CN101013038A - 变速器电子里程表测速系统及测速方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种变速器电子里程表测速系统及测速方法,针对现有技术中变速器电子里程表存在缺陷时会造成测速误差的问题而发明,提出一种变速器电子里程表测速系统,包括:电控模块,该电控模块用于接收上述传感器发出的脉冲信号,并由其内部的第一定时器设定脉冲信号采集时间。同时还提出一种测速方法,包括:统计第一定时器有效期间内该电控模块接收到的每两个相邻脉冲信号之间的间隔时间;将上述间隔时间排序,并按照预设的比例删除其中的最大值和最小值;将剩余的间隔时间计算一平均值,并以该平均间隔时间计算转速。采用本发明,能够准确测量转速,解决了不能定量评价变速器电子里程表的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种变速器电子里程表及其测速方法,特别是指一种变速器电子里程表测速系统及测速方法。
背景技术
传统的转速里程表是机械式的,典型的机械式里程表连接一根软轴,软轴内有一根钢丝缆,软轴另一端连接到变速器某一个齿轮上,齿轮旋转带动钢丝缆旋转,钢丝缆带动里程表罩圈内一块磁铁旋转,罩圈与指针联接并通过游丝将指针置于零位,磁铁旋转速度的快慢引起磁力线大小的变化,平衡被打破指针因此被带动。这种转速里程表简单实用,被广泛用于大小型汽车上。不过,随着电子技术的发展,现在很多轿车仪表已经使用电子转速表,比较常见的一种是从变速器上的速度传感器获取信号,通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字。
电子转速里程表与机械式里程表的机械结构基本相同,同时利用速比原理通过脉冲信号计算速度和里程。速比是指转速里程表软轴在汽车行驶一公里时所转过的转数。
常用的里程计算中多采用霍尔型非接触式转速传感器的电子转速里程,这种转速里程表软轴每转一圈,霍尔传感器将感应发出8个脉冲。以速比为1∶624的车型为例(即每行驶一公里软轴旋转624圈),汽车行驶一公里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。由于汽车的车速V=(0.377r n)/i,即变速器输出转速经后桥减速再由轮胎折算为车速,这样即使变速器输出转速有几十转的变动,换算为车速几乎不变,同时汽车上的车速仪器(Km/h)为指针式,精度较差,只有变化较大时,指针才会有摆动。
采用上述技术的电子转速里程表也存在以下缺陷:
(1)当变速器电子里程表存在缺陷时,例如设计为转一圈8脉冲而实际制造出来的变速器电子里程表小于或大于8脉冲,汽车上的转速仪器(Km/h)不能反映出来。换句话说,汽车上的转速仪器(Km/h)只能反映信号有无,但具体为多少,不能反映,特别是差值比较小时。这样不能及时发现变速器电子里程表的早期缺陷,致使变速器在运行一段时间后,变速器电子里程表偏差越来越大,最终导致失效;
(2)现在使用在电子里程表中,当软轴每转一圈,根据产生脉冲信号的霍尔传感器感器种类不同,可分别发出6脉冲和8脉冲两种脉冲信号,但现有汽车上接收脉冲信号的转速仪器固定为8脉冲,这样在使用6脉冲的霍尔传感器时,电控模块需将该种信号换算为8脉冲的标准模式,继而才能进行后续工作。因此,输入的软轴转速信号经过换算后会使输出延时且存在误差。
同时,常用转速测量方法也存在不足,导致转速测量不精确。现有的转速测量方法主要有以下几种:
频率法:在既定的时间内,测量所产生的脉冲信号的个数来确定转速;
周期法:测量相邻两个转速脉冲信号的间隔时间来确定转速;
频率/周期法:同时测量检测时间和在此时间内的脉冲信号的个数来确定转速。
对比以上几种方法可知,频率法在高速(大于1500r/min)时其测速精度较高;周期法在低速(低于800r/min)时其测速精度较高;频率/周期法兼顾了频率和周期法,其测速精度有所提高。在实际使用中,由于变速器转速变化的范围比较宽(90r/min~2600r/min),使用这三种方法的测速精度都不高。
