立即注册
查看: 583|回复: 0

[单片机资料] 电子式里程表设计论文资料

已绑定手机
发表于 2023-2-3 17:37:46 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
里程表广泛应用于各类机车,传统的机械式里程表虽然稳定可靠,但功能单一、易受磨损。随着电子技术的迅猛发展,电子式里程表得以广泛应用,现在很多轿车仪表已经使用电子车速里程表,本设计介绍一种基于单片机的智能电子里程表。该电子式里程表是一种数字式仪表,主要由车速表和里程表两部分组成,其传感器采用无接触测量的光电传感器。它不仅可显示车辆行驶的总里程,也可显示一段时间的阶段里程,还可显示车速,以及实现超速报警等功能,并具有较强的再开发能力。它的实现方式是,通过安装在汽车转轴上的测量盘,用光电式转速传感器检测转速的脉冲信息,在脉冲状态下,将转速的变化转换成光通量的变化,再通过光电转换元件将光通量的变化转换成电量的变化,接着通过频率测量电路将脉冲信号输入到单片机中,然后依据电量与转速的函数关系实现转速测量,再通过计算,从而得出里程、车速的信息,并由LED显示器显示出来。并且该电子式里程表累积的里程数字存储在非易失性的EEPROM存储器内,在无电状态下数据也能保存。

关键词:AT89S51单片机;里程表;光电传感器;LED显示器;存储器


Abstract
Vehicle odometer is applied in each kind of motorcycle extensively, although the traditional machine type odometer stable and credible, but the function of it is single and be easily worn away. Along with the technical fast fiercely develop in electronics, the electronic vehicle can be applied extensively. Recently, a lot of car appearances have already used the electronic vehicle odometer, this graduation thesis introduce a kind of intelligence electronic vehicle odometer, which is based on a Single-Chip Microcomputer system. The electronics' type vehicle odometer is a kind of numerical type appearance, which mainly constitute with two parts, that is vehicle speed meter and odometer, it adopts the light sensor that the sensor has no contact measure. It not only can show the total mileage that vehicle drive, but also can show the stage mileage of a period of time. Moreover, It’s can show the car speed, and the realization exceed the speed limit to report and so on. It also has the ability of strongerly develop again. The way of this vehicle odometer carry out is as follows: through the installed measure plate in the automobile shaft, use the light sensor to measure the rotational speed information. Under the pulse appearance, it make the variety rotational speed change to the variety of the light flux, after that the variety of the light flux convert to electricity quantity. Then through the light electricity convert component, we can make the pulse signal input to the Single-Chip Microcomputer by the frequency measure circuit. Then in terms of the function relationship of electricity quantity and rotational speed, we can realize the measure of rotational speed, after calculate by the Single-Chip Microcompute, we can obtain the information of mileage and vehicle speed. Moreover, This mileage and vehicle speed information can be displayed by the LED monitor. And the mileage numeral of the electronics' vehicle odometer accumulation is saving in EEPROM,which is not easily lost, the data also can keep under the no electric appearance.

Keyword:AT89S51 Single-Chip Microcomputer;Odometer;Light sensor;LED ;Memory

目    录

引言 ………………………………………………………………………1
1  总体设计……………………………………………………………………2
2  系统设计可行性分析…………………………………………………2
2.1 总体设计分析……………………………………………………………………2
2.2 硬件模块…………………………………………………………………………3
2.3 软件模块…………………………………………………………………………6
3  硬件单元电路设计……………………………………………………………………7
3.1 传感器的设计……………………………………………………………………7
3.2 单片机与光电传感器的接口设计………………………………………………11
3.3 单片机与外部存储器的接口设计………………………………………………13
3.4 单片机与超速报警电路的接口设计……………………………………………13
3.5 单片机与键盘和7段显示器的接口设计……………………………………… 13
4  软件设计……………………………………………………………………14
4.1 脉冲测量部分……………………………………………………………………16
4.2 键盘输入部分……………………………………………………………………17
4.3 数据处理部分……………………………………………………………………18
4.4 存储器部分………………………………………………………………………21
4.5 超速报警部分……………………………………………………………………24
4.6 显示部分…………………………………………………………………………25
5  系统调试……………………………………………………………………27
5.1 硬件单元电路调试………………………………………………………………27
5.2 软件程序调试……………………………………………………………………29
5.3 整体调试…………………………………………………………………………32
6  系统使用说明……………………………………………………………………32
7  系统功能的扩展……………………………………………………………………33
8  结论…………………………………………………………………………………33
谢辞 …………………………………………………………………………………35
参考文献…………………………………………………………………………………36
附录…………………………………………………………………………………………37


