CN105628050A - 一种车速里程表的电路结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的电路结构包括车速信号采集单元采集的车速信号通过信号处理电路接入单片机；单片机完成对数据和信号的处理和转化后，驱动步进电机运转带动车速指示单元的仪表指针转动，指示汽车当前行驶速度。由于采用上述的结构，本发明精度高、体积小、可视性好、通用性强。显示的信息量多且有储存功能。同时采用步进电机驱动，车速最大量程为140km/h，最小分度为5km/h。当车速稳定变化时，车速表指针运功平稳。在任一恒定速度下，指针摆动范围不超过1km/h。

Description

一种车速里程表的电路结构
技术领域
本发明涉及汽车仪表的技术改进领域，特别涉及一种车速里程表的电路结构。
背景技术
车速里程表是汽车仪表中的一个重要仪表，主要指示汽车的行驶速度及显示日记里程和累计里程，在汽车行驶中起着重要的作用，甚至影响行驶的安全，在汽车零部件中属于国家法定计量产品。最先的车速里程表是机械式结构，由软轴驱动车速里程表中带有磁钢的驱动轴，驱动轴旋转产生的磁场与该磁场在金属感应罩内所产生的电流相互作用而产生的作用力来指示汽车行驶的速度。随着科学技术的进步，电子技术的不断发展，交叉线圈式的车速里程表应运而生。但是，这种结构存在着工艺复杂，生产效率低，质量不易保证等问题，且交叉线圈的技术应用已多年，与当今市场的主流产品比较已相对落后。
针对上述问题，为了提高产品质量，改善生产工艺，提供一种新型的车速里程表的电路结构，达到提高车速里程表的可靠性，降低成本，提升产品技术挡次的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种车速里程表的电路结构，达到提高车速里程表的可靠性，降低成本，提升产品技术挡次的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的电路结构包括车速信号采集单元采集的车速信号通过信号处理电路接入单片机；单片机完成对数据和信号的处理和转化后，驱动步进电机运转带动车速指示单元的仪表指针转动，指示汽车当前行驶速度。
所述的车速信号采集单元为霍尔传感器。
所述的单片机将信号转换成可清零的里程小计以及不可清零的总累计里程计数数据，总累计里程送入EEPROM存储并通过LCD里程显示单元显示出来。
所述的单片机同时连接掉电保护电路对总累计里程实施掉电保护。
所述的单片机连接单次里程清零电路，对里程小计设置小计里程清零，以便于下次进行单次里程计数。
所述的单片机的型号为AT89S52。
所述的信号处理电路包括电阻R1与R2对霍尔车速传感器输入信号进行限幅，电阻R3与电容C1是对限幅后的信号进行滤波，晶体管NPN9014对滤波后的信号放大整形，形成触发脉冲传递给单片机；同时设有电容C2进行再次滤波消除输入的脉冲毛刺使更其平滑。
所述的车速信号采集单元输出的脉冲信号的频率是与车速成正比，计算公式如下：
里程数X＝(总接受到的脉冲数)/(速比×传感器极对数)，单位为千米，其中：速比＝637，传感器极对数＝8；
车速V＝(3600×单位时间内的脉冲数)/(速比×传感器极对数)，单位为千米/小时，其中：速比＝637，传感器极对数＝8。
所述的掉电保护电路在系统掉电后，电容将储存的电能传递给整个系统，让整个系统维持一段时间，在这段时间中将需要保护的数据写入EEPROM中保护起来。
一种车速里程表的电路结构，由于采用上述的结构，本发明精度高、体积小、可视性好、通用性强。显示的信息量多且有储存功能。同时采用步进电机驱动，车速最大量程为140km/h，最小分度为5km/h。当车速稳定变化时，车速表指针运功平稳。在任一恒定速度下，指针摆动范围不超过1km/h。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明一种车速里程表的电路结构的结构示意图；
图2为本发明一种车速里程表的电路结构中单片机时钟芯片的电路图；
图3为本发明一种车速里程表的电路结构中信号处理电路的电路图；
图4为本发明一种车速里程表的电路结构中掉电保护电路的电路图；
图5为本发明一种车速里程表的电路结构中单词里程清零电路的电路图；
图6为本发明一种车速里程表的电路结构中里程显示单元的电路图；
图7为本发明一种车速里程表的电路结构中步进电机的控制电路图；
在图1中，1、单片机；2、车速信号采集单元；3、信号处理电路；4、步进电机；5、车速指示单元；6、里程显示单元；7、掉电保护电路；8、单次里程清零电路。
具体实施方式
本发明包括包括车速信号采集单元2采集的车速信号通过信号处理电路3接入单片机1；单片机1完成对数据和信号的处理和转化后，驱动步进电机4运转带动车速指示单元5的仪表指针转动，指示汽车当前行驶速度。车速信号采集单元2为霍尔传感器。
单片机1将信号转换成可清零的里程小计以及不可清零的总累计里程计数数据，总累计里程送入EEPROM存储并通过里程显示单元6显示出来。单片机1同时连接掉电保护电路7对总累计里程实施掉电保护。单片机1连接单次里程清零电路8，对里程小计设置小计里程清零，以便于下次进行单次里程计数。
