一种用于雾霾路段的电动自行车自动限速装置的系统硬件设计

摘 要 近50年来中国雾霾天气总体呈增加趋势，且持续性霾过程增加显著。本模拟装置的设计旨在通过对雾霾天气中PM2.5细小颗粒物浓度的测量、感应进而控制电动自行车的速度以达到安全行驶的目的，并使驾驶人员尽可能少吸入大气中的细小颗粒物。本模拟设计采用5V直流电机来代替电动自行车电机，用单片机系统最终实现了

关键词 雾霾路段 电动自行车 车速控制 装置 系统硬件设计

中图分类号：TP23 文献标识码：A

1系统总体方案的设计

基于单片机和粉尘传感器的电动自行车自动限速装置是通过GP2Y1010AU夏普粉尘传感器对大气PM2.5浓度值进行实时检测，粉尘传感器将采集到的物理信号，通过转换变成电信号以后传送到模数转换器进行数模转换，再由模数转换器将数字信号传送到ECU系统控制中心，即本设计中所使用的STC89C52，此后，再由单片机运行其已存在EEPROM或FLASH存储器中的程序，数据处理并判断、根据当前状态作出决定是否要通过自动减速来使保证驾驶人员的交通安全，并使他们尽量少吸入大气中的细小颗粒物。ECU控制的系统框图如图1所示。

2系统硬件设计概述

系统硬件主要包括5V直流电机驱动模块、5V直流电机速度检测模块 、PM2.5浓度值检测模块与1602液晶显示屏显示模块。

2.1 5V直流电机速度检测部分

图2为测量光电速度传感器测量速度的电路，实际应用中测量盘装在汽车转轴上，速度传感器装在汽车转轴附近与测量盘相对应的固定位置，测量盘上具有相同间距的缝隙，当测量盘转动时，转过一条缝隙，光线便产生一次明暗变化，使光敏元件感光一次，用这种结构可以大大增加转盘上的缝隙数，因此使每转的脉冲数相应地增加。

2.2 PM2.5浓度值检测部分

PM2.5浓度值检测电路如图3所示。

GP2Y1010AUOF夏普粉尘传感器用的是光学原理来对细小颗粒物进行检测。发光两极管IRED发出细小的光束，当有细小颗粒物进入到粉尘传感器的小孔内部后，光就会触碰到颗粒物而发生反射现象，光电晶体管PD接受反射的光束，并通过电压放大器，放大电压，再经过模数转换，将与其对应的PM2.5浓度值显示在1602液晶显示屏上。

2.3 LCD1602显示模块

液晶5端为读/写选择端，因为本设计不从液晶中读取数据，只向其写入命令和显示数据，因此此端始终选择为写状态，即低电平接地。液晶6端为使能信号，是操作时必须的信号。D0―D7为数据口，分别与单片机的P0.0―P0.7连接。VO为液晶显示对比度调节端，本设计没有设置可以调节液晶显示对比度的电位器，采用3K电阻接地的方式连接，固定了合适的显示对比度。

2.4 5V直流电机的驱动模块设计

由于本设计中的5V直流电机不需要实现正反转的要求，只需要控制电机的转速，所以利用三极管的开关特性来实现对5V直流电机的驱动即可。

参考文献

[1] 佳宁.告别雾霾要等多少年[J].晚晴，2014，14（5）：1-2.

[2] 范化明.电动自行车智能控制系统的研究与设计[D].东华大学，硕士学位论文，2010：23-24.