传感器设计公交开关门显示器的设计综述.docx

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传感器设计公交开关门显示器的设计综述

（学校）：

毕业设计（论文）

题目：

传感器设计——公交开关门显示器的设计

系部：

电子工程系

专业：

电气自动化

学号：

xxxxxx

学生姓名：

xxxxxx

指导教师：

xxxxxxxx

职称：

讲师

二O一二年二月二十日

一、毕业论文（设计）的目的与要求：

毕业设计（论文）是教学过程中最后一个重要的实践性教学环节，是应用在校所学知识、结合工程实际，进行一次系统的、有机的解决工程实际问题的训练，目的是巩固、扩大和提高所学理论知识，使之系统化，并提升为解决实际工程技术问题的能力，通过本课题的实施可初步掌握工业企业的自动化技术改造基本方法和步骤。

通过毕业设计实践，可使学生进一步提高资料检索、计算、绘图、动手制作和编写说明书的职业技能。

二、毕业论文（设计）的内容：

车用传感器是电子控制系统的主要组成部分之一，在实现车辆电子化中占有举足轻重的地位。

一辆电子控制系统比较完整的豪华轿车中，几乎可以有20到30个霍尔传感器用于下列工作状态的测量和控制：

在汽车汽缸点火器中作电子断续分电点火用；作汽车发动机转速和曲轴角度传感器；作各种自动门窗的开关系统；作速度表和里程表；作防锁死刹车系统（ABS）中的速度传感器；各种液体液位检测器；作各种用电负载的电流检测及工作状态诊断；发动机熄火检测；作自动刹车系统（替代手刹）中的速度传感器；作蓄电池充电的电流控制器等。

在自动控制系统的电子电路中，普遍使用的是霍尔开关，它能够感受接近物体磁通的变化，利用这种传感器对接近物体磁通变化的敏感特性达到控制开关通、断的目的。

并使用数码管实现显示功能。

三、毕业论文（设计）进程的安排

序号

论文（设计）各阶段名称

日期

备注

1

指导教师召集相关学生，向学生介绍毕业设计的相关规定，布置任务。

2

论文准备，期间老师不得少于两次指导学生。

准备期间，学生向指导教师汇报工作进度和工作情况，每周不少于一次。

3

毕业论文送交指导老师阅评

4

毕业答辩

公布成绩

4月27日前

四、任务执行日期：

自2012年2月20日起-至2012年4月27日止。

学生（签字）__________

指导教师（签字）__________

系主任（签字）__________

毕业设计（论文）成绩评定表

系部：

电子系专业：

班级：

级班

姓名

设计（论文）总成绩：

设计（论文）题目

指导教师评语

评定成绩：

签名：

年月日

评阅人评语

评定成绩：

签名：

年月日

答辩小组评语

答辩成绩：

组长签名：

年月日

注：

设计（论文）总成绩=指导教师评定成绩（30%）＋评阅人评定成绩（30%）＋答辩成绩（40%）

摘要……………………………………………………………………6

引言……………………………………………………………………6

1相关工作……………………………………………………………7

2系统设计原理……………………………………………………8

2.1原理图…………………………………………………………8

2.2原理图分析………………………………………………………8

3实验………………………………………………………………9

4数码管的动态显示和静态显示……………………………………10

4.1静态显示及实现方法……………………………………………11

4.1.1程序………………………………………………………….12

4.2动态显示及实现方法……………………………………………13

4.2.1程序……………………………………………………………13

5结论…………………………………………………………………15

6致谢…………………………………………………………………16

7参考文献……………………………………………………………16

传感器设计——公交开关门显示器的设计

摘要：

本文介绍了霍尔元件及数码管的软硬件设计过程，重点给出了其软件编程的思想方法，给单片机和传感器学习者以启发。

关键词：

MCS51单片机、霍尔传感器、数码管。

引言：

车用传感器是电子控制系统的主要组成部分之一，在实现车辆电子化中占有举足轻重的地位。

一辆电子控制系统比较完整的豪华轿车中，几乎可以有20到30个霍尔传感器用于下列工作状态的测量和控制：

在汽车汽缸点火器中作电子断续分电点火用；作汽车发动机转速和曲轴角度传感器；作各种自动门窗的开关系统；作速度表和里程表；作防锁死刹车系统（ABS）中的速度传感器；各种液体液位检测器；作各种用电负载的电流检测及工作状态诊断；发动机熄火检测；作自动刹车系统（替代手刹）中的速度传感器；作蓄电池充电的电流控制器等。

1、相关工作：

所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。

图1霍尔传感器外观图（a）和引脚图（b）

①引脚1接高电平12V高电平

②引脚2接地

③引脚3输出电压

霍尔开关是开关型霍尔集成电路的一种应用形式。

首先，开关型霍尔集成电路输出的是数字信号，“0”代表低电平，“1”代表高电平。

其次，霍尔器件是一种磁电转换的磁敏传感器，它可以感受磁场的变化，因此需要使用磁性物体作为其接近物体，通过霍尔开关检测磁性物体的存在与否，达到控制开关通、断的目的。

