用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的脈沖編碼傳感器

摘要  介紹采用多片單片機(jī)技術(shù)的出租車計(jì)價(jià)器編碼傳感囂部分的設(shè)計(jì)原理，給出編碼器、解碼器和解碼寫入器的硬件設(shè)計(jì)方案，并以流程圖方式對(duì)本系統(tǒng)的編碼器、解碼器和解碼寫入器的軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹。本系統(tǒng)中解碼器部分采用的是PIC12CE508單片機(jī)，其內(nèi)部具有E2PROM存儲(chǔ)器，使用12c總線協(xié)議就可以將新的編碼寫入其內(nèi)部的E2PROM存儲(chǔ)器中，或者從其內(nèi)部的E2PROM存儲(chǔ)器中讀出編碼。
關(guān)鍵詞 單片機(jī) 編碼器 解碼器 解碼寫入器 智能傳感器

引 言
    隨著社會(huì)的發(fā)展，出租車成為人們生活中非常方便且較普遍的交通工具，但出租車計(jì)價(jià)器卻相對(duì)較為落后。在過去，出租車采用機(jī)械式計(jì)價(jià)器，用齒輪比的方式來計(jì)算出租車所跑的里程數(shù)，并由里程數(shù)來換算車費(fèi)。但是機(jī)械齒輪體積較大，計(jì)算不是很準(zhǔn)確，而且容易磨損。后來又采用了傳感器方式，利用傳感器接收車的跑動(dòng)信息，從而計(jì)算里程數(shù)和車費(fèi)。但此方法通常使干擾信號(hào)也能產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，所以也不完善。筆者引用單片機(jī)技術(shù)，使用編碼和解碼信息傳遞方式來完成計(jì)價(jià)器計(jì)數(shù)脈沖的形成。單片機(jī)可以很精確的檢測(cè)到傳感器信號(hào)，這樣計(jì)價(jià)就會(huì)非常準(zhǔn)確。完成此裝置所需器件簡(jiǎn)單，成本非常低，技術(shù)上也容易實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)原理
    系統(tǒng)框圖如圖1所示，本文主要介紹虛線框內(nèi)模塊的設(shè)計(jì)。出租車驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)數(shù)與轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)數(shù)的傳動(dòng)比是一定的，而轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)一小磁體轉(zhuǎn)動(dòng)，其傳動(dòng)比也是一定的，小磁體每轉(zhuǎn)動(dòng)一周就和磁感應(yīng)傳感器正對(duì)一次，磁感應(yīng)傳感器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大約20 ms的低脈沖，可以通過計(jì)算磁感應(yīng)傳感器產(chǎn)生的低脈沖數(shù)來計(jì)算出租車跑的里程數(shù)及相應(yīng)的車費(fèi)。

    編碼器的單片機(jī)通過一個(gè)I/0口來檢測(cè)磁感應(yīng)傳感器信號(hào)，當(dāng)確定為傳感器產(chǎn)生的信號(hào)時(shí)，就通過另一個(gè)I/O口向解碼器的單片機(jī)發(fā)送一組編碼，而解碼器的單片機(jī)則首先判斷當(dāng)前準(zhǔn)備接收的數(shù)據(jù)是編碼器發(fā)送的編碼還是解碼寫入器發(fā)送的解碼。當(dāng)判斷是解碼寫入器發(fā)送的解碼時(shí)，解碼器的單片機(jī)接收此解碼，并利用12c總線協(xié)議將解碼保存到E2PROM中去；當(dāng)判斷是編碼器發(fā)送的編碼時(shí)，解碼器的單片機(jī)先接收此編碼，然后讀出自己E2PROM中的解碼，將其與接收到的編碼相比較，如果相同則解碼器單片機(jī)通過一個(gè)I/0口向計(jì)價(jià)裝置發(fā)出計(jì)價(jià)脈沖，否則不發(fā)出計(jì)價(jià)脈沖。注意：這里每一輛出租車計(jì)價(jià)器的編碼和解碼都是不同的，這樣有利于出租車的管理以及防止計(jì)價(jià)器的盜用，解碼器中的解碼是使用解碼寫入器寫入其E2PRoM中去的。每輛出租車計(jì)價(jià)器都具有一個(gè)編碼器和一個(gè)解碼器，而所有的出租車計(jì)價(jià)器都共用一個(gè)解碼寫人器。也就是說，在計(jì)價(jià)器賣出之前，用同一個(gè)解碼寫入器為所有的計(jì)價(jià)器的解碼器寫入不同的初始解碼。寫入初始解碼以后，計(jì)價(jià)器就不再需要解碼寫入器了，除非此計(jì)價(jià)器壞掉需要重新更換解碼器，此時(shí)需再用解碼寫入器給新的解碼器寫入初始解碼。硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖2和圖3所示。

