楊潤(rùn)東　杜世勤　吳宏杰

摘 要 近50年來(lái)中國(guó)霧霾天氣總體呈增加趨勢(shì)，且持續(xù)性霾過(guò)程增加顯著。本模擬裝置的設(shè)計(jì)旨在通過(guò)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。本模擬設(shè)計(jì)采用5V直流電機(jī)來(lái)代替電動(dòng)自行車電機(jī)，用單片機(jī)系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了

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

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

1系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)和粉塵傳感器的電動(dòng)自行車自動(dòng)限速裝置是通過(guò)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)，粉塵傳感器將采集到的物理信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)以后傳送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)傳送到ECU系統(tǒng)控制中心，即本設(shè)計(jì)中所使用的STC89C52，此后，再由單片機(jī)運(yùn)行其已存在EEPROM或FLASH存儲(chǔ)器中的程序，數(shù)據(jù)處理并判斷、根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)作出決定是否要通過(guò)自動(dòng)減速來(lái)使保證駕駛?cè)藛T的交通安全，并使他們盡量少吸入大氣中的細(xì)小顆粒物。ECU控制的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)概述

系統(tǒng)硬件主要包括5V直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、5V直流電機(jī)速度檢測(cè)模塊 、PM2.5濃度值檢測(cè)模塊與1602液晶顯示屏顯示模塊。

2.1 5V直流電機(jī)速度檢測(cè)部分

圖2為測(cè)量光電速度傳感器測(cè)量速度的電路，實(shí)際應(yīng)用中測(cè)量盤(pán)裝在汽車轉(zhuǎn)軸上，速度傳感器裝在汽車轉(zhuǎn)軸附近與測(cè)量盤(pán)相對(duì)應(yīng)的固定位置，測(cè)量盤(pán)上具有相同間距的縫隙，當(dāng)測(cè)量盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)一條縫隙，光線便產(chǎn)生一次明暗變化，使光敏元件感光一次，用這種結(jié)構(gòu)可以大大增加轉(zhuǎn)盤(pán)上的縫隙數(shù)，因此使每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)相應(yīng)地增加。

2.2 PM2.5濃度值檢測(cè)部分

PM2.5濃度值檢測(cè)電路如圖3所示。

GP2Y1010AUOF夏普粉塵傳感器用的是光學(xué)原理來(lái)對(duì)細(xì)小顆粒物進(jìn)行檢測(cè)。發(fā)光兩極管IRED發(fā)出細(xì)小的光束，當(dāng)有細(xì)小顆粒物進(jìn)入到粉塵傳感器的小孔內(nèi)部后，光就會(huì)觸碰到顆粒物而發(fā)生反射現(xiàn)象，光電晶體管PD接受反射的光束，并通過(guò)電壓放大器，放大電壓，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，將與其對(duì)應(yīng)的PM2.5濃度值顯示在1602液晶顯示屏上。

2.3 LCD1602顯示模塊

液晶5端為讀/寫(xiě)選擇端，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)不從液晶中讀取數(shù)據(jù)，只向其寫(xiě)入命令和顯示數(shù)據(jù)，因此此端始終選擇為寫(xiě)狀態(tài)，即低電平接地。液晶6端為使能信號(hào)，是操作時(shí)必須的信號(hào)。D0—D7為數(shù)據(jù)口，分別與單片機(jī)的P0.0—P0.7連接。VO為液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端，本設(shè)計(jì)沒(méi)有設(shè)置可以調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度的電位器，采用3K電阻接地的方式連接，固定了合適的顯示對(duì)比度。

2.4 5V直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

由于本設(shè)計(jì)中的5V直流電機(jī)不需要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的要求，只需要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以利用三極管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)5V直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)即可。

參考文獻(xiàn)

[1] 佳寧.告別霧霾要等多少年[J].晚晴，2014，14（5）：1-2.

[2] 范化明.電動(dòng)自行車智能控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].東華大學(xué)，碩士學(xué)位論文，2010：23-24.