出租车里程显示系统的设计方案研讨(doc 13页)

参考必读下列资料与各个论文题目均有所出入，相关内容仅供参考，不可雷同。

格式要求内容分为：引言、正文、结论与展望、致谢、参考文献等几个部分。

各部分均要分页。

各章亦要分页显示。

图表格式要正确，必须用黑色笔书写，字体要端正，不可潦草。

出租车里程显示系统的设计第1章概述1.1 国内外研究现状自今汽车走过了100多年的发展历程，汽车仪表也在不断开发和发展之中。

汽车仪表发展，按其工作原理上取得的重大技术创新来分经过四代：第一代汽车仪表是基于机械作用力而工作的机械式仪表，即机械机芯表；第二代汽车仪表的工作原理基于电子测量原理，即通过各类传感器将被测的非电量变换成电信号加以测量，称之为电气式仪表；第三代为模拟电路电子式；第四代为步进电机式全数字汽车仪表。

目前，汽车仪表正在经历第三代向第四代转型时期。

第三代汽车用仪表工作原理与电气式仪表基本相同，只是用电子器件取代原来的电气器件。

随着集成电路技术突飞猛进的发展，这种仪表现在均采用汽车仪表专用集成电路，是国内汽车仪表目前的主流产品，经过多年的发展，其结构形式经历了动圈式机芯和动磁式机芯阶段。

电子器件经历了分立器件和专用集成电路阶段。

发展到今天以塑料件为主；围绕提高指示精度和指针平稳性，有动圈式、动磁式等。

第四代步进电机式全数字式汽车仪表从其应用的技术手段上看，还是电子技术范畴，也属于电子式仪表，但信号处理方式己从模拟变成数字。

其最显著的特征是工作原理与第三代汽车仪表完全不同。

本系统研制的步进电机式车速里程表就是在这第三代和第四代转型时期开发研制的第四代新型仪表。

该表属于第四代步进电机式全数字式汽车仪表，本系统开发的仪表的优点是指示精度高，响应速度快、无抖动，指示范围分度均匀等。

1.2 方案比较根据设计任务，车速里程表机芯的研制主要设计出车速的指示和里程的显示，具有小计里程和总里程的双显示功能，车速具有回零功能。

因此根据总体设计要求，经过分析研究设计出方案如下。

1.2.1 方案一：动磁式车速里程表电子车速里程表是由步进电机M驱动机械式里程记录机构（计数器），装在变速箱内霍尔传感器的输出信号控制步进电机。

步进电机M由专门集成电路BL2115驱动，步进电机M转动量与变速箱输出轴转动量成一定速比关系，从而取消了传统的软轴驱动。

指示瞬时车速的指针用十字交叉动磁式机芯驱动，该机芯上有一个专门集成电路LM1819同时接受霍尔传感器输出信号，并输出两路驱动十字交叉线包的电流信号。

这两路电流信号决定十字交叉线包的合成磁场方向，合成磁场驱动瞬时车速的指针偏转，用以指示车速。

综上所述，累计里程计数和瞬时车速指示都受控于同一个信号源（霍尔速度传感器）。

图1-1是动磁式车速里程表工作原理框图。

图1-1动磁式车速里程表工作原理框图这种结构的车速里程表结构复杂，但它具有较好的优点：用指针指示速度，指针的转速连续、稳定，驾驶员不易产生视觉疲劳。

1.2.2 方案二：双线圈式车速里程表本方案是通过单片机来实现里程累计、清零及存储，存储由E2PROM芯片AT24C02组成，并以LM1819集成电路驱动十字线圈表头，从而实现车速的指示。

