【摘要】汽车的转速里程表是汽车的仪表板中的重要组成部分。在当代人们广泛使用的汽车中使用的大多都是机械式的转速里程表。随" />
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基于单片机的电子式转速里程表的设计与实现
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　　【摘要】汽车的转速里程表是汽车的仪表板中的重要组成部分。在当代人们广泛使用的汽车中使用的大多都是机械式的转速里程表。随着汽车在人们生活中的逐渐普及，人们对汽车的性能的要求越来越高，然而它的缺点给人们生活带来的不便日益明显，比如精度不够高，还有价格比较昂贵。因此设计了一个基于单片机的电子式转速里程表的设计方案，用以解决其问题，改善人们的生活质量。 中国论文网 /8/view-6436259.htm　　【关键词】单片机;转速里程表;电子式 　　1.概述 　　1.1 研究的目的 　　传统的在生活中大多使用的车速表是机械式的，里有两个液晶数字显示窗，分别累计本次里程和总里程。这种车速里程表简单而又实用，被广泛用于当今大多汽车上。但是同时它的缺点也很明显，首先最至关重要的一点是它的精度不高，它的组成元件中包含一条的软轴，在高速旋转时，这条软轴容易断裂，导致机械式转速里程表的故障，在某些重要时刻这可能是及其危险的事，可能严重威胁到使用者的生命安全。另一方面，它的价格过于昂贵，这是也是对消费者消费预算的一种阻碍，导致这种机械式转速里程表逐渐不能满足人们对当今社会中汽车性能的要求。因此，人们开始逐渐寻找一种新的设计方案来完成对传统转速里程表的改进，对它进行替换，达到如今人们对汽车性能的要求，各类新型的转速里程表也应运而生。本文涉及的这种电子式转速里程表的设计目的正是为了克服这些缺点，成为新一代能够便利人们生活的转速里程表。 　　1.2 开发前景 　　如今随着社会的发展，人们的生活节奏越来越快，作为良好代步工具的汽车以其方便快捷的特性自从上个世纪末发展以来越来越被人们所接受，逐渐成人们快节奏生活中及其重要的一部分，近几年来汽车已经在人们生活中日益普遍，尤其在欧美国家几乎人手一辆汽车，每个家庭至少都有一辆或好或次的汽车，人们生活质量的提高也注定人们对汽车性能的要求不断提高，各类高性能的高档轿车进入中高端人士家庭，人们在汽车上的开销越来越大，也越来越舍得，汽车部件行业成为了当代社会中的新兴行业，具有巨大的发展潜力，甚至可以跟房地产等行业进行抗衡。作为汽车中重要组成部分的转速里程表的改进也成为必然发展趋势，如今对它的需求已被日益扩大。高性能的转速里程表在今后的社会中将有极大的市场和无限的开发前景，甚至能成为促进社会经济发展的一大推动力。作为有良好性能的电子转速里程表，它功能多的开发正是当下所需，今后潜力无限。 　　2.实现原理 　　2.1 单片机原理 　　单片机是一种集成的电路芯片。单片机被大量地使用在控制电路中。单片机也称为微控制器，此外她还是嵌入式的控制器。它能完成嵌入式的应用系统所提出的要求。在体系结构、指令系统、微处理器、总线方式、管理模式方面都能满足要求。单片机是许许多多系统部件的集成，全部在一片芯片上完成其全部功能。自从单片机的发明至今已有三十多年历史，它的特点是小而轻，便于使用，并且它的价格十分低廉，被广泛适用于人们生活中的各个领域，并在各个方面中发挥着极其重要的作用。单片机中，定时器或计数器与I/O外设接口通过中央处理器（CPU）与程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）进行数据交换。中央处理器（CPU）是其中的核心部件，完成各项处理任务。 　　2.2 传统车速里程表的设计原理 　　车速里程表，顾名思义包括“车速”和“里程”两个方面的记录能力，一方面它能记录汽车行驶的速度，另一方面它能记载下汽车行驶过距离的里程数。之前大量使用的车速表大多为机械式的，所谓机械式，就是完全由机械原理组成。它由一根软轴连接至一个计数器的某个齿轮上，齿轮旋转时，软轴中的钢丝缆同时会在齿轮的带动下旋转。钢丝缆带动里程表罩圈内一块磁铁旋转，罩圈与指针联接并通过游丝将指针置于零位，磁铁旋转速度的快慢引起磁力线大小的变化，平衡被打破指针因此被带动。这便是传统的机械式车速里程表的基本使用原理。但是由于气压的大小以及车轮的摩擦都会使车轮的直径产生变化，导致测得的车速都会与实际汽车车速有所差距，通常会比实际快一些，这将导致传统的机械车速里程表的测量误差，这便使高性能要求的汽车对该中车速里程表的使用有所局限。 　　