如图1所示，本发明主要由霍尔传感器、AT89S52单片机1、步进电机4和LCD液晶显示单元5几部分组成。即由霍尔传感器完成对汽车状态信号的采集，将采集到的信号处理后传递给单片机1，单片机1完成对数据和信号的处理和转化后，输出信号通过X12.017驱动步进电机4，步进电机4运转带动仪表指针的转动，指示汽车当前行驶速度。同时单片机1将信号转换成可清零的里程小计以及不可清零的总累计里程计数数据，总累计里程送入EEPROM存储，由HD44780LCM液晶屏显示出来。对总累计里程实施掉电保护，对里程小计设置小计里程清零按键，以便于下次进行单次里程计数。
如图2所示，本发明采用内部时钟方式，AT89S52内部有一个用于构成振动器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2这两个引脚跨接在石英晶体振动器和两个微调电容两端。在本设计中，由于汽车行驶速度较快，对单片机运行速度的要求也就高，继而对晶体振荡频率要求也较高，而晶体的振荡频率范围通常是1.2MHz～12MHz，所以在本设计中晶振选择12MHz，两个电容都取30pF，这样才能保证实时的反应出汽车的行驶速度。
如图3所示，本发明选用了UGS-3040T霍尔集成式传感器，通过霍尔传感器得来的车速信号，属于不规则不符合要求的方波信号，如果直接将这样的信号传给微处理器进行脉冲计数，不规则的频率信号会导致脉冲计数发生错误，在设计时就必须进行信号处理，先经过限幅、滤波、施密特触发器整形、反相器反相才能符合要求，这就是前置电路的作用，其车速里程表的前置电路如图3。对本次前置电路分析如下：电阻R1与R2对霍尔车速传感器输入信号进行限幅，而R3与C1是对限幅后的信号进行滤波，NPN9014对滤波后的信号放大整形。当A点为低电平时NPN不能导通，B点处于高电平，当A点为高电平时NPN导通，B点与地相连处于低电平，从而形成触发脉冲传递给单片机P3.4和P3.5口，不过在此之前要通过C2进行再次滤波消除输入的脉冲毛刺使更其平滑。
本设计中的车速与里程的设计通过T0与T1来实现的。T0是用来计脉冲数，T1是用来计时的，通过脉冲数与速比的换算，可以得出里程，通过LCD显示，再与定时结合起来，计算出脉冲的周期，可以计算出车速并由指针指示。
在本设计中以速比是637：1的为例说明计算的原理：速比637：1，说明此车的传感轴每转637圈此车就行了1公里。传感轴每转一圈就产生八个脉冲，于是637×8就是汽车行走1公里产生的脉冲数，将此脉冲数为标准，用实际产生的脉冲数来除以637×8，取整数就是里程数。通常取637×0.8作为标准，用来记录0.1公里的里程数。这样当脉冲信号输入到T0引脚的时候，T0引脚的计数功能记录脉冲的个数，当脉冲数达到637×0.8时，就产生一个中断将里程数保存到存储器，从而得到里程。同时总累计里程送入EEPROM存储。T1引脚在这里的作用是辅助T0引脚计算频率的。T1工作在定时方式，设定定时器工作方式1。当工作方式控制寄存器TMOD的GATE位等于1时，T1从脉冲的上升沿开始计时，下降沿的时候计时终止，这样就测出脉宽，由于输入到单片机中的车速采集信号为方波信号，从而很容易得到周期，就是说得到了频率。
因为车速传感器输出的脉冲信号的频率是与车速成正比的，所以测得输出脉冲信号的频率后就可计算出车速的大小。计算公式如下：
里程数X＝(总接受到的脉冲数)/(速比×传感器极对数)，单位为千米
其中：速比＝637，传感器极对数＝8；
车速V＝(3600×单位时间内的脉冲数)/(速比×传感器极对数)，单位为千米/小时
其中：速比＝637，传感器极对数＝8；
在本设计中用芯片AT24C02的SDA端与单片机的P3.7口相连，SCL端与单片机的P3.6口相连。因为在这个I2C总线上只有一个器件，所以把AT24C02的地址设为000，即把A0、A1、A2都接地。单片机计算出来的里程数据通过SDA、SCL向AT24C02输送数据。单片机首先向AT24C02发送写信号，当确认后从单片机内部的数据储存单元提取数据然后向AT24C02的内部地址传送数据。当显示里程时，单片机首先向AT24C02发送读信号，然后确认后，单片机从AT24C02内部的地址向单片机的读出单元字节读出数据，供显示所用。
本汽车仪表系统对数据的记录要求较高，实时数据必须及时保存并显示。如果出现无法预料到的突然断电事件，仪表系统应采取相应的措施对数据进行及时保存，这就需要设计一个掉电保护电路，一旦电源低于某个预设的电压值，仪表系统检测到后立刻对当前数据进行保存。本系统将掉电保护电路连至处理器的中断引脚，通过采用中断的方式来触发掉电事件以通知处理器执行相应的动作。
图4为本次的掉电保护电路7。本电路充分利用电容的储电功能，当系统掉电后，电容将储存的电能传递给整个系统，让整个系统维持一段时间，在这段时间中将需要保护的数据写入EEPROM中保护起来。工作过程分析如下：系统正常工作时，B点为单片机的P3.2口为高电平，并且A点的电势低于B点的电势，D2导通。Vcc上电后D1导通，电容C充电。当系统掉电时，P3.2口跳变为低电平(B为低电平)，并且此时A点的电势高于B点的电势，D2被反向击穿导通并向P3.2口发出中断信号。单片机接受到中断信号后，将需要保护的数据通过I2C总线写入EEPROM中，写入过程所需时间有数据有关。来电后微处理器必须延迟一段时间，保障外部芯片也能达到正常电压，然后才从EEPROM中读出数据，恢复掉电前的状态，及完成了掉电保护。
