CN201983800U - 工程车辆组合仪表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种工程车辆组合仪表，该组合仪表包括电源电路、主控电路、步进电机电路和信号转换电路，主控电路包括CPU，CPU的型号为C8051F410，C8051F410的2脚接有复位电路，7脚和8脚接有电源滤波电量电路，9脚和10脚接有震荡电路，13脚与步进电机驱动电路芯片的复位脚连接，20、21、22脚接有液晶显示电路，23、24、31脚接有信号转换电路，24脚与地之间接有电容，25、26、27、28、29、30脚连接有步进电机电路，31脚与地之间接有电容。性能可靠，稳定性好，抗干扰强，故障少，容易安装和维护，有较多的指示灯，性价比较高。所有元件都可以市购，易于生产。尤其适合压路机工作环境下用来指示转速、水温、燃油步进电机。

Description

工程车辆组合仪表

技术领域

本实用新型涉及工程车辆使用的一种车用组合仪表，尤其适合压路机工作环境下用来指示转速、水温、燃油步进电机型车用组合仪表。

背景技术

目前，有的压路机普遍使用仪表为十字线圈型指针式组合仪表，而这种仪表普遍存在易干扰、指示不准，而且需要缠绕十字线圈的绕线机，这种设备价格不菲增加成本。还有的压路机采用步进电机型车用组合仪表，价格昂贵。上述组合仪表指示灯种类比较少，需要额外增加仪表，又增加成本。

发明内容

本实用新型目的是提供一种工程车辆组合仪表，为压路机提供指示转速、水温、燃油，该仪表指示准确，抗干扰能力强，成本低，易操作维护。

本实用新型目的是这样实现的：该组合仪表包括电源电路、主控电路、步进电机电路和信号转换电路，各个电路采用不同地平面，通过电阻和电感隔离起来，最后一点接地。

主控电路包括CPU及其外围电路，CPU的型号为C8051F410，C8051F410的2脚接有复位电路，7脚和8脚接有电源滤波电量电路，9脚和10脚接有震荡电路，13脚与步进电机驱动电路芯片的复位脚连接，20、21、22脚接有液晶显示电路，23、24、31脚接有信号转换电路，24脚与地之间接有电容，25、26、27、28、29、30脚连接有步进电机电路，31脚与地之间接有电容。

电源电路中的电源芯片IC4为美国国半LM22675，该芯片为宽电源输入电压为8V-45V，直接接车用24V电源；固定5V输出，为各芯片提供电源；而且外围电路少，仅有少量电阻（R0）、电容（C8,C9,C10,C11,C19,C21）、电感（L1）和肖特基二极管（D2），占用电路板面积少。该电源芯片纹波小，输出稳定，误差不超过1%。该电源芯片采用SMD-8封装，易于量产。

信号转换电路包括转速部分、水温、燃油部分，为转速、水温、燃油信号进行转换。

第一：转速信号电路为转速信号通过二极管整流，电阻限流，电容滤波电路接到三极管Q1进行信号放大，再通过光耦IC2隔离，连接到IC1A进行信号整形输出到CPU的端口。具体原理如下：本电路首先利用二极管D1 整流特性。当传感器的交流信号处于正半周时, 微弱的感应电动势U 加上二极管D1的压降0.7 V 大于三极管Q1的基- 射极电压(0.7 V) , 即: U + 0.7 V > 0.7 V , 三极管Q1由偏置电阻R13 提供的回路而导通, Q1集电极输出为

低电平( < 0.7 V) , 三极管Q1（C9013） 不导通, 从而光电耦合器（IC2)发光二极管不发光, 光电耦合器的光敏三极管截止, 集电极输出高电平(5 V) , 经SN74HC14（IC1A） 施密特触发器整形输出低电平(0 V) 。当传感器的交流信号处于负半周时, 感应电动势为负值, 则- U + 0.7 < 0.7 V , 即小于Q1 三极管的基- 射极电压(0.7 V) ,三极管Q1不导通, Q1 集电极输出为高电平(12 V) , 三极管Q1（C9013）导通, 光电耦合器发光二极管发光, 光敏三极管集电极输出低电平, 经SN74HC14 施密特触发器整形输出高电平(5 V) 。

第二：水温、燃油转换电路为水温、燃油信号分别通过LC滤波电路分别经过电阻（R42,R43）连接到低温漂，低噪声，低EMI运算放大器IC9（LMP2022）两路输出端，通过IC9（LMP2022）两路输出端再连接到CPU的A/D转换端口。该运算放大器为两路运放，与Q3和电阻（R64,R65,R67,R68,R80,R81）构成2.5mA恒流源，Q3为高精度的稳压二极管LM4050，其误差为0.1%，由于传感器采用负温度系数的热敏电阻，因而电压能随电阻线性变化，提高采样电压的精度，进一步提高测量的温度，燃油传感器也是电阻信号，电压能随电阻线性变化，能提高测量燃油的精度。

