里程仪定位系统的设计（测控技术与仪器专业）

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1、专业课课程设计----里程仪定位系统的设计院（系）：专业班级：测控控技术与仪器学号：学生姓名：指导教师：起止时间里程仪定位系统的设计一、设计任务测量运动体（如年辆）在地面行驶的速度和距离二、要求1、设计满足任务要求的传感器2、对输出模拟信号进行调理设计3、给出信号与观测量的关系，精度三、实验原理木实验利川霍尔传感器实现对转动物体的转速测量,进而求出运动物体的瞬时速度以及运行距离。1•霍尔效应是磁电效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端而Z间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做

2、霍尔电势差。霍尔传感器是基于霍尔效应，对磁敏感的传感元件。常用于开关信号的釆集，本实验所用的CS3020是市电压调整器，霍尔电压发牛器，差分放大器，史密特触发器和集电极开路的输出级组成的磁敏传感电路，其输入为磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。可以利用这一特性产生脉冲信号，进而对转速进行测量。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的闘周上粘上一粒磁钢，让霍尔开关靠近磁钢，就冇信号输出，转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输岀。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。2•施密特触发器。

3、对于输岀脉冲，可能并不是规则的方波，对能与单片机接口电平不兼容，这就需要对输出信号进行处理。我们采用了带有施密特触发器的六反相器741S19,封装如右下图所示，其屮Y=/A。丿施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器冇两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程屮使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从周电平下降到低电平的过程屮使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压Z差称为回差电压。如图所示：山匸114JVCC1Y匚

4、213H6A2A匚321236Y2Y匚4?1105A3A匚510U5Y3Y匚6914AGND匚7814Y这样输出波形（高电平为5V,低电平为0V）就较容易进行单片机进行测量计数。3.测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。本实验采用计数法测量，所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时I'可内计数输入的脉冲个数。为了使测量瞬时速度更为准确，可以适量缩短测量时I'可。瞬时速度v二p/10*C距离测量采用累加法（其中p为0.5s计数值，10为磁钢个数，C为圆周周长）4.精度方面，由

5、原理分析可知，在单位时间内通过闸门时间脉冲个数，即被测信号频率为fx=N*f式中fx——被测信号频率f——单片机计数频率N——计数值由于计数器闸门开闭时的瞬时相位与被计数的脉冲序列相位之间的相位差是随机的，因此可能产生±1数字的计数谋差，由此带来的频率测量相对谋差为Afx/fx=±1/N=±1/（T*fx）T为闸门时间因此，适当延长闸门时间T,或增人测量频率fx（增加磁钢个数），均可以提高测量频率的准确度。5.显示部分。本实验有两项数据需要显示，一个是瞬时速度，一个是距离，所以用LED显示不是很好，可以选用LCD液晶显示，考虑性价比

6、，本次用的是LCD1602。采用总线方式连接。如下所示：P0.0T—gP0.7RDWRP2.7P2.1P2.0174LS00丄P=1OK1——I1R=1O欧姆.1/2WVZO9OWS1基本操作时序：1・1读状态：输入:RS=L,RW=H,E=H输出：D0rD7=状态字1・2写指令：输入:RS=L,RW=L,DO〜D7二指令码,E二高脉冲输出：无1.3读数据：输入:RS=H,RW=H.E=H输出：D0〜D7二数据1.4写数据：输入:RS=H,RW=L,DO〜D7二数据.E二高脉冲输出：无四、设计过程本实验原理较为简单，即利用电磁感应芯

7、片CS3020输出脉冲信号，由单片机测暈脉冲个数，采用计数法，可算出脉冲频率，进而求出物体的瞬时速度和运行距离，再进行显示。传感器部分结构设计:盪磁纲壓CS3020C30luFR7•IK即在转轮上粘贴10个磁钢，当转轴转动时，当磁钢靠近霍尔传感器时，便有高电平输出,可以根据脉冲个数计算转过的转数，进行测量。为提高精度，可以适当增加磁钢个数。从实际角度看，输出脉冲nJ能不是规则的方波，加上实际中nJ能岀现的脉冲或者抖动都对能对结果造成影响，故在传感器后级加上一个带有施密特触发器非门，是输出方波更加规则，也增加了一定的抗干扰能力。在软件

8、设计上，我们计数法测量。山原理分析可知，为了更好体现瞬时速度，我们往往缩短采样时间，而为了提高精度，闸门时间乂不能过短，因此我们在测瞬时速度时采用折中的办法，即将闸门时间设为0.5秒，这样也不会十分影响液晶的显示。而在测量距离时，尽管