单片机高精度汽车测速系统实现

　　0　引言

　　据不完全统计,每100例行车事故中由于超速行使造成的占60%以上。普通的测速仅仅是一块转速表,无超速报警功能。为了解决这一常规仪表的弊端,本文利用单片机实现了转速的实时测量,并具有超速报警功能。本文通过推导多倍周期法的测量误差算式,得出了一种有效的确定多倍周期法中周期倍数N的方法,使之在高、低速测量时均有很小的误差。本设计硬件结构设计简单,测量速度快,精度高,运行可靠,取得了满意的测量效果。

　　通常对于汽车转速的测量可转化为对信号频率(或周期)的检测,对信号频率的检测最常采用的三种方法是:记数法、周期法和多倍周期法。其中记数法适合测高频,测低频时所需时间较长故误差较大;周期法适合测低频,测高频信号时要求的参考脉冲的频率高故误差大;这两种方法共同的优点是实现比较简单。而多倍周期法在一定程度上可以解决高低频之间的矛盾,但实现相对困难。因为多倍周期法要预先确定一个恰当的倍数N,而N的预先确定是比较困难的。如果N确定的不当,同样会使检测的时间增长或高频时有较大的误差。在实际设计中,本文对多倍周期法进行了一定的改进,并提出了一个简单确定N的算法,即可自动地确定恰当的N,又可满足高低频信号的检测要求。

　　1　系统整体设计

　　如图1所示,在汽车转轴的表面装一片反光片。当转轴旋转时,如有光照在反光片上,就会有光反射到光敏三级管上,A点为低电平,反之为高电平。因此,当物体在不停旋转时,A点的信号通过整形电路和电平转换以后,在B点得到如图2的波形,其中T为信号的周期, f为信号的频率。而C点为B点经过分频后的信号,其接入8031单片机系统的中断端。如果假设转动物体的转速为n,则T、f与n有如下的关系:

　　2　系统实现

　　2.1　检测方法和误差处理

　　多倍周期法由周期法改进而来,周期法在测量信号的周期T时,由一个固定频率的参考脉冲作为加法计数器的时钟信号。在被测信号一个周期的开始启动加法计数器;然后,到这个周期的结束停止计数,假设这时候计数器的值为M,参考脉冲的周期为TM,则M、TM与被测信号周期T有如下的关系:

　　这样就得到了为什么周期法适合于测量低频信号的原因。从误差关系式可看出,当n大时,f大,而M值小,则误差α大;当n小时,f小,而M值大,则误差α小。另外,从上式也可得到减少误差α的两个方法:一个是增加TM;另一个是增加M。对于一台确定的检测仪而言,TM是一个固定的常数,要增加不方便。这样只有增加M值。但是,对于一个转速n,一个周期内的M也是一个相对固定的值。因此,要增加M值就只有增加检测的周期数;即由一个周期内的测量扩大到多个周期的测量。如果假设N个周期内的计数器的为MN,则有: