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1、1电子车速里程表的单片机实现方案 摘要:介绍了一个基于单片机的电子式转速里程表实现方案,讨论了里程计数的原理和转速指示原理,给出了用单片机 AT89C2051 和 LM1819 驱动器设计的汽车转速里程表的具体电路原理图。 关键词:转速里程表;空气轴表芯;LM1819;驱动器;单片计算机 概述传统的汽车转速里程表的功能有两个,一是用指针指示汽车行驶的瞬时车速,二是用机械计数器记录汽车行驶的累计里程。现代汽车正向高速化方向发展,随着车速的提高,用软轴驱动的传统车速里程表受到前所未有的挑战,这是因为软轴在高速旋转时,由于受钢丝交变应力极限的限制而容易断裂,同时,软轴布置过长会出现形变过大或运动迟滞
2、等现象,而且,对于不同的车型,转速里程表的安装位置也会受到软轴长度及弯曲度的限制。凡此种种,使得基于非接触式转速传感器的电子式转速里程表得以迅速发展。 里程累计实现原理车速里程表的速比表示的是:车速里程表转轴(软轴)在汽车行驶一公里时所转过的转数。 基于单片机的车速里程表采用霍尔型非接触式转速传感器。这种车速里程表转轴每转一圈,霍尔传感器将感应发出个脉冲。现在以速比为:的车型为例 汽车行驶一公里 则霍尔传感器发出的脉冲数共为个,或者说,每个脉冲代表了公里的里程。将这些脉冲信号当作外部中断源输入给单片机,使每个脉冲产生一个中断,并通过中断服务程序对每个脉冲进行计数,这2样,当计满时,表明汽车行驶
3、了公里,然后再给累计单元加一,并存入单元,最后通过刷新液晶显示器,即可实现里程计数功能。但在编程时要注意,系列单片机的外部中断有两种触发方式,即电平触发和边沿触发,本设计选用边沿触发方式,即采用负跳变引起中断。 车速测量及指示原理车速指示可采用双线圈汽车转速表头,它由空气轴表芯和驱动电路组成,空气轴表芯通常由三部分组成:磁铁、与转轴相连的指针和两个互成九十度的线圈。转轴是表芯唯一的可动部件,磁铁的转角总是趋向于两个线圈的磁场强度矢量的合成方向,磁场强度正比于加在线圈上的电压,因此,通过改变电压的极性和幅度,可在理论上使转轴组件在度范围内转动。显然,只要能按一定的规律驱动两个线圈,就可以使指针偏
4、转位置与输入量成线性关系,即满足下列公式:其中 为指针偏转角,单位为度; 为转角常数,单位为度; 是输入电压,单位为。每个线圈的磁场强度矢量之和必须跟随偏转角 。考虑到转轴组件总是指向和这两个正交矢量之和的方向 则其方向可由下式求得 并由此可以得出: 3由上述公式可见 当按 的正弦函数变化,而按 的余弦函数变化时 所得到的总磁场强度的方向与 角的方向相同,由于转轴组件与磁场强度矢量和的方向相同,因此,指针将始终指向 角的方向。图所示是驱动器的内部组成原理框图,它由电荷泵、整形器、函数发生器等组成 输入的转速信号通过内部的三极管缓冲后,输入到电荷泵即可进行频率电压转换,两个输出端按输入量的正弦和
5、余弦函数变化,脚和脚的最小驱动能力为(),线圈的公共端接到脚可为内部函数发生器提供反馈信号, 同时为齐纳二极管提供参考电压。在该电路中,,输入 实际上是脚和脚的电位差,脚既是诺顿放大器的输出, 又是函数发生器的输入,一般脚的电压是,所以有:()(.)由于是在的范围内变化的,故可以驱动十字表头以使其在范围内转动。 电路原理图图所示是一种汽车转速里程表的电路原理图。这是一个典型的单片机最小应用系统。单片机以其低价、低功耗、可靠性高和易于编程等特点著称,则是系列单片机电路的一个辅助芯片,主要担当复位、电压检测、看门狗和功能,该芯片的采用大大提高了系统的可靠性,减少了外围芯片数,可实现里程累计的掉电存
6、储。为十位八段式带背光液晶显示模块,采用三线串行接口,它具有功耗低和编程方便的特点。该显示共分两行4显示,第一行位显示累计里程,第二行位(位小数)用于显示小计里程。图中为小计里程清零键,用于调节液晶显示器的视角对比度。芯片是公司推出的带有可编程 监控器的串行,带有位,按来组织。它具有字节页写方式和万次使用周期,数据可保存年。为了保证累计里程单元的个位或小计单元的小数位可靠刷新,当这些单元接近极限使用周期时,可采取换页的办法来使这些数据移动到新单元以继续计数。图 2霍尔传感器发出的脉冲信号经过整形可分成两路,一路送到单片机的端用于累计里程计数,另一路送到驱动器的转速信号输入端(脚),然后由驱动电
7、路根据输入信号的频率在脚和脚输出相应的正弦和余弦驱动信号,十字线圈产生的磁场共同作用于磁铁可使转轴组件偏转相应的角度。但调整时要注意,电容的大小会改变表针偏转的平滑性,越大,平滑性越好,但同时时间迟滞也会加大,而过小会使表针抖动;可用于调整电路的线性和滞后误差;的值可以改变表针的指示刻度点。 结论本设计以单片机来实现里程累计、小计、清零及存储,并以集成电路驱动十字线圈表头,从而实现了车速的指示。该设计方案成本低廉、指针稳定性好、响应速度快、抗震性强、可靠性和性价比都很高。经实际使用证明,该里程表完全可以取代传统的以软轴驱动的车速里程表。当然,这只是一种实现方案,也可以由单片机通过软件来驱动十字线圈表头,即由单片机分别控制表头的正弦线圈和余弦线圈而省去集成电路。对此,此处不再赘述。