霍尔接近开关应用示意图如图2所示。

在图2b）中，磁极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。

当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关的输出由高电平变为低电平。

2、系统设计原理：

2.1原理图

如图3：

2.2原理图分析：

实验总体电路构造方案比较简单，主要包括霍尔传感器和显示部分（数码管）。

用发光二极管（绿）发光表示电路连通正常。

滑动变阻器起到保护数码管的作用。

通过霍尔传感器将车门的开关转换为电信号。

当车门关闭时（即当有磁铁接近霍尔传感器时）霍尔传感器②引脚输出高电平，当车门打开时传感器②引脚输出低电平。

利用这两个电信号，我们可以控制七段数码管的显示的变化：

当车门关上显示的是“0”，数码管a,b,c,d,e,f引脚接上高电平；

当车门打开显示的是“1”，数码管b,c引脚接上的是高电平，其余引脚接低电平。

整个电路需要一个12V的直流电源来提供直流电。

如果用直流电池供电，则不能满足长时间的工作要求。

因此，选用电容降压式直流稳压电源电路来产生直流电源。

将市电先后通过电容降压、半波整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的12V直流电压。

3、实验：

霍尔开关的具体实现方式示意图如图4所示。

霍尔开关（用B表示）安装在门框上，而磁钢安装在门的上边框上。

当关门时，磁钢刚好在霍尔开关正下方，且靠近霍尔开关，利用霍尔开关检测面的霍尔效应，使开关内部电路状态发生变化，霍尔开关能感受到磁钢的存在。

当打开门时，磁钢离开霍尔开关，没有磁场通过检测面，检测面不发生霍尔效应，感知到门没有关严。

霍尔开关输出特性如图5所示。

图4霍尔接近开关的安装方式

图5霍尔开关输出特性

4、数码管的动态显示和静态显示：

LED数码管广泛用于仪表，时钟，车站，家电等场合，我们这里主要讲单片机的应用。

数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）。

我们一般用的都是八段数码管因为八段数码管提供的编码正好是一个字节。

按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。

共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

我们可以通过单片机的I/O口给某一段的LDE送高电平或低电平控制这一段的亮灭。

下面是2种不同的八段数码管的字节信息：

（从0~F）

共阴dp~a,0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71

共阳dp~a,0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e

4.1静态显示及实现方法：

LED显示器工作方式有两种：

静态显示方式和动态显示方式。

静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。

当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。

这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。

缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。

我们可以用锁存器来实现多位数码管的静态显示，这样可以节省I/O口。

所谓锁存器，就是输出端的状态不会随输入端的状态变化而变化，仅在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号到来时才改变。

在某些应用中，单片机的I/O口上需要外接锁存器。

常见的单片机锁存器有74HC573，74LS373，，74LS273等8位锁存器。

OC是低电平有效，接GND；LE是锁存端，我们可以通过控制LE，给IE高电平或低电平进而控制是否记忆输入端的地址信息，而Q1~Q8就是锁存的信息输出；20和10是芯片供电接口。

4.1.1程序：

sbitDULA=P2^0;//定义段锁存

sbitWELA=P2^1;//定义位锁存

P1=0xff;

DULA=0;

WELA=0;//初始化数码管

Static（）

{

P1=0xc0;//选中前两位数码管

WELA=1;

WELA=0;//锁存位选

P1=0x3f;//数码管显示0

DULA=1;

DULA=0;//锁存段选

}//显示00

4.2动态显示及实现方法：

动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。

选亮数码管采用动态扫描显示。

所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。

动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。

4.2.1程序：

sbitDULA=P2^0;//定义段锁存

sbitWELA=P2^1;//定义位锁存

P1=0xff;

DULA=0;

WELA=0;//初始化数码管

DisPlay1（unsignedcharnum）

{

P1=0xff;

DULA=1;

DULA=0;//清空数据，防止有交替重影

P1=0x80;

WELA=1;

WELA=0;//位选打开，选中第1位

P1=num;

DULA=1;

DULA=0;//段选打开，显示形参

}

DisPlay2（unsignedcharnum）

{

P1=0xff;

DULA=1;

DULA=0;//清空数据，防止有交替重影

P1=0x40;

WELA=1;

WELA=0;//位选打开，选中第2位

P1=num;

DULA=1;

DULA=0;//段选打开，显示形参

}

/*-------延时函数-------*/

DelayMs（）

{

Unsignedchari,j;

for（i=2;i<0;i--）

for（j=255;j<0;j--）;

}

Dynamic（）

{

while

（1）//不断扫描

{

DisPlay1（0x3f）;

DelayMs（）;

DisPlay2（0x3f）;

DelayMs（）;//显示00

}

}

五、结论：

文中以车身前门的设计为例来说明整个系统设计过程，其实稍作改动该系统便可以应用到其他几个车门。

本文所研究和设计的开关门显示装置的特点是使用了霍尔开关元件。

它是自动控制系统中使用十分普遍的一种传感器，其最大特点是非接触性和可靠性高。

利用霍尔开关的这两个特点正好可以满足装置中所需要非接触开关的要求。

该装置制作容易，动作稳定、可靠，具有一定的实用价值，能够大大方便人们的日常生活。

通过这次设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。

而安排此设计的基本目的，是在于通过理论与实际的结合，进一步提高思想觉悟和领悟力。

尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力。

作为整个学习体系的有机组成部分，此设计并不具有绝对独立的意义。

它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。

运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。

检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。

对我们电气自动化专业的学生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。

六、致谢：

感谢贾玉凤老师对我的论文的细心指点。

首先细致地为我解题；当我迷茫于众多的资料时，她又为我提纲挈领，梳理脉络，使我确立了本文的框架。

论文写作中，每周都得到贾老师的指点。

从框架的完善，到内容的扩充；从行文的用语，到格式的规范，老师都严格要求，力求完美。

我再次为老师的付出表示感谢！

七、参考文献：

1、《车用传感器知多少》，陆晓青，2003

2、《霍尔器件在汽车上的应用》，涂有瑞，2000

3、《汽车电子控制技术》，周云山.钟勇，2003

4、《霍尔效应的发展及应用》，张勇.孟建新,2003

5、《单片机应用技术学程作》，徐江海，2011