步进电机的电路主要包括步进电机的驱动电路和步进电机两部分。步进电机的驱动电路

以IC3（VID6606）为核心，该芯片为伟力驱动技术公司专为步进电机特制专用芯片，采用CMOS集成驱动电路，可驱动3路步进电机。其3路控制输入端分别与CPU的端口连接，3路输出端（每路为4个端口）分别与步进电机4个脚连接。该芯片简单易用，只需控制速度和方向端，芯片内置输入端干扰过滤器，具有低电磁干扰。

步进电机为伟力驱动技术公司设计。步进电机采用汽车级特种工程塑料和特殊齿形设计，保证电机的长久运转寿命和性能，具有美国专利。内置180/1减速比齿轮系，该仪表电机需要两路逻辑脉冲信号驱动，可工作于3.5V-10V的脉冲下，输出轴的步距角最小可达到1/12°，最大角速度600°/S。采用标准5V逻辑电路电压，可以用分步驱动模式直接驱动电机，电流消耗小于20mA。在分步模式下，每个脉冲可以驱动电机转子转动60°，电机转动方向取决于施加在电机左右线圈上的周期性脉冲序列的时序差。为了电机运转更平稳，降低电机噪音，可以采用步进电机的细分技术，采用更接近正弦波微步信号来驱动步进电机，使指针轴获得1/12°精密步距。该步进电机具有低功耗，电流低于20mA。

主控电路以CPU为核心，CPU的电源接IC4的输出端5V。

第一：CPU的端口接步进电机驱动芯片IC3的输入控制端，通过程序控制步进电机的起停，正转和反转，以及步数和每步所用的时间，保证步进电机的指针走动平滑，不失步。程序中使用滤波算法和线性插值算法来提高产品可靠性，稳定性和抗干扰能力。

第二：CPU的端口接信号转换电路中的转速信号输出端，CPU通过程序采用外部中断方式采样转速信号，计算脉宽，从而计算转速信号的频率F，通过公式r=60*F/CP计算转速，其中CP为每转脉冲数，再通过分段线性插值算法来计算步进电机的步数，从而实现转速的指示。在外部中断程序中对转速信号计时，每6分钟计一次，显示在LCD模块上。LCD的电源为5V，CPU端口与液晶显示端口连接。液晶最大可显示99999.9小时。为了保证数据不丢失，每隔30分钟存储在CPU的内部EEPROM中和外部EEPROM中，分别做备份，如果两次备份都相等且CPU的内外部EEPROM也相等，才能读出显示在液晶上。当外部突然断电时，利用CPU欠压保护中断及大电容的电量可及时存储数据。

第三：CPU的端口接信号转换电路中的水温、燃油信号输出端，通过CPU内部的A/D转换电路将水温、燃油信号输出端电压信号转换成数字信号，通过程序利用A/D中断将数字信号转换成电压信号，CPU内部的A/D转换电路为12位的A/D转换，通过软件算法可提高到16位A/D转换，从而提高分辨率，提高准确度。再通过分段线性插值算法来计算步进电机的步数，从而实现水温、燃油指示。

CPU为SILICON LABS公司的QFP封装C8051F410。

本实用新型性能可靠，稳定性好，抗干扰强，故障少，容易安装和维护，有较多的指示灯，性价比较高。所有元件都可以市购，易于生产。

附图说明

图1为本实用新型的具体实施电源电路图。

图2为本实用新型的具体实施信号转换电路图。

图3为本实用新型的具体实施步进电机电路图。

图4为本实用新型的具体实施主控电路图。

具体实施方式

在图1中电源电路：24V电源通过二极管D34连接到电源芯片IC4的第7脚，D34防止电源接反和隔离汽车电源负方向脉冲干扰，二极管D33为瞬能吸收二极管，防止尖峰脉冲干扰和瞬间大电流。电容C8，C9，C19，C21为输入滤波电容，电阻R0为电源使能控制端提供高电平，电感L1，电容C10为开关电源提供启动频率，D2为肖特基二极管用作开关二极管， C11为输出滤波电容，电源芯片IC4的第4脚为5V输出电源。

在图2中的信号转换电路包括转速部分和水温燃油部分电路：

第一：转速部分。转速信号连接到整流二极管D1负极，同时可防止正向脉冲干扰，电阻R1为传感器和三极管Q1提供正向的偏置电压；电阻R3，电容C1，电容C2组成滤波电路；电阻R4为偏置电阻，电阻R5、三极管Q1组成信号放大电路；电阻R13，电容C3为滤波电路，电阻R6为光耦IC2输入端提供正向电压，光耦IC2的光敏三极管把信号隔离放大，电阻R7为光敏三极管提供正向偏置电压；经过 SN74HC14施密特触发器IC1A整形输出,经过电阻R18、R24到CPU集成电路IC0的P0.6端。

