電子車速里程表的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方案解析

　介紹了一個(gè)基于單片機(jī)的電子式轉(zhuǎn)速里程表實(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，給出了用單片機(jī)AT89C2051和LM1819驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的汽車轉(zhuǎn)速里程表的具體電路原理圖。
　?。?概述
　　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(dòng)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(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)形變過大或運(yùn)動(dòng)遲滯等現(xiàn)象，而且，對(duì)于不同的車型，轉(zhuǎn)速里程表的安裝位置也會(huì)受到軟軸長(zhǎng)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。
　?。病±锍汤塾?jì)實(shí)現(xiàn)原理
　　車速里程表的速比表示的是：車速里程表轉(zhuǎn)軸（軟軸）在汽車行駛一公里時(shí)所轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)。 基于單片機(jī)的車速里程表采用霍爾型非接觸式轉(zhuǎn)速傳感器。這種車速里程表轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器將感應(yīng)發(fā)出８?jìng)€(gè)脈沖?，F(xiàn)在以速比為１：６２４的車型為例？ 汽車行駛一公里？ 則霍爾傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)共為８×６２４＝４９９２個(gè)，或者說，每個(gè)脈沖代表了１／４９９２公里的里程。將這些脈沖信號(hào)當(dāng)作外部中斷源輸入給單片機(jī)，使每個(gè)脈沖產(chǎn)生一個(gè)中斷，并通過中斷服務(wù)程序?qū)γ總€(gè)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，這樣，當(dāng)計(jì)滿４９９２時(shí)，表明汽車行駛了１公里，然后再給累計(jì)單元加一，并存入ＥＥＰＲＯＭ單元，最后通過刷新ＬＣＤ液晶顯示器，即可實(shí)現(xiàn)里程計(jì)數(shù)功能。但在編程時(shí)要注意，ＭＣＳ－５１系列單片機(jī)的外部中斷有兩種觸發(fā)方式，即電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)，本設(shè)計(jì)選用邊沿觸發(fā)方式，即采用負(fù)跳變引起中斷。
　?。场≤囁贉y(cè)量及指示原理
　　車速指示可采用雙線圈汽車轉(zhuǎn)速表頭，它由空氣軸表芯和驅(qū)動(dòng)電路組成，空氣軸表芯通常由三部分組成：磁鐵、與轉(zhuǎn)軸相連的指針和兩個(gè)互成九十度的線圈。轉(zhuǎn)軸是表芯唯一的可動(dòng)部件，磁鐵的轉(zhuǎn)角總是趨向于兩個(gè)線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量的合成方向，磁場(chǎng)強(qiáng)度正比于加在線圈上的電壓，因此，通過改變電壓的極性和幅度，可在理論上使轉(zhuǎn)軸組件在０～３６０度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，只要能按一定的規(guī)律驅(qū)動(dòng)兩個(gè)線圈，就可以使指針偏轉(zhuǎn)位置與輸入量成線性關(guān)系，即滿足下列公式：
　　θ＝ＫＶｉｎ
　　其中θ為指針偏轉(zhuǎn)角，單位為度; Ｋ為轉(zhuǎn)角常數(shù)，單位為度／Ｖ; Ｖｉｎ是輸入電壓，單位為Ｖ。
　　每個(gè)線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量之和必須跟隨偏轉(zhuǎn)角θ?？紤]到轉(zhuǎn)軸組件總是指向Ｈｓｉｎｅ和Ｈｃｏｓｉｎｅ這兩個(gè)正交矢量之和的方向？則其方向可由下式求得？
　　θ＝ａｒｃｔａｎ Ｈｓｉｎｅ／Ｈｃｏｓｉｎｅ
　　并由此可以得出：
　　θ＝ａｒｃｔａｎ ｓｉｎθ／ｃｏｓθ
　　由上述公式可見？當(dāng)Ｈｓｉｎｅ按θ的正弦函數(shù)變化，而Ｈｃｏｓｉｎｅ按θ的余弦函數(shù)變化時(shí)？所得到的總磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向與θ角的方向相同，由于轉(zhuǎn)軸組件與磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量和的方向相同，因此，指針將始終指向θ角的方向。
　　圖１所示是ＬＭ１８１９驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部組成原理框圖，它由電荷泵、整形器、函數(shù)發(fā)生器等組成？輸入的轉(zhuǎn)速信號(hào)通過內(nèi)部的三極管緩沖后，輸入到電荷泵即可進(jìn)行Ｆ／Ｖ頻率電壓轉(zhuǎn)換，兩個(gè)輸出端按輸入量的正弦和余弦函數(shù)變化，２腳和１２腳的最小驅(qū)動(dòng)能力為±２０ｍＡ（±４Ｖ），線圈的公共端接到１腳可為內(nèi)部函數(shù)發(fā)生器提供反饋信號(hào)， 同時(shí)為５．１Ｖ齊納二極管提供參考電壓。在該電路中，Ｋ＝５４°／Ｖ，輸入Ｖｉｎ 實(shí)際上是４腳和８腳的電位差，８腳既是諾頓放大器的輸出， 又是函數(shù)發(fā)生器的輸入，一般４腳的電壓是２．１Ｖ，所以有：
　　θ＝Ｋ（Ｖ８－Ｖｒｅｆ）＝５４（Ｖ８－２。１）
　　由于Ｖ８是在２．１Ｖ～７．１Ｖ的范圍內(nèi)變化的，故ＬＭ１８１９可以驅(qū)動(dòng)十字表頭以使其在０°～２７０°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。