CN1116611C - 一种数字/模拟兼备的电子式车速表 - Google Patents

Abstract

一种车速表，由霍尔车速传感器、计数器、单片机、数字显示电路、步进电机及与步进电机匹配的涡轮减速器输出轴上的指针等组成。当汽车行驶时，单片机随时将计数器统计的车轮转速脉冲数用测频方法转换为车速值在数字显示器上用数字显示车辆速度；与此同时，由单片机另行输出的随车速大小变化的车速脉冲信号作为步进电机脉冲驱动源，将步进电机步进角矩转换为指针偏转角矩，以指针模拟指示车速方式与车速数字显示方式组合同步计速。

Description

一种数字/模拟兼备的电子式车速表

本发明涉及一种车速计量装置，尤其是一种能实现数字/模拟兼备，计速同步的电子车速表。

目前，通用的车速计量装置，大部分为软轴传动的指针式机械车速里程表。也有部分无软轴传动的电子式车速表在少量高档轿车中投入应用。这类电子式车速表，一般都采用光电车速传感器将车速脉冲数换算为车速值用数字显示器显示；或者，利用磁电感应式车速传感器输出的电压信号，经车速测量电路处理为脉冲恒流源，驱动以毫安表为表头、以指针偏转方式指示标定在车速刻度盘上的车速数码，反映车辆行驶速度。上述电子式车速表技术价格比高，适应于汽车电子化自动化发展方向。但主要缺点是指针阻尼与数显滞后两种不同方式的计速误差难以组合调试，优势互补，在驾驶员普遍对指针计速偏爱情况下，给汽车厂商在统一设计和制造上造成困难。本发明“一种数字/模拟兼备的电子式车速表”，就是在这种情况下提出的。

本发明的目的：设计一种车速数字显示与指针指示兼备、计速同步的新型电子车速表，既满足驾驶员对传统指针的偏爱需求，又完美地解决长期以来车速仪表数模分立、以何种方式计速为汽车主流技术这一汽车界时有争议的问题，为车速仪表及汽车数字化技术的发展应用开辟广阔的市场和空间。

本发明是怎样实现的：在现有诸多的车速传感器中，本发明是采用霍尔车速传感器或磁电感应式车速传感器检测车轮转速，经一系列数字电路并数字/模拟组合方式同步反映车辆速度的。

霍尔车速传感器由永久磁铁片和霍尔元件及线路装配的传感探头组成，若干永久磁铁片装贴于车轮轮毂上，霍尔传感探头固定安于车轮轮毂的近缘。当汽车行驶时，利用永久磁铁片随车轮转动由霍尔传感探头产生的脉冲信号数量与车速成正比关系，将反映汽车行驶速度的脉冲信号送入置有定时中断程序的单片机中运算，计算单位时间内霍尔传感探头输出的脉冲数，通过测频方法换算出相应的车速值，将换算出的反映车辆行驶速度的车速值电信号经驱动、译码、锁存电路处理，在数字显示器中显示出车辆速度；与此同时，即在单片机将车速电信号送往数字显示器的同一时刻，由单片机另行输出的随车速大小变化每增加或减少一个变量单位(1Km/h)的一系列脉冲信号，作为驱动步进电机正转或反转的步进脉冲源，驱动步进电机及与步进电机匹配的蜗轮减速器输出轴上的指针偏转指示刻在车速刻度盘上的车速刻度数码，实现本发明所提出的一种数字/模拟兼备的电子式车速表的目的。

下面结合附图详细说明本发明的具体细节。

附图为本发明电路原理及结构示意图。其中：

附图一为车轮转速电信号检测及车速脉冲计数电路原理图(车轮图面上略)；

附图二为车速计算控制电路原理图；

附图三为车速数字显示电路原理图；

附图四为车速脉冲步进电路原理图及步进电机驱动指针计速结构附加示意图。

在附图一中，M为若干只安于车轮轮毂上的永久磁铁片，M随车轮轮毂每转动一圈，从附图一中的霍尔元件H产生若干个霍尔电势，由接到电源VCC上的一只电阻R1匹配后，产生稳定电压的电脉冲信号。其附图一中的OP07为运算放大器，用于对霍尔元件H检测的电脉冲信号进行整形放大。R2与R3为放大比例调整电阻，R4为平衡电阻。通过上述电阻放大平衡的作用，运算放大器OP07输出的信号，满足TTL逻辑电平要求，而直接由导线输出到脉冲计数器74LS393上。脉冲计数器74LS393按附图二中单片机8748的要求，定时将霍尔元件输出的用于反映车轮转速的电脉冲信号进行统计，然后输给附图二单片机8748的P1口上。

附图二车速计算控制电路主要由一只单片机8748及其外部元件C1、C2、R5、C3组成：C1、C2为提供偏压电容，可促使晶体JT可靠启振。R5和C3组成上电复位电路，可使系统上电后，单片机8748能可靠复位运转。

单片机8748从P1口接收附图一脉冲计数器74LS393输出的车速脉冲数计算车速。单片机8748片内有一精确的定时电路，定时时间可随时由软件改写。单片机8748判断车速较高时，为防止附图一中脉冲计数电路74LS393计数溢出(0-255个脉冲)，可将计数定时时间缩短；相反地，在车速较低时，为防止计数器因设定时间内统计的车速脉冲个数少，车速检测精度降低，则将定时时间增大。