2.3 电子车速里程表的设计原理 　　对于本文设计的电子车速里程表，与传统的机械车速里程表完全不同，不同于以往的依靠机械的物理原理，而是以电子的原理进行，测量误差大大减小。首先，外部信号通过传感器被接收进去，转化为电信号，传感器再将其传送至控制模块进行相关处理和计数，处理后得到的数据便为转速的信息，它可通过外部存储器将数据进行里程数的存储和读取，最后通过电子车速里程表中的各个功能模块可进行里程显示、速度显示以及对相关紧急情况进行报警，这便是电子车速里程表的基本原理。电信号大大克服了机械使用时衔接等方面的损耗，减小误差的同时也可以大大减少机械车速里程表里所需应用到的机械部件各个部分的重量与所其众多组成部件占体积，使设备更加小巧并且轻盈，并且使制造成本得到大大下降，在性能与价格方面可以更好地使用于汽车的使用，使汽车性能得到大大提升。由于电子式车速里程表完全依据电子原理进行设计与实现，它避免了机械器械的相关机械部件之间的摩擦，以及各器件之间的物理损耗所导致的大量不可避免的误差，使电子式车速里程表在运作和显示环节都有高精度的特点。电信号的传递速度快，并且鼻炎机械间摩擦，使电子式车速里程表具有高灵敏度的特点。由于直接由数字表盘完成各功能的显示而得依据指针来完成度数，所以一方面成功做到了可读性强的特点，另一方面面也大大减小了度数误差。 　　3.总体设计 　　3.1 系统总体结构 　　通过电子车速里程表原理中所以及的设原理，外部信号通过传感器被接收进去，转化为电信号，并将其传送至控制模块进行相关处理和计数得转速的信息，最后通过电子车速里程表中的各个功能模块可进行里程显示、速度显示以及对相关紧急情况进行报警，同时可通过外部存储器将数据进行里程数的存储和读取。在此运作原理之下得到系统的总体设计结构框图如图1所示：
　　图1 　　由图1可见，改系统整体分为四个部分，分别为接受部分，控制部分，存储部分，以及可见的显示部分，这四部分分别需要系统分为四个模块来分别完成其格子功能，系统的总体是由各个部分分工合作完成的，每一个模块都至关重要，分别设计好各个部分的结构就能完成系统的总体结构。 　　3.2 系统的软件实现 　　由以上电子车速里程表总体设计结构框图可见该系统分为四个模块，接收模块，控制模块，存储模块以及显示模块。在软件设计时采用，对于每个模块都要分开设计，完成后再进行结合完成总体功能。软件部分是设计相关芯片，编译程序完成其相关功能，通过程序的实现，并锁定相关管脚，该芯片就能完成该电子式转速里程表的软件实现。系统的软件部分主要在于控制模块和显示模块部分的软件设计。为了与相关硬件相适应并使两者都能发挥到最好效果，软件的编程显得十分重要。 　　首先，在初始化后判断中断是否产生。如果产生了中断，经判断如果为外部中断，程序中将相应产生0中断，接着再进行程序的处理。如果经判断没有产生中断，那么则直接进入程序的处理。在程序处理完毕后，系统将进入程序显示部分模块，显示程序将完成里程显示、速度显示以及必要时的警报部分的显示三部分的显示，显示到仪表盘上后便完成了其程序设计的大致框架。在里程计数模块，电子电传感器输出的电信号是以一个一个的脉冲的形式。而输出的脉冲有具体意义，即每一个都代表汽车行驶完成了一个的固定距离值。汽车行驶1km，电传感器转数NF=（1000/πμD）I。（其中：I为传动比，轮胎外径为D，μ为变形系数）。车速的测量应用公式θ=KVin。（其中：θ为指针偏转角（o）。K为转角常数（o/V）。Vin是输入电压（V）。）指针转角方向应用公式为θ=arctan sinθ/cosθ。芯片的INT1端口为里程计数脉冲的输入端。60H～62H为计数脉冲暂存单元，68H，69H单元为判断数据暂存单元，6CH中为本次里程小数点位数值，70～72H单元为读出的总里程数。以上便完成了芯片对其中各个管脚的定义，在编译好相关功能的程序段后进行合成总体，并且锁定好各个管脚功能后，生成了完成电子式转速里程表系统的软件支持的相关芯片。以此芯片可以完成电子式转速里程表系统的软件系统的实现。设计流程十分简单，易于理解和学习并进行发展。 　　3.3 系统的硬件实现 　　本次设计中，该电子式转速里程表应用到的主要器件为AT89C2051单片机。在里程的计数方面采用了EEPROM 芯片X25045。在设计上还采用了LM1819驱动器。在车速指示方面，采用了双线圈汽车转速表头。LM1819是用以驱动各个用于各自相关显示功能的各式表盘仪器的驱动器。