CN104260640A - 工程特种车智能仪表及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程特种车智能仪表；包括中央处理器等，中央处理器和显示装置之间信号连接；中央处理器还连接有车辆开关信号输入电路、传感器信号输入电路、信号输入端口、声音报警器以及中央处理器强制复位装置；传感器信号输入电路为脉冲检出电路；相对于车辆开关信号输入电路和脉冲检出电路，中央处理器还连接有驱动信号输出电路；车辆开关信号输入电路、脉冲检出电路和驱动信号输出电路与中央处理器之间均设置有光耦隔离电路；中央处理器、车辆开关信号输入电路、传感器信号输入电路、驱动信号输出电路、RS232接口、蜂鸣器以及看门狗均与电源模块电连接；电源模块与中央处理器之间依次通过抗干扰电源电路和电压监控电路相连接。

Description

工程特种车智能仪表及使用方法

技术领域

本发明涉及一种车辆仪表，尤其是一种工程特种车智能仪表及使用方法。 

背景技术

工程用内燃式特种车是一种具有大型工程工具特性的特种车量；如牵引车、大型叉车、堆垛车、装载车等；但是由于这种车辆的使用环境比一般车辆复杂很多，所以安全性和操作效率是这种车的重要指标。 

而在车辆的操作过程中，一般都需要通过仪表盘进行车辆信号的读取，如汽车在行驶的过程中，需要通过对汽车速度的读取之后，将汽车的行驶速度通过仪表盘进行显示，由汽车的驾驶者获得相应的汽车行驶信号，以使得驾驶者完成对汽车的驾驶；又比如在自行车的行驶过程中，自行车骑行者需要通过外装的码表进行自行车速度的读取，以使得骑行者能够完美的驾驭自行车。 

然而，如上所述的汽车仪表盘以及自行车码表等都是针对相应的车种的行驶性能进行开发而来的，而工程用内燃式特种车由于其具有的行驶性能，一般在这种车辆上安装仪表盘的时候，往往就直接借鉴于一般汽车的车辆仪表，即仅仅能够指示出车辆速度、车辆油箱油量等这类行驶信号，仅仅能保证这种特种车辆的一般操作，但是面对各种特殊的操作，则往往都需要凭借操作者的经验来判断；而现有的此类工程车辆一般都是采用单人驾驶兼操作的模式，驾驶员既要负担驾驶车辆的工作，又能负担起车辆功能操作的工作，虽然这种方式有利于增强车辆行驶时候的协调性，但是这种方式也使得驾驶员的负担极大的增加，对驾驶员的素质要求很高，而在操作过程中，由于长期的一心二用(驾驶和特种操作)，使得特种车辆在复杂环境中的操作失误很多。 

而为了使得车辆仪表盘的适用性更加的广泛，现在汽车厂商对仪表盘的开发也越来越重视，如专利号200910182968.X就公开了一种汽车虚拟仪表盘，但是该仪表盘仅仅是将视频显示功能增加到了仪表盘中，虽然针对现在使用最广泛的机械式仪表盘进行了改进，但是远远不能解决针对工程用内燃式特种车进行安全性和操作效率等方面进行数据读取的功能需求。又如专利号为201210351920.9也公开了一种汽车虚拟仪表盘，但是在该专利中，由于大量的集成电子元件，使得各个元件之间的抗干扰能力极差，仅仅能在电动车这类外 界干扰比较小的车辆上使用，而工程用内燃式特种车这类使用环境复杂，抗干扰需求较强的车辆上，明显无法正常使用。如专利号为201110173360.8公开的一种推土机数字仪表盘，201120241512.9公开的汽车仪表盘，200710013490.9公开的机动车电子仪表盘等等专利，都仅仅改进了仪表盘的显示方法，但是并没有针对仪表盘的接线、仪表盘的抗干扰能力等方面进行改进，无法达到工程车所需要的安全性和操作效率这种重要指标。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单的工程特种车智能仪表及使用方法。 