2 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)
2.1 傳感器
    本系統(tǒng)的編碼器部分利用傳感器來接收出租車的跑動(dòng)信號(hào)，這里采用的傳感器為磁感應(yīng)傳感器，當(dāng)其與車輛轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)的小磁體正對(duì)時(shí)，傳感器的輸出引腳便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)約20ms的低脈沖。

2.2編碼器
    編碼器部分使用的單片機(jī)為PIC12C508A，利用PIC12C508A芯片的第4個(gè)引腳GP3來檢測(cè)傳感器的輸出信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到確定的傳感器信號(hào)后，單片機(jī)將按一定的時(shí)序在其第7個(gè)引腳GP0連續(xù)發(fā)送5個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)(即編碼形式為5位十進(jìn)制數(shù))給解碼器，每個(gè)數(shù)據(jù)都是按脈沖方式發(fā)送出去的。十進(jìn)制數(shù)是多少，就發(fā)送幾個(gè)低脈沖，發(fā)送一個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)所用的時(shí)間要保證在255μs以內(nèi)。其程序流程圖如圖4所示。

2.3 解碼寫入器
    解碼寫入器部分使用的單片機(jī)為AT89C51，解碼寫入器的功能與編碼器的功能類似。由于發(fā)送的解碼要能隨時(shí)改變，這里可以外接5個(gè)小數(shù)字鍵盤，解碼寫入器要發(fā)送的解碼可以從5個(gè)小數(shù)字鍵盤上獲得。為了和編碼器發(fā)送的編碼區(qū)別開來，解碼寫入器需要先發(fā)送一個(gè)區(qū)別字符，使解碼器能夠識(shí)別出當(dāng)前接收的是編碼器還是解碼寫入器發(fā)出的數(shù)據(jù)。區(qū)別字符后面緊跟著的是解碼，所有這些數(shù)據(jù)的發(fā)送方式與編碼器編碼的發(fā)送方式完全相同，由AT89C51單片機(jī)的P3.4口輸出，其程序流程圖如圖5所示。

2.4 解碼器
    這部分采用的單片機(jī)是PIC12CE5C18，其內(nèi)部有E2PROM?？梢岳肐2c協(xié)議隨時(shí)從E2PROM中讀出解碼或者向E2PROM中寫入新的編碼。下面介紹工作過程。首先解碼器讀出內(nèi)部E2PRoM中00h～04h中的5個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)，分別保存到5個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中。然后調(diào)用接收數(shù)據(jù)子程序，接收1個(gè)數(shù)據(jù)，并先保存到1個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，判斷這個(gè)數(shù)據(jù)是否為區(qū)別字符10。若不是區(qū)別字符，說明現(xiàn)在接收的數(shù)據(jù)可能是編碼器發(fā)送的編碼，則繼續(xù)接收后面的4個(gè)數(shù)據(jù)，并保存到4個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中，將接收到的這5個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)與前面解碼器讀出的內(nèi)部E2PROM中00h～04h中的5個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，相等則在GP0引腳上發(fā)送一個(gè)2 ms的低脈沖作為計(jì)價(jià)脈沖，不相等則重新接收數(shù)據(jù)。若是區(qū)別字符10，說明現(xiàn)在解碼寫入器要修改解碼器的解碼，必須馬上接收跟在區(qū)別字符后面的5個(gè)數(shù)據(jù)，并將這5個(gè)十進(jìn)制數(shù)據(jù)保存到E2PROM的00h～04h中，覆蓋以前的解碼。其程序流程圖如圖6所示，其調(diào)用的子程序如圖7和圖8所示。

結(jié)論
    本系統(tǒng)解決了以往計(jì)價(jià)器計(jì)價(jià)不準(zhǔn)確、使用壽命短等缺點(diǎn)，現(xiàn)在采用以單片機(jī)為主控制單元的編碼解碼技術(shù)，使每個(gè)出租車的計(jì)價(jià)器擁有不同的編碼，從而防止出租車之間計(jì)價(jià)器的相互盜用，便于出租車公司對(duì)出租車的管理。同時(shí)，可以隨時(shí)對(duì)單片機(jī)的外圍電路進(jìn)行擴(kuò)展，并通過軟件編程實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的不斷升級(jí)。