论文部分内容阅读
摘要：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。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，而且软轴布置过长出现形变过大或运动迟滞等现象。针对以上缺陷，本文设计基于单片机的电子式转速里程表的实现方案。
关键词：电子车速里程表；单片机
中图分类号：U463.71文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 15-0000-01
The MCU Control Circuit Design of Electronic Speedometer
Li Yongjian,Ge Youhua,Cui Zhi
(Yancheng Institute of Mechanical Engineering College,Yancheng224002,China)
Abstract:With the rapid development of high-speed modern automobiles,the traditional speedometers with flexible drive shaft are subject to unprecedented challenges.
The flexible shaft is easily broken down during its high speed revolution due to the restraints of alternating stress from the steelwire.Furthermore,large deformation and retardation will arise if the flexible shaft is too long.On the defects of the above defectse,this paper proposes a new kind of speedometer that is based on single-chip microcomputer.
Keywords:Electronic speedometer;Single-chip microcomputer
一、里程累计实现原理
车速里程表的转速是车速里程表转轴（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。车辆开动后，监制传感器对车轮的转动进行采样，将脉冲采样信号输入到单片机引脚，单片机的定时计数器T1工作于计数器方式，累计脉冲个数，根据一段时间内的脉冲个数和车轮的大小，就可以由单片机计算出运行的速度和公里数，并驱动显示器进行显示。
转速的计算公式：V=4992/3600*f（f代表霍尔传感器发出的脉冲信号的频率）
里程数的计算公式：S=x/4992（x代表读出的脉冲数）
公式说明：汽车行驶一公里发出4992个脉冲，假如一秒钟发出1000个脉冲，那么一小时发出3600000个脉冲，那么转速、里程数的公式就如上式所述。
二、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电路组成，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：
=K*Vin
其中 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 。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：
=arctan H sine/Hcosine
并由此可以得出：
=arctan sin /cos
由上述公式可见，当Hsine按 的正弦函数变化，而Hcosine按 的余弦函数变化时，所得到的总磁场强度的方向与 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 角的方向。
三、电路原理图
图1所示是一种汽车转速里程表的电路原理图。这是一个典型的单片机最小应用系统。单片机AT89C51以其低价、低功耗、可靠性高和易于编程等特点著称，该芯片的采用大大提高了系统的可靠性，减少了外围芯片数，可实现里程累计的掉电存储。
霍尔传感器发出的脉冲信号经过整形可分成两路，一路送到单片机的INT0端用于累计里程计数，另一路送到LM1819驱动器的转速信号输入端（10脚），然后由驱动电路根据输入信号的频率在2脚和12脚输出相应的正弦和余弦驱动信号，十字线圈产生的磁场共同作用于磁铁可使转轴组件偏转相应的角度。但调整时要注意，电容c3的大小会改变表针偏转的平滑性，c3越大，平滑性越好，但同时时间迟滞也会加大，而c3过小会使表针抖动；C4可用于调整电路的线性和滞后误差；R4的值可以改变表针的指示刻度点。
四、电子车速里程表单片机控制系统总体设计
通过霍尔型转速传感器检测汽车的转速，用单片机AT89C51对霍尔传感器的数据进行处理并送入LCD和指针型模拟表头进行显示和指示。霍尔传感器发出的脉冲信号经过整形可分成两路，一路送到单片机的INT0端用于累计里程计数，另一路送到LM1819驱动器的转速信号输入端（10脚），然后由驱动电路根据输入信号的频率在2脚和12脚输出相应的正弦和余弦驱动信号，十字线圈产生的磁场共同作用于磁铁可使转轴组件偏转相应的角度。
五、小结
采用单片机控制的转速里程表设计方案后精度和显示数据量大大增加，而且工作可靠，结构简单，性价比高。
参考文献：
[1]陈隆昌.控制电机[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000
[2]陈爱国,黄丈玲．步进电机升降速曲线的研究[J].机电产品开发与创新,2003,2
[3]王玉琳,王强.步进电机的速度调节方法[J].电机与控制应用,2006,33,1
关键词：电子车速里程表；单片机
中图分类号：U463.71文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 15-0000-01
The MCU Control Circuit Design of Electronic Speedometer
Li Yongjian,Ge Youhua,Cui Zhi
(Yancheng Institute of Mechanical Engineering College,Yancheng224002,China)
Abstract:With the rapid development of high-speed modern automobiles,the traditional speedometers with flexible drive shaft are subject to unprecedented challenges.
