汽车速度测量系统的智能化设计

汽车电子 中文核心期刊‘微计算机信患)(嵌入式与soc)2008年第24卷第8．2期 文章编号：l∞8-惦70(2伽8)帼-2_292埘 汽车速度测量系统的智能化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 DesignOftheIntelligent|nstrumentSySteminMeasuringtheHeaVyTrucksspeed (1．石家庄学院电子信息工程系；2．北京交通大学电气工程学院)于京生1容旭巍2 YUJing-shengRONG×u柏l 摘要：本文介绍了汽车行驶过程中速度参数的测量原理，建立了相关数学模型。并设计了采用以嵌入式微处理器 Mc9s12DP256B为核心的智能数字式汽车组合仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，具有实时性好、反应灵敏、精度高等优点。系统可对汽车的车 速参数进行实时测量和显示．并具有安全报警功能。系统还预留了SCl和CAN总线接口，便于与汽车其他电子控制系统联 接通信功能的扩展。 关键词：速度测量；周期测量；安全报警 中图分类号：：TP319 文献标识码：A Abs￡ract：，rI船principleofhowt0me髂ure￡hem西nautomobilerulll_lingpf呦ete璐isdiscus∞dintIlispq埒randtllecarrelative mathmocIelis舀ven．Anddesignahighreliabil“yaptitudein8tmment舯lutionpmject“whichtheco糟istllattlleembedmicropro_ ces蚰rsbasedonMC9S12DP256Bareusedisinvented．Thispmjecthassomeadvantages，such础gD0drealtime，higIIdesi印de- gree，粕dhig}Isensitivitytoresponse．UsingthisinstllJment，therealtimeme鹪ure明ddisplaythep啪meterofVehiclespeedc粕 easilybemade．Thebusinterf如eof12C粕dCANisobli鼬tedinthisinstlllment8ystem．Theaimofdoingthisistomakethissy争 temcane鲒ilvexp蚰dsystemfunctionandcanconnectandcommunicatewitlIotllerautomDbileeleetricalcon州syst锄． 1(eywonb：speedm既阿盯哪ent；cyckm瑚嘲呱嘲l地nt；Safbtym删 引言 汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界 面，汽车的安全与经济行驶中起着重要的作用。传统的汽车仪表 大都采用机械或电气方式直接驱动表盘指针完成显示．其显示 信息量少、准确率低、可靠性差。最重要的是测量汽车行驶过程 中车速要参数的车速表，大多还采用机械传动机构，由软轴驱动 指针偏转来指示车速．其缺点非常明显：低速时机械式车速表的 指针摆动剧烈，测量及显示精度不高；高速时其显示误差随速度 的增大而增大，而且软轴高速旋转时受材料交变极限应力限制 易疲劳断裂，使仪表失效。本研究针对我国目前重型卡车使用的 机械式仪表现状，寻求一种低成本、采用以Mc9s12DP256B为 核心的数显式智能化汽车组合仪表，不仅能很好的克服机械式 仪表的缺点，而且还具有速度自诊断和参数超限声光报警功能， 这对减轻驾驶员疲劳，提高汽车行驶的安全性有重要的意义。 1汽车行驶速度参数的数学模型建立 1．1频率信号的测量原理 利用检测车速的霍尔效应传感器将车速转变为频率与车速 成正比的脉冲信号，这样对车速的测量就转变为对频率的测量。 当变速箱运转时与之相耦合的传感器的轴随之旋转，与传感器 轴一体的磁体也同步旋转，使得霍尔元件感应的磁场B发生变 化，因而输出矩形波脉冲信号。测量频率信号通常使用的方法 频率法(M算法)和周期法fI'算法)结合的算法。频率法是通过测 量单位时间内的脉冲个数计算出信号频率。对于频带较宽的信 号测量。为了避免单纯采用M法或T法的各自缺陷．