基于单片机的电子式转速里程表的设计

　　介绍一种新型的基于单片机的电子式汽车转速里程表的实现方案。讨论了里程计数的原理和转速指示原理。针对机械式里程表缺点结构复杂，精度不高，并且价格较昂贵，设计了数字式汽车转速里程表。这里以AT89C2051单片机为核心，利用SPI串行总线开发了电子式里程表。该里程表利用磁电式传感器采样汽车行驶所得到的信号；采用LCD数码管显示汽车总行驶里程数，本次里程采EEPROM 芯片X25045，利用其通电可改写，掉电信息可保存的特点存储汽车行驶的总里程数。本设计的转速里程表具有结构简单，精度较高，误差较小，显示清楚醒目，稳定可靠等特点，另外对该系统的软件也作了相应的说明。

　　1.1研究的目的与意义

　　自1886年发明汽车以来，汽车走过了100多年的发展历程。汽车的出现和发展，使汽车仪表也在不断开发和发展之中。随着光学、电子技术的迅速发展，特别是计算机技术在汽车仪表中的广泛应用，汽车仪表正向数字化和智能化方向展。汽车仪表的发展趋势，从一个侧面反映出汽车电子化水平的快速提高。

　　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。

　　1.2国内外研究概况及发展趋势

　　为了充分了解汽车仪表发展现状，准确地把握其未来发展趋势，有必要对其发展过程作一简单回顾。按汽车仪表在工作原理上取得的重大技术创新来分，可以划分为4个阶段，或称为经过4代。第1代汽车仪表是基于机械作用力而工作的机械式仪表，人们习惯称这类仪表为机械机心表；第2代汽车仪表的工作原理基于电测原理，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，通常称这类仪表为电气式仪表；第3代为模拟电路电子式；第4代为数字汽车仪表。

　　1 现代汽车仪表的现状

　　汽车仪表正在经历由第3代向第4代转型时期。第3代汽车用仪表工作原理与电气式仪表基本相同，只不过是用电子器件取代原来的电气器件。其出现的时间大致在20世纪50～60年代，随着集成电路技术突飞猛进的发展，这种仪表现在均采用各种专用集成电路（为汽车仪表专门设计的集成电路），国内汽车仪表目前的主流产品就是这种仪表，经过20多年的发展，其结构形式经历了动圈式机心（线圈连同指针一起转动）和动磁式机心（磁钢连同指针一起转动）2个基本阶段。电子器件经历了分立器件和专用集成电路2个阶段。在整个发展过程中，国内外工程技术人员一直从未停止对其进行改进。如围绕降低成本，不断改进制作工艺，机械零件起初以金属件为主，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，由动圈式发展成动磁式等。虽然，每次较大改进后整体性能价格比都有所提高，但受其工作原理的限制，其线性、精度、重复性、响应速度等性能指标难以有根本的突破。

　　严格地说，第4代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，但信号处理方式已从模拟变成数字。仅凭信号处理方式的改变还不足以将全数字式汽车仪表划分成一个新阶段，其最显著的特征是工作原理与第3代汽车仪表完全不同。如果一个产品在工作原理上有创新和突破，则其设计思路、组成形式、功能和性能的改变将是根本性的。鉴于此，将全数字式汽车仪表暂且列入第4代。关于全数字式汽车仪表早在20世纪80年代就已经被提出，最初为“数字显示”形式的汽车仪表。虽然该仪表的工作方式是全数字式，技术水平和仪表的性能远远超过了第3代汽车仪表，但其致命的缺点是只能显示一组孤立的数字，没有动感，在被测物理量（如车速、发动机转速）发生变化时，只有数字翻动，而没有指示上升、下降直观感，再加上读数时间比较长，容易分散驾驶员的注意力等，这种形式的汽车仪表很难被驾驶员接受，因而国内外都没有普及与推广。为了克服上述不足，后来出现了采用光点、光条或光带模拟动态显示被测物理量形式的全数字汽车仪表，显示器件主要有LED、LCD和电致发光材料等。由于受到成本的限制，目前光显示汽车仪表只能选用字段显示方式的显示屏，无法选用显示分辨率更高的点阵式显示屏。因此，其视觉效果和显示精度还不能令人满意。

　　随着电子技术的发展，特别是单片机性能的提高，主要表现在抗强电磁干扰、工作温度范围和对工作电源稳定性要求等方面的改善，再加上价格的大幅度降低，目前有条件在汽车仪表上使用单片机控制的全数字仪表。虽然全数字式汽车仪表曾经出现多种款式，但业内人士和专家一致看好“基于单片机的数字式汽车仪表”。它是针对目前广泛使用的模拟电子式汽车仪表机心存在多方面不足，在其工作原理上作出技术创新，即彻底放弃了“动磁式”或“动圈式”模拟电子式汽车仪表，通过线包与磁钢间产生电磁转矩驱动指针工作的形式。该汽车仪表由传感器完成各种被测物理量的采集，经过换算后直接送入单片机，再由驱动器驱动指针，在刻度盘上指示被测物理量，同时辅以被测物理量LCD数字显示。该汽车仪表在指示方式上仍然保留了第3代仪表指示直观、有动感、符合驾驶员习惯等特点，而且批量生产的成本有望低于同等功能的模拟电子式汽车仪表，更可贵的是在工作原理上的创新和突破，带来了技术性能质的提高。