引言
我国汽车工业走过了五十年的历程,与国际发达国家汽车工业相比,电子技术水平相对比较落后,提高国产汽车的电子技术水平,增加汽车电子装备的数量,促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的关键,提高我国的汽车电子技术已势在必行。
随着中国的复关,国外汽车零部件厂商也大举进入中国参与竞争。电子式仪表及新型传感器是各类车型汽车的首选配套产品,通用性好,市场前景广阔。目前国外汽车车速里程表已广泛采用电子式机芯结构,而国内汽车仪表一直是机械式车速里程表的天下,少数采用动圈式电子仪表, 通过大量市场调研,我们清楚地看到进入20世纪以来汽车工业迅速发展,而电子产品则是汽车提高技术含量的晴雨表。国外电子产品占整车成本的30%,然而我国汽车行业起步较晚,技术十分落后,电子产品仅占整车成本的5%。例如国外汽车早已装配电子式仪表,而我国汽车仍在应用传统的机械仪表,可靠性很差。目前汽车仪表控制电子化是一种发展趋势,由先进的传感器与显示装置构成的电子仪表已开始全面取代传统的机电式仪表,成为现代汽车的明显标志。  
一般汽车的常规仪表有车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表等。仪表板中最常用的是车速里程表,目前很多轿车仪表已经使用电子车速表,它通过变速器上的速度传感器获取信号,通过脉冲频率的变化使指针偏转或者显示数字。  随着汽车电子半导体技术的发展,多功能、高精度、高灵敏度、读数直观的电子数字显示及图像显示的仪表已不断应用于汽车。汽车仪表的功能已不仅仅是单纯的显示,而是通过对汽车各部件参数的监测和计算机处理相配套,从而达到控制汽车各种运行工况的目的。因而电子式里程表的广泛应用将会很大的提高中国的汽车电子技术水平。
本作品正是顺应了汽车电子发展的趋势,利用安装在汽车转轴上的测量盘,由光电传感器输出采样脉冲,采取单片机控制,用一个六位LED数码管和一个四位LED数码管作为显示设备,从而得出里程、车速的信息。在里程信息的存储功能上,采用了新型轿车中广泛使用的串行EEPROM芯片24C16。当电源正常供电时给电容器充电,电源掉电时,利用电容器电流将单片机中的数据写入EEPROM中。本作品廉价且功能较强,使用方便,实用价值较高,极容易得到推广。
图1.1 系统组成框图

单片机控制模块是该作品的重要组成部分。为了提高单片机的使用效率,以及可以实现在线编程,而采用了AT89C51单片机的升级产品AT89S51单片机。为保证数据的安全可靠保存并减少作品的成本,以及使系统的结构简单,在里程信息的存储功能上,没有采用常用的并行EEPROM存储器,而采用了新型轿车中广泛使用的串行EEPROM芯片24C16。当电源正常供电时给电容器充电,电源掉电时,利用电容器电流将单片机中的数据写入EEPROM中。超速报警部分本作品采用了简单的软件设计,由程序产生,铃声是为了达到提示的目的,因此,选用了一个简单的蜂鸣器,通过软件定时产生的嘀嘀声作为提示音,并且接一个红色的发光二极管,使报警效果更加理想。在车速里程显示方面,本作品采用了常用的6位共阳极LED显示器,通过按键的转换以及对单片机的软件编程,可在一个6位共阳极LED显示器中实现系统总里程和单班里程的显示,而车速则通过另一个4位的共阳极LED显示器实时显示。而本系统的车速脉冲采样部分,采用了非接触式的高灵敏度光电传感器,它有利于提高脉冲测量的精度,并提高了系统的可靠性,应用时将测量盘固定在车辆的转轴上,再通过光电传感器来测量。