在本设计中单次里程清零电路8中轻触开关的作用是清除里程小计的数值，基本功能是当贴片轻触开关按下时，里程小计的数值为零。开关是一个简单直观的人机交换器件。由于考虑到按键使用的寿命，本设计中采用了轻触开关，小计里程清除电路图如图5所示。按键S1接到AT89S52的外部中断口INT1，INT1口上拉一个10KΩ的电阻，保持按键S1没有按下时INT1口高电平，当S1按下时INT1口低电平，触发中断清除小计的数据。
如图6所示，本设计中里程显示单元6为双行显示，上面一行为7位的总里程显示，下面一行为6位的单次里程显示，每次上电时，LCD都会显示总里程和单次里程，总里程数据从存储芯片中读取，随着汽车的行驶里程逐步增加，并且不可清零，而单次里程则可设置一键清零按钮，在需要重新计算单次里程时，则可清除上次单次里程计数，这个更方便于测量单次里程。P1.0至P1.7口将里程数据信号传递给LCD显示，VCC，VEE，VSS与R组成的电路对屏幕的亮度进行调整。P2.7，P2.6，P2.5的I/O口对DH44780的寄存器选择引脚RS，读写控制引脚R/W和使能引脚E进行控制。
如图7所示，本次设计选用与步进电机4相匹配的驱动芯片X12.017，该芯片除了能驱动四个步进电机外，具有精确度高、控制简单，使步进电机运行平稳的优点，同时也避免了软件对步进电机微步控制的困难。由CPU的I/O端口发出脉冲信号给步进电机驱动芯片，驱动表头步进电机。选用的SWITCH公司生产的驱动芯片Xl2.017。它采用了CMOS技术，这也是选用它的一个原因；其选用它的另一个更主要的原因就是，该芯片的设计是专门用来驱动X15.xxx，它和X15.589是配套使用的，该芯片可同时驱动四个步进电机。单片机的P2.4口连接驱动芯片的复位端口，P2.3与CCWC连接控制步进电机的正反转，当P2.3为高电平时，步进电机正转，当P2.3为低电平时，步进电机反转。而P2.2作为驱动芯片的脉冲输入口。X12.017与X15.589的连接如图7。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的电路结构包括车速信号采集单元(2)采集的车速信号通过信号处理电路(3)接入单片机(1)；单片机(1)完成对数据和信号的处理和转化后，驱动步进电机(4)运转带动车速指示单元(5)的仪表指针转动，指示汽车当前行驶速度。
2.根据权利要求1所述的一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的车速信号采集单元(2)为霍尔传感器。
3.根据权利要求1所述的一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的单片机(1)将信号转换成可清零的里程小计以及不可清零的总累计里程计数数据，总累计里程送入EEPROM存储并通过里程显示单元(6)显示出来。
4.根据权利要求1所述的一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的单片机(1)同时连接掉电保护电路(7)对总累计里程实施掉电保护。
5.根据权利要求1所述的一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的单片机(1)连接单次里程清零电路(8)，对里程小计设置小计里程清零，以便于下次进行单次里程计数。
6.根据权利要求1所述的一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的单片机(1)的型号为AT89S52。
7.根据权利要求1所述的一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的信号处理电路(3)包括电阻R1与R2对霍尔车速传感器输入信号进行限幅，电阻R3与电容C1是对限幅后的信号进行滤波，晶体管NPN9014对滤波后的信号放大整形，形成触发脉冲传递给单片机；同时设有电容C2进行再次滤波消除输入的脉冲毛刺使更其平滑。
8.根据权利要求1所述的一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的车速信号采集单元(2)输出的脉冲信号的频率是与车速成正比，计算公式如下：
里程数X＝(总接受到的脉冲数)/(速比×传感器极对数)，单位为千米，其中：速比＝637，传感器极对数＝8；
车速V＝(3600×单位时间内的脉冲数)/(速比×传感器极对数)，单位为千米/小时，其中：速比＝637，传感器极对数＝8。
9.根据权利要求4所述的一种车速里程表的电路结构，其特征在于：所述的掉电保护电路(7)在系统掉电后，电容将储存的电能传递给整个系统，让整个系统维持一段时间，在这段时间中将需要保护的数据写入EEPROM中保护起来。
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