摘 要

车速信号是汽车上最重要的信号之一，关系到汽车的行驶状态和安全状态，因此车速测量及其准确性尤为重要。本文主要介绍了对于车速测量系统的工作原理和设计过程，系统采用单片机STC89C51控制，测速是基于霍尔传感器A3144。本系统主要实现车速的测量并在液显LCD1602上进行显示，超速时会提醒，量程为250km/h。通过实物的模拟结果表明，该车速测量系统达到了设计的要求，同时具有整体结构简单，测速结果精确，性价比高，系统性能稳定等优点，满足实际使用要求。

关键词：车速测量；霍尔传感器；单片机

Abstract

The vehicle speed signal is one of the most important signals, which is related to the driving state and safety state of the vehicle, so the measurement and accuracy of the vehicle speed is very important. This paper mainly introduces the working principle and the design method of a vehicle speed measurement system based on STC89C51, which is based on the Hall sensor A3144. The system is mainly to achieve the speed measurement and display on the liquid display LCD1602, and to achieve communication with the computer, warning when over the speed limit ,and the range is 250km/h.By physical testing, the results show that the speed measurement system meet the design requirements, and has simple hardware structure, high performance to price ratio, accurate measurement result, system performance and stability meet the actual requirements.

Key Words：Vehicle speed measurement; Hall sensor; single chip microcomputer

目 录

第1章 绪论 1

1.1设计主要内容 1

1.2应用及发展前景 1

第2章方案设计 3

2.1测速方案比较 3

2.2.1 舌簧开关式测速 3

2.2.2 电磁感应式测速 3

2.2.3光电式测速 3

2.2.4霍尔式测速 3

2.2.5结论 4

2.2 转速测量方案的选择 4

2.3.1测周期法“T法” 4

2.3.2测频法“M法” 5

2.3.3测频测周法M/T法 5

2.3.4结论 6

2.3总体方案设计 7

第3章 系统总体设计 8

3.1硬件总体设计 8

3.2单片机部分 9

3.2.1 单片机简介 9

3.2.2 单片机最小系统 10

3.3霍尔传感器部分 12

3.3.1霍尔效应 12

3.3.2 3144霍尔传感器 12

3.3.3霍尔传感器测量原理 13

3.4 LCD显示部分 14

3.5直流电机部分 14

第4章 软件设计 16

4.1 主程序部分 16

4.2显示程序部分 18

第5章 软件仿真及实物制作 19

5．1仿真过程 19

5．2仿真结果 20

5．3实物制作 22

第6章 误差及经济性分析 24

6.1误差分析 24

6.2经济性分析 25

结论 26

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪 论

现代生活中，汽车作为重要的交通工具在人们生活中扮演越来越重要的角色。汽车的速度信号对汽车上的诸如发动机调控系统、防抱死系统ABS、电子导向系统等等一系列装置都起着关键作用。同时，在驾驶汽车时，合理运用、掌握行车速度，对行车安全与高效运用车辆具有重要意义。所以，车速测量及其准确性在实际应用中十分关键。

1.1设计主要内容

本次设计选用单片机AT89C51，霍尔传感器A3144为核心，将传感器采集到的脉冲信号送入单片机处理，经过单片机内部计算得到速度信号后再传输到LCD中进行显示。经过单片机的实时数据刷新，从而完成了实时采集速度并显示的功能。本车速测量系统包括硬件及软件两大部分，硬件部分由单片机最小系统模块、霍尔传感器模块以及显示模块三部分组成，而所使用的软件主要有KEIL5编程软件、 Proteus仿真软件以及Altium Designer。在完成论文的设计要求之外，更重要的目的在设计的过程中对所学的软件以及单片机知识进行巩固和提高。本车速测量系统的量程为250Km/h，精度要求为±1%。

1.2应用及发展前景

车速和转速测量在日常生活以及工业生产中具有重要作用，同时也涉及到了军事科技中。速度测量主要是通过测量转速来实现，在运用中有各种不同的测量方式，传统的测速大多采用机械式，比如传统的机械式车速表，它是由旋转的磁场作用于转动盘，旋转盘带动汽车速度表的指针，使其发生同轴的偏转。在电磁的旋转矩和弹簧出现的对应阻力矩形成平衡之时，指针偏转到一个固定的角度，因次可以利用它来表示汽车行驶速度。