董心亮1988年12月28日申请了专利:一种用电脑控制的车速里程表,([公告号]2055246[授权日]1990年7月18日),将车辆行驶速度的机械转动信号通过光信号盘和光电开关转换成电脉冲信号,再用MSC-48系列单片机定时采集计算后,由LED数码管输出显示车辆的行驶速度和累计公里;李扬荣等1996年8月6日申请了专利:一种车速数字显示与指针模拟计速同步的车速里程表。([公告号]1075632[授权公告日]2001年11月28日);四平市双利电子有限责任公司1996年6月14日申请了专利:动磁式电子车速里程表([公告号]2253466[授权公告日]1997年4月30日);张彩莱1993年2月18日申请了专利:车辆电子计时测速里程表([公告号]2148943[授权公告日]1993年12月8日);宋庆军(山东科技大学)等发表了文章《智能车速里程表的单片机实现》(机电产品开发与创新.2006,19(4).-54-55),介绍了基于单片机的电子速度里程表,采用液晶显示速度和总里程数,张怀强等发表了文章《基于单片机与光电传感器的电动自行车速度与里程表的设计》(今日电子.2006(7).-49-51,54);南光群(黄石理工学院)发表了文章《基于PIC16F877的汽车用车速表和里程表的设计文献7基于PIC16F877的汽车用车速表和里程表的设计》(电脑开发与应用.2005,18(11).-56-56),介绍的是用PIC16F877单片机来控制步进马达指示行驶速度,控制步进马达驱动机械计数器显示行驶的里程数,同时还用PIC16F877单片机中的EEPROM保存行驶的里程数。姜新迎等(空军工程大学导弹学院)发表了文章《智能速度里程表设计》(国外电子元器件.2004(9).-7-10),给出了以AT89C2051为核心,利用单片机的运算和控制功能,并采用串口液晶显示模块实时显示所测速度和里程的速度里程表设计方案。王锁弘(威海双丰电子传感有限公司)发表了文章《电子车速里程表的单片机实现方案》(国外电子元器件.2004(5).-7-9),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。上述的技术方案当变速器电子里程表存在缺陷时,用传统的指针仪表盘不能准确反映,不能准确测量转速,因此测速精度都不高。同时在车辆运行后不能早期发现变速器电子里程表的损坏。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足,本发明的目的是提出一种能够精确测量转速的变速器电子里程表测速系统,能够克服现有技术中由于脉冲信号发生模块存在缺陷而造成的偏差越来越大的问题,以及对于不同的脉冲信号有直接进行计算的优点。
本发明的又一目的是提出一种能够精确测量转速的测速方法,能够在各种转速下精确测量转速。
为了达到上述目的,本发明的变速器电子里程表测速系统,包括:
软轴,该软轴一端与变速器齿轮相连接;
传感器,该传感器用于感应软轴的转动并发出脉冲信号;
其特征在于,还包括:
电控模块,该电控模块用于接收上述传感器发出的脉冲信号,并由其内部的第一定时器设定脉冲信号采集时间,电控模块通过统计在第一定时器有效期内所有脉冲信号的间隔时间,按照预设比例将最长及最短的部分时间间隔删除,将剩余的时间间隔计算一平均时间间隔,并根据该平均时间间隔计算转速或里程;
以及一切换装置,该切换装置与上述电控模块电连接,该切换装置至少设置有切换位置1和切换位置2,当上述脉冲传感器为6脉冲传感器时将该切换装置设置于切换位置1,当上述脉冲传感器为8脉冲传感器时将该切换装置设置于切换位置2。
其中,上述的一种变速器电子里程表测速系统还包括:
一看门狗定时器,该看门狗定时器与上述电控模块的复位端相连接,当该看门狗定时器溢出时将发出一复位信号使上述电控模块复位。