原理框图见图1-2所示。

该设计方案成本低廉、指针稳定性好、响应速度快、抗震性强、可靠性和性价比都很高。

该里程表完全取代了传统的以软轴驱动的车速里程表。

当然，这只是一种实现方案，也可以由单片机通过软件来驱动十字线圈表头, 即由单片机分别控制表头的正弦线圈和余弦线圈而省去LM1819 集成电路。

对此，本文不再赘述。

EEPROM单片机LCD显示LM1819驱动器双线圈转速表图1-2 双线圈式车速里程表原理框图1.2.3 方案三：步进电机式车速里程表本方案的步进电机式车速里程表是一种用指针指示速度、用液晶显示里程的电子式车速里程表。

车速表不再采用十字交叉动磁式机芯，而改用步进电机式机芯。

该步进电机式机芯由单片机控制，再由步进电机带动指针指示行驶车速，从而实现车速的瞬时指示，因而称作单片机控制步进电机式机芯车速表。

里程累计和小计不再使用机械计数器，而是改用E2PROM芯片存储显示数值，由显示屏LCD（液晶显示屏）显示累计和小计里程。

采用液晶显示后，克服了字轮显示故障率高、受命短等缺点，还增加了短距离计程等功能。

本方案中的步进电机式车速里程表原理框图如图1-3所示。

步进电机式车速里程表是一种以单片机来实现里程累计、小计、清零及存储，并以步进电机来实现车速的指示。

该方案成本低廉、指针稳定性好、响应速度快、抗震性强、可靠性和性价比都很高。

图1-3 步进电机式车速里程表原理框图1.2.4 方案论证实现以上方案都可以达到车速和里程显示的目的，但采用动磁式车速里程表在装配过程中易发生针轴与轴承间间隙不一致、阻尼油阻尼不合适等问题。

而采用双线圈式车速里程表速度指示在低速区的线性差和精度不高。

对于第三种方案采用步进电机式车速里程表，其工作原理上的技术创新以及指针精度较。

故确定采用此方案来实现高精度的车速和里程。

步进电机式车速里程表车速对应指示区间为0~200km/h；里程表由总里程和小计里程组成，总里程显示范围为0~999999km，小计里程显示范围为0~999.9km。

在这第三种方案中，车速和里程信号都是由霍尔传感器送入到单片机的T0和T2端口，T2记录霍尔传感器送入信号的周期，在单片机中做相应处理后，送给步进电机用于车速的测量。

T0记录霍尔传感器送入信号的个数，记录到一定的数值送给LCD显示里程。

并把显示的总里程保存在E2PROM 中。

第二章步进电机式车速里程表的硬件构成在上一章中我们论证了车速里程表的设计方案，步进电机式车速里程表是本文选取的最优方案。

本章将重点介绍该方案的具体实施内容，其中包括车速、里程信号模块、控制模块、LCD显示模块、步进电机指示模块和掉电保护模块等。

下面我们分别对各个模块进行一一介绍。

2.1 总体结构的设计和原理概述步进电机式车速里程表机芯研制的硬件原理框图如图2-1所示。

其中车速、里程信号部分是由霍尔传感器组成。

霍尔传感器安装在变速箱输出轴上，霍尔传感器采集到的信号送是给单片机的定时器/计数器T0和定时器/计数器T2中。

单片机构成了控制部分，单片机把霍尔传感器送来的信号，通过单片机的计数器T0做相应编程，记录下汽车行驶0.1km时霍尔传感器所产生的信号脉冲个数，通过单片机转换为BCD码送给LCD显示，也就实现了最小显示为0.1km ，如果累计到1km，就把1km累加到总里程并送入E2PROM保存，再从E2PROM中调入LCD中进行总里程显示。