2 系统设计可行性分析
2.1 总体设计分析
根据电子式里程表的具体设计要求:
(1)显示车辆行驶的总里程,用6位LED显示;
(2)显示一段时间的阶段里程,用6位LED显示;
(3)显示车速,用4位LED显示;
(4)实现超速报警;
本作品设计的电子式里程表拥有以下单元功能模块:
(1)光电传感器的脉冲信号检测与转换;
(2)超速报警功能;
(3)里程信息存储功能;
(4)车速和里程的LED显示功能;
根据电子式里程表的一些基本要求,从而结合实际情况对具体的单元功能模块作软件或硬件上的不同分工,具体如下:
在车辆转轴上安装的光电传感器的脉冲检测单元必须使用具体硬件电路来实现。
键输入和键处理、脉冲记数处理等功能模块使用软件编程方式要比硬件电路简单得多,实现也很容易。
超速报警、里程信息存储、车速和里程的LED显示都采用硬件电路和软件编程相结合的方式。其中超速报警采用一个蜂鸣器和一个红色发光二极管的报警方式,通过单片机的软件中断请求,实现蜂鸣器的嘀嘀声及发光二极管的闪烁显示。里程信息的存储采用单片机对存储器的读写方式,实现了数据信息的保存。车速和里程的LED显示通过单片机P0口和P2口,编程恰当地选择各个7段LED显示器的点亮时间和间隔时间,实现LED的动态实现。
综上所述,本作品由以上所述的硬件电路和软件编程来完成。     
下面就硬件以及软件实现的单元电路分别进行具体分析。

2.2  硬件模块
2.2.1光电传感器模块
经过比较,本系统采用了透射式光电测速脉冲整形电路。每当安装在汽车转轴上的旋转测量盘上的长方孔与光电传感器上的透光孔重合,则光敏三极管受光而通过电流,使三极管饱和导通,故用于脉冲整形的施密特触发器CD4093输出高电平,当圆盘转至透光孔被遮时,CD4093输出低电平。随着圆盘不停地转动,CD4093便输出脉冲序列。测出输出脉冲个数,结合圆盘每一周的孔数,使可算出转轴旋转的转速,进而可算出车辆的行驶速度。

2.2.2单片机控制模块
本系统使用了单片机AT89S51,它是AT89C51的升级产品,能实现在线编程。单片机AT89S51是由Atmel公司生产的51单片机。简单介绍如下:
    AT89S51单片机是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。其片内含有4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,内置功能强大的微型计算机的AT89S51为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
    AT89S51是一个低功耗高性能单片机,40个引脚,32个外部双向输入/输出(I/O)
端口,同时内含2个外部中断口,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,
AT89S51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash
存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
其主要特性如下:
·与MCS-51 兼容
·4K字节可编程FLASH存储器
·1000次擦写周期
·数据保留时间:10年
·全静态工作:0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·支持在系统编程ISP
·128*8位内部RAM
·32个可编程I/O口
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
·具有双工UART串行通道
此单片机主要用于本系统的控制,包括响应中断、延时、定时、记数、判断、扫描键盘、超速报警、LED数码管显示等等。

2.2.3键盘模块
单片机系统所用的键盘有编码键盘和编码键盘两种。
编码键盘是只要按下它的某一个键,就能产生这个键的代码,与此同时还产生一个脉冲信号,以通知CPU接收键码。编码键盘使用方便,也不用编写太复杂的程序。但硬件电路复杂,比非编码简易键盘成本要高。
非编码键盘也称简易键盘,它的按键是排列成行、列矩阵形式的。按键的作用只是简单地实现接点的接通或断开,因此必须有一套相应的程序与之配合,才能产生相应的
键码,它基本上不需要附加什么硬件电路。但需要通过软件来解决按的识别、防抖动以
及如何产生键码的问题。
经过翻阅大量的文献资料,发现使用串行EEPROM芯片作为本系统的外部存储器,是比较常用的一种方法,而且在做电路板时布线简单,单片机编程时也稳定可靠,当失电时数据能得以安全的保存,因而采用了串行EEPROM芯片24C16。
本系统所用的24C16是美国ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM,它是内含2K×8位存储空间,具有工作电压宽(2.5~5.5V)、擦写次数多(大于10000次)、写入速度快(小于10ms)等特点。
经过翻阅大量的技术资料,对具体要求实现的功能进行完整的系统分析,我认为我
的电子式里程表的系统设计基本符合实际情况,可以完成设计任务所要求实现的基本功能。

3  硬件单元电路设计
3.1 传感器的设计
汽车开动后,监测传感器对汽车转轴的转动进行采样,将脉冲采样信号输入到单片
机管脚,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。

