１ 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(shù)器記錄汽車行駛的累計里程?，F(xiàn)代汽車正向高速化方向發(fā)展,，隨著車速的提高，用軟軸驅(qū)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(xiàn)形變過大或運動遲滯等現(xiàn)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(xiàn)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(shù),。 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(xiàn)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(shù)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(chǎn)生一個中斷,并通過中斷服務程序?qū)γ總€脈沖進行計數(shù),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(xiàn)里程計數(shù)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,。

３　車速測量及指示原理

　　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(qū)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(nèi)轉動,。顯然，只要能按一定的規(guī)律驅(qū)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(shù),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,?？紤]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(shù)變化，而Ｈｃｏｓｉｎｅ按θ的余弦函數(shù)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(qū)動器的內(nèi)部組成原理框圖，它由電荷泵,、整形器,、函數(shù)發(fā)生器等組成?輸入的轉速信號通過內(nèi)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(shù)變化,２腳和１２腳的最小驅(qū)動能力為±２０ｍＡ（±４Ｖ）,線圈的公共端接到１腳可為內(nèi)部函數(shù)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(shù)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(nèi)變化的,故ＬＭ１８１９可以驅(qū)動十字表頭以使其在０°～２７０°范圍內(nèi)轉動,。

　　４　電路原理圖

　　圖２所示是一種汽車轉速里程表的電路原理圖,。這是一個典型的單片機最小應用系統(tǒng),。單片機ＡＴ８９Ｃ２０５１以其低價、低功耗,、可靠性高和易于編程等特點著稱,，Ｘ２５０４５則是ＭＣＳ－５１系列單片機電路的一個輔助芯片，主要擔當復位,、電壓檢測,、看門狗和ＥＥＰＲＯＭ功能，該芯片的采用大大提高了系統(tǒng)的可靠性,，減少了外圍芯片數(shù),，可實現(xiàn)里程累計的掉電存儲。ＬＣＭ１０１０為十位八段式帶背光液晶顯示模塊,，采用三線串行接口,，它具有功耗低和編程方便的特點。該顯示共分兩行顯示,，第一行６位顯示累計里程,，第二行４位（１位小數(shù)）用于顯示小計里程。圖中Ｋ１為小計里程清零鍵,，Ｒ４用于調(diào)節(jié)液晶顯示器的視角對比度,。芯片Ｘ２５０４５是Ｘｉｃｏｒ公司推出的帶有可編程μＰ 監(jiān)控器的ＣＭＯＳ串行ＥＥＰＲＯＭ，帶有４０９６位,，按５１２×８來組織,。它具有４字節(jié)頁寫方式和１０萬次使用周期,，數(shù)據(jù)可保存１００年,。為了保證累計里程單元的個位或小計單元的小數(shù)位可靠刷新，當這些單元接近極限使用周期時,，可采取換頁的辦法來使這些數(shù)據(jù)移動到新單元以繼續(xù)計數(shù),。

　　霍爾傳感器發(fā)出的脈沖信號經(jīng)過整形可分成兩路，一路送到單片機的ＩＮＴ１端用于累計里程計數(shù),，另一路送到ＬＭ１８１９驅(qū)動器的轉速信號輸入端（１０腳）,，然后由驅(qū)動電路根據(jù)輸入信號的頻率在２腳和１２腳輸出相應的正弦和余弦驅(qū)動信號，十字線圈產(chǎn)生的磁場共同作用于磁鐵可使轉軸組件偏轉相應的角度,。但調(diào)整時要注意,，電容Ｃ３的大小會改變表針偏轉的平滑性，Ｃ３越大,，平滑性越好,，但同時時間遲滯也會加大,，而Ｃ３過小會使表針抖動；Ｃ４可用于調(diào)整電路的線性和滯后誤差,；Ｒ４的值可以改變表針的指示刻度點,。

５　結論

　　本設計以單片機ＡＴ８９Ｃ２０５１來實現(xiàn)里程累計、小計,、清零及存儲,，并以ＬＭ１８１９集成電路驅(qū)動十字線圈表頭，從而實現(xiàn)了車速的指示,。該設計方案成本低廉,、指針穩(wěn)定性好、響應速度快,、抗震性強,、可靠性和性價比都很高。經(jīng)實際使用證明,，該里程表完全可以取代傳統(tǒng)的以軟軸驅(qū)動的車速里程表,。當然，這只是一種實現(xiàn)方案,，也可以由單片機通過軟件來驅(qū)動十字線圈表頭,，即由單片機分別控制表頭的正弦線圈和余弦線圈而省去ＬＭ１８１９集成電路。對此,，此處不再贅述,。