控制，替代了电子线路的控制。如智能洗衣机、电冰箱、微波炉、电视机、空调、电饭煲以及各种音响设备等，五花八门，无所不有。②智能仪表：单片机结合不同类型的传感器，可以实现对电压、频率、湿度、功率、厚度、角度、温度、压力、速度等物理量的测量。使用单片机可以使仪器仪表智能化、数字化，功能更加强大。③工业控制：利用单片机可以构成各种各样的控制系统及数据采集系统，如各种测控系统、过程控制系统等。④计算机网络和通讯设备：现代的单片机普遍具有通讯接口，方便与计算机进行数据的传输，而现代的通讯设备上也普遍安装上了单片机，从常见的手机、对讲机到楼宇自动通讯呼叫系统和列车的无线通讯。⑤医疗设备：单片机在医疗设备中的应用也十分广泛，例如医院住院病人的呼叫器，各种监护仪等。⑥汽车电子：汽车的发动机控制器、abs 防抱死系统、制动系统等都离不开单片机。此外，单片机还在国防、金融、教科研等领域有着广泛的应用。

单片机的应用意义不仅仅在于它广阔的应用范围和取得巨大的经济效益。单片机更大的意义在于，单片机完全打破了原有控制系统设计的思路和方法。原来用硬件实现的控制功能，现在用单片机实现通过用软件方法来控制系统。现在可以用单片机进行智能化的数字计算控制、模糊控制和自适应控制来实现原来自动控制系统中的PID 调节。我们将这种用软件代替硬件提高系统性能的控制技术称为微控技术。微控技术的不断发展是与单片机的越来越广发的应用紧密地联系在了一起。^[4]

参考文献

[1].王德发，黄旭，何晶.嵌入式ABS轮速传感器的研究与开发.《中国高新技术企业》2015年18期,1009-2374.

[2].许戴铭.基于单片机与霍尔传感器的转速测量设计[J].价值工程,2012,31(08):133-134.

[3].涂有瑞.霍尔器件在汽车上的应用[J].《汽车电器》,2000年02期:43-1097/TM.

[4].安英奇.单片机的应用与发展趋势[J].时代教育,2014(02):96.

[5].兰羽，张顺星.基于霍尔传感器的转速系统设计[J].《电子测量技术》,2013年12期:1002-7300.

[6].程登良，蒋伟荣，黄志文，张凯，王卫华. 基于霍尔车速传感器的测控平台设计[J]. 《实验技术与原理》, 2013年12期: 1002-4956.

[7].江建军.汽车防抱死制动系统的霍尔轮速传感器[J].《计算机工程与设计》,1996年01期:10038639.

[8].涂有瑞.霍尔器件在汽车上的应用[J].《汽车电器》,2000年02期:43-1097/TM.

[9].张永辉,宋健.基于轮速特征的防抱死制动系统故障检测技术研究[J].《汽车技术》,2010年09期:1000-3703.

[10].殷苏民，陆文俊，江煜，朱锦萍，王祖声.霍尔式轮速传感器功能测试系统设计.《传感器与微系统》2014年 第06期 :1000-9787.

[11].李楠.车辆驱动防滑系统轮速信号特性分析及优化. 浙江理工大学.

[12].徐礼超,霍尔元件构成的车用传感器结构原理与检测.《汽车维修》2003年 第12期 :1009-2625.

[13].徐颖，刘磊，赵旗，郭学立.ABS实时四轮轮速信号采集系统.《吉林大学学报(理学版)》2009年 第05期 :1671-5489.

[14].王德发，黄旭，何晶.嵌入式ABS轮速传感器的研究与开发.《中国高新技术企业》2015年18期,1009-2374.

[15].王金艳.霍尔传感器转速检测系统的设计与研究.黑龙江大学.

[16].邵显涛,陈明,李俊.基于霍尔传感器电机转速的单片机测量[J]. 电子测试.2008(12).

[17].李福进,陈至坤,王汝琳,梁月肖.基于单片机的转速测量方法[J]. 工矿自化.2006(01).

[18].何立民.嵌入式系统的定义与发展历史.单片机与嵌入式系统应用2004年01期：1009-623X.

[19].Xiaohong Su; Liancun Zheng;Hall effect on MHD flow and heat transfer of

Nano fluids over a stretching wedge in the presence of velocity slip and Joule

heating.De Gruyter10.2478/s11534-013-0331-0.2013：1694-1703.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、本课题要研究的问题

本课题要研究的问题是设计一个相对稳定的汽车轮速检测系统使得防抱死系统更加稳定安全。可以说本课题的目的在于设计一个性能优秀，稳定的嵌入式系统，完成数据采集，分析，处理，人机交互等多方面的功能。

具体系统的框架如下：