基于单片机的智能汽车仪表的设计.docx

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毕业设计

基于单片机的智能汽车仪表的设计

42

摘要

汽车仪表是汽车的重要部件之一，能集中、直观、迅速地反映汽车在行驶过程中的各种动态指标，如行驶速度、里程、电系状况、制动、压力、发动机转速、冷却液温度、油量、指示灯状态，它是驾驶员能够直接了解汽车状况的一个窗口，为驾驶员正确使用汽车及安全驾驶提供了保证。

随着电子技术的发展，越来越多的新技术在汽车制造业得到了广泛的应用。

如微处理器在汽车上的应用，能使得各种数据的处理进一步加快，从而提高了实时性。

相对于传统的动磁式和动圈式机芯汽车仪表的体积大、可靠性差、准度低的缺点，用步进电机来驱动指针的汽车仪表具有体积小、重量轻、可靠性高、抗千扰能力强、指示准确、兼容性和通用性强、生产和检测工艺简单等优点，该类仪表已成为当今世界汽车仪表的发展趋势。

在对新型汽车传感器、步进电机的工作原理还有单片机控制技术的了解和分析的基础上，结合传统的汽车仪表工作原理，设计一个由单片机控制步进电机驱动指针的汽车智能数字仪表。

该智能数字仪表采用统一的步进电机结构，所有传感器采集的车速、转速、燃油的模拟或数字信号量全部转换成驱动步进电机的数字信号，由单片机处理完后，将驱动量信号输送到各自的步进电机指示仪表。

实验结果表明，基于单片机的步进电机式汽车智能数字仪表有着很好的效果，能准确的显示车速、转速、燃油、机油压力等信息，还增强了仪表的适应性，其可靠性得到了提高。

关键词:

汽车仪表，步进电机，单片机。

目录

第1章绪论.............................................................5

1.1课题提出的背景 5

1.2国内外研究现状 6

1.3论文研究的主要内容 7

第2章汽车智能数字仪表电子技术基础....................................8

2.1电子技术在汽车仪表技术中的应用 8

2.2汽车智能数字仪表的基本结构 9

2.2.1电子式转速表 9

2.2.2车速表 9

2.2.3里程表 9

2.2.4燃油表、机油压力表 10

2.3基于步进电机的汽车智能数字仪表技术基础 10

第3章汽车智能数字仪表的硬件设计.....................................13

3.1汽车智能数字仪表的设计目标 13

3.2汽车智能数字仪表的设计技术路线 13

3.3汽车智能数字仪表中关键器件的选择 13

3.3.1微处理器的选择 13

3.3.2步进电机的选择 14

3.3.3电源电路设计 15

3.3.4时钟电路 16

3.3.5复位电路 17

3.4汽车智能数字仪表中主要电路的设计 17

3.4.1车速里程表 17

3.4.2发动机转速表 22

3.4.3燃油表 24

3.4.4机油压力表 27

3.5汽车智能数字仪表的设计 29

3.5.1设计的基本思想 29

3.5.2智能数字仪表的设计框图 29

3.5.3主要功能 29

第四章汽车组合仪表的软件设计.........................................31

4.1软件设计思想 31

4.1.1语言选择 31

4.1.2程序的模块化设计 32

4.2主程序的设计 34

4.2.1初始化模块 34

4.2.2主程序模块 34

4.2.3中断处理模块 35

4.3主要子程序的设计 35

4.3.1指针驱动子程序设计 35

4.3.2车速里程表子程序 36

4.3.3燃油表子程序 38

4.3.4转速表子程序 39

结论.................................................................40

致谢.................................................................41

参考文献...............................................................42

第1章绪论

1.1课题提出的背景

随着电了技术的飞速发展和集成技术的日趋成熟以及芯片制造的产业化，为用单片机技术设计、制造的汽车仪表克服技术瓶颈和成木障碍创造了条件。

由于单片机具有高可靠性、高控制性能和高运行速度，并能很好地解决仪表中的误差修正和线性化处理等难题，同时便于实现数字信号与模拟信号间的转换，有利于:

对数据进行计算、控制和存储，易于与仪表模块化模拟指小驱动机构相匹配，而且己在航空仪表及其它专用仪表上得到应用，因此，用单片机技术设计、制造汽车仪表正成为世界各先进汽车仪表制造厂家竞相发展的、最具潜力和优势的升级换代产.目前在我国奥迪A6、小红旗轿车上已采用了单片机技术的智能汽车仪表。

为适应驾驶人员的视、读习惯，在保持汽车仪表原有表面特征的条件下，如智能数字仪表、模拟指针指示、整体透过式照明等，选用车速里程表、转速表、温度表、燃油表及左、右转向、远光、蓄电池充放电、机油压力、驻车制动、制动器故障、真空报警、防抱制动、发动机预热、油水分离器、排气制动、机油液血、并速锁止等一系列报警指示显，对汽车仪表机芯进行个新开发设计。

通过对汽车行驶过程中模拟量和开关量的合理采集和有效传递，采用专用线路板，在芯片上集成中央处理器（CPU）、只读存储器（ROM）,输入/输出接口（I/0）、A/D车专换器、串行通讯等，并经一系列运放、补偿、保护等电路的合成，来完成数字信号与模拟信号间的转换、处理和控制计算，再输出给指示驱动机构，从而带动指针转动，使仪表精确、灵敏、平稳、有效指示。

即由温度传感器和燃油传感器将水温高低、燃油箱油面高度测量后得到的模拟量，通过A/D转换器转换成数字量，经中央处理器的处理和控制计算，得到指针偏转的角度值，通过I/0接口直接输出给指示驱动机构，从而带动指针转动;车速传感器和转速传感器输出的为脉冲信号，经I/0接口读出脉冲信号，经过中央处理器的处理和控制计算，换算成车速（km/h）和里程（km）,及转速（r/min），其中车速（km/h）、转速（r/min）经I/0接口直接输出给指示驱动机构（带减速机构的微型电机），从而带动指钊一转动;而里程计数

（km）则采用液晶显示器指示。

单片机的可读/写EEPROM,用于断电后保存行驶的士里程数和其它一些参数，用通讯方式把一些初始参数发送到智能数字仪表，保存在EEPROM里，同时，也可用J-仪表的校对。

这种用单片机技术设计、制造的汽车仪表，具有集成度高、功能强、体积小、

速度快、存储量大、指令丰富、抗干扰性强、性能价格比高、通用性好、推广范围大、工作可靠、指示准确易于匹配、使用寿命长、标准化系数高等一系列优势和特点，完全可以替代传统原理设计制造的汽车仪表。

同时，选用相应的模块化指不驱动机构和单片机集成芯片进行组合搭配，可通过调整套性能参数指标的编程，即可满足轿车、币型车、中型车、轻犁车、微型车等各种车型仪表的电子化、智能化、社愁成化的配套需求，能够适应汽车产品丁卜级换代对汽车仪表提出的高性能、高质量、多品种、大批量、经济适用的要求，代表了汽车仪表向功能多元化、机电一体化、系统工程化、高度集成化的发展方向发展。

1.2国内外研究现状

七十年代后期，欧共体推出机电模拟式汽车行驶记录仪，用于记录汽车行驶的速度和距离。

经欧共体各国推广使用后，证实在降低事故率，提高司机责任心和进行科学管理等方面收到良好效果。

据德国、比利时和荷兰几家公司的统计，使用记录仪后交通事故率可降低30%-50%。

进入九十年代，科学技术飞速发展，计算机日益普及，美国、欧共体相继推出性能更为优良的电子式汽车行驶记录仪，并得到美国国家运输安全委员会的支持，敦促在其轿车和卡车上安装这种仪器。

