电子车速里程表单片机管理

 　　文章是一篇机电类论文，主要讲述了电子车速里程表的单片机实现方案和管理应用措施制度等等。本文选自：《中国机电工业》,《中国机电工业》反映基层单位关心的改革问题和干部职工的呼声;及时报道和刊载国内外有关机械行业的最新经济、科技、贸易动态和政策信息，为振兴中国机械、汽车工业服务，为全国机械行业企事业单位、科研院所提供全方位、多层次的信息服务。

　　摘要：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INT1端用于累计里程计数，另一路送到LM1819驱动器的转速信号输入端(10脚)，然后由驱动电路根据输入信号的频率在2脚和12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C3的大小会改变表针偏转的平滑性，C3越大，平滑性越好，但同时时间迟滞也会加大，而C3过小会使表针抖动;C4可用于调整电路的线性和滞后误差;R4的值可以改变表针的指示刻度点。

　　关键词：电子车速,车速里程表,单片机,机电论文

　　1 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。

　　2　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8个脉冲。现在以速比为1:624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8×624=4992个,或者说,每个脉冲代表了1/4992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,这样，当计满4992时,表明汽车行驶了1公里,然后再给累计单元加一,并存入EEPROM单元,最后通过刷新LCD液晶显示器，即可实现里程计数功能。但在编程时要注意，MCS-51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。

　　3　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0～360度范围内转动。显然，只要能按一定的规律驱动两个线圈，就可以使指针偏转位置与输入量成线性关系，即满足下列公式：

　　θ=KVin

　　其中θ为指针偏转角,单位为度; K为转角常数,单位为度/V; Vin是输入电压,单位为V。

　　每个线圈的磁场强度矢量之和必须跟随偏转角θ。考虑到转轴组件总是指向Hsine和Hcosine这两个正交矢量之和的方向则其方向可由下式求得

　　θ=arctan Hsine/Hcosine

　　并由此可以得出：

　　θ=arctan sinθ/cosθ

　　由上述公式可见当Hsine按θ的正弦函数变化，而Hcosine按θ的余弦函数变化时所得到的总磁场强度的方向与θ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θ角的方向。

　　图1所示是LM1819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F/V频率电压转换，两个输出端按输入量的正弦和余弦函数变化,2脚和12脚的最小驱动能力为±20mA(±4V),线圈的公共端接到1脚可为内部函数发生器提供反馈信号, 同时为5.1V齐纳二极管提供参考电压。在该电路中，K=54°/V,输入Vin 实际上是4脚和8脚的电位差,8脚既是诺顿放大器的输出， 又是函数发生器的输入，一般4脚的电压是2.1V,所以有:

　　θ=K(V8-Vref)=54(V8-2.1)

　　由于V8是在2.1V～7.1V的范围内变化的,故LM1819可以驱动十字表头以使其在0°～270°范围内转动。

　　4　电路原理图

　　图2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AT89C2051以其低价、低功耗、可靠性高和易于编程等特点著称，X25045则是MCS-51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EEPROM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储。LCM1010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。该显示共分两行显示，第一行6位显示累计里程，第二行4位(1位小数)用于显示小计里程。图中K1为小计里程清零键，R4用于调节液晶显示器的视角对比度。芯片X25045是Xicor公司推出的带有可编程μP 监控器的CMOS串行EEPROM，带有4096位，按512×8来组织。它具有4字节页写方式和10万次使用周期，数据可保存100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。

　　5　结论

　　本设计以单片机AT89C2051来实现里程累计、小计、清零及存储，并以LM1819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LM1819集成电路。对此，此处不再赘述。

《电子车速里程表单片机管理》

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