出租车里程显示系统的设计
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第1章 概 述
1.1 国内外研究现状
自今汽车走过了100多年的发展历程，汽车仪表也在不断开发和发展之中。汽车仪表发展，按其工作原理上取得的重大技术创新来分经过四代：第一代汽车仪表是基于机械作用力而工作的机械式仪表，即机械机芯表；第二代汽车仪表的工作原理基于电子测量原理，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，称之为电气式仪表；第三代为模拟电路电子式；第四代为步进电机式全数字汽车仪表。
目前，汽车仪表正在经历第三代向第四代转型时期。第三代汽车用仪表工作原理与电气式仪表基本相同，只是用电子器件取代原来的电气器件。随着集成电路技术突飞猛进的发展，这种仪表现在均采用汽车仪表专用集成电路，是国内汽车仪表目前的主流产品，经过多年的发展，其结构形式经历了动圈式机芯和动磁式机芯阶段。电子器件经历了分立器件和专用集成电路阶段。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，有动圈式、动磁式等。第四代步进电机式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，但信号处理方式己从模拟变成数字。其最显著的特征是工作原理与第三代汽车仪表完全不同。本系统研制的步进电机式车速里程表就是在这第三代和第四代转型时期开发研制的第四代新型仪表。该表属于第四代步进电机式全数字式汽车仪表，本系统开发的仪表的优点是指示精度高，响应速度快、无抖动，指示范围分度均匀等。
1.2 方案比较
根据设计任务，车速里程表机芯的研制主要设计出车速的指示和里程的显示，具有小计里程和总里程的双显示功能，车速具有回零功能。因此根据总体设计要求，经过分析研究设计出方案如下。
1.2.1 方案一：动磁式车速里程表
电子车速里程表是由步进电机M驱动机械式里程记录机构（计数器），装在变速箱内霍尔传感器的输出信号控制步进电机。步进电机M由专门集成电路BL2115驱动，步进电机M转动量与变速箱输出轴转动量成一定速比关系，从而取消了传统的软轴驱动。
指示瞬时车速的指针用十字交叉动磁式机芯驱动，该机芯上有一个专门集成电路LM1819同时接受霍尔传感器输出信号，并输出两路驱动十字交叉线包的电流信号。这两路电流信号决定十字交叉线包的合成磁场方向，合成磁场驱动瞬时车速的指针偏转，用以指示车速。综上所述，累计里程计数和瞬时车速指示都受控于同一个信号源（霍尔速度传感器）。图1-1是动磁式车速里程表工作原理框图。
图1-1 动磁式车速里程表工作原理框图
这种结构的车速里程表结构复杂，但它具有较好的优点：用指针指示速度，指针的转速连续、稳定，驾驶员不易产生视觉疲劳。
1.2.2 方案二：双线圈式车速里程表
本方案是通过单片机来实现里程累计、清零及存储，存储由E2PROM芯片AT24C02组成，并以LM1819集成电路驱动十字线圈表头，从而实现车速的指示。原理框图见图1-2所示。该设计方案成本低廉、指针稳定性好、响应速度快、抗震性强、可靠性和性价比都很高。该里程表完全取代了传统的以软轴驱动的车速里程表。当然，这只是一种实现方案，也可以由单片机通过软件来驱动十字线圈表头, 即由单片机分别控制表头的正弦线圈和余弦线圈而省去LM1819 集成电路。对此，本文不再赘述。
图1-2 双线圈式车速里程表原理框图
1.2.3 方案三：步进电机式车速里程表
本方案的步进电机式车速里程表是一种用指针指示速度、用液晶显示里程的电子式车速里程表。车速表不再采用十字交叉动磁式机芯，而改用步进电机式机芯。该步进电机式机芯由单片机控制，再由步进电机带动指针指示行驶车速，从而实现车速的瞬时指示，因而称作单片机控制步进电机式机芯车速表。里程累计和小计不再使用机械计数器，而是改用E2PROM芯片存储显示数值，由显示屏LCD（液晶显示屏）显示累计和小计里程。采用液晶显示后，克服了字轮显示故障率高、受命短等缺点，还增加了短距离计程等功能。本方案中的步进电机式车速里程表原理框图如图1-3所示。
步进电机式车速里程表是一种以单片机来实现里程累计、小计、清零及存储，并以步进电机来实现车速的指示。该方案成本低廉、指针稳定性好、响应速度快、抗震性强、可靠性和性价比都很高。
图1-3 步进电机式车速里程表原理框图
1.2.4 方案论证
实现以上方案都可以达到车速和里程显示的目的，但采用动磁式车速里程表在装配过程中易发生针轴与轴承间间隙不一致、阻尼油阻尼不合适等问题。而采用双线圈式车速里程表速度指示在低速区的线性差和精度不高。对于第三种方案采用步进电机式车速里程表，其工作原理上的技术创新以及指针精度较。故确定采用此方案来实现高精度的车速和里程。
步进电机式车速里程表车速对应指示区间为0~200km/h；里程表由总里程和小计里程组成，总里程显示范围为0~999999km，小计里程显示范围为0~999.9km。在这第三种方案中，车速和里程信号都是由霍尔传感器送入到单片机的T0和T2端口，T2记录霍尔传感器送入信号的周期，在单片机中做相应处理后，送给步进电机用于车速的测量。T0记录霍尔传感器送入信号的个数，记录到一定的数值送给LCD显示里程。并把显示的总里程保存在E2PROM 中。...
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