同时，美国通用公司和福特公司等汽车制造商也着手研制汽车记录仪，并在其几种高档车上安装，记录仪中的数据已在其法律诉讼及车辆返修等事务中提供了可靠的帮助。

1994年，比利时的一家公司在114辆车上安装了汽车记录仪，实践证明，记录仪的使用大大革新了该公司的管理体系，它不但忠实的记录了每辆车的行驶时间、速度、距离等，帮助管理人员对车辆进行统筹管理，而且在限制超速、提醒司机小心驾驶等方面也起到了非常积极的作用，这样还使车辆的行驶情况、司机的业务评比更透明化，同时改善了司机的驾驶品质，车辆的磨损和下路维修都大为减少。

据新华社报道，智利旅游汽车公司的所有长途客车上都装有记录仪，使用当年，因超速引起的交通事故已降为零。

98年3月，马来西亚内阁会议决定强制推行使用汽车记录仪，以控制超速现象。

最新资料显示，日本汽车研究所最近研制出的“黑匣子”，不仅能够记录车辆事故发生的各种数据，而且它还能自动收入事故发生前10秒和后5秒之间从驾驶室看到的画面。

我国汽车运行数字记录装置的研究基本与世界同步。

早在1988年，这项研究就被国家计委、物价局、税务局、中国工商银行等部门列入国家级重大新产品试产计划，1994年，由中国航空工业第六研究所研制并推广应用的“CXJ车辆行驶记录系统”，通过了由

国家技术监督局组织的科技成果鉴定，并在深圳、上海、广州、南宁等地试行装车，取得了一定的社会效益。

尤其是近几年，有关汽车运行数字记录装置问题的研究在我国方兴未艾，很多公司和科研院所都投入了大量的人力物力进行研究开发，相继又有产品问世所以，着眼于已经研制出的汽车行驶记录仪，应该研制出一种功能更强，性能更加优良的数字记录装置。

1.3论文研究的主要内容

基于第三代汽车仪表存在的线性度、精度、重复性、响应速度等性能指标的问题，完成基于单片机的步进电机式汽车智能数字仪表的设计与实现。

通过各种汽车传感器采集的模拟或数字信号量全部转化成驱动步进电机的数字信号，由单片机处理完后，将驱动量信号输送到步进电机指示仪表。

这种用全数字技术驱动的汽车智能数字仪表精度高、线性度好、响应速度快、适应性强，弥补了第三代汽车仪表的不足。

第2章汽车智能数字仪表电子技术基础

2.1电子技术在汽车仪表技术中的应用

随着电子技术的发展，传感器技术越来越多的应用到汽车仪表中。

通俗的讲，传感器就相当于眼睛、耳朵、手等五官。

开发传感器的目的就是用传感器来替人的五官，进而又超过人的感观。

一般的讲，传感器是根据规定的被测量的大小，定量提供有用的电输出信号的部件。

狭义的讲:

传感器就是把光、时间、电、温度、压力及气体等的物理、化学量转换成信号的变换器。

用于汽车仪表技术的传感器有温度传感器中的热敏电阻式传感器，用于汽车水温表的传感器，车速传感器、转速传感器、液位传感器等。

当今，传感技术、通信技术和计算机技术，成为现代信息技术的三大基础。

传感器技术是信息系统的第一道门坎，担负着采集（摄取）信息的任务。

在国外，各发达国家都将传感器技术视为现代高技术发展的关键。

因而美国将20世纪末称为传感器时代，而日本则将传感技术列为应优先发展的十大技术之首。

随着各种信息数据的处理正在不断增加，对所需各项行驶信息的精度和信息种类也提出了更高要求，促进和要求研制开发与汽车仪表同步匹配的、新一代先进的、以各种新型材料制成的高技术、高精度和高灵敏度传感器，并实现传感器与汽车仪表同时规模经济生产和产品配套系列化。

作为汽车电子控制系统的中心的微机在迅速的普及，上述的传感器输出的信号就是送给单