为了解决上述技术问题，本发明提供一种工程特种车智能仪表；包括电源模块、中央处理器和显示装置，所述中央处理器和显示装置之间信号连接；所述中央处理器还连接有车辆开关信号输入电路、传感器信号输入电路、信号输入端口、声音报警器以及中央处理器强制复位装置；所述传感器信号输入电路为脉冲检出电路；所述信号输入端口为为RS232接口；所述声音报警器为蜂鸣器；所述中央处理器强制复位装置为看门狗；相对于车辆开关信号输入电路和脉冲检出电路，所述中央处理器还连接有驱动信号输出电路；所述车辆开关信号输入电路、脉冲检出电路和驱动信号输出电路与中央处理器之间均设置有光耦隔离电路；所述中央处理器、车辆开关信号输入电路、传感器信号输入电路、驱动信号输出电路、RS232接口、蜂鸣器以及看门狗均与电源模块电连接；所述电源模块与中央处理器之间依次通过抗干扰电源电路和电压监控电路相连接。 

作为对本发明所述的工程特种车智能仪表的改进：所述电源模块、中央处理器、显示装置、车辆开关信号输入电路、脉冲检出电路、驱动信号输出电路、RS232接口、看门狗以及蜂鸣器均设置在保护壳内；所述保护壳内从上到下依次设置有面板玻璃、上PCB板和下PCB板；所述上PCB板上设置中央处理器、显示装置和蜂鸣器；所述下PCB板上设置抗干扰电源电路、电压监控电路、脉冲检出电路、车辆开关信号输入电路以及驱动信号输出电路。 

作为对本发明所述的工程特种车智能仪表的进一步改进：所述显示装置通过面板玻璃分隔成档位显示区、速度显示区以及里程数显示区。 

一种工程特种车智能仪表的使用方法；包括如下步骤：第一；车速、里程以及档位运行信号的数字显示：通过车辆开关信号输入电路接收车辆运行过程中的相应数字信号，再将该数字信号传输给中央处理器；通过脉冲检出电路读取相应的速度传感器中的脉冲信号，再将此信号整形并转换后输入到中央处理器；中央处理器根据车辆开关信号输入电路以及脉冲检出电路传回的数字信号进行车速、里程以及档位等车辆运行信号的显示；第二； 空挡启动：中央处理器根据车辆开关信号输入电路输入的数据判断车辆当前处于空挡且发动机未启动的状态，中央处理器再通过经驱动信号输出电路输出高电平允许启动信号，使车辆发动机启动；第三；自动换档功能：在中央处理器内设置汽车的驾驶档位数据，一旦车辆的实时速度达到了该档位速度的升档上限速度时，则由中央处理器通过经驱动信号输出换挡电平，驱动车辆的高速阀工作；而一旦车辆的实时速度达到了该档位速度的降档下限速度时，则由中央处理器控制输出换挡电平，驱动车辆降档；第四；超速报警功能：在中央处理器内设置安全驾驶速度，一旦车辆的实时速度达到了安全驾驶速度的最高值，则由中央处理器产生报警信号，提示相应的报警设备进行报警信号的输出；第五；安全感知功能：在中央处理器内设定危险或不完全驾驶标准，中央处理器读取通过车辆开关信号输入电路输入的数据后，判断是否处于危险或不完全驾驶标准内，如果当前的驾驶状态为危险或不完全驾驶，则由中央处理器根据内置的危险驾驶信号进行相应的报警输出，完成安全感知的功能；第六；数据存储功能：由速度脉冲传感器获得速度信号，再将该速度信号传输到中央处理器内，再由中央处理器将该信号进行分配存储；第七；外接设备扩展功能：通过RS232接口接入相应的设备，外部设备的信号传输到中央处理器，再由中央处理器进行相应的信号处理；第八；系统安全：通过看门狗进行系统的强制重启，确保系统的运行安全。 

作为对本发明所述的工程特种车智能仪表的使用方法的改进：所述车速及里程数的计算如下：①得出测速齿轮每转一圈时的车子行走距离；②根据车子行走距离得出车辆速度为1.0Km/H时，获得10个速度脉冲的时间定值；③根据车子行走距离得出每公里的测速齿轮脉冲数K值；④根据中央处理器的内部中断时钟频率得出时间段内的中断次数值；⑤将时间段内的中断次数值预存入中央处理器的存储器；⑥每次仪表上电后，中央处理器自动调用该值；中央处理器只统计在此内部时间段内所读取的外部速度脉冲数，再经过16进制转10进制，即为车辆当前的速度；⑦对中央处理器收到的脉冲数进行计数，并与K值进行比较，每计满一个K值即为1公里，以此累加入公里数寄存器中。 