机械式汽车速度表的不足显而易见，因为车速表指针的偏转大小与软轴旋转所生成磁力的大小成正比关系，在低转速的情况下，其磁力便弱而且稳定性受转速的影响较大。所以在速度较低情况下速度表指针将会不停摆动，导致速度和显示精度偏低。同时，如果汽车的发动机在后面，想要汽车速度表指针的偏转动力通过软轴从变速箱传到驾驶室，必须布置很长的软管。要想将这么长的旋转软轴在汽车内部布置妥当，必然是一件非常复杂的工作。

之后人们采用模拟技术来测量转速，就是将测速发电机的旋转轴和待测轴连接，测速发电机输出电压高低表示了被测电机转速快慢，模拟测速方法虽然有了明显的改善，但是测量准确度还是不够高。

采用单片机进行转速测量，只需要采取一般的脉冲计数法。在电机旋转轴每旋转一圈时，便产生固定数目的脉冲，同时把脉冲传输到单片机内进行处理和运算，就能得到转速的信号。这种方法使系统简单化的同时，也提高了检测的精度。目前微型计算机性能提高的同时价格也在下降，采取单片机测速的方式渐渐成为主流。想要提高测量的精度，首要任务就是测出精确的转速。本测量系统采用频率法测转速，采用霍尔传感器得到输入脉冲数，再通过单片机测出一定时间内输入的脉冲个数，经过计算得到转速，从而得到车速值。

第2章方案设计

2.1测速方案比较

2.2.1 舌簧开关式测速

舌簧式的转速传感器通常在汽车速度表的转子处，转子软轴和永久磁铁相连，舌簧开关安装于分电器壳体处。转子转动带动永磁铁产生变化的磁场，舌簧开关就进行有规律地闭合断开动作，转子旋转一圈，则两个舌簧开关均完成一次开闭，同时以180°的相位差给ECU传输四个脉冲进行计数与运算，就能够得到转速。

2.2.2 电磁感应式测速

电磁感应式传感器分为永久磁铁及电磁感应线圈两个部分，一般安装在汽车内部变速器的旋转轴处，转子是轴上的驻车锁定齿轮。在变速器的旋转轴转动时，使得驻车锁定齿轮的凸轮与传感器的距离不断产生变化，引起线圈内磁通量的变化，最终产生交流电压，车速越快的话，转动轴的转速就越快，电压的输出频率就越高，通过交流电压脉冲频率计算出实际的车速。

2.2.3光电式测速

光电式车速传感器是把速度的改变量转换成光通量的改变，然后利用光电变换部件把光通量的改变转换成电量的改变。其原理就是根据光电效应，把光电脉冲转换成电脉冲。光电式传感器主要由光源、光吸收器以及轴部分的光电编码盘几个部分组成，同时接受轴和旋转轴相连。由光源产生的光线经过带缝隙的转盘照射于光电传感器处，使得光电传感器从而生成电脉冲。由于转盘的缝隙数固定，产生的脉冲数正比与转速，就能完成转速测量。

2.2.4霍尔式测速

霍尔测速传感器分为感应头及齿轮两部分，它的传感头是由永久磁铁、霍尔器件及相关电路几部分组成。在齿轮旋转到两个齿均和霍尔器件相对时，永久磁铁产生的磁力线离散，其磁场较小，导致霍尔器件产生偏低的霍尔电压；在齿轮旋转到只有一个齿和霍尔器件相对时，永久磁铁产生的磁力线密集，其磁场较大，导致霍尔元件产生的霍尔电压偏高^[4]。在齿轮旋转的情况下，由于产生的磁力线密集程度不断变化，导致霍尔器件产生的霍尔电压发生变化。霍尔元件能够产生一组正弦波电压信号，这些信号通过相关电路的变换就能输出脉冲电压^[4]。

2.2.5结论

根据霍尔原理，霍尔传感器产生的电压不受被测量物体实际的转速影响，所以它能够具有良好的高速、低速性能。如果用它来测量物体转速，在最低转速为零的同时，具有从理论上无转速上限的特性，因此能够应用于工程中各种形式的测速工作。同时霍尔传感器还具有响应频率高以及强抗电磁干扰等优点，因此，经过比较本次设计选择霍尔传感器。

2.2 转速测量方案的选择

2.3.1测周期法“T法”

测周期法简称“T”法，就是通过测量一段角位移的时间得到转速的方法^【1】。如果使用霍尔传感器，通常计算传感器输出的脉冲数，计算达到设定脉冲数目花费的时间。原理如图2.1，转速n可以由式（2-1）表示：

（2-1）