在它的驱动之下，双线圈汽车转速表头的十字表头可以再大幅度范围内转动，显示大量程数据。通常可在在0°～270°范围内转动。应用霍尔传感器来完成传感功能。系统的硬件方面所使用的器件较为简单以及价格较为低廉，用简单的硬件便可以配合软件系统完成电子式转速里程表的特定功能，实现基于单片机的电子式转速里程表的设计与实现。在传感器模块部分，霍尔传感器是依据车子转动时转轴盘上固定的磁条与霍尔元件相作用来产生脉冲。倘若在转轴盘上固定上多个磁条，在车子转动一周，多个磁条分别与霍尔元件相作用，就会在一周内产生多个电脉冲。这些电脉冲通过传感器传至EEPROM 芯片X25045内，进行相关处理，产生相关的里程、车速、以及是否发出警报等各方面的数据信息，这些数据信息通过LM1819驱动器来驱动用于显示车速的双线圈汽车转速表头等各式的显示仪器，在各个功能的表头上完成里程、车速、以及是否发出警报等相关显示。每个仪器都是基于电子原理，具有精度高、损耗小、寿命长等特点，总体的结合较为协调，不会有相互抵制等情况的产生，默契的配合能完成高精度、高敏感性的基于单片机的电子式转速里程表的设计与实现。这些硬件设备基于单片机的集成性与嵌入式的特点，具有单片机的各种优点。它体积小，应用广泛，可以方便应用于各种大小型交通工具之上。无论是家用汽车、火车，还是小型的电动车等等，都方便应用。并且其集成性能强大，不仅能完成车速、里程的显示，还可以做到同时检测水温、气温、邮箱油量等等，真正做到多种功能，并能够极其小型化地完成嵌入功能。真正做到小体积也有多用途，成为新型转速里程表中的超级小精灵。以上总体叙述了系统采用的主要硬件，他们之间相互如何作用的环节也一一说明。这些环节环环相扣，相互配合，完成了系统的硬件实现，这些硬件的组合能成功配合所述的相应的软件系统完成电子式转速里程表的设计。 　　4.总结 　　本次实验设计介绍的是基于单片机的电子式转速里程表的设计与实验。本次方案是基于对当下转速里程表的缺点与不足及考虑当下科技发展与生活水平的提高导致对新型转速里程表的需求所设计。有需求才有发展，于是报着解决当下需求及其推动社会生产力的需求的目的完成本次实验设计。依靠单片机这种简单而又价格低廉的设备进行试验的设计，完成电子式转速里程表的设计与实验，在很大程度上考虑了经济方面的因素：在最初开发方面的投资基金也许不够充足，用价格低廉的设备仪器可以大大减小开发方面的经济负担，使产品开发的阻碍大大减小，不至于因为资金问题导致开发方案半路夭折。本次试验用到了AT89C2051单片机、EEPROM 芯片X25045、LM1819驱动器、双线圈汽车转速表头。均为较为普通并且造价不昂贵的设备仪器。身边随意可见并且容易获得，是开发过程更加简单方便。本设计的软件技术过程核心思想为外部信号通过传感器被接收进去，转化为电信号，并将其传送至控制模块进行相关处理和计数得转速的信息，最后通过电子车速里程表中的各个功能模块可进行里程显示、速度显示以及对相关紧急情况进行报警，同时可通过外部存储器将数据进行里程数的存储和读取。设计流程十分简单，易于理解和学习并进行发展。不以高深的学问进行过度拔高或者局限可学习人群的范围。已与被学习及制造才是当今的最大需求，有益于将它推向市场，推向人们生活中，使人们习惯于它的使用，并受益与这种新设计器件，造福于人类，推动人类文明的进步。通过如今已高度发展的传感器技术，可以轻松完成将所得到的外界非电信号转化为电信号，再传入处理系统进行处理，处理后所得的相关数据也是通过电信号传至显示屏进行显示，全过程只应用到电子方面器件。而电子器件往往具有体积小的特点，组合后的体积也可以大大小于传统机械式转速里程表的体积，对于在汽车上的使用非常方便，尤其是当下社会中流行的迷你车型，对于单身人士或者新婚夫妇来说都是极佳的选择，这一点很大程度地保证了市场方面的销售。作为本次试验的设计者，本人综合考虑了各方面因素，完成了本次基于单片机的电子式转速里程表的设计与实现。 　　参考文献 　　[1]李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）[M].杭州：北京航空航天大学出版社，1998 　　[2]安宗权.电动电子车速里程表分频电路设计[M].自动化与仪器仪表，2001. 　　[3]刘伟锋，彭立印，韦博.车速里程表信号装置及速比的计算[J].汽车维修，2011（11）：8-9.
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