王順利　杜世勤　吳宏杰

摘 要 霧霾天氣導(dǎo)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(guó)家和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失，已引起各級(jí)政府、交通管理部門和全社會(huì)的關(guān)注。本模擬裝置的設(shè)計(jì)旨在通過對(duì)霧霾天氣中PM2.5細(xì)小顆粒物濃度的測(cè)量、感應(yīng)進(jìn)而控制電動(dòng)自行車的速度以達(dá)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(xì)小顆粒物。

關(guān)鍵詞 霧霾路段 電動(dòng)自行車 車速控制 裝置 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

電機(jī)控制單元ECU是電動(dòng)自行車自動(dòng)限速裝置的控制中心，其功能是是通過GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器對(duì)大氣PM2.5濃度值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，根據(jù)PM2.5的濃度值來判斷電機(jī)是否要自動(dòng)減速。5V直流電機(jī)控制單元由電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、測(cè)速電路、參數(shù)顯示電路等組成。

設(shè)計(jì)中選擇了GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器進(jìn)行PM2.5濃度值的測(cè)量，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將粉塵傳感器收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可讀的數(shù)字信號(hào)。另外用光電傳感器檢測(cè)5V直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將PM2.5的濃度值與5V直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示在1602液晶顯示屏上。一旦PM2.5濃度值達(dá)到100%eg/m3以上，5V直流電機(jī)立即減速，以達(dá)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(xì)小顆粒物。

2系統(tǒng)主要器件選型及簡(jiǎn)介

2.1 GP2Y1010AUOF粉塵傳感器

GP2Y1010AUOF粉塵傳感器是日本夏普公司生產(chǎn) 的一款光學(xué)空氣質(zhì)量傳感器。它被設(shè)計(jì)用來感應(yīng)空氣中的塵埃粒子，其內(nèi)部對(duì)角安放著紅外線發(fā)光二極管和光電晶體管，使得其能夠探測(cè)到空氣中塵埃反射光，即使非常細(xì)小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測(cè)到。由于它可測(cè)量0.8微米以上的微小粒子，感知煙草產(chǎn)生的煙氣和花粉，房屋粉塵等，又具有體積小，重量輕，便于安裝的優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于空氣清新機(jī)，換氣空調(diào)，換氣扇等產(chǎn)品，尤其是在空氣凈化系統(tǒng)中應(yīng)用。

（1）關(guān)于PM2.5傳感器的檢出方法

GP2Y1010AU插上電源后1秒內(nèi)會(huì)穩(wěn)定、正常地運(yùn)作，可以進(jìn)行檢出。對(duì)GP2Y1010AU輸出電壓的絕對(duì)值，并不是判定檢出的有無，我們推薦的使用方法是：無塵時(shí)，從輸出電壓的變化量來做判定。另外，更甚者可以根據(jù)輸出電平時(shí)間上的變化來對(duì)檢出對(duì)象物的種別進(jìn)行判別。關(guān)于一般被采用的灰塵和煙的判別方法，作如下說明。

（2）關(guān)于PM2.5傳感器的灰塵和煙的判別方法

從輸出電平的大小的變化及輸出電平時(shí)間的變化來看，可以知道檢出對(duì)象物是什么?，F(xiàn)在，對(duì)灰塵和煙檢出時(shí)輸出的區(qū)別，作如下說明。一般，香煙的煙是細(xì)微粒子，密度高，會(huì)擴(kuò)散式的大范圍漂移。與此相比，灰塵是一個(gè)一個(gè)大顆粒，密度低，斷斷續(xù)續(xù)式的進(jìn)入灰塵傳感器的檢出領(lǐng)域。煙是連續(xù)的表現(xiàn)出較高的輸出電壓，灰塵是間隔的表現(xiàn)出較高的輸出電壓。因此，根據(jù)傳感器的輸出電壓值（發(fā)光素子和已同期的脈沖輸出電壓值）在時(shí)間上的推移向微機(jī)軟件的讀取，是否無塵/是否有煙/是否有灰塵，不管是哪種狀態(tài)，及空氣污染的程度是多少，都可以進(jìn)行檢出。

另外，以前的舊機(jī)種GP2U05/06根據(jù)峰值保持電路，時(shí)定數(shù)較大，由于起落的應(yīng)答時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于單個(gè)的灰塵，也有難以檢出的情況發(fā)生。

2.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器——ADC0832

在單片機(jī)的實(shí)時(shí)測(cè)量和智能化儀表等系統(tǒng)中，常需要將檢測(cè)的連續(xù)變化的模擬量如溫度、壓力、流量、速度等轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。單片機(jī)對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行處理后再對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。本模擬設(shè)計(jì)中需要對(duì)PM2.5傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行采集，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行下一步控制。本模擬設(shè)計(jì)使用ADC0832芯片來實(shí)現(xiàn)將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)。

ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電壓輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32%eS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。

2.3光電傳感器

光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此在檢測(cè)和控制領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

由于采用光電傳感器，可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量。光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x表比較容易作為高頻脈沖頻率傳感器。例如，可在每轉(zhuǎn)中發(fā)出幾萬脈沖，因此分辨率高，可測(cè)極低的轉(zhuǎn)速，測(cè)量范圍幾乎可從零轉(zhuǎn)開始。光電傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)，因而本設(shè)計(jì)中選用了光電傳感器。

本系統(tǒng)中主要使用光電傳感器進(jìn)行速度的檢測(cè)。設(shè)計(jì)過程中主要考慮從脈沖式光電轉(zhuǎn)速傳感器的透射式和反射式兩種中進(jìn)行選擇，因?yàn)槊}沖式光電轉(zhuǎn)速傳感器多用于光電計(jì)數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測(cè)量等場(chǎng)合。又由于透射式光電傳感器比反射式光電傳感器的測(cè)量精度高及使用場(chǎng)合，最終選擇透射式光電傳感器作為本系統(tǒng)檢測(cè)速度的傳感器。

參考文獻(xiàn)

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