在信号频率 于京生：副教授 基金项目：基于嵌入式系统的重卡汽车仪表的研究 河北省科技支撑计划项目(072135l勰)河北省科技厅 较低时采用T法，在信号频率较高时则采用M法，这种测量方法 称MT法。如图l所示，图中M为信号脉冲数，t为测量时间(s)，t 为时间基准，简称时基(s)，K为时基脉冲数。其实际频率为： r：丝：些 (1) 相对误差为： ‘n 堑：坐一璺三 (2) 蚋，囊张4．一———————竺L—————．——-{ I广]厂]厂]厂]广 时钟辣冲k卜—————————兰!三L——————————．．．．一 咖『1咖咖f1唧『1『1『1『1『1『1『1咖 t十． 图1频率法测量原理 可见误差主要来自于两方面：一是测量的参考时基的相对 误差，即时基相对误差d咖，主要是受时基振荡器振荡频率精度 影响，若采用高精度石英晶体，可保证时基误差在lO_6以下，所 以此项误差一般可以忽略。另一方面主要是来自信号脉冲计数 的一l误差dM．在信号频率较高时，M值较大，来自计数的相对 误差dM较小，高频时这种测量方法比较准确。实际测量时，一 般采用微处理器内部定时器给出一定的时间间隔控制信号，控 制计数器在设定的时间内计数信号脉冲的个数M，由此可以计 算信号脉冲的频率。这时t为微处理器的时钟脉冲。其大小由系 统采用的晶振频率确定，K为微处理器定时器定时常数。 周期法即T法。是通过测量信号的周期换算出对象 的频率。如图2_2所示，图中N为时钟脉冲数，t为测量时间(s)，t 为时间基准，简称时基(s)，w为倍率数。信号周期的计算公 式为： r=刍=罟 (3) 相对误差为： drdⅣ血 了2百+了 (4) 一292—360元，年邮局订阅号：82-946 万方数据 匿夏霍塑霾亟垂亟盈 汽车电子 ⋯竺F==兰[二) ．峨厕谛而而涮f1 方面，Hcsl2最多可支持5个cAN总线接口、1个儿850接口、 1个12c总线接口、2个SCI接口、3个sPI接口。双cAN2．Oa， 2．0b速度达到1MHz。HCsl2时钟发生器模块内设PLL。内部时 ． 钟可软件调节。 图2周期法测量原理 图2中信号脉冲的倍率w=l时称为单倍周期法．如果W> l则称为多倍周期法。N为时间t内时钟脉冲的个数。实际测 量时．一般将信号脉冲上升沿或下降沿作为微处理器内部定时 器的启停控制信号，控制计数器对微处理器工作时钟计数．从 而换算出信号脉冲周期，由此可以计算信号脉冲的频率。 1．2车速信号的频率测量 将传感器安装于变速箱原车速表测速的位置。设汽车车轮 滚动半径为r，主减速器速比为i，变速器蜗轮蜗杆速比为k，传 感器输出信号脉冲数为z，车轮转速为n。车速脉冲信号的频率 为工。汽车车速为： ． 怛2删_2盯击导 (5) 其中r、i、k、N对某一特定的车型来说都为常数。且仅与车 型有关。其物理意义为汽车质心在每车速脉冲信号周期时间内 移动的距离。 表1车速与脉冲的对应参数表 由表l提供的车速参数可以看出。最高车速时信号频率 仍属于低频范围，同时考虑到实时性和精度的要求，认为采 用自适应多倍周期法较好，设车速信号周期为 。得出车速 计算公式。当倍率W一定时，测量误差随着车速的升高呈平 方关系增大，当车速一定时。测量误差随倍率w的增大而减 小。采用自适应多倍周期法时，倍率w的自适应约束条件有 二个：一是精度要求；一是实时性要求，简单地说在保证精度 要求下w尽量小。 ～ 币 2车速测量仪表的硬件设计 h吐I|岂裒 ”1。圭 吖j 图3车速信号处理电路 车速传感器输出车速信号是幅值为8V的占空比不变。频 率与车速成正比的脉冲信号。设计电路如图3所示。R13，Cl构 成微分电路，改善输入波形，使脉冲上沿更陡．增加稳压二极管 Dl的目的是对脉冲输入信号限幅。输入信号经过运算放大器 放大后送入施密特触发器完成整形变成标准的方波信号．再送 入MCu的定时器斜数器模块(Timer)进行累加周期处理得到 转速值。 本设计应用了型号为Mc9S12DP256B的16位CPU．工作 频率16MHz，256Kn鹊h，12KRAM，4KEEPROM。在串行接口 显示 卜＼ I转速传蓐嚣}==刮转速信号调理单元b—专 ／ 单元 微 处 微机}蒗位传番嚣}==刮蒗位信号调理单元}哥理 接口 I气压传摩器}—刮气压信号调理单元}：司器 }~油压传黪嚣净—刮油压信号调理单元}=两 总线 I其他开关量}—=爿开关信号调理单元}==冷 接口 图4系统功能框图 3车速频率信号检测的软件实现 汽车的速度传感器的频率信号的检测由cPu的增强型捕捉 定时器模块(ECT)完成。