其中,上述的一种变速器电子里程表测速系统还包括:
一电压转换器,该电压转换器与上述电控模块电连接,用于电控模块与上位机之间进行电平转换,以实现电控模块与上位机之间的通讯。
其中,上述的一种变速器电子里程表测速系统还包括:
所述的电控模块中还含有一第二定时器,当该第二定时器累计到设置值时,所述电控模块输出统计的转速或里程。
其中,上述的一种变速器电子里程表测速系统还包括:
一显示模块,该显示模块与上述电控模块显示输出端电连接,当上述第二定时器累计到设置值时,显示所述电控模块统计的转速或里程。
为了达到发明另一个目的,本发明还提出了一种测量转速的方法,包括:
步骤1、提供一如权利要求1所述的变速器电子里程表测速系统;
步骤2、使预设的第一定时器开始计时;
步骤3、统计该第一定时器有效期间内该电控模块接收到的每两个相邻脉冲信号之间的间隔时间;
步骤4、将上述间隔时间排序,并按照预设的比例删除其中的最大值和最小值;
步骤5、将剩余的间隔时间计算一平均值,并以该平均间隔时间计算转速。
其中,上述一种测量转速的方法还包括:
将预设的看门狗定时器开始计时,当该看门狗定时器溢出时将上述电控模块复位。
其中,上述一种测量转速的方法还包括:
设置一切换装置,当上述传感器为6脉冲传感器时,将该切换装置切换到位置1;当上述传感器为8脉冲传感器时,将该切换装置切换到位置2。
其中,上述一种测量转速的方法还包括:
将预设的第二定时器开始计时,当该第二定时器到时的时候,将转速或里程显示。
其中,上述一种测量转速的方法还包括:
设置一显示模块,当上述第二定时器到时的时候,在该显示模块中显示上述步骤5中电控模块统计的转速或里程。
由于采用了上述方案,电控模块是统计在第一定时器有效期内所有脉冲信号的间隔时间,该间隔时间为每个相邻脉冲信号的时间,因此,该统计值较为精确,使偏差减小;并且电控模块按照预设比例将最长及最短的部分时间间隔删除,在计算时通过将剩余的时间间隔计算一平均时间间隔,根据该平均时间间隔计算转速或里程,进一步减小偏差;对于这样确定下来的转速值,精度大为搞高,因此,本发明能够比现有的电子里程表更加精确的测量转速。
通过切换装置与上述电控模块电连接,该切换装置至少设置有切换位置1和切换位置2。当整个系统工作时,电控单元只需通过检测到切换装置所处位置,即可获知由脉冲传感器传来的脉冲信号为6脉冲还是8脉冲信号,因此,本发明在工作过程中不必针对脉冲传感器发出的6脉冲信号再单独进行换算,而直接进行测量,可避免因换算过程带来的误差,并且使测量加快方便快速。
本发明还提出了一种测量转速的方法,通过预设的第一定时器开始计时,统计该第一定时器有效期间内该电控模块接收到的每两个相邻脉冲信号之间的间隔时间,将间隔时间排序,并按照预设的比例删除其中的最大值和最小值;将剩余的间隔时间计算一平均值,并以该平均间隔时间计算转速。通过该测量方法,当变速器输出转速在50~2600r/min范围内,测量的误差仅为1‰。因此,本发明能够准确的测量转速,从而能够及时发现变速器的电子里程是否有缺陷,解决不能定量评价变速器电子里程表的问题,使变速器能更灵活的在结构上和配置上使用变速器电子里程表。
本发明以数字的方式显示车速和变速器输出轴转速,有以下优点:
1.精度高;
2.取代了传统的电子线路,使体积和成本大为下降,同时保证了数据处理和显示的实时性;
3.对变速器电子里程表的信号进行了相应的滤波处理,提高了信号的抗干扰性,从而保证了可靠的信号进入电控模块;
4.提出了一种新的测速方法,统计该第一定时器有效期间内该电控模块接收到的每两个相邻脉冲信号之间的间隔时间;将上述间隔时间排序,并按照预设的比例删除其中的最大值和最小值;将剩余的间隔时间计算一平均值,并以该平均间隔时间计算转速;
5.及时早期的发现变速器电子里程表的损坏。
现有汽车上的车速仪器(Km/h)一个价值为2000元左右,仅总装车间至少需要十几个,而本发明提出的变速器电子里程表测速系统只需不到100元,成本低廉。