作为对本发明所述的工程特种车智能仪表的使用方法的进一步改进：所述数据存储方法如下：将储区模块分为主存储区、备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ；主存储区存储所有数据；当中央处理器每次接收到十公里里程数进位时，将数据分别存储到主存储区、备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ；当中央处理器检测到主存储区损坏时，则中央处理器自动判定备用存储区Ⅰ为新的主存储区进行所有数据的存储；当中央处理器每次接收到十公里里程数进位时，将数据分别存储到备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ。 

作为对本发明所述的工程特种车智能仪表的使用方法的进一步改进：所述中央处理器对主存储区的损坏检测通过如下的步骤进行：a、设定读取阈值；b、中央处理器将数据存入主存储区；c、中央处理器对存入主存储区的数据进行读取比对；读取比对结果不一致，重复步骤b；d、步骤c中，读取比对结果不一致次数达到设定的读取阈值，中央处理器自动判定主存储区已损坏，地址指针自动重新选择备用存储区Ⅰ进行数据保存。 

作为对本发明所述的工程特种车智能仪表的使用方法的进一步改进：正常运行时，所述主存储区存储机器参数和十公里以上的里程数；所述备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ存储十公里以上的里程数；掉电导致非正常运行时，所述主存储区存储当前的个位里程及不足1公里的脉冲数和相关的故障数据；所述备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ分别存储个位里程及不足1公里的脉冲数和相关的故障数据。 

作为对本发明所述的工程特种车智能仪表的使用方法的进一步改进：所述主存储区分为三个存储地址；每次当车辆断电后，里程数分别存入三个存储地址内；当设备开启重启的时候，将三个地址内存储的数据一并读取，并两两比较后，取两组相同的数据作为有效数据。 

本发明的工程特种车智能仪表依据特种车辆的特点，通过中央处理器及相关技术，采集各类传感器的数据，根据当前状态，控制各执行机构起动许可、档位、报警等，并显示车辆速度和里程，记录车辆的异常情况。使车辆尽可能地减少对人的依赖，一定程度上杜绝人为的不良操作。 

在使用的安全性方面，本发明增设了专门的报警器(蜂鸣器)，将报警器(蜂鸣器)led发光管和lcd显示屏相互结合，达到声光电全方位报警，刺激驾驶人员，杜绝驾驶人员因为lcd显示屏的灯光报警不明显而将报警信号忽略的问题；由于工程特种车经常要工作在一些恶劣的环境之中，所以在本发明中，使用了增强电源电路、各输入信号与内部器件之间加入光耦等技术手段来避免干扰，提高系统的稳定性，再通过外接看门狗芯片，确保系统崩溃后能迅速恢复。 

在使用性能方面，本发明通过RS232通讯接口可以有丰富的外部扩展能力，实现与外接设备进行信号的交互功能；而使用速度脉冲传感器和脉冲检出电路，结合特有的脉冲处理方法将车辆的速度检测方法进行简化。此外，针对不同车型车辆的不同速比，每次在更换车型时，仅需针对该车辆输入一速比常数即可实现多型号工程车的通用。 

而本发明的仪表盘窗口通过相应的隔离，形成车辆当前档位、车辆当前速度以及车辆总里程数等三个显示窗口，显示直观，特征车的驾驶员通过这三个数值的判断，基本就能断定 特种车当前的使用状况。 

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。 

图1是本发明的主要模块结构示意图； 

图2是本发明的主要结构示意图； 

图3是图2的正面结构示意图。 

具体实施方式

实施例1、图1～图3给出了一种工程特种车智能仪表，主体部分包括保护壳2，保护壳2内通过数据的高度集成后，通过总线的连接方式，去除一般车辆的仪表盘需要较多较复杂线路连接的缺陷；而主要功能为车速、里程及档位等信号的数字显示，空挡启动功能，自动换档功能，超速报警功能，安全感知功能，数据存储功能，外接设备扩展功能等。 