EcT具有8个Ic，oc通道、4个8位或 者2个16位的脉冲累加器(PAI)通道，其中4个IC通道当相关 引脚出现预定动作时，通过各自的捕捉寄存器Tcn记录定时器 的值：另外四个Ic通道，除了捕捉寄存器TCn，还各有一个缓冲 ’rCnH，称为保持寄存器，可以在不产生中断的前提下，连续两次 捕捉定时器的值。4个8位的PAL通道o_3与4个缓冲Ic通道 IC0—3相关联，并共享输入引脚PORm一3。每一个脉冲累加器 通道都拥有一个缓冲器PAcnH，也称为保持寄存器，可以在外部 引脚出现预定动作时，保存它的累加值。两对8位的脉冲累加器 还可以通过级联形成16位的脉冲累加器PAcA、PAcB。 关阳瓦计曩 关曩嚣定对 0 舟矗聚集棘冲避 粤HlOM的∞∞簟垃 ‘ 将晶l薪设为初位O ￡设为定时lOm· ●黼嘲晴} 图5汽车速度测量程序逻辑流程图 4结论 这种新的汽车速度监控系统能可以针对不同的道路状况。 得出汽车的行驶的安全速度，并采取有效的措施针对性的防 护。当速度超过设定值后．可以提醒驾驶人员安全行车。本设计 的速度监控系统在经过地面实验和测试后效果良好．基本达 到了预期的目的。此外，系统还预留了scI和cAN总线接口， 便于功能扩展或者与汽车其他电子控制系统联接通信。 经济效益：30万 (下转第267页) (参一自攘一邮局订阅号：82-946360元，年一293一 击柑否 万方数据 巨堕望塞堡型塑堕堕圭差型 机器人技术 (2)在时延变化不大，稳定性比较好的情况下，BP神经网络 传输距离：200m 和El眦n神经网络都可以用于预测网络时延，但用BP神经网 串口波特率：19200 络对稳定时延的预测要优于Elman神经网络，在抖动比较明显 本文创新点：本文针对现在无线数传领域没有成本低．体 的地方El眦n神经网络要优于BP神经网络。总的来说，在稳定积小，能够很简单的应用在智能赛车上的无线传输系统而设计 性比较好的情况下BP神经网络的预测时延的能力要少优于 开发了～套以nRf'240l为核心的无线数传系统。系统成本低， Elmn神经网络，在抖动的情况下Elm如神经网络预测的能力硬件电路和控制程序简单，该项目产生经济效益约5万元。 要高于BP神经网络． 参考文献 4结束语 本文在处理网络传输时延的问题上采用神经网络预测。本 着先预测后验证的思想。文章在分析了网络时延的组成和特点 后，采用BP神经网络和设计学习后的Elman神经网络预测网络 时延，利用Matlab软件进行仿真实验，仿真结果表明BP神经网络 和Elm粕神经网络都能很好的预测网络延时。但在某些方面预 测效果还不是很令人满意，尤其是在抖动出现的时候，改进后的 Elman网络充分利用了承接层神经元的信息，加速了网络的收敛。 提高了模型精度'取得了很好的预测效果，是今后研究的重点。 本文作者的创新点：将静态神经网络和动态神经网络应用 于网络时延的预测中，通过仿真对比分析预测效果，得出改进后 的动态神经网络在预测时延方面精度比较高。 参考文献 【l】许东，吴铮．MA7rLAB6。x的系统分析与设计一一神经网络fM】． 西安：西安电子科技大学出版社．2002。 f2】王常虹，高晓智等。一种改进的Elm粕神经网络模型明。电子科 学学刊．1997．19—6：739-744． 【3】焦嵩鸣，韩璞，周黎辉。一种新型的动态递归神经网络及其算 法【J】计算机仿真，2002。19(5)：“一66． 【4】王庆鹏，谈大龙，陈宁．基于Intemet的机器人控制中网络时延 测试及分析叨．机器人，200l，23_4：316—321． 【5】刘艳芳．控制系统互联网时延预测算法的研究叨微计算机信 息，2005．28，lO：70—72． 作者简介：王宏伟(198l一)，男，河南省驻马店人，硕士研究生，计算 机应用技术专业，主要从事基于网络的远程控制和通讯方面的 研究；杨先一(1965一)，男，四川广安人，博士，教授，博士生导师，主 要研究方向：机器人，传感器，智能控制。 Biography：wANGHong—wei(1981一)，mail， Ch叩gqing， ChongqingUlliversityofp∞t8andtelec咖IlIlications，m嬲ter， Ⅱ岣orinnetworkb髂edteleoperati∞andcommunicalion． ‘4∞嘶5重庆邮电大学计算机学院)王宏伟杨先一 aDe呻rbllentofComputerSden∞，ChongqiIIgUniversityof P髑b粕dTeko咖吡uni明tio璐，Ch0增咖g4咖65) WANGHong—weiYANGxi粕一yi 通讯地址：(4∞嘶5重庆邮电大学77静)王宏伟 (收稿日期：2008．