下面结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。对于所属技术领域的技术人员而言,从对本发明的详细说明中,本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
附图说明
图1为本发明一种变速器电子里程表测速系统的电路原理图;
图2为本发明一种测量转速的方法的优选实施例的流程图。
具体实施方式
参见图1,变速器电子里程表测速系统,软轴一端与变速器齿轮相连接,传感器用于感应软轴的转动并发出脉冲信号(软轴及传感器在图中均未示出)。电控模块U1用于接收上述传感器发出的脉冲信号,电控模块U1采用Atmel公司的Atmega16L型单片机。所述电控模块由其内部的第一定时器T1设定脉冲信号采集时间,电控模块通过统计在第一定时器有效期内所有脉冲信号的间隔时间,按照预设比例将最长及最短的部分时间间隔删除,将剩余的时间间隔计算一平均时间间隔,并根据该平均时间间隔计算转速或里程。电控模块上引脚1为第一定时器T1的引脚。所述的电控模块中还含有一第二定时器T0,该第二定时器累计到程序设置值的时候,通过电控模块的数据输出端口PA、PC将转速或里程数据输送到与之电连接的显示模块;电控模块上引脚2为第一定时器T0的引脚。显示模块U4为4位LED动态显示接口,该显示模块接收来自电控模块U1的PA端口的8个引脚输出的数据为段选码,以及接收来自电控模块的PC端口的4个引脚输出的数据为位选码。当上述第二定时器累计到程序设置值的时候,显示模块U4将电控模块统计的转速或里程显示。为了防止系统进入死循环,由电阻R1与电容C9串联构成一看门狗定时器,电控模块的复位端引脚9连接在电阻R1与电容C9之间。该看门狗定时器的溢出时间长于第一计时器的时间,当第一计时器开始计时时,看门狗定时器也开始计时;第一计时器到时的时候,将看门狗计时器清零(喂狗);看门狗定时器超时的时候,向电控模块发出一复位信号使其复位;当看门狗定时器溢出时也将发出一复位信号使电控模块复位。由电容C7、晶体Y1以及电容C8构成一自激振荡器,并与电控模块的引脚12、13连接,为电控模块工作时提供所需时钟信号。
为使电路中所有对外联系的线进行汇总统一引出,在系统中设置一个连接器JP1。该连接器的引脚23、25与切换装置S1连接,连接器的引脚27接收来自于变速器里程表信号IN。所述切换装置S1为一个旋转按钮开关,该切换装置一端接收来自于传感器所输出的脉冲信号,另一端具有两个切换位置,即切换位置1和切换位置2,但在任何时候只能位于其中一个切换位置上。当上述脉冲传感器发出为6脉冲的脉冲信号的时将该切换装置设置于切换位置1;当上述脉冲传感器发出为8脉冲的脉冲信号时将该切换装置设置于切换位置2。
连接器JP1的引脚23、25、27还分别通过电阻R2、R3、R4与光电耦合器U3的引脚1、3、5连接,光电耦合器U3在电气上对输入信号(变速器里程表信号和切换装置开关信号)进行隔离,避免干扰信号输入电控模块,对测量造成影响。电阻R2与一端接地的电容C1 0连接构成限流和低通滤波电路,对输入信号作初步滤波限流处理;光电耦合器的引脚11、13以及15分别对应连接电控模块的引脚2、1、20,电阻R5、R6、R7分别连接在地与光电耦合器的引脚11、13、15之间,对光电耦合器三路输出信号进行限流,使进入到电控模块中的电信号为标准脉冲信号。光电耦合器采用TLP52-4型芯片。
上位机(PC机)的通用串口线(共有9根引线)引脚2和引脚3(上位机在图中未示出),将信号传递到连接器JP1,由该连接器的引脚31和引脚33,再到电压转换器U2引脚13和引脚14,通过电压转换器U2的作用,将上位机传递的电压变换为电控模块U1可接受的电压(5V),再经过电压转换器U2引脚11和引脚12分别进入电控模块U1引脚15和引脚14,这样就在硬件上完成了上位机(PC机)和电控模块之间的通讯。电压转换器采用MAX232MJE芯片。