3.1.1传感器的选择
转速是指每分钟内旋转轴转动的圈数。机械式转速仪和电模拟式测速仪已经无法满足自动化程序日益提高的需要,它们只能测量精度不高的转速,而且输出不能直接供计算机使用,因此,非接触式的光电数字转速仪表就越来越广泛地得到应用。
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此在检测和控制领域内得到广泛应用。
由于采用光电传感器,可以实现非接触测量。光电式转速测量仪表比较容易作为高频脉冲频率传感器。例如,可在每转中发出几万脉冲,因此分辨率高,可测极低的转速,测量范围几乎可从零转开始。其次这种测量方法一般对转轴的附加载荷都很小,不会影响被测对象的正常旋转,光电式转速传感器工作在脉冲状态下,它是将转轴的转速变换成相应频率的脉冲,然后测出脉冲频率就可以测得转速值。这种测速方法具有传感器结构简单、可靠、测量精度高等优点。
光电转速传感器的性能可归纳如下:
(1)传感器采用无接触测量,不增加被测物旋转力矩,测量小里矩的旋转物能获得很高的精度。
(2)光电传感器是利用光波作为媒介来实现转速测量的,抗电磁干扰能力强,如果采用调制光源或调制型发光器件,传感器还可具有抗外界杂光干扰能力。
(3)传感器利用光电效应方便地将转速换成电量信号。故此类传感器测量范围宽、非接触检测距离远,随着激光技术的发展,使光电检测技术获得了新发展,能达到超远距离的测量。
(4)光电传感器易受环境雾尘,粉尘、油尘、水雾及杂光的影响。
经过比较,由于光电传感器的结构简单、可靠、测量精度高等优点,因而本设计中选用了光电传感器。

3.1.2 光电传感器的选择
光电传感器的类型
按照光电传感器中光电元件输出电信号的形式可以将光电传感器分为模拟式和脉冲式两大类。
   
(1)模拟式光电传感器
   
这种传感器中光电元件接受的光通量随被测量连续变化,因此,输出的光电流也是连续变化的,并与被测量呈确定的函数关系。
      
   
(2)脉冲式光电传感器
   
在这种传感器中,光电元件接受的光信号是断续变化的,因此光电元件处于开关工作状态,它输出的光电流通常是只有两种稳定状态的脉冲形式的信号,多用于光电计数和光电式转速测量等场合。
通过两种形式的光电传感器比较,我选用了脉冲式光电传感器,因其多用于光电计数和光电式转速测量等场合。
脉冲式光电转速传感器从光路系统看,有透射式和反射式两种。
(1)透射式光电传感器
这种仪表的测量盘装在被测转轴上,在它旁边装有不动的读数盘。测量盘沿外缘圆周刻有等距径向透明光缝,在读数盘上刻有同样间距的透光缝隙,当测量盘随被测轴一起转动时,每转过一个缝隙,由光源射来的光线就将照射到光敏元件上一次,这个光脉冲将引起光敏元件的输出电脉冲,在孔数一定时,该列电脉冲数就和转速成正比。电脉冲经测量电路整形放大后再送入频率计计数和显示,经核算或标定后,就可以得到一个便于测量计数的信号,此时被测转速为
n= f/N
式中f——测得的脉冲频率;
N——每转脉冲数,它等于圆周上之缝数。
若在调制盘上开60个小孔,则可在1秒的记数值上直接读出转速大小。它可以测量1r/min的车速。如果开600个孔,则它的测量精度为0.1r/min。
(2)反射式光电传感器
在转轴上不便于安装测量转盘时,还可以采用在测量转轴上加反射镜的方法。在可能时,为了提高分辨率,可以在转轴圆周方向等距贴数块反射镜。只有光线入射时,转轴每转一周就有数次光反射作用。再用简单光学系统将反射光投到光敏元件上,就可以输出相应的电脉冲。其它部分与透射式一样,通过测脉冲频率就可以求出转速。
反射式转速表使用方便,它不给转轴带来附加载荷,可以在距被测物数十毫米外非接触地测量其转速,但要求转轴不能太细,便于贴反射镜,它适于测量的转速范围为30~4.8×105t/min。
通过比较,可知透射式光电传感器比反射式光电传感器的测量精度高,因而本设计中我采用了透射式光电传感器,并且采用了60条缝隙的测量盘。如图3.1所示,为透射式光电转速传感器的结构原理图。

游客,如果您要查看本帖隐藏内容请回复

图1.1 系统组成框图.png

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

合作/建议

TEL: 19168984579

工作时间:
周一到周五 9:00-11:30 13:30-19:30
  • 扫一扫关注公众号
  • 扫一扫打开小程序
Copyright © 2013-2024 一牛网 版权所有 All Rights Reserved. 帮助中心|隐私声明|联系我们|手机版|粤ICP备13053961号|营业执照|EDI证
在本版发帖搜索
扫一扫添加微信客服
QQ客服返回顶部
快速回复 返回顶部 返回列表