資料介紹
介紹一種新型的基于單片機(jī)的電子式汽車轉(zhuǎn)速里程表的實(shí)現(xiàn)方案。討論了里程計(jì)數(shù)的原理和轉(zhuǎn)速指示原理。針對機(jī)械式里程表缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精度不高,并且價(jià)格較昂貴,設(shè)計(jì)了數(shù)字式汽車轉(zhuǎn)速里程表。這里以AT89C2051單片機(jī)為核心,利用SPI串行總線開發(fā)了電子式里程表。該里程表利用磁電式傳感器采樣汽車行駛所得到的信號;采用LCD數(shù)碼管顯示汽車總行駛里程數(shù),本次里程采EEPROM 芯片X25045,利用其通電可改寫,掉電信息可保存的特點(diǎn)存儲汽車行駛的總里程數(shù)。本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速里程表具有結(jié)構(gòu)簡單,精度較高,誤差較小,顯示清楚醒目,穩(wěn)定可靠等特點(diǎn),另外對該系統(tǒng)的軟件也作了相應(yīng)的說明。
1.1研究的目的與意義
自1886年發(fā)明汽車以來,汽車走過了100多年的發(fā)展歷程。汽車的出現(xiàn)和發(fā)展,使汽車儀表也在不斷開發(fā)和發(fā)展之中。隨著光學(xué)、電子技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車儀表中的廣泛應(yīng)用,汽車儀表正向數(shù)字化和智能化方向展。汽車儀表的發(fā)展趨勢,從一個(gè)側(cè)面反映出汽車電子化水平的快速提高。
傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)速里程表的功能有兩個(gè),一是用指針指示汽車行駛的瞬時(shí)車速,二是用機(jī)械計(jì)數(shù)器記錄汽車行駛的累計(jì)里程?,F(xiàn)代汽車正向高速化方向發(fā)展,隨著車速的提高,用軟軸驅(qū)動的傳統(tǒng)車速里程表受到前所未有的挑戰(zhàn)。這是因?yàn)檐涊S在高速旋轉(zhuǎn)時(shí),由于受鋼絲交變應(yīng)力極限的限制而容易斷裂,同時(shí),軟軸布置過長會出現(xiàn)形變過大或運(yùn)動遲滯等現(xiàn)象,而且,對于不同的車型,轉(zhuǎn)速里程表的安裝位置也會受到軟軸長度及彎曲度的限制。凡此種種,使得基于非接觸式轉(zhuǎn)速傳感器的電子式轉(zhuǎn)速里程表得以迅速發(fā)展。
1.2國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢
為了充分了解汽車儀表發(fā)展現(xiàn)狀,準(zhǔn)確地把握其未來發(fā)展趨勢,有必要對其發(fā)展過程作一簡單回顧。按汽車儀表在工作原理上取得的重大技術(shù)創(chuàng)新來分,可以劃分為4個(gè)階段,或稱為經(jīng)過4代。第1代汽車儀表是基于機(jī)械作用力而工作的機(jī)械式儀表,人們習(xí)慣稱這類儀表為機(jī)械機(jī)心表;第2代汽車儀表的工作原理基于電測原理,即通過各類傳感器將被測的非電量變換成電信號加以測量,通常稱這類儀表為電氣式儀表;第3代為模擬電路電子式;第4代為數(shù)字汽車儀表。
1 現(xiàn)代汽車儀表的現(xiàn)狀
汽車儀表正在經(jīng)歷由第3代向第4代轉(zhuǎn)型時(shí)期。第3代汽車用儀表工作原理與電氣式儀表基本相同,只不過是用電子器件取代原來的電氣器件。其出現(xiàn)的時(shí)間大致在20世紀(jì)50~60年代,隨著集成電路技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,這種儀表現(xiàn)在均采用各種專用集成電路(為汽車儀表專門設(shè)計(jì)的集成電路),國內(nèi)汽車儀表目前的主流產(chǎn)品就是這種儀表,經(jīng)過20多年的發(fā)展,其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)歷了動圈式機(jī)心(線圈連同指針一起轉(zhuǎn)動)和動磁式機(jī)心(磁鋼連同指針一起轉(zhuǎn)動)2個(gè)基本階段。