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电子车速里程表的单片机实现方案解析
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2017-12-07
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介绍了一个基于单片机的电子式转速里程表实现方案，讨论了里程计数的原理和转速指示原理，给出了用单片机AT89C2051和LM1819驱动器设计的汽车转速里程表的具体威廉希尔官方网站
原理图。
１ 概述
传统的汽车转速里程表的功能有两个，一是用指针指示汽车行驶的瞬时车速，二是用机械计数器记录汽车行驶的累计里程。现代汽车正向高速化方向发展，随着车速的提高，用软轴驱动的传统车速里程表受到前所未有的挑战，这是因为软轴在高速旋转时，由于受钢丝交变应力极限的限制而容易断裂，同时，软轴布置过长会出现形变过大或运动迟滞等现象，而且，对于不同的车型，转速里程表的安装位置也会受到软轴长度及弯曲度的限制。凡此种种，使得基于非接触式转速传感器的电子式转速里程表得以迅速发展。
２ 里程累计实现原理
车速里程表的速比表示的是：车速里程表转轴（软轴）在汽车行驶一公里时所转过的转数。 基于单片机的车速里程表采用霍尔型非接触式转速传感器。这种车速里程表转轴每转一圈，霍尔传感器将感应发出８个脉冲。现在以速比为１：６２４的车型为例？ 汽车行驶一公里？ 则霍尔传感器发出的脉冲数共为８×６２４＝４９９２个，或者说，每个脉冲代表了１／４９９２公里的里程。将这些脉冲信号当作外部中断源输入给单片机，使每个脉冲产生一个中断，并通过中断服务程序对每个脉冲进行计数，这样，当计满４９９２时，表明汽车行驶了１公里，然后再给累计单元加一，并存入ＥＥＰＲＯＭ单元，最后通过刷新ＬＣＤ液晶显示器，即可实现里程计数功能。但在编程时要注意，ＭＣＳ－５１系列单片机的外部中断有两种触发方式，即电平触发和边沿触发，本设计选用边沿触发方式，即采用负跳变引起中断。
３ 车速测量及指示原理
车速指示可采用双线圈汽车转速表头，它由空气轴表芯和驱动威廉希尔官方网站 组成，空气轴表芯通常由三部分组成：磁铁、与转轴相连的指针和两个互成九十度的线圈。转轴是表芯唯一的可动部件，磁铁的转角总是趋向于两个线圈的磁场强度矢量的合成方向，磁场强度正比于加在线圈上的电压，因此，通过改变电压的极性和幅度，可在理论上使转轴组件在０～３６０度范围内转动。显然，只要能按一定的规律驱动两个线圈，就可以使指针偏转位置与输入量成线性关系，即满足下列公式：
θ＝ＫＶｉｎ
其中θ为指针偏转角，单位为度; Ｋ为转角常数，单位为度／Ｖ; Ｖｉｎ是输入电压，单位为Ｖ。
每个线圈的磁场强度矢量之和必须跟随偏转角θ。考虑到转轴组件总是指向Ｈｓｉｎｅ和Ｈｃｏｓｉｎｅ这两个正交矢量之和的方向？则其方向可由下式求得？
θ＝ａｒｃｔａｎ Ｈｓｉｎｅ／Ｈｃｏｓｉｎｅ
并由此可以得出：
θ＝ａｒｃｔａｎ ｓｉｎθ／ｃｏｓθ
由上述公式可见？当Ｈｓｉｎｅ按θ的正弦函数变化，而Ｈｃｏｓｉｎｅ按θ的余弦函数变化时？所得到的总磁场强度的方向与θ角的方向相同，由于转轴组件与磁场强度矢量和的方向相同，因此，指针将始终指向θ角的方向。
图１所示是ＬＭ１８１９驱动器的内部组成原理框图，它由电荷泵、整形器、函数发生器等组成？输入的转速信号通过内部的三极管缓冲后，输入到电荷泵即可进行Ｆ／Ｖ频率电压转换，两个输出端按输入量的正弦和余弦函数变化，２脚和１２脚的最小驱动能力为±２０ｍＡ（±４Ｖ），线圈的公共端接到１脚可为内部函数发生器提供反馈信号， 同时为５．１Ｖ齐纳二极管提供参考电压。在该威廉希尔官方网站 中，Ｋ＝５４°／Ｖ，输入Ｖｉｎ 实际上是４脚和８脚的电位差，８脚既是诺顿放大器的输出， 又是函数发生器的输入，一般４脚的电压是２．１Ｖ，所以有：