本发明在工作时,首先检测装置S1切换端所处换位置,如果切换装置设置于切换位置1,则传感器发出为6脉冲信号时,该信号(高电平)传到接线端子JP1的引脚25,并经电阻R3进行限流和缓冲后进入光电耦合器U3的引脚3,使得光电耦合器U3的引脚3和引脚4导通,通过光电耦合器U3的光电作用对该信号处理后,光电耦合器U3的引脚13和引脚14导通,光电耦合器U3的引脚13经电阻R6限流后以高电平信号进入电控模块U1的引脚1。如果切换装置设置于切换位置2,则传感器发出为8脉冲信号时,该信号(高电平)传到接线端子JP1的引脚23,并经电阻R4进行限流和缓冲后进入光电耦合器U3的引脚5,使得光电耦合器U3的引脚5和引脚6导通,通过光电耦合器U3的光电作用,光电耦合器U3的引脚11和引脚12导通,光电耦合器U3的引脚11经电阻R5限流后以高电平信号进入单片机U1的引脚2。电控模块经过检测切换模块所处位置后,第一及第二定时器开始计时,电控模块开始接收传感器的脉冲信号。
当变速器里程表工作时,其输出的信号为脉冲信号IN(见图1),传到接线端子JP1的引脚27,以及通过电阻R2传递送到光电耦合器U3,由于工业环境比较恶劣,变速器里程表信号必须经由R2和C10构成的低通滤波器滤掉高频信号和限流后进入光电耦合器U3的引脚1,从而达到对变速器里程表信号的有效处理,这时光电耦合器U3的引脚1和引脚2导通,通过光电耦合器U3的光电作用,光电耦合器U3的引脚15和引脚16导通,光电耦合器U3的引脚15经电阻R7限流后以标准的高电平信号进入单片机U1的引脚20。经过这样处理后变速器里程表信号就变为标准的脉冲信号。
当电控模块U1接收到上述的标准脉冲信号后,通过其内部的第一定时器将有效期内所有脉冲信号的间隔时间排序,并按照预设的比例(例如10%)删除其中的最大值和最小值,将剩余的间隔时间计算一平均值,并以该平均间隔时间使用转速算法首先得出里程表转速(即变速器输出转速),该里程表转速的计算公式如下:
里程表转速:n=6*107/(a*b)
上述公式中n代表里程表转速;
a代表上述脉冲信号的按照间隔时间所计算出的平均值;
b代表测量一个脉冲的周期。
根据上述公式,对于传感器输送的是6脉冲信号还是8脉冲信号,都能够直接直行计算。上述里程表转速经后桥减速再由轮胎折算,就可以得出实际车速,其计算公式如下:
汽车的车速:V=(0.377r*n)/i
上述公式中V代表汽车行驶过程中的速度;
r表示汽车轮胎滚动半径;
n表示里程转速;
i表示后桥传动比。
当第二定时器累计到设置值时,将里程或转速输出到显示模块,通过该显示模块显示给用户。
本发明提出的一种测量转速的方法的优选实施例流程如图2所示,包括:
步骤(1)、提供一如上述实施例中所述的变速器电子里程表测速系统,并将该系统开机自检,判断自检是否正常,如果正常进入步骤(2),否则显示错误代码,步骤结束;
步骤(2)、根据传感器的类型调整切换装置,并使预设的第一定时器、第二定时器、看门狗定时器开始计时;
步骤(3)、统计该电控模块接收到的每两个相邻脉冲信号之间的间隔时间;
步骤(4)、判断第一定时器是否到时,如果是则进入步骤(5),否则返回步骤(3);
步骤(5)、将上述间隔时间排序,并按照预设的比例(例如10%)删除其中的最大值和最小值;
步骤(6)、将剩余的间隔时间计算一平均值,并以该平均间隔时间使用转速算法计算转速或里程;
步骤(7)、判断第二定时器是否到时,如果是则将步骤(6)中计算的转速或里程显示,否则进入步骤(8);
步骤(8)、判断该看门狗定时器是否到时,如果是则将系统复位,返回步骤(2),否则进入步骤(9);
步骤(9)、将该看门狗定时器清零,初始化参数,返回步骤(2)。
