電子車速里程表的單片機實現方案解析

　介紹了一個基于單片機的電子式轉速里程表實現方案，討論了里程計數的原理和轉速指示原理，給出了用單片機AT89C2051和LM1819驅動器設計的汽車轉速里程表的具體電路原理圖。
　?。?概述
　　傳統(tǒng)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?，F代汽車正向高速化方向發(fā)展，隨著車速的提高，用軟軸驅動的傳統(tǒng)車速里程表受到前所未有的挑戰(zhàn)，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(fā)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(fā)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(fā)出的脈沖數共為８×６２４＝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(fā)方式，即電平觸發(fā)和邊沿觸發(fā)，本設計選用邊沿觸發(fā)方式，即采用負跳變引起中斷。
　?。场≤囁贉y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(guī)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(fā)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(fā)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°／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(fā)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°～２７０°范圍內轉動。