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1 設(shè)計(jì)思想

    汽車儀表是司機(jī)與汽車之間進(jìn)行信息交流的窗口和界面，對(duì)于提高汽車儀表使用壽命、安全和經(jīng)濟(jì)行駛有著積極而重要的作用。本設(shè)計(jì)采用PIC16C72A單片微型計(jì)算機(jī)作為儀表的核心，汽車原有傳感器無需更換，傳感器的輸出信號(hào)通過信號(hào)調(diào)理電路后送人CPU，經(jīng)CPU處理后的信號(hào)采用時(shí)分技術(shù)通過VFD顯示器顯示出來。實(shí)時(shí)顯示車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油位、總里程、子里程等車況參數(shù)，并對(duì)信息進(jìn)行復(fù)雜處理從而為司機(jī)提供平均車速、經(jīng)濟(jì)油耗、剩余油量能跑里程數(shù)等有用信息，同時(shí)，還能對(duì)瞬時(shí)行車信息進(jìn)行記錄存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“黑匣子”功能；對(duì)異常情況實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警提示，且為今后功能擴(kuò)展預(yù)留通訊接口。與傳統(tǒng)汽車儀表相比，該儀表具有功能豐富、可靠性高、精度高、可視性好、通用性強(qiáng)、且有儲(chǔ)存功能、無機(jī)械磨損、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

2 硬件結(jié)構(gòu)

    轎車用汽車電子智能儀表由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、單片機(jī)處理器、語音報(bào)警電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、VFD顯示器等部分構(gòu)成。如圖1所示：

圖1 汽車電子智能儀表原理框圖

    其中：S1為光電式車速傳感器，將對(duì)應(yīng)于0～200公里／d,時(shí)的車速轉(zhuǎn)變成頻率范圍為0～136．3Hz的脈沖信號(hào)；

    S2為脈沖信號(hào)式轉(zhuǎn)速傳感器，將對(duì)應(yīng)于0～8000轉(zhuǎn)／分鐘的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變換成0～260Hz的頻率信號(hào)；

    S3為熱敏電阻式溫度傳感器，用于測(cè)量汽車?yán)鋮s水的溫度，該傳感器將水溫的變化變換成電阻、電壓的變化；

    S4為浮子一可變電阻式液位傳感器，將油位的變化變成電阻、電壓的變化；

    Cnl、Cn2為車速測(cè)量通道、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量通道的信號(hào)調(diào)理電路，由于車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器輸出的是脈沖頻率信號(hào)，所以，與之相對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路的作用是對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行整形、嵌位／限幅，以滿足CPU對(duì)輸人信號(hào)的要求。水溫和油量傳感器輸出的是模擬信號(hào)，其對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路Cn3、Cn4為電阻傳輸網(wǎng)絡(luò)，將傳感器的輸出信號(hào)送到單片機(jī)自帶的A／D輸人端；CPU為微控制器，整個(gè)儀表的核心，對(duì)信號(hào)的采集、處理和輸出起控制指揮作用，芯片采用美國(guó)Microchip公司PIC16C72A芯片，它是帶有8位5通道A／D轉(zhuǎn)換器、4kX 14位的程序存儲(chǔ)器、128X8位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和3個(gè)定時(shí)器的8位微處理器；

    E²PROM選用93LCA6B型三線串行電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器，其容量為1k×16位，擦除周期1M次，顯示速度2ms，數(shù)據(jù)保持時(shí)間長(zhǎng)于4O年。在儀表中用于保存子里程、總里程數(shù)據(jù)以及當(dāng)前車況，并保證掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會(huì)消失，起到汽車“黑匣子”的作用；

    ISD為語言芯片，儲(chǔ)存所有報(bào)警語言，驅(qū)動(dòng)報(bào)警喇叭；

    DR1、DR2 為VFD 顯示驅(qū)動(dòng)器／控制器μPD16311芯片，一塊用于驅(qū)動(dòng)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、總里程的VFD顯示屏，另一塊用于驅(qū)動(dòng)顯示車速、水溫、油量、子里程的VFD顯示屏；

    SP為喇叭，當(dāng)車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫和油量等測(cè)量參數(shù)超限時(shí)，起語言提示報(bào)警作用；

    VFD1、VFD2為熒光顯示屏，實(shí)時(shí)顯示車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫、油位、總里程、子里程等車況參數(shù)；

    DC／DC電源變換器，將汽車上原有的12V蓄電池供電電壓變成汽車智能組合儀表所需要的三種工作電壓：即微控制器、語言芯片、信號(hào)調(diào)理電路所需的+5V電壓，VFD顯示屏的陽極和柵極所需的一32V電壓以及用于VFD顯示屏燈絲供電的交流4．2V電壓；

    功能選擇開關(guān)用于功能選擇，它有兩個(gè)作用：①切換多功能顯示區(qū)的顯示內(nèi)容，多功能顯示區(qū)可以顯示子里程（km）、子里程行駛時(shí)間（hr：min）和剩油行駛里程（km）3項(xiàng)內(nèi)容，缺省顯示內(nèi)容為子里程，②對(duì)子里程和子里程行駛時(shí)間清零，按下按鍵的時(shí)間超過3s，即對(duì)子里程和子里程行駛時(shí)間清零；

    亮度調(diào)節(jié)開關(guān)，對(duì)VFD顯示器的亮度起調(diào)節(jié)作用。
3 軟件設(shè)計(jì)

    儀表的軟件由四部分組成：即由系統(tǒng)時(shí)鐘程序、測(cè)控程序、按鍵／開關(guān)處理程序和VFD顯示程序構(gòu)成。系統(tǒng)時(shí)鐘程序完成對(duì)四個(gè)軟件定時(shí)器的處理，實(shí)現(xiàn)定時(shí)采樣時(shí)間的設(shè)定、子里程／行駛時(shí)間清零定時(shí)器的設(shè)定、多功能顯示時(shí)間定時(shí)器的設(shè)定、報(bào)警間隔定時(shí)器的設(shè)定等功能；測(cè)控程序主要包括數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理程序，完成對(duì)于車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)和水溫、油位傳感器模擬信號(hào)的采集、數(shù)字濾波及其它各種數(shù)值的計(jì)算；按鍵／開關(guān)處理程序完成對(duì)多功能顯示區(qū)切換、子里程和子