CN1204771A - 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器，尤其是一种能实现数字／模拟兼备、计量同步的车速计量装置。

目前，通用的车速计量器，大部分为软轴传动的指针式机械车速里程表。也有一些无软轴传动的电子式车速表在少数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出来；或者，利用电磁感应式车速传感器、测速电机，包括直接从发动机点火系统中断电器不断开、闭输出的电压信号，经一系列电子电路处理，最后以毫安表方式指示标定的车速刻度数码，满足驾驶员对传统指针指示车速感知方便容易的需求。上述一类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，计速同步。给驾驶员在车辆选型和使用上带来不便，又给汽车厂商在统一设计和制造上造成困难。在汽车应用技术迅速发展的今天，上述问题的继续存在，是汽车界的一件憾事。

本发明的目的：设计一种新型的电子式车速表，它不仅具有不用软轴传输车速的先进工艺，而且具有现有一类电子式车速表无法具有的速度数字显示与指针指示兼备、计量同步的功能。本发明的实现，除解决目前电子式车速表存在的数显与指针无法组合缺陷外，对未来整车技术及工艺制造的提高，对现有汽车综合功能的应用和开发，将起着更新换代的作用。

发明是这样实现的：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电磁感应式车速传感器首先检测车轮转速，经一系列数字电路并数字／模拟处理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传感器组成。若干永久磁铁片装贴于车轮轮毂上；霍尔传感器固定安于轮毂的近缘。当汽车行驶时，利用永久磁铁片随车轮转动由霍尔传感器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器输出的脉冲数，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涡轮减速器输出轴上的指针偏转指示车速，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．1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．2为车速计算控制电路原理图；

      附图．3为车速数字显示电路原理图

      附图．4为车速脉冲步进电路原理图及布进电机指针计速结构附加示意图。

在附图．1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．1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．1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．2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．2单片机8748的P1口上。

附图．2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．1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．1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．2中单片机8748按照设定的定时时间产生中断，将附图．1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．2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．3车速数字显示电路中，附图．3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．3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．2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．2中，当车速计算控制电路中单片机8748将车速计算输出并存贮后，以此车速与保留在单片机存贮单元中的前次计算所得车速值进行比较，结果有三种情况：其一为车速没有发生变化，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．2中，单片机8748除了将车速数码连续不断的送往附图．3LC5011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口输入的反映车辆增减速的正反环形脉冲信号输入到附图．4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．3车速数字显示电路显示的车速值为提续增量加速值时，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持速状态时为止；当车速数字显示电路显示的车速值为持续减量减速值时，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持速状态时为止。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．4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涡轮涡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)。

另外①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传感探头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)，当汽车行驶时，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汽车行驶速度的方波串(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传感器检测车轮转速方法相同的效果和目的。

②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。

③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的技术作用和目的。

Claims (7)

1、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、涡轮减速器、指针、装贴于车轮轮毂上的若干永久磁铁片组成，单片机将计数器统计的车轮转速脉冲数量换算为车速值电信号，在数字显示器上用数字显示车辆速度，其特征在于：

A．步进电机的输入输出端分别与单片机及装有指针的涡轮减速器接口匹配；

B．单片机输出的车速电信号也同时为步进电机的脉冲驱动源，驱动步进电机经涡轮减速器带动涡轮减速器末级输出轴上的指针偏转计速；

2．根据权利要求1所述车速表，其特征是：当霍尔车速传感器无电脉冲产生时，数字显示器上显示的数字为零，与步进电机匹配的涡轮减速器末级输出轴上的指针不动，指针指示在车速标定为零的车速刻度数码上；

3．根据权利要求1所述车速表，其特征是：当霍尔车速传感器有电脉冲产生时，数字显示器上有高于零的车速数字显示，与步进电机匹配的涡轮减速器末级输出轴上的指针指示在高于零的车速刻度数码上；

4．根据权利要求1、3所述车速表，其特征是：当数字显示器上显示的反映车辆速度的车速数字发生增量或减量变化时，与步进电机匹配的涡轮减速器末级输出轴上的指针偏转指示的车速数码也随之发生增量或减量变化。

5．根据权利要求4所述车速表，其特征是：当指针指示的车速刻度数码发生增量变化时，指针顺时针方向偏转；当指针指示的车速刻度数码发生减量变化时，指针逆时针方向偏转。

6．一种车速表，由电磁感应式车速传感器、计数器、单片机、数字显示电路、步进电机、涡轮减速器、指针、装设于车轮轮毂上带有若干凸齿的齿盘组成，单片机将计数器统计的车轮转速脉冲数量换算为车速值电信号，在数字显示器上用数字显示车辆速度，其特征在于：

A．步进电机的输入输出端分别与单片机及装有指针的涡轮减速器接口匹配；

B．单片机输出的车速电信号也同时为步进电机的脉冲驱动源，驱动步进电机经涡轮减速器带动涡轮减速器末级输出轴上的指针偏转计速；

7．根据权利要求1、6所述车速表，其特征是：所述车速表也可作为大车及船用计速装置。