CN2091447U

CN2091447U - 汽车电脑仪表

Info

Publication number: CN2091447U
Application number: CN 91206972
Authority: CN
Inventors: 钟国柱; 黄怀安; 王国惠; 李炜
Original assignee: LUZHOU BUS FACTORY ANHUI
Current assignee: LUZHOU BUS FACTORY ANHUI
Priority date: 1991-04-24
Filing date: 1991-04-24
Publication date: 1991-12-25

Abstract

汽车电脑仪表，属于测量仪表领域，是由检测单元和单片机及其外围设备组成的数据采集显示电路构成，本仪表的硬件部分采用汽车发动机转速检测电路、操作状态检测电路、单片机掉电检测复位及保护电路、自动显示亮度控制电路和车速检测元件，在单片机软件的配合下，能够完成车速、发动机转速检测显示，累积里程，单程显示等四项功能，且能将汽车行驶中最新的各项状态参数存贮在电脑中，具备“黑匣子”功能，且读出方便。

Description

本实用新型属于一种测量仪表，具体为汽车电脑仪表。

目前，汽车普遍使用机械软轴传动的磁感应式车速里程表（又称路码表），其缺点是明显的：由于依赖软轴传动，机械磨损严重，可靠性低。随着电子技术的不断发展和广泛应用，人们已注意到汽车仪表电子化问题，并在这方面做出了努力：如公告号为 CN87203904μ的普通电子车速仪实现了汽车仪表的初步电子化；随后又有人发明了采用单片机组成的汽车检测仪表，如公告为CN2043345μ的“电子车速、里程仪”，兼有显示车速，记程和“黑匣子”功能。这一发明无疑使汽车仪表电子化向前迈了一大步。但是这种单片机检测仪表的硬件电路还有待改进、其功能还可以进一步增加。比如没有考虑到汽车启动时电源掉电压单片机复位问题，没有汽车行驶状态记忆功能等。

本实用新型的目的在于提供一种工作可靠、显示清楚、分辩率高、具有检测显示汽车车速、汽车发动机转速、累积里程和单程里程、记忆汽车操作状态和数据的高性能电脑仪表。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

图1为本实用新型的硬件框图，由此可知，本实用新型的硬件部分主要由检测单元和单片机及其外围设备构成的数据采集显示电路组成，检测信号被单片机采集处理后送显示单元显示，其技术特征在于：

上述检测单元包括一个汽车发动机转速检测电路，见图2。从汽车点火电路的电容上端取出发动机转速信号，经过一个晶体管低通滤波器滤波再经脉冲整形电路整形送单片机的TO端。从汽车点火电容上端取出的信号与汽车发动机转速有一定的对应关系：四缸发动机汽车，发动机每转点火两次；六缸发动机汽车，每转点火三次。点火电路的a点就有一个可取的、与发电机转速相对应的电容充放电信号。由于该信号含有杂乱的高频信号，因此有必要经过一个晶体管低通滤波器予以滤波，再经脉冲整形电路加以整形后再送单片机的TO端，由单片机软件完成汽车发动机转速采集、存贮和显示。

检测单元还包括一个操作状态检测电路，见图3。即从汽车鸣号按钮上端和左行、右行、制动信号灯上取得操作状态信号通过一个操作状态接口送单片机总线。该信号在单片机内存贮，用以记忆汽车停车前一段时间内的操作状态。

单片机 RESET（复位）和 INT（中断）端接有一个掉电检测复位电路，见图4。因为汽车电源是很不稳定的，例如在发动机启动瞬间，＋12V电源电压经常跌落到7V以下，使单片机的CPU失常，当启动结束、电源恢复正常后，由于复位电容没有被充分放电， RESET端仍保持在高电平上，致使CPU不能被复位、无法脱离失常的工作状态。如果装上复位按钮，必定使驾驶员操作繁锁。前述掉电检测复位电路正是解决了这个问题：将汽车＋12V电源经一个稳压管D₅和电阻R₉接两个依次串联的施密特触发器IC4a、IC4b的输入端，IC4b的输出端接单片机的 INT端，IC4a和IC4b的串接中点经过一个电解电容C₁₀接单片机的 RESET端， RESET端还经过一个二极管D₇的正端与＋5V电源相连。正常工作时，＋12V电源经D₅降压后通过R₉加至IC4a的输入端，为逻辑高电平，IC4a的输出端为低电平， RESET端由其内部上拉电阻对电容C₁₀充电使其为高电平。D₇处在截止状态。同时IC4b的输出端为逻辑高电平， INT端处于无效状态。一旦发生电源电压跌落（掉电），使IC4a的输入端处于低电平，IC4a的输出将发生翻转，此时， RESET端由于其内部线路的原因仍保持高电平，没有变化，而C₁₀却通过D₇得到充分迅速的放电，为再次复位准备好了条件。与此同时，IC4b亦发生翻转，其输出端为“0”电平，使 INT端变为有效，迫使单片机CPU响应中断，执行掉电保护程序，使单片机内的RAM数据得以保护。一旦电源恢复正常，IC4a又将发生翻转，其输出又为逻辑“0”电平。此时由于C₁₀已事先得到充分放电，所以可以保证CPU可靠复位。IC4b亦翻转为逻辑“1”，使 INT无效，撤除中断申请。在图4中，R₉的作用一是保护IC4a的输入端，二是与C₉一起构成RC串联网络，用以消除干扰。D₆的作用是加快IC4a对掉电的反应速度。R₆是D₅的直流负载。

