一种用于雾霾路段的电动自行车自动限速装置的软件部分设计

杨润东　杜世勤　吴宏杰

摘 要 2013年来，全国平均雾霾日数为4.7天，是近52年以来最多的一年。雾霾天气促使空气质量恶化，使得呼吸道疾病易发。此外，雾霾天气导致道路的能见度变差，高速行驶的汽车，容易造成诸如多车相撞等交通事故，给国家和人民群众生命财产造成重大损失。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 软件部分设计

中图分类号：TP23 文献标识码：A

1本设计的具体要求

（1）GP2Y1010AU夏普粉尘传感器感应空气中的细小颗粒物（霾）与肉眼看不见的小水珠（雾），一旦PM2.5浓度值达到100%eg/m3以上，5V直流电机（用5V直流电机来模拟电动自行车电机）立即减速；

（2）电机使用PWM技术来进行转速的控制；

（3）用光电传感器对电机进行测速；

（4）将电机的转速显示在1602液晶显示屏上面的第一排，PM2.5的浓度值显示在液晶显示屏上的第二排。

根据系统设计要求，主要分为几个大部分。软件与硬件相结合实现系统所需功能。硬件部分主要有GP2Y1010AU夏普粉尘传感器感信号采集部分，5V直流电机驱动与速度检测部分和1602液晶显示屏参数显示部分以及包括单片机晶振电路，复位电路，供电模块等四部分在内的其他部分；软件部分主要有三部分，加速度信号采集处理，脉冲测速部分，状态控制输出部分。

2装置的软件部分设计

2.1 5V直流电机PWM控制设计

本设计的PWM是通过单片机P3.4端口不断地产生一定比例的低电平与高电平来产生的。PWM周期为500ms，即0.5s，将其分为10份，1/10的周期为50ms。5V直流电机的PWM占空比在正常状态下为50%，PWM_ON=5；当PM2.5浓度值超过100%eg/m3时，电机减速，PWM占空比为20%，PWM_ON=2。图1是占空比为20%的PWM波形，其低电平时间占一个周期的2/10。

2.2 5V直流电机测速程序流程图

先定时0.5s，检测光电传感器产生的脉冲数（下降沿触发产生脉冲）。例如，假设0.5s内产生的脉冲数为10，1s内产生的脉冲数为10*2=20。由于本设计的光电砝盘设置有4个孔，所以电机的转速为20/4=5r/s。

2.3 GP2Y1010AU夏普粉尘传感器检测程序设计

（1）輸入信号设置

输入信号采用周期为10ms，输入高脉冲的宽度为0.32ms，如图2所示。

（2）采样信号设置

对于采样信号，需要等到输入信号出现高脉冲以后计时0.28ms进行采样，如图3所示。

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.