電子器件經(jīng)歷了分立器件和專用集成電路2個(gè)階段。在整個(gè)發(fā)展過程中,國內(nèi)外工程技術(shù)人員一直從未停止對其進(jìn)行改進(jìn)。如圍繞降低成本,不斷改進(jìn)制作工藝,機(jī)械零件起初以金屬件為主,發(fā)展到今天以塑料件為主;圍繞提高指示精度和指針平穩(wěn)性,由動圈式發(fā)展成動磁式等。雖然,每次較大改進(jìn)后整體性能價(jià)格比都有所提高,但受其工作原理的限制,其線性、精度、重復(fù)性、響應(yīng)速度等性能指標(biāo)難以有根本的突破。
嚴(yán)格地說,第4代全數(shù)字式汽車儀表從其應(yīng)用的技術(shù)手段上看,還是電子技術(shù)范疇,也屬于電子式儀表,但信號處理方式已從模擬變成數(shù)字。僅憑信號處理方式的改變還不足以將全數(shù)字式汽車儀表劃分成一個(gè)新階段,其最顯著的特征是工作原理與第3代汽車儀表完全不同。如果一個(gè)產(chǎn)品在工作原理上有創(chuàng)新和突破,則其設(shè)計(jì)思路、組成形式、功能和性能的改變將是根本性的。鑒于此,將全數(shù)字式汽車儀表暫且列入第4代。關(guān)于全數(shù)字式汽車儀表早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)被提出,最初為“數(shù)字顯示”形式的汽車儀表。雖然該儀表的工作方式是全數(shù)字式,技術(shù)水平和儀表的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了第3代汽車儀表,但其致命的缺點(diǎn)是只能顯示一組孤立的數(shù)字,沒有動感,在被測物理量(如車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速)發(fā)生變化時(shí),只有數(shù)字翻動,而沒有指示上升、下降直觀感,再加上讀數(shù)時(shí)間比較長,容易分散駕駛員的注意力等,這種形式的汽車儀表很難被駕駛員接受,因而國內(nèi)外都沒有普及與推廣。為了克服上述不足,后來出現(xiàn)了采用光點(diǎn)、光條或光帶模擬動態(tài)顯示被測物理量形式的全數(shù)字汽車儀表,顯示器件主要有LED、LCD和電致發(fā)光材料等。由于受到成本的限制,目前光顯示汽車儀表只能選用字段顯示方式的顯示屏,無法選用顯示分辨率更高的點(diǎn)陣式顯示屏。因此,其視覺效果和顯示精度還不能令人滿意。
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,特別是單片機(jī)性能的提高,主要表現(xiàn)在抗強(qiáng)電磁干擾、工作溫度范圍和對工作電源穩(wěn)定性要求等方面的改善,再加上價(jià)格的大幅度降低,目前有條件在汽車儀表上使用單片機(jī)控制的全數(shù)字儀表。雖然全數(shù)字式汽車儀表曾經(jīng)出現(xiàn)多種款式,但業(yè)內(nèi)人士和專家一致看好“基于單片機(jī)的數(shù)字式汽車儀表”。它是針對目前廣泛使用的模擬電子式汽車儀表機(jī)心存在多方面不足,在其工作原理上作出技術(shù)創(chuàng)新,即徹底放棄了“動磁式”或“動圈式”模擬電子式汽車儀表,通過線包與磁鋼間產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動指針工作的形式。該汽車儀表由傳感器完成各種被測物理量的采集,經(jīng)過換算后直接送入單片機(jī),再由驅(qū)動器驅(qū)動指針,在刻度盤上指示被測物理量,同時(shí)輔以被測物理量LCD數(shù)字顯示。該汽車儀表在指示方式上仍然保留了第3代儀表指示直觀、有動感、符合駕駛員習(xí)慣等特點(diǎn),而且批量生產(chǎn)的成本有望低于同等功能的模擬電子式汽車儀表,更可貴的是在工作原理上的創(chuàng)新和突破,帶來了技術(shù)性能質(zhì)的提高。
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