单片机的 SS端与单片机I／O口线相联，构成进一步的掉电保护，见图5。 SS端与I／O口线相联，使之处于受控状态。在掉电的情况下，单片机CPU在掉电保护程序的末尾执行一条使该I／O口线输出数据“0”的指令，使 SS端有效。 SS端有效使CPU立刻停止一切操作，从而防止在电源电压不正常的情况下，CPU因程序失常而造成的对片内RAM的非预见性写入，有效地保护了数据。

在单片机外端有一个片内RAM掉电维持电路：单片机的V_CC端经过一个二极管D₇的负端与汽车＋5V电源相连，在备用电源的正端和单片机V_DD端之间接一个并联的电阻R₁₁和二极管D₉＋5V电源经二极管D₈接单片机的V_DD端。见图5。图中CE为备用钮扣电池，额定电压1.5V。正常工作时，＋5V电源通过D₇、D₈向单片机的V_CC、V_DD端供电。D₉反向截止。＋5V电源通过R₁₁向CE充电，充电电流极微。当＋5V电源关闭后，CE通过R₁₁、D₉向V_DD端供电，以维持片内RAM中的数据，电流在1μA以下，据此计算，一粒钮扣电池可连续工作两年以上。D₈的作用在于将V_DD端与外电路隔离，减少CE的电流消耗。D₇的作用是为有效地降低掉电维持电流。

在显示单元显示的面板上安装一个光敏三极管BG₂，其C.C端并联在一个矩形波振荡器IC4C的输入、输出端，该振荡器的输入、输出端还并联一个充放电电阻R₁₃，振荡器的输入和地端之间接一个电容C₁₁，其输出端接显示器译码驱动器的消隐控制端 BT，从而构成一个自动显示亮度控制电路，见图6。当光照度改变时，光敏三极管BG₂的阻值随之变化，振荡器输出矩形波的占空比也随之改变。消隐控制端 BI为低电平时，输出为全“0”，使显示器消隐，当该端为高电平时，输出正常的七段码，显示器正常发光。如在该端输入上述占空比变化的矩形波，则显示的亮度将由该矩形波的占空比决定，这样，光敏三极管接受到的光照度变化通过 BI端控制了显示器亮度，即在光线强时，显示器亮度自动增强，光线暗时，显示器亮度自动减弱。图6中接入D₁₀、R₁₂的目的在于提高光控灵敏度，接入R₁₃适当取值，可以改善光照度－显示亮度关系曲线。

在检测单元有一个霍尔开关车速传感器，该传感器主要由壳体、转盘及与之相连接的轴、半导体霍尔元件组成，在转盘上沿圆周均匀分布六个永磁铁，见图7。

通过以上对本实用新型技术特征的描述，可以看出这种汽车电脑仪表具备的优点是：

1、在检测单元里设置一个汽车发动机转速检测电路，简单可靠地解决了汽车发动机转速的检测显示，使驾驶员能够及时掌握发动机的工作状况；

2、操作状态检测电路与单片机结合对汽车鸣号、制动、左行、右行等操作状态进行检测记忆。起到“黑匣子”作用，由单片机软件控制，“黑匣子”中记忆的始终是汽车行驶过程中最新20秒内的数据和操作状态，读出“黑匣子”中的数据和操作状态可以通过按钮完成。为调查交通事故、澄清行车纠纷提供可靠的依据。

3、单片机电源掉电检测复位电路使得单片机电源掉电得以及时检测执行中断并在电源恢复后能自动复位退出中断，减少了驾驶员的操作程序，并能保证单片机内RAM数据得到保护。

4、单片机片内RAM掉电维持电路使得备用电源在正常工作时得到充电，断电后自动投入，并解决了单片机V_CC端断电时的拉电流问题。

5、由于采用自动显示亮度控制电路，使得仪表显示器的亮度随光线强弱自动增强、减弱，白天光照度很高，此时显示器亮度自动增加，使驾驶员能清楚地观察显示器数字；晚间行车，光照度很弱，此时显示器亮度自动减弱，解决了亮度过高给驾驶员来来的眩目。