硬件基础结构部分： 

保护壳2上从上到下依次设置面板玻璃1、上PCB板3和下PCB板4。 

上PCB板3上集成中央处理器20、led显示屏210(显示装置)和报警器215(蜂鸣器)；下PCB板4上集成抗干扰电源电路202、电压监控电路203、脉冲检出电路206、显示驱动芯片209、通讯芯片211、报警器输出电路213、信号输入电路(车辆开关信号输入电路、脉冲检出电路)以及信号输出电路(驱动信号输出电路)。上PCB板3和下PCB板4之间设置有铜柱10和上下板对插针11，铜柱10用于固定，上下板对插针11用于信号连接。面板玻璃1通过铝质压圈7与保护壳2相互固定，铝质压圈7与面板玻璃1之间设置有橡胶密封圈8，橡胶密封圈8主要用来防尘与防水溅射等，而通过面板玻璃1的设置，既可以防止外界对保护壳2内元器件的损坏，又可以通过面板玻璃1观察lcd显示屏210的显示信号；保护壳2下方设置有固定螺丝9，通过固定螺丝9与相应的工程特种车相互固定匹配，装配简单。通讯芯片211上连接RS232接口212，通过RS232接口212可以连接外部的其他信号输入设备，使得本发明的仪表盘可以横向的进行功能扩展。 

以上所述的所有元器件均采用贴片安装方式，可由贴片机自动完成焊接，接插件采用进口AMP产品，液晶屏通过定制，显示公里数、速度、档位及设置等信号；显示装置通过面板玻璃分隔成档位显示区、速度显示区以及里程数显示区。 

元器件信号连接： 

中央处理器20分别连接显示驱动芯片209、通讯芯片211、信号输入电路和信号输出电路；显示驱动芯片209连接lcd显示屏210，通过lcd显示屏210显示所有中央处理器20获 得的数据信号等(本实施例中，显示装置通过面板玻璃分隔成档位显示区、速度显示区以及里程数显示区，所以lcd显示屏210只显示档位信号、速度信号以及里程信号等)；通讯芯片211上设置有RS232接口212，通过RS232接口212进行数据通讯，并与外部设备进行信号交互；信号输入电路和信号输出电路与中央处理器20之间分别设置有光耦隔离电路，光耦隔离电路包括光耦隔离电路Ⅰ205、光耦隔离电路Ⅱ216和光耦隔离电路Ⅲ217；信号输入电路包括九路开关207(九路开关207包括工程特种车的启动信号、手动/自动切换信号以及前进信号等九路信号)和脉冲检出电路206(脉冲检出电路206与速度脉冲传感器208相互信号连接)；九路开关207和脉冲检出电路206与中央处理器20之间分别通过光耦隔离电路Ⅰ205和光耦隔离电路Ⅱ216进行信号隔离；信号输出电路为驱动输出电路214，通过驱动输出电路214输出中央处理器20的驱动控制信号，驱动输出电路214与中央处理器20之间通过光耦隔离电路Ⅲ217进行信号隔离。由于特种车都工作在比较恶劣的环境中，九路开关207、脉冲检出电路206以及驱动输出电路214等直接与速度脉冲传感器208等传感器组件及执行机构线圈等相连接，极其容易造成相互间的信号干扰，继而对中央处理器20产生影响，造成系统崩溃，所以在此处设置光耦隔离电路，保护系统端敏感性的电路元件免受现在端存在的危险电压的损害，消除影响数据采集精度的共模噪声和接地环路问题的干扰。光耦隔离电路选用PC817光耦，这种PC817光耦对窄尖峰干扰的传递不敏感，所以有良好的抗干扰作用；不仅能使原边副边两侧相互隔离，同时还能实现不同电平间的信号转移。 

电源输入： 

特种车是一种大马力设备，自身的干扰源较多，工作环境也较恶劣，常常会出现峰值达300V以上脉冲宽度小于100us的连续干扰脉冲。为确保电源的可靠性，抗干扰电源电路(现有技术)由二极管D1(4007)、二极管D2(FR107)、稳压二极管Z1(P6KE36A)、电感L1(1mH)、电感L2(33μH)、电容C1(47μF/100V)、电容C2(104)、电容C3(220μF/16V)、电容C4(104)以及开关稳压集成电路构成；抗干扰电源电路202中的稳压二极管Z1瞬态抑制二极管D1,其峰值电流可达100A、峰值功率可达600W，用于吸收高压窄脉冲干扰，用电感L1，电容C1，电容C2回路吸收持续的高频干扰，以确保仪表的稳定性。而工程特种车的供电电压一般由12V或24V的蓄电池提供，所以在本发明的抗干扰电源电路202采用输入电压范围为10-28VDC，采用最大可输出电流为3A，最高输入电压可为37V的LM2575做为抗干扰电源电路202的开关稳压集成电路(本实施例中，选用LM2576-5)。 

