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1 概述 傳統的汽車轉速里程表的功能有兩個,一是用指針指示汽車行駛的瞬時車速,二是用機械計數器記錄汽車行駛的累計里程｡現代汽車正向高速化方向發展,隨著車速的提高,用軟軸驅動的傳統車速里程表受到前所未有的挑戰,這是因為軟軸在高速旋轉時,由于受鋼絲交變應力極限的限制而容易斷裂,同時,軟軸布置過長會出現形變過大或運動遲滯等現象,而且,對于不同的車型,轉速里程表的安裝位置也會受到軟軸長度及彎曲度的限制｡凡此種種,使得基于非接觸式轉速傳感器的電子式轉速里程表得以迅速發展｡ 2 里程累計實現原理 車速里程表的速比表示的是:車速里程表轉軸(軟軸)在汽車行駛一公里時所轉過的轉數｡ 基于單片機的車速里程表采用霍爾型非接觸式轉速傳感器｡這種車速里程表轉軸每轉一圈,霍爾傳感器將感應發出8個脈沖｡現在以速比為1:624的車型為例? 汽車行駛一公里? 則霍爾傳感器發出的脈沖數共為8%26;#215;624=4992個,或者說,每個脈沖代表了1/4992公里的里程｡將這些脈沖信號當作外部中斷源輸入給單片機,使每個脈沖產生一個中斷,并通過中斷服務程序對每個脈沖進行計數,這樣,當計滿4992時,表明汽車行駛了1公里,然后再給累計單元加一,并存入EEPROM單元,最后通過刷新LCD液晶顯示器,即可實現里程計數功能｡但在編程時要注意,MCS-51系列單片機的外部中斷有兩種觸發方式,即電平觸發和邊沿觸發,本設計選用邊沿觸發方式,即采用負跳變引起中斷｡ 3 車速測量及指示原理 車速指示可采用雙線圈汽車轉速表頭,它由空氣軸表芯和驅動電路組成,空氣軸表芯通常由三部分組成:磁鐵､與轉軸相連的指針和兩個互成九十度的線圈｡轉軸是表芯唯一的可動部件,磁鐵的轉角總是趨向于兩個線圈的磁場強度矢量的合成方向,磁場強度正比于加在線圈上的電壓,因此,通過改變電壓的極性和幅度,可在理論上使轉軸組件在0~360度范圍內轉動｡顯然,只要能按一定的規律驅動兩個線圈,就可以使指針偏轉位置與輸入量成線性關系,即滿足下列公式: θ=KVin 其中θ為指針偏轉角,單位為度; K為轉角常數,單位為度/V; Vin是輸入電壓,單位為V｡ 每個線圈的磁場強度矢量之和必須跟隨偏轉角θ｡考慮到轉軸組件總是指向Hsine和Hcosine這兩個正交矢量之和的方向?則其方向可由下式求得 θ=arctan Hsine/Hcosine 并由此可以得出: θ=arctan sinθ/cosθ 由上述公式可見當Hsine按θ的正弦函數變化,而Hcosine按θ的余弦函數變化時所得到的總磁場強度的方向與θ角的方向相同,由于轉軸組件與磁場強度矢量和的方向相同,因此,指針將始終指向θ角的方向｡ 圖1所示是LM1819驅動器的內部組成原理框圖,它由電荷泵､整形器､函數發生器等組成輸入的轉速信號通過內部的三極管緩沖后,輸入到電荷泵即可進行F/V頻率電壓轉換,兩個輸出端按輸入量的正弦和余弦函數變化,2腳和12腳的最小驅動能力為20mA(4V),線圈的公共端接到1腳可為內部函數發生器提供反饋信號, 同時為5.1V齊納二極管提供參考電壓｡在該電路中,K=54%26;#176;/V,輸入Vin 實際上是4腳和8腳的電位差,8腳既是諾頓放大器的輸出, 又是函數發生器的輸入,一般4腳的電壓是2.1V,所以有: θ=K(V8-Vref)=54(V8-2.1) 由于V8是在2.1V~7.1V的范圍內變化的,故LM1819可以驅動十字表頭以使其在0%26;#176;~270%26;#176;范圍內轉動｡ 4 電路原理圖 圖2所示是一種汽車轉速里程表的電路原理圖｡這是一個典型的單片機最小應用系統｡單片機AT89C2051以其低價､低功耗､可靠性高和易于編程等特點著稱,X25045則是MCS-51系列單片機電路的一個輔助芯片,主要擔當復位､電壓檢測､看門狗和EEPROM功能,該芯片的采用大大提高了系統的可靠性,減少了外圍芯片數,可實現里程累計的掉電存儲｡LCM1010為十位八段式帶背光液晶顯示模塊,采用三線串行接口,它具有功耗低和編程方便的特點｡該顯示共分兩行顯示,第一行6位顯示累計里程,第二行4位(1位小數)用于顯示小計里程｡圖中K1為小計里程清零鍵,R4用于調節液晶顯示器的視角對比度｡芯片X25045是Xicor公司推出的帶有可編程μP 監控器的CMOS串行EEPROM,帶有4096位,按512%26;#215;8來組織｡它具有4字節頁寫方式和10萬次使用周期,數據可保存100年｡為了保證累計里程單元的個位或小計單元的小數位可靠刷新,當這些單元接近極限使用周期時,可采取換頁的辦法來使這些數據移動到新單元以繼續計數｡ 霍爾傳感器發出的脈沖信號經過整形可分成兩路,一路送到單片機的INT1端用于累計里程計數,另一路送到LM1819驅動器的轉速信號輸入端(10腳),然后由驅動電路根據輸入信號的頻率在2腳和12腳輸出相應的正弦和余弦驅動信號,十字線圈產生的磁場共同作用于磁鐵可使轉軸組件偏轉相應的角度｡但調整時要注意,電容C3的大小會改變表針偏轉的平滑性,C3越大,平滑性越好,但同時時間遲滯也會加大,而C3過小會使表針抖動;C4可用于調整電路的線性和滯后誤差;R4的值可以改變表針的指示刻度點｡ 5 結論 本設計以單片機AT89C2051來實現里程累計､小計､清零及存儲,并以LM1819集成電路驅動十字線圈表頭,從而實現了車速的指示｡該設計方案成本低廉､指針穩定性好､響應速度快､抗震性強､可靠性和性價比都很高｡經實際使用證明,該里程表完全可以取代傳統的以軟軸驅動的車速里程表｡當然,這只是一種實現方案,也可以由單片機通過軟件來驅動十字線圈表頭,即由單片機分別控制表頭的正弦線圈和余弦線圈而省去LM1819集成電路｡對此,此處不再贅述｡ |