第二：水温、燃油部分。水温信号通过电感L5、电容C29滤波电路连接到电阻R42一端，电阻R42另一端连接到集成电路IC9的第1脚；燃油信号通过电感L6，电容C30滤波电路连接到电阻R43一端，电阻R43另一端连接到集成电路IC9的第7脚。集成电路IC9（LMP2022）为运放，电阻R64、电阻R65为两个分压电阻，Q3为2.5V稳压管，R80、R81为高精度的分压电阻，将2.5V电压分成0.5V连接到两个正向输入端，两个反向端通过电阻R67，电阻R68接地，与两个输出端构成恒流源回路，两个输出端分别连接到CPU集成电路IC0的P2.6、P0.7端进行A/D采样。

在图3中的步进电机电路，集成电路IC3（VID6606）为步进电机驱动芯片，主要控制步进电机方向和速度。集成电路IC3的21、20、18、19脚分别与步进电机M0的1、2、3、4端连接。集成电路IC3的22、23、25、24脚分别与步进电机M1的1、2、3、4端连接。集成电路IC3的8、9、11、10脚分别与步进电机M2的1、2、3、4端连接。集成电路IC3的第26脚与CPU集成电路IC0的13脚连接，与电阻R8构成步进电机集成电路IC3的复位电路。集成电路IC3的13、14脚分别与CPU集成电路IC0的28、27脚（P2.3、P2.2端口）连接以控制步进电机M0方向和速度；集成电路IC3的2、3脚分别与CPU集成电路IC0的P2.5、P2.4端口连接以控制步进电机M1方向和速度；集成电路IC3的16、17脚分别与CPU集成电路IC0的P2.1、P2.0端口连接以控制步进电机M2方向和速度。

图4中的主控部分。CPU集成电路IC0为主控制器，通过程序来控制外围设备。电容C18、电容C13为电源滤波和提供电量；电容C23、电容C24为内部A/D转换参考电源滤波和提供电量；CPU集成电路IC0的第9、10脚与电容C15、电容C16和晶振Y1构成震荡电路，为CPU集成电路IC0提供主频；CPU集成电路IC0的第2脚与电阻R10连接构成复位电路。集成电路IC5为外部EEPROM用来保存转速小时的数据，A0,A1,A2为地址端，7脚为写保护端，5（SDA）、6（SCL）脚分别与CPU集成电路IC0的P0.2,P0.1端连接以进行I2C通讯。LCD0为液晶显示电路，液晶显示电路的2、3、4脚为控制端分别与CPU集成电路IC0的P0.5、P0.4、P0.3端连接，以控制液晶的显示；液晶的5，6脚与电阻R9构成背光电路。以下为图4中背光灯电路和各种指示灯电路说明：

图中的二极管D28、D29、D30、LIGHT2、LIGHT0、LIGHT5、电阻R57、R58、R59分别组成3个仪表背光电路。

图中电阻R52、二极管LED18组成水温高于指定温度时指示灯亮的电路。

图中电阻R51、二极管LED15组成燃油少于1/8时指示灯亮的电路。

图中二极管D9、LED0、电阻R26组成ACTION ALARM指示电路。

图中二极管D10、LED1、电阻R28组成PRE-HEAT指示电路。

图中二极管D11、LED2、电阻R29组成POSITION指示电路。

图中二极管D12、LED3、电阻R25组成LOW OIL PRESSURE指示电路。

图中二极管D13、LED4、电阻R30组成ENGINE OIL PRESSURE指示电路。

图中二极管D14、LED5、电阻R31组成XMSN OIL PRESSURE指示电路。

图中二极管D15、LED7、电阻R33组成XMSN OIL FILTER指示电路。

图中二极管D18、LED6、电阻R32组成HYDRALIC OIL FILTER指示电路。

图中二极管D19、LED10、电阻R34组成MUTE指示电路。

图中二极管D20、LED9、电阻R36组成LEFT LIGHT指示电路。

图中二极管D21、LED8、电阻R35组成RIGHT LIGHT指示电路。

图中二极管D22、LED12、电阻R46组成XMSN OIL TEMP指示电路。

图中二极管D23、LED13、电阻R48组成HIGH BEAM指示电路。

图中二极管D24、LED14、电阻R50组成METER LIGHT指示电路。

图中二极管D31、LIGHT1、电阻R60组成CHARGING指示电路。

图中二极管D32、LIGHT3、电阻R63组成POWER指示电路。

图中二极管D36、LED11、电阻R45组成POWER ON指示电路。

Claims (1)

1.一种工程车辆组合仪表，该组合仪表包括电源电路、主控电路、步进电机电路和信号转换电路，各个电路采用不同地平面，通过电阻和电感隔离起来，最后一点接地，其特征在于：主控电路包括CPU，CPU的型号为C8051F410，C8051F410的2脚接有复位电路，7脚和8脚接有电源滤波电量电路，9脚和10脚接有震荡电路，13脚与步进电机驱动电路芯片的复位脚连接，20、21、22脚接有液晶显示电路，23、24、31脚接有信号转换电路，24脚与地之间接有电容，25、26、27、28、29、30脚连接有步进电机电路，31脚与地之间接有电容。

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