05．23)修稿日期：2008．07．20) 止接第281鳓 速度提高了0．6“s。系统采用元器件少，体积小，成本低，适合 在智能车上进行添加，有很好的应用前景，以下是系统的相关性 能参数： 工作电压：5V。3．3V 无线数传速率：433MHz 【l】韩毅，张雪峰．一种低成本寻迹机器人的实现．微计算机信息， 2008，5—2：233—234． 【2】秦长江，赵时曼等．非接触IC卡无线数据采集系统设计【Jl，微 计算机信息，2008．5—2：279—281． 【3】陈平，陈彦．基于蓝牙技术的温度数据采集系统m20Q5，11．加-42． 【4】胡文明，翁建永等．NewMsg_RF240l开发指南【R1，杭州，2008 【51www．nordicsemi．com，nRF咎IolData8heet，NORDICSEMICOND UCT．2008 作者简介：韩毅(1975一)，男，陕西三原人，讲师，博士。主要研究 领域为机电一体化。 Bio薹卿hy：HANYi(1975一)，male，Sh蝴’xi，Ch蛐g’鲫Unive礴ity， lecturer。Doctor，majo璐inmachatmnics． (71∞“长安大学汽车学院)韩毅王畅赵轩陈李军 (AIl协mobnei删tll嵋Cha哩’anUnive讳ity，】!【i’alI，油舱n嫡， 7l∞“)HANYiWANGCkmgZ姒oX啪C瑚ENLi．j岫 通讯地址：(7l∞甜陕西省西安长安大学校本部南院汽车学院车 辆工程系)韩毅 (收稿日期2008．5．23)(修稿日期：2008．7．20) (上接第293页) 参考文献 【l】柴毅．智能化汽车主动安全系统研究【D】．重庆：重庆大学 自动化学院．2001． 【2】陈鹏．重型卡车嵌入式数字仪表的研究和开发【D】．北京 交通大学．2006． 【3】林绍华．霍尔传感器原理及在车速传感器中的应用【J】． 轻型汽车技术，2003，12． 作者简介：于京生(1959一)男(汉族)，山东青岛人，石家庄学院 电子信息工程系，副教授，主要的研究方向为电子技术、电气测 量与智能仪表；容旭巍(1982一)男，河j匕石家庄市人，研究生，北 京交通大学．研究方向为电力电子技术、电气测量技术。 BiDgraphy：YUJing—sheng(1959一)，Male(Han)，Shandong， Illstit“onofshijiazhuang，ViceProfessor，researching蚰 me鹊uringofintelligentinstmment8ystem． 。 l惦O∞5石家庄学院电子信息工程系)于京生 (1∞044北京交通大学电气工程学院)容旭巍 (DepartmentofElect—cInfo咖ationEngilleer如g，Sh啪a zllu粕gUnive璐吼Shijiazh岫ng05哪5，C蛐na)YUJin晋曲e嘤 (sch∞lof ElectricalEllgiⅡ髓—n易Be珏illgJlaoto嘤 Unive脚'Beijing，lo．m44，Clli聃)RoNGXu—wei 通讯地址：f05吣35河北省石家庄高新技术产业开发区长江大 道6号)于京生 (收穰日期20鸺．5．23)(修稿日期：2008。7。20) (参_自控_邮局订阅号：82．946360元，年一267— 万方数据 汽车速度测量系统的智能化设计 作者： 于京生， RONG Xu-wei， YU Jing-sheng， RONG Xu-wei 作者单位： 石家庄学院电子信息工程系,050035 刊名： 微计算机信息 英文刊名： MICROCOMPUTER INFORMATION 年，卷(期)： 2008,24(23) 参考文献(3条) 1.林绍华 霍尔传感器原理及在车速传感器中的应用[期刊论文]-轻型汽车技术 2003(12) 2.陈鹏 重型卡车嵌入式数字仪表的研究和开发[学位论文] 2006 3.柴毅 智能化汽车主动安全系统研究[学位论文] 2001 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_wjsjxx200823121.aspx