6、本实用新型采用的霍尔开关车速传感器，结构合理，检测准确。

综上所述，本实用新型由于硬件电路的优势，在其软件的配合下，具有高精度、高可靠、多功能等特点，不仅具有车速、发动机转速检测显示、累积里程、单程显示等四项仪表功能，且还将汽车行驶过程中最新20秒的各项重要状态参数信息存贮在电脑中，即使在完全脱离汽车电源的情况下，这些信息仍可保持一年以上。必要时，这些信息可不借助其它专用仪器即可一一显示。本实用新型对汽车车速的分辩率达1km／h，对汽车发动机转速的分辩率达30r／mm。由于本实用新型面盘设计合理，不仅可以在新造汽车上使用，也可以方便地替代现行的机械路码表。

下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为本实用新型的硬件框图；

图2为汽车发动机转速检测电路；

图3为操作状态检测电路；

图4为掉电检测复位电路；

图5为单片机内RAM掉电维持电路；

图6为自动显示亮度控制电路；

图7为霍尔开关车速传感器的结构图。

其中，1－壳体，2－转盘，3－轴，4－半导体霍尔元件，5－永磁铁，6－单片机，7－译码驱动器，8－显示器，9－位控，10－自动显示亮度控制单元，11－RAM掉电维持单元，12－发动机转速检测单元，13－车速检测单元，14－操作状态检测单元，15－滤波器，16－脉冲整形单元，17－操作状态接口，18－电源，19－地址锁存器，20－ROM，21－掉电检测复位单元，22－键盘，23－电路板。

实施例：

图2、图3、图4、图5、图6构成本实用新型的主要技术特征，其工作原理如前所述。图3虚框中的操作状态接口电路，操作状态信号通过限流电阻R₄～R₇分别进入四个三态门的输入端，各三态门的输出端接单片机的总线，其控制端均由单片机的 WR信号控制。电容C₄～C₇与各限流电阻起滤波作用，二极管D₁～D₄起钳位作用，用以保护三态门。

硬件电路中的主要元件参数和型号：

单片机型号为80C39；施密特触发器IC4为CD40106；显示器为BS05R，霍尔开关办UGN3040，IC4 （CD40106）内部包含六个独立的施密特触发器，叙述原理时，分别称之为IC4a、IC4b、……

Claims

1、一种汽车电脑仪表，其硬件主要由检测单元和单片机及其外围设备组成的数据采集显示电路构成，其特征在于：

a、所述的检测单元包括一个汽车发动机转速检测电路：即从汽车点火电路的电容上端取出发动机转速信号，经过一个晶体管低通滤波器滤波再经脉冲整形电路送单片机的TO端；

b、检测单元还包括一个操作状态检测电路，即从汽车鸣号按钮上端和制动、左行、右行信号灯上取得操作状态信号，通过一个操作状态接口送单片机总线；

c、单片机 RESET和 INT端接有一个掉电检测复位电路：汽车+12V电源经一个稳压管D₅和电阻R，接两个依次串联的施密特触发器IC4a、IC4b的输入端，IC4b的输出端接单片机的 INT端，IC4a和IC4b的串接中点经过一个电解电容C₁₀接单片机的 RESET端， RESET端还经过一个二极管D₇的正端与汽车+5V电源相连；

d、单片机的 SS端与单片机I/O口线相连，构成进一步的掉电保护；

e、在单片机外端有一个片内RAM掉电维持电路：单片机的V_cc端经一二极管D₇的负极接汽车+5V电源，在备用电源的正端和单片机V_DD端之间接一个并联的电阻R₁₁和二极管D₉，汽车+5V电源经二极管D₈接单片机的V_DD端；

f、在显示单元显示器的面板上安装一个光敏三极管BG₂，其c、e两端并联在一个矩形波振荡器的输入、输出端，该振荡器的输入、输出端还并联一个充放电电阻R₁₃，振荡器的输入端和地端之间接有一个电容C₁₁，振荡器的输出端接显示器译码驱动器的消隐控制端 BI，构成自动显示亮度控制电路；

g、在检测单元有一个霍尔开关车速传感器，该传感器主要由壳体、转盘及与之相连的轴、半导体霍尔元件组成，在转盘上沿圆周均匀分布六个永磁铁。

2、如权利要求1所述的汽车电脑仪表，其特征在于：b中所述的操作状态接口电路是由四个三态门组成，各三态门的输入端分别经过一个限流电阻接各操作状态信号，其输出端接单片机总线，各三态门的控制端由单片机的 WR信号控制，在上述各三态门的输入端和地端之间分别接一个滤波电容，各三态门的输入端还分别经过一个二极管接汽车＋5V电源。

3、如权利要求1所述的汽车电脑仪表，其特征在于：c中所述的单片机 RESE和 INT端的掉电检测电路中，在电阻R₉的两端并联一个二极管D₆，在IC4a的输入端和地端接一电容C₉，在稳压管D₅的正端与地之间还接有一个电阻R₁₀。

4、如权利要求1所述的汽车电脑仪表，其特征在于：g中所述的矩形波振荡器的输入、输出端还并联一个串接的电阻R₁₂和二极管D₁₀，D₁₀的负极接振荡器的输入端。