硬件报警器的设置： 

中央处理器20通过报警器输出电路213分别与报警器215和lcd显示屏210相互连接；报警器215采用蜂鸣报警器，通过蜂鸣报警器在需要报警的时候发出尖锐的报警声，弥补现有lcd显示屏210单独报警的缺陷。在触发中央处理器20内置的报警程序后，中央处理器20将同时将报警信号发送到报警器215和lcd显示屏210，由报警器215发出尖锐的报警声，再由lcd显示屏210实现屏幕报警，通过声、光等全方位报警，引发工程特种车驾驶者的注意力，避免因驾驶者在驾驶的时候，忽略lcd显示屏210报警的问题。报警器215和报警器输出电路213分别与电源模块201电连接。 

本发明的工程特种车智能仪表的运行步骤如下： 

第一种功能、车速、里程及档位等信号的数字显示： 

通过九路开关207及时获取车辆在行驶过程中的性能参数信号(数字信号)，而通过脉冲检出电路206及时获取车辆的即时行驶速度(通过传感器获取脉冲信号)，并将以上所获得的信号(数字信号可以直接发送，脉冲信号则需要先整形并转换后发送)发送到中央处理器20；而这些数据(信号)在中央处理器20内，通过中央处理器20进行以存储数据的比对和现有数据的计算后，就可以获得此时的里程数等信号；再将所有的信号通过仪表盘上的led显示屏210进行显示(通过九路开关207获得的档位信号、通过脉冲检出电路206获得的数字信号以及通过中央处理器20计算得到的里程信号)。 

第二种功能、空挡启动功能： 

中央处理器20根据九路开关207输入的数据(信号)判断车辆当前处于空挡且发动机未启动的状态，中央处理器20再通过驱动输出电路214输出高电平允许启动信号，使车辆发动机启动。 

第三种功能、自动换档功能： 

在中央处理器20内设置汽车的驾驶档位数据，一旦车辆的实时速度达到了该档位速度的升档上限速度时，则由中央处理器20控制输出换挡电平，驱动车辆的高速阀工作；而一旦车辆的实时速度达到了该档位速度的降档下限速度时，则由中央处理器20控制输出换挡电平，驱动车辆降档。 

第四种功能、超速报警功能： 

在中央处理器20内设置安全驾驶速度，一旦车辆的实时速度达到了安全驾驶速度的最高值，则由中央处理器20产生报警信号，提示相应的报警设备进行报警信号的输出。报警信号的输出包括报警器215的鸣叫报警和lcd显示屏210的闪烁报警，从听觉和视觉两方面报警，确保驾驶者能够及时的接收到报警信号。 

第五种功能、安全感知功能： 

在中央处理器20内设定危险或不完全驾驶标准，中央处理器20通过九路开关207读取车辆的最新状态，而根据读取的数据判断车辆是否处于危险或不完全驾驶标准内，如果当前的驾驶状态为危险或不完全驾驶，如将座椅的安全带断开和未手动制动的情况下，就断定处于危险或不完全驾驶标准内，此时，由中央处理器20输出报警信号，完成安全感知功能。 

第六种功能、数据存储功能： 

数据的存储主要包括行驶速度，以及总里程数等方面；行驶速度，以及总里程数等数据均由中央处理器20进行分配存储。 

第七种功能、外接设备扩展功能： 

通过RS232接口212接入相应的设备，就可以进行相应的设备扩展，扩展设备的信号传输到中央处理器20，再由中央处理器20进行相应的反应。 

第八种功能、系统安全功能： 

通过看门狗进行系统的强制重启，确保系统的运行安全。 

以上所述的步骤中数据存储方法如下： 

本实施例中，选用X5045看门狗芯片(X5045为复合功能芯片，一方面有看门狗功能，另外一方面也具有数据存储功能)的512x8位的E²PROM作为中央处理器20的数据存储器；为了确保数据存储的安全，将数据的保存地址分主存储区、备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ；中央处理器20每次接收到十公里里程数进位时，自动将里程数据存入备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ；若中央处理器20检测到主存储区损坏，则中央处理器20自动判定备用存储区Ⅰ为新的主存储区进行数据的存储，并在每次接收到十公里里程数进位时，自动将里程数据存入备用存储区Ⅱ；确保最大数据的丢失不会大于十公里。 

