一種用于霧霾路段的電動自行車自動限速裝置的系統(tǒng)硬件設(shè)計

楊潤東　杜世勤　吳宏杰

摘 要 近50年來中國霧霾天氣總體呈增加趨勢，且持續(xù)性霾過程增加顯著。本模擬裝置的設(shè)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(yīng)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?cè)藛T盡可能少吸入大氣中的細小顆粒物。本模擬設(shè)計采用5V直流電機來代替電動自行車電機，用單片機系統(tǒng)最終實現(xiàn)了

關(guān)鍵詞 霧霾路段 電動自行車 車速控制 裝置 系統(tǒng)硬件設(shè)計

中圖分類號：TP23 文獻標(biāo)識碼：A

1系統(tǒng)總體方案的設(shè)計

基于單片機和粉塵傳感器的電動自行車自動限速裝置是通過GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器對大氣PM2.5濃度值進行實時檢測，粉塵傳感器將采集到的物理信號，通過轉(zhuǎn)換變成電信號以后傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號傳送到ECU系統(tǒng)控制中心，即本設(shè)計中所使用的STC89C52，此后，再由單片機運行其已存在EEPROM或FLASH存儲器中的程序，數(shù)據(jù)處理并判斷、根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)作出決定是否要通過自動減速來使保證駕駛?cè)藛T的交通安全，并使他們盡量少吸入大氣中的細小顆粒物。ECU控制的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計概述

系統(tǒng)硬件主要包括5V直流電機驅(qū)動模塊、5V直流電機速度檢測模塊 、PM2.5濃度值檢測模塊與1602液晶顯示屏顯示模塊。

2.1 5V直流電機速度檢測部分

圖2為測量光電速度傳感器測量速度的電路，實際應(yīng)用中測量盤裝在汽車轉(zhuǎn)軸上，速度傳感器裝在汽車轉(zhuǎn)軸附近與測量盤相對應(yīng)的固定位置，測量盤上具有相同間距的縫隙，當(dāng)測量盤轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)過一條縫隙，光線便產(chǎn)生一次明暗變化，使光敏元件感光一次，用這種結(jié)構(gòu)可以大大增加轉(zhuǎn)盤上的縫隙數(shù)，因此使每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)相應(yīng)地增加。

2.2 PM2.5濃度值檢測部分

PM2.5濃度值檢測電路如圖3所示。

GP2Y1010AUOF夏普粉塵傳感器用的是光學(xué)原理來對細小顆粒物進行檢測。發(fā)光兩極管IRED發(fā)出細小的光束，當(dāng)有細小顆粒物進入到粉塵傳感器的小孔內(nèi)部后，光就會觸碰到顆粒物而發(fā)生反射現(xiàn)象，光電晶體管PD接受反射的光束，并通過電壓放大器，放大電壓，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，將與其對應(yīng)的PM2.5濃度值顯示在1602液晶顯示屏上。

2.3 LCD1602顯示模塊

液晶5端為讀/寫選擇端，因為本設(shè)計不從液晶中讀取數(shù)據(jù)，只向其寫入命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇為寫狀態(tài)，即低電平接地。液晶6端為使能信號，是操作時必須的信號。D0—D7為數(shù)據(jù)口，分別與單片機的P0.0—P0.7連接。VO為液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端，本設(shè)計沒有設(shè)置可以調(diào)節(jié)液晶顯示對比度的電位器，采用3K電阻接地的方式連接，固定了合適的顯示對比度。

2.4 5V直流電機的驅(qū)動模塊設(shè)計

由于本設(shè)計中的5V直流電機不需要實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的要求，只需要控制電機的轉(zhuǎn)速，所以利用三極管的開關(guān)特性來實現(xiàn)對5V直流電機的驅(qū)動即可。

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(tǒng)的研究與設(shè)計[D].東華大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2010：23-24.