在LCD显示中分为小计里程显示和总里程显示，小计里程可实现单次行驶路程，总里程记录汽车总行驶路程。

在E2PROM中只保存总里程值，以备单片机掉电时总里程数据丢失。

定时器/计数器T2用于记录单个脉冲的周期，把这个周期值通过软件编译转化为车速值，再由单片机的P0口送给步进电机指示瞬时车速值。

图2-1 步进电机式车速里程表机芯的原理框图显示模块由驱动芯片PCF8566和LCD 显示屏组成。

在显示模块中，显示里程的信号是由P2口送入的，P2输出的信号要先经过驱动芯片PCF8566再送给LCD 显示。

步进电机模块同样也由驱动芯片组成，本系统选择的驱动芯片是ULN2003，速度信号经由单片机P0口送给驱动芯片，再由驱动芯片送给步进电机指示相应车速值。

2.2车速、里程信号电路的设计第四代汽车仪表对于传感器的选择，一般常用的是霍尔式和干簧管式转速传感器，也比较少的用到磁电式转速传感器。

因为随着车速的提高，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。

第四代车速里程表无论选择哪种传感器它们输出的信号都要是脉冲信号，从而使得非接触式转速传感器得以迅速发展。

也只有选择产生脉冲信号的传感器才能满足本课题的要求。

故本系统选用霍尔式转速传感器。

霍尔探头组件安装在变速箱输出轴上，里程计数、车速计时脉冲产生的工作原理如图2-2所示。

八个磁钢与变速箱输出轴同步旋转。

霍尔探头固定在变速箱壳体上静止不动，当输出轴上某只磁钢转动到霍尔探头对应位置时，霍尔探头中的霍尔敏感器件受到磁钢磁场作用，霍尔探头输出一个低电平，当没有磁钢与霍尔探头对准时，霍尔探头不再受到磁场作用，输出高电平。

输出轴转动一周，霍尔探头有八个方波输出。

如果以速比为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。

步进电机式车速里程表机芯的转动和LCD 中里程的显示都是受控于霍尔探头输出的方波个数。

记录4992个脉冲表示汽车行驶1公里，记录单个脉冲的周期算出汽车行驶的速度，具体应用将在相应章节中介绍。

图2-2霍尔传感器组件2.3 控制模块电路的设计控制模块由单片机构成，单片机的复位电路和振荡电路的连接如图2-3所示，复位选用自动上电复位方式，晶振选用典型值11.0592MHz。

电容C01和C02的作用是帮助起振。

由于AT89S52有8k字节的ROM，对于本系统来说存储器能够满足要求，因此，EA=1。

图2-3 开关按钮复位和晶振连接图P0口的低四位承担着传送步进电机时序信号的任务，这个时序信号用来指示相对应的速度，因此P0口的低四位接ULN2003。

由于P0口是一个8位漏极开路的双向I/O 口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

故需要接上拉电阻来实现“1”的输出。

P2口中的P2.0和P2.1接E2PROM 芯片AT24C02的SDA和SCL管脚，P2.2和P2.3接PCF8566的SDA和SCL管脚。

连线之间均接上拉电阻。

2.4 里程显示电路的设计里程显示可由LED和LCD来显示。

由于LCD显示屏具有零辐射、低功耗、散热小、体积小、显示清晰等优点，并且显示视觉效果较好，可有效地缓解驾驶员的眼疲劳。

对于功耗要求越低越好的汽车仪表来说，优先选用LCD来显示里程是它最终的选择。

本文选择的是PCF8566驱动器和专用LCD组成LCD显示模块。

之所以如此选择，是因为PCF8566芯片是低功耗的LCD驱动器。

图2-4为LCD显示模块连线图。

PCF8566的SDA和SCL管脚分别接单片机的P2.0和P2.1，在这两者的连线之间接上拉电阻。

PCF8566的四个背极输出BP0-BP3分别直接与LCD的背极输入BP0-BP3相连，PCF8566的24个段输出也同样直接与LCD相连。

PCF8566器件地址和控制命令字要通过I2C总线发送进来，它们发送的顺序为：器件地址——方式设置——数据指针——器件选择——闪烁控制。

但本系统只用到一个PCF85 66器件，器件的默认子地址为00H，不需要再进行器件选择，故可省去器件选择这个控制命令字。