本发明通过对存入的数据进行读取校验、尽可能减少存放数据的次数以及重复保存数据三方面来提升系统存储的安全与效率： 

存入的数据进行读取校验：首先，中央处理器20将数据存入主存储区；其次，中央处理器20对存入主存储区的数据马上进行读取比对；读取比对结果不一致，重复第一步将数据存入主存储区；最后，读取比对结果不一致次数达到十次(十次为设定的中央处理器20阈值)，中央处理器20自动判定主存储区已损坏，地址指针自动重新选择备用存储区进行数据保存。 

尽可能减少存放数据：对于个位里程及不足1公里的脉冲数和相关的故障数据等信号， 只在掉电时才进行保存，机器参数做实时保存。 

重复保存数据：主存储区内的数据存储分为三个地址位，即每次数据存储分为三个地址位，一旦数据断电后重启，则中央处理器20分别读取三个地址位中的数据，并将读取的三个数据进行两两比对，取其中的两组相同的数据作为有效数据。 

数据对比的主要步骤如下： 

1.常规数据保存时(十位数及十位数以上的数据保存)，保存后马上再读取刚刚保存的数据，判断数据是否正确； 

2.掉电时数据保存(个位数及个位数以下的数据保存)，当系统判断掉电时，将个位以下数据迅速分3次(通过断电延时装置实现最后部分的数据存储)保存在不同的地方(三个地址位中)，开机上电时，系统会读取掉电时保存的数据，并进行两两比较，找出两个以上相同的数据作为有效数据，以防止因存储器失效而造成的数据丢失。 

以上所述的步骤四中看门狗设置方法如下： 

本实施例中的中央处理器20选用ATMEL公司的AT89S52，该芯片是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程FLASH存储器。尽管89S52中央处理器自带有看门狗功能，但由于是利用内部晶振来记数的看门狗，其喂狗周期短，在16383个机器周期内必须有一个喂狗信号，占用中央处理器资源多；而且一旦晶振电路受到干扰被迫停振，其看门狗功能也一并失去。所以在本实施例中，中央处理器20上还连接有看门狗204；所述看门狗204与电源模块201电连接。看门狗204选用X5045看门狗芯片，其喂狗周期最长可达1.4秒，并集E2PROM与上电复位功能于芯片内。 

X5045看门狗芯片的运用如下所述： 

在开机初始化时，中央处理器20将看门狗204的复位时间设为1.4秒；正常运行时，中央处理器20约0.5秒自动发一个喂狗信号；若中央处理器20内程序死机，看门狗204在1.4秒后自动发送复位信号给中央处理器20，强制复位。 

以上所述步骤四中的车速及里程数的计算如下： 

①得出测速齿轮每转一圈时的车子行走距离l； 

②根据车子行走距离l得出车辆速度为1.0Km/H时，获得10个速度脉冲的时间定值k； 

③根据车子行走距离l得出每公里的测速齿轮脉冲数K值； 

④根据中央处理器20的内部中断时钟频率得出k时间段内的中断次数k'值； 

⑤将k时间段内的中断次数k'值预存入中央处理器20的存储器； 

⑥每次仪表上电后，中央处理器20自动调用该值；中央处理器20只统计在此内部时 间段内所读取的外部速度脉冲数，再经过16进制转10进制，即为车辆当前的速度； 

⑦对中央处理器20收到的脉冲数进行计数，并与K值进行比较，每计满一个K值即为1公里，以此累加入公里数寄存器中。 

由于在现有技术中，用于车辆速度检测的传感器有磁电式、电涡流式和霍尔元件式。由于磁电式传感器工作可靠，线路简单，只有两线，无正负极，几乎不受温度、灰尘等环境因素的影响，所以得到广泛应用。磁电式传感器的工作原理遵循电磁感应原理，根据电磁感应定律，当N匝线圈在均恒磁场内运动时，设穿过线圈的磁通为φ，则线圈内的感应电动势ε与磁通变化率dφ/dt的关系如公式(1)。 

$\mathrm{\ϵ}=-N\frac{\mathrm{d\φ}}{\mathrm{dt}}$                     公式(1) 