附图二中单片机8748按照设定的定时时间产生中断，将附图一计数电路74LS393中统计的脉冲数由P1口P10-P17的8根信号线输入，再将该电路清零以便重新计数。若本发明设定单片机中设置定时器的中断程序时间为0.3秒，并在该0.3秒单位时间内测得的脉冲数为100个；根据v＝s/t也即车速＝(脉冲数×脉冲当量)/(中断时间×3.6×10^-2)测频公式，当车轮周长为2000mm，以车轮轮毂装贴有20片永久磁铁每转一圈输出20个脉冲，脉冲当量为10cm，则单片机计算出该时刻的瞬间车速值为120km/h。

附图二单片机8748计算完本定时时间段内的车速后，将此车速数值从其总线口DB0-7输出到附图三车速数字显示电路中，附图三中的三只锁存器74LS77分别将车速值的百位数、十位数、个位数锁定，以使单片机空出时间，并为下一个时间周期对车速作新的测量，包括判断是否需设置更新其定时中断时间值。附图三中的另外三只译码驱动器74LS48分别将锁存电路74LS77锁存的数码翻译成7段数码并加以驱动后，直接在数码管LC5011中将附图二单片机8748处理的三位车速数码以数字方式显示出来(也可采用液晶显示器电路)；与此同时，在附图二中，当车速计算控制电路中单片机将车速计算输出并存储后，以此车速与保留在单片机存储单元中的前次计算所得车速值进行比较，结果有三种情况：其一为车速没有变化，则单片机8748在此定时时间段内以并行脉冲信号方式将与前次等同的车速数码送出，然后等待下一次定时中断到来；其二为车速比前一个定时时间段的车速值有所增加，则单片机8748在此定时时间内以并行脉冲信号方式将高于前次的车速数码送出，转到等待下一次定时中断的到来；其三为车速比前一个定时时间段的车速值有所降低，则单片机8748在此定时时间内以并行脉冲信号方式将低于前次的车速数码送出，转到等待下一次定时中断到来。

在附图二中，单片机8748除了将车速数码连续不断的送往附图三LC5011数码管显示瞬间变化着的车速值外，同时，以比较过程中检测出来的增减车速数值产生控制步进电机的正、反序列环形脉冲信号，由P2口中的三根信号线P20、P21、P22输出，控制步进电机的正转或反转。

从单片机8748 P2口输出的反映车辆增减速的正反环形脉冲信号输入到附图四步进电机三只驱动非门7416上，7416分别由电阻R6、R7、R8接+12V电源匹配后，驱动三只VMOS大功率驱动管IR543，即可驱动BF42步进电机绕组，使步进电机正、反转动一个或若干个与车速增、减量同步的步距角，即当附图三车速数字显示电路显示的车速值为增量加速值时，步进电机按A→AB→B→BC→C→CA→A正序列循环脉冲排列步进至车速处于匀速状态时为止；当车速数字显示电路显示的车速值为减量减速值时，步进电机按A→AC→C→CB→B→BA→A反序列循环脉冲排列步进至车速处于匀速状态时为止，以BF42步进电机步进角距为指针偏转计速之D/A数模转换功能。

附图四中的BF42步进电机为三相六拍式步进电机(也可以是其它型号的多相多拍式步进电机)，BF42步进电机与带有指针的蜗轮蜗杆组成的减速机构匹配，将步进电机步进时的步距角再行细分，以保证用于指示车速的指针偏转时的稳定与均匀(配合指针反映车辆速度的车速刻度盘及其标定按现有方法装配调校略)。

本发明也可以采用带有若干凸齿的一个齿盘，装设于车轮轮毂及安于齿盘近缘的磁电感应式车速传感器采集车轮转速脉冲方法实现(传感探头由永久磁铁及绕在永久磁铁上的一组线圈组成)，当车辆行驶时，从传感探头产生的一系列交变电压信号，经放大整形为其频率与车速成正比的方波串，将产生的一系列反映车辆行驶速度的方波串(计数脉冲)送入置有定时中断程序的单片机中进行运算，也可达到与采用霍尔车速传感器检测车轮转速方法相同的效果和目的。

本发明中用于原理说明的单片机及步进电机，具体产品设计时不受8748单片机及BF42步进电机选型限制。

采用本发明所述齿盘或永久磁铁片装设于火车车轮轮毂或其它船用动力输出轴上方法，按本发明原理，也可实现本发明“一种数字/模拟兼备的电子式车速表”用于火车或轮船计速的作用和目的。

Claims (4)

1、一种机动车辆用的电子车速表，由车速传感器、指针、电磁毫安表表头机构、车速刻度盘、车速测量电路及数字显示器组成，其特征是：

一用于指示车速刻度盘上车速刻度数码的指针，由步进电机的驱动偏转指示车速；

一霍尔车速传感器中的多块磁铁片，装贴于车轮轮毂上；

一单片机接口及输入/输出信号，其中，单片机一输出接口输出的车速值电信号，与另一输出接口输出的正反序列环形脉冲信号，都是从单片机输入接口输入的车速脉冲计数，在片内检测运算，并同时从单片机两输出接口分别输入液晶显示器及步进电机信号输入线上的车速信号。

2、根据权利要求1所述的电子车速表，其特征在于所述步进电机输出轴与指针间装有蜗轮减速器。

3、根据权利要求1所述的电子车速表，其特征在于所述单片机接口输入的车速脉冲计数发生增量或减量变化时，液晶显示器上显示的车速数值随之发生增量或减量变化，与此同时，步进电机正反转步距角也相应以增量或减量步进方式，驱动指针在车速刻度盘上偏转指示出与液晶显示器车速数值相同的车速刻度数码。

4、根据权利要求1所述的电子车速表，其特征在于所述车速传感器也可采用带凸齿齿盘的磁电感应式车速传感器，凸齿齿盘也安于车轮的轮毂上。