一種用於霧霾路段的電動自行車自動限速裝置的係統總體設計方案
創新論壇
作者：王順利 杜世勤 吳宏傑
摘 要 霧霾天氣導致道路的能見度變差，高速行駛的汽車，容易造成諸如多車相撞等交通事故，給國家和人民群眾生命財產造成重大損失，已引起各級政府、交通管理部門和全社會的關注。本模擬裝置的設計旨在通過對霧霾天氣中PM2.5細小顆粒物濃度的測量、感應進而控製電動自行車的速度以達到安全行駛的目的，並使駕駛人員盡可能少吸入大氣中的細小顆粒物。
關鍵詞 霧霾路段 電動自行車 車速控製 裝置 係統總體設計
中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A
1係統設計概述
電機控製單元ECU是電動自行車自動限速裝置的控製中心，其功能是是通過GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器對大氣PM2.5濃度值進行實時檢測，根據PM2.5的濃度值來判斷電機是否要自動減速。5V直流電機控製單元由電機的驅動電路、測速電路、參數顯示電路等組成。
設計中選擇了GP2Y1010AU夏普粉塵傳感器進行PM2.5濃度值的測量，通過模數轉換器將粉塵傳感器收到的信號轉換成單片機可讀的數字信號。另外用光電傳感器檢測5V直流電機的轉速，將PM2.5的濃度值與5V直流電機的轉速顯示在1602液晶顯示屏上。一旦PM2.5濃度值達到100?eg/m3以上，5V直流電機立即減速，以達到安全行駛的目的，並使駕駛人員盡可能少吸入大氣中的細小顆粒物。
2係統主要器件選型及簡介
2.1 GP2Y1010AUOF粉塵傳感器
GP2Y1010AUOF粉塵傳感器是日本夏普公司生產 的一款光學空氣質量傳感器。它被設計用來感應空氣中的塵埃粒子，其內部對角安放著紅外線發光二極管和光電晶體管，使得其能夠探測到空氣中塵埃反射光，即使非常細小的如煙草煙霧顆粒也能夠被檢測到。由於它可測量0.8微米以上的微小粒子，感知煙草產生的煙氣和花粉，房屋粉塵等，又具有體積小，重量輕，便於安裝的優點，因此廣泛應用於空氣清新機，換氣空調，換氣扇等產品，尤其是在空氣淨化係統中應用。
（1）關於PM2.5傳感器的檢出方法
GP2Y1010AU插上電源後1秒內會穩定、正常地運作，可以進行檢出。對GP2Y1010AU輸出電壓的絕對值，並不是判定檢出的有無，我們推薦的使用方法是：無塵時，從輸出電壓的變化量來做判定。另外，更甚者可以根據輸出電平時間上的變化來對檢出對象物的種別進行判別。關於一般被采用的灰塵和煙的判別方法，作如下說明。
（2）關於PM2.5傳感器的灰塵和煙的判別方法
從輸出電平的大小的變化及輸出電平時間的變化來看，可以知道檢出對象物是什麼。現在，對灰塵和煙檢出時輸出的區別，作如下說明。一般，香煙的煙是細微粒子，密度高，會擴散式的大範圍漂移。與此相比，灰塵是一個一個大顆粒，密度低，斷斷續續式的進入灰塵傳感器的檢出領域。煙是連續的表現出較高的輸出電壓，灰塵是間隔的表現出較高的輸出電壓。因此，根據傳感器的輸出電壓值（發光素子和已同期的脈衝輸出電壓值）在時間上的推移向微機軟件的讀取，是否無塵/是否有煙/是否有灰塵，不管是哪種狀態，及空氣汙染的程度是多少，都可以進行檢出。