若线圈在相对磁场作旋转运动并切割磁力线时，则线圈两端的感应电动势ε的值为公式(2)。 

式中：ω为旋转运动的相对角速度；A为每匝线圈的截面积；φ为线圈平面的法线方向与磁场方向的夹角。 

根据磁电式传感器的特征，本实施例中采用脉冲检出电路206，脉冲检出电路206只获取输入波形的上半周，比较并整形后输出的方波驱动光耦(光耦隔离电路Ⅲ217)。 

基于以上所述的脉冲检出电路206，进行以上所述的车速及里程数的计算： 

当不同型号的车辆的速度均为1.0Km/H时，获得10个速度脉冲的时间是个定值，设为k；按k的时间去采集速度脉冲，其脉冲数即为当前速度值的10倍关系，满足0.1Km/h精度的精度等级。 

而k值只与车辆的相关参数有关。不同的车型具有不同的k值(单位：s)。 

k值的推导计算公式如下，先求出测速齿轮每转一圈时的车子行走距离l，如公式(3)所示： 

再求k值，如公式(4)所示。 

通过l还可求出每公里的测速齿轮脉冲数K，如公式(5)所示。 

如：某一车型参数为：车轮直径990mm，测速齿轮齿数53，输出轴齿数34，驱动桥速比(轮边传动比)204:9。 

经计算， $l=\frac{53}{34}\×\frac{9}{204}\×990\×\mathrm{\π}=213.892\left(\mathrm{mm}\right)$

$k=\frac{3600}{1000}\×\frac{10}{53}\×l\÷1000=0.145285\left(s\right)$

$K=\frac{53*{10}^6}{l}=\frac{53*{10}^6}{213.892}=247788.6(p/\mathrm{Km})$

转成16进制为:K'＝3C7ED H 

若中央处理器20内部中断时钟为3600Hz，在k时间段内的中断次数设为k'(内部中断次数)，则k'＝3600*k＝523，转成16进制，k'＝20B H。 

只要将此k'值预存入中央处理器20的存储器的固定位置，每次仪表上电后自动调用该值。中央处理器20只统计在此内部时间段内所读取的外部速度脉冲数，再经过16进制转10进制，即为车辆当前的速度；无需再经过复杂的运算。 

而公里数的记录只要设定一个3字节的计数器，对收到的脉冲数进行计数，并与K值进行比较，每计满一个K值(16进制为K')即为1公里，以此累加入公里数寄存器中。 

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.工程用特种车辆智能仪表；包括电源模块、中央处理器和显示装置，所述中央处理器和显示装置之间信号连接；其特征是：所述中央处理器还连接有车辆开关信号输入电路、传感器信号输入电路、信号输入端口、声音报警器以及中央处理器强制复位装置；

所述传感器信号输入电路为脉冲检出电路；所述信号输入端口为RS232接口；所述声音报警器为蜂鸣器；所述中央处理器强制复位装置为看门狗；

相对于车辆开关信号输入电路和脉冲检出电路，所述中央处理器还连接有驱动信号输出电路；所述车辆开关信号输入电路、脉冲检出电路和驱动信号输出电路与中央处理器之间均设置有光耦隔离电路；

所述中央处理器、车辆开关信号输入电路、传感器信号输入电路、驱动信号输出电路、RS232接口、蜂鸣器以及看门狗均与电源模块电连接；

所述电源模块与中央处理器之间依次通过抗干扰电源电路和电压监控电路相连接。

2.根据权利要求1所述的工程特种车智能仪表，其特征是：所述电源模块、中央处理器、显示装置、车辆开关信号输入电路、脉冲检出电路、驱动信号输出电路、RS232接口、看门狗以及蜂鸣器均设置在保护壳内；