θ＝Ｋ（Ｖ８－Ｖｒｅｆ）＝５４（Ｖ８－２。１）
由于Ｖ８是在２．１Ｖ～７．１Ｖ的范围内变化的，故ＬＭ１８１９可以驱动十字表头以使其在０°～２７０°范围内转动。
１ 概述
传统的汽车转速里程表的功能有两个，一是用指针指示汽车行驶的瞬时车速，二是用机械计数器记录汽车行驶的累计里程。现代汽车正向高速化方向发展，随着车速的提高，用软轴驱动的传统车速里程表受到前所未有的挑战，这是因为软轴在高速旋转时，由于受钢丝交变应力极限的限制而容易断裂，同时，软轴布置过长会出现形变过大或运动迟滞等现象，而且，对于不同的车型，转速里程表的安装位置也会受到软轴长度及弯曲度的限制。凡此种种，使得基于非接触式转速传感器的电子式转速里程表得以迅速发展。
２ 里程累计实现原理
车速里程表的速比表示的是：车速里程表转轴（软轴）在汽车行驶一公里时所转过的转数。 基于单片机的车速里程表采用霍尔型非接触式转速传感器。这种车速里程表转轴每转一圈，霍尔传感器将感应发出８个脉冲。现在以速比为１：６２４的车型为例？ 汽车行驶一公里？ 则霍尔传感器发出的脉冲数共为８×６２４＝４９９２个，或者说，每个脉冲代表了１／４９９２公里的里程。将这些脉冲信号当作外部中断源输入给单片机，使每个脉冲产生一个中断，并通过中断服务程序对每个脉冲进行计数，这样，当计满４９９２时，表明汽车行驶了１公里，然后再给累计单元加一，并存入ＥＥＰＲＯＭ单元，最后通过刷新ＬＣＤ液晶显示器，即可实现里程计数功能。但在编程时要注意，ＭＣＳ－５１系列单片机的外部中断有两种触发方式，即电平触发和边沿触发，本设计选用边沿触发方式，即采用负跳变引起中断。
３ 车速测量及指示原理
车速指示可采用双线圈汽车转速表头，它由空气轴表芯和驱动威廉希尔官方网站 组成，空气轴表芯通常由三部分组成：磁铁、与转轴相连的指针和两个互成九十度的线圈。转轴是表芯唯一的可动部件，磁铁的转角总是趋向于两个线圈的磁场强度矢量的合成方向，磁场强度正比于加在线圈上的电压，因此，通过改变电压的极性和幅度，可在理论上使转轴组件在０～３６０度范围内转动。显然，只要能按一定的规律驱动两个线圈，就可以使指针偏转位置与输入量成线性关系，即满足下列公式：
θ＝ＫＶｉｎ
其中θ为指针偏转角，单位为度; Ｋ为转角常数，单位为度／Ｖ; Ｖｉｎ是输入电压，单位为Ｖ。
每个线圈的磁场强度矢量之和必须跟随偏转角θ。考虑到转轴组件总是指向Ｈｓｉｎｅ和Ｈｃｏｓｉｎｅ这两个正交矢量之和的方向？则其方向可由下式求得？
θ＝ａｒｃｔａｎ Ｈｓｉｎｅ／Ｈｃｏｓｉｎｅ
并由此可以得出：
θ＝ａｒｃｔａｎ ｓｉｎθ／ｃｏｓθ
由上述公式可见？当Ｈｓｉｎｅ按θ的正弦函数变化，而Ｈｃｏｓｉｎｅ按θ的余弦函数变化时？所得到的总磁场强度的方向与θ角的方向相同，由于转轴组件与磁场强度矢量和的方向相同，因此，指针将始终指向θ角的方向。
图１所示是ＬＭ１８１９驱动器的内部组成原理框图，它由电荷泵、整形器、函数发生器等组成？输入的转速信号通过内部的三极管缓冲后，输入到电荷泵即可进行Ｆ／Ｖ频率电压转换，两个输出端按输入量的正弦和余弦函数变化，２脚和１２脚的最小驱动能力为±２０ｍＡ（±４Ｖ），线圈的公共端接到１脚可为内部函数发生器提供反馈信号， 同时为５．１Ｖ齐纳二极管提供参考电压。在该威廉希尔官方网站 中，Ｋ＝５４°／Ｖ，输入Ｖｉｎ 实际上是４脚和８脚的电位差，８脚既是诺顿放大器的输出， 又是函数发生器的输入，一般４脚的电压是２．１Ｖ，所以有：
θ＝Ｋ（Ｖ８－Ｖｒｅｆ）＝５４（Ｖ８－２。１）
由于Ｖ８是在２．１Ｖ～７．１Ｖ的范围内变化的，故ＬＭ１８１９可以驱动十字表头以使其在０°～２７０°范围内转动。
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