在本系统中设置一个用于检测所述里程表早期故障的程序,使系统在检测车速的同时检测里程表的早期故障。首先,第1次装车后,系统将自动对连续的10个脉冲进行采样,求出每个脉冲的占空比,得出脉冲占空比的最大值和最小值存入电控模块内的EEPROM内。当车辆运行时,里程表工作,在计算转速或车速的同时,求出各脉冲的占空比,与脉冲占空比的最大值和最小值比较,如比较结果不在所述范围内,则里程表在显示转速的同时,插入显示故障代码,里程数字与故障代码以交替的形式显示,提示里程表的控制电路有故障,及时早期的发现变速器电子里程表的损坏。由于在变速器电子里程表正常工作时,其脉冲占空比是固定的(由机械加工决定),在出现故障时,其脉冲占空比就偏离了正常值。变速器电子里程表可以早期出现缺陷时提醒用户,但并不影响整个转速或车速的显示。
当然,本发明还可有其他实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,所属技术领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种变速器电子里程表测速系统,包括:软轴,该软轴一端与变速器齿轮相连接;传感器,该传感器用于感应软轴的转动并发出脉冲信号;
其特征在于,还包括:电控模块,该电控模块用于接收上述传感器发出的脉冲信号,并由其内部的第一定时器设定脉冲信号采集时间,电控模块通过统计在第一定时器有效期内所有脉冲信号的间隔时间,按照预设比例将最长及最短的部分时间间隔删除,将剩余的时间间隔计算一平均时间间隔,并根据该平均时间间隔计算转速或里程;
以及一切换装置,该切换装置与上述电控模块电连接,该切换装置设置有切换位置1和切换位置2,当上述脉冲传感器为6脉冲信号时,将该切换装置设置于切换位置1;当上述脉冲传感器为8脉冲信号时,将该切换装置设置于切换位置2。
2.根据权利要求1所述的一种变速器电子里程表测速系统,其特征在于,还包括:一看门狗定时器,该看门狗定时器与上述电控模块的复位端相连接,当该看门狗定时器溢出时将发出一复位信号使上述电控模块复位。
3.根据权利要求1所述的一种变速器电子里程表测速系统,其特征在于,还包括:一电压转换器,该电压转换器与上述电控模块电连接,用于电控模块与上位机之间进行电平转换,以实现电控模块与上位机之间的通讯。
4.根据权利要求1所述的一种变速器电子里程表测速系统,其特征在于:所述的电控模块中还含有一第二定时器,当该第二定时器累计到设置值时,所述电控模块输出统计的转速或里程。
5.根据权利要求4所述的一种变速器电子里程表测速系统,其特征在于,还包括:一显示模块,该显示模块与上述电控模块显示输出端电连接,当上述第二定时器累计到设置值时,显示所述电控模块统计的转速或里程。
6.一种测量转速的方法,包括:
步骤1、提供一如权利要求1所述的变速器电子里程表测速系统;
步骤2、使预设的第一定时器开始计时;
步骤3、统计该第一定时器有效期间内该电控模块接收到的每两个相邻脉冲信号之间的间隔时间;
步骤4、将上述间隔时间排序,并按照预设的比例删除其中的最大值和最小值;
步骤5、将剩余的间隔时间计算一平均值,并以该平均间隔时间计算转速。
7.根据权利要求6所述的一种测量转速的方法,其特征在于,还包括:将预设的看门狗定时器开始计时,当该看门狗定时器溢出时将上述电控模块复位。
8.根据权利要求6所述的一种测量转速的方法,其特征在于,还包括:设置一切换装置,当上述传感器为6脉冲传感器时,将该切换装置切换到位置1;当上述传感器为8脉冲传感器时,将该切换装置切换到位置2。
9.根据权利要求6所述的一种测量转速的方法,其特征在于,还包括:将预设的第二定时器开始计时,当该第二定时器到时的时候,将转速或里程显示。
10.根据权利要求6所述的一种测量转速的方法,其特征在于,还包括:设置一显示模块,当上述第二定时器到时的时候,在该显示模块中显示上述步骤5中电控模块统计的转速或里程。
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