所述保护壳内从上到下依次设置有面板玻璃、上PCB板和下PCB板；

所述上PCB板上设置中央处理器、显示装置和蜂鸣器；

所述下PCB板上设置抗干扰电源电路、电压监控电路、脉冲检出电路、车辆开关信号输入电路以及驱动信号输出电路。

3.根据权利要求2所述的工程特种车智能仪表，其特征是：所述显示装置通过面板几何图形与着色分隔成档位显示区、速度显示区以及里程数显示区，并设有报警指示灯。

4.一种工程特种车智能仪表的使用方法；其特征是：包括如下步骤：

第一；车速、里程以及档位运行信号的数字显示：

通过车辆开关信号输入电路接收车辆运行过程中的相应数字信号，再将该数字信号传输给中央处理器；

通过脉冲检出电路读取相应的速度传感器中的脉冲信号，再将此信号整形并转换后输入到中央处理器；

中央处理器根据车辆开关信号输入电路以及脉冲检出电路传回的数字信号进行车速、里程以及档位等车辆运行信号的显示；

第二；空挡启动：

中央处理器根据车辆开关信号输入电路输入的数据判断车辆当前处于空挡且发动机未启动的状态，中央处理器再通过经驱动信号输出电路输出允许启动信号，允许发动机启动；

第三；自动换档功能：

在中央处理器内设置汽车的驾驶档位数据，一旦车辆的实时速度达到了该档位速度的升档上限速度时，则由中央处理器通过经驱动信号输出换挡电平，驱动车辆的高速阀工作；而一旦车辆的实时速度达到了该档位速度的降档下限速度时，则由中央处理器控制输出换挡电平，驱动车辆降档；

第四；超速报警功能：

在中央处理器内设置安全驾驶速度，一旦车辆的实时速度达到了安全驾驶速度的最高值，则由中央处理器产生报警信号，提示相应的报警设备进行报警信号的输出；

第五；安全感知功能：

在中央处理器内设定危险或不完全驾驶标准，中央处理器读取通过车辆开关信号输入电路输入的数据后，判断是否处于危险或不完全驾驶标准内，如果当前的驾驶状态为危险或不完全驾驶，则由中央处理器根据内置的危险驾驶信号进行相应的报警输出，完成安全感知的功能；

第六；数据存储功能：

由速度脉冲传感器获得速度信号，再将该速度信号传输到中央处理器内，再由中央处理器将该信号进行分配存储；

第七；外接设备扩展功能：

通过RS232接口接入相应的设备，外部设备的信号传输到中央处理器，再由中央处理器进行相应的信号处理；

第八；系统安全：

通过看门狗进行系统的强制重启，确保系统的运行安全。

5.根据权利要求4所述的工程特种车智能仪表的使用方法，其特征是：所述车速及里程数的计算如下：

①得出测速齿轮每转一圈时的车子行走距离；

②根据车子行走距离得出车辆速度为1.0Km/H时，获得10个速度脉冲的时间定值；

③根据车子行走距离得出每公里的测速齿轮脉冲数K值；

④根据中央处理器的内部中断时钟频率得出时间段内的中断次数值；

⑤将时间段内的中断次数值预存入中央处理器的存储器；

⑥每次仪表上电后，中央处理器自动调用该值；中央处理器只统计在此内部时间段内所读取的外部速度脉冲数，再经过16进制转10进制，即为车辆当前的速度；

⑦对中央处理器收到的脉冲数进行计数，并与K值进行比较，每计满一个K值即为1公里，以此累加入公里数寄存器中。

6.根据权利要求5所述的工程特种车智能仪表的使用方法，其特征是：所述数据存储方法如下：

将储区模块分为主存储区、备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ；

主存储区存储所有数据；

当中央处理器每次接收到十公里里程数进位时，将数据分别存储到主存储区、备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ；

当中央处理器检测到主存储区损坏时，则中央处理器自动判定备用存储区Ⅰ为新的主存储区进行所有数据的存储；

当中央处理器每次接收到十公里里程数进位时，将数据分别存储到备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ。

7.根据权利要求6所述的工程特种车智能仪表的使用方法，其特征是：所述中央处理器对主存储区的损坏检测通过如下的步骤进行：

a、设定读取阈值；

b、中央处理器将数据存入主存储区；

c、中央处理器对存入主存储区的数据进行读取比对；读取比对结果不一致，重复步骤b；

d、步骤c中，读取比对结果不一致次数达到设定的读取阈值，中央处理器自动判定主存储区已损坏，地址指针自动重新选择备用存储区Ⅰ进行数据保存。

8.根据权利要求7所述的工程特种车智能仪表的使用方法，其特征是：正常运行时，所述主存储区存储机器参数和十公里以上的里程数；

所述备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ存储十公里以上的里程数；

掉电导致非正常运行时，所述主存储区存储当前的个位里程及不足1公里的脉冲数和相关的故障数据；

所述备用存储区Ⅰ以及备用存储区Ⅱ分别存储个位里程及不足1公里的脉冲数和相关的故障数据。

9.根据权利要求8所述的工程特种车智能仪表的使用方法，其特征是：所述主存储区分为三个存储地址；

每次当车辆断电后，里程数分别存入三个存储地址内；

当设备开启重启的时候，将三个地址内存储的数据一并读取，并两两比较后，取两组相同的数据作为有效数据。