The flexible shaft is easily broken down during its high speed revolution due to the restraints of alternating stress from the steelwire.Furthermore,large deformation and retardation will arise if the flexible shaft is too long.On the defects of the above defectse,this paper proposes a new kind of speedometer that is based on single-chip microcomputer.
Keywords:Electronic speedometer;Single-chip microcomputer
一、里程累计实现原理
车速里程表的转速是车速里程表转轴（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。车辆开动后，监制传感器对车轮的转动进行采样，将脉冲采样信号输入到单片机引脚，单片机的定时计数器T1工作于计数器方式，累计脉冲个数，根据一段时间内的脉冲个数和车轮的大小，就可以由单片机计算出运行的速度和公里数，并驱动显示器进行显示。
转速的计算公式：V=4992/3600*f（f代表霍尔传感器发出的脉冲信号的频率）
里程数的计算公式：S=x/4992（x代表读出的脉冲数）
公式说明：汽车行驶一公里发出4992个脉冲，假如一秒钟发出1000个脉冲，那么一小时发出3600000个脉冲，那么转速、里程数的公式就如上式所述。
二、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电路组成，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：
=K*Vin
其中 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 。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：
=arctan H sine/Hcosine
并由此可以得出：
=arctan sin /cos
由上述公式可见，当Hsine按 的正弦函数变化，而Hcosine按 的余弦函数变化时，所得到的总磁场强度的方向与 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 角的方向。
三、电路原理图
图1所示是一种汽车转速里程表的电路原理图。这是一个典型的单片机最小应用系统。单片机AT89C51以其低价、低功耗、可靠性高和易于编程等特点著称，该芯片的采用大大提高了系统的可靠性，减少了外围芯片数，可实现里程累计的掉电存储。
霍尔传感器发出的脉冲信号经过整形可分成两路，一路送到单片机的INT0端用于累计里程计数，另一路送到LM1819驱动器的转速信号输入端（10脚），然后由驱动电路根据输入信号的频率在2脚和12脚输出相应的正弦和余弦驱动信号，十字线圈产生的磁场共同作用于磁铁可使转轴组件偏转相应的角度。但调整时要注意，电容c3的大小会改变表针偏转的平滑性，c3越大，平滑性越好，但同时时间迟滞也会加大，而c3过小会使表针抖动；C4可用于调整电路的线性和滞后误差；R4的值可以改变表针的指示刻度点。
四、电子车速里程表单片机控制系统总体设计
通过霍尔型转速传感器检测汽车的转速，用单片机AT89C51对霍尔传感器的数据进行处理并送入LCD和指针型模拟表头进行显示和指示。霍尔传感器发出的脉冲信号经过整形可分成两路，一路送到单片机的INT0端用于累计里程计数，另一路送到LM1819驱动器的转速信号输入端（10脚），然后由驱动电路根据输入信号的频率在2脚和12脚输出相应的正弦和余弦驱动信号，十字线圈产生的磁场共同作用于磁铁可使转轴组件偏转相应的角度。
五、小结
采用单片机控制的转速里程表设计方案后精度和显示数据量大大增加，而且工作可靠，结构简单，性价比高。
参考文献：
[1]陈隆昌.控制电机[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000
[2]陈爱国,黄丈玲．步进电机升降速曲线的研究[J].机电产品开发与创新,2003,2
[3]王玉琳,王强.步进电机的速度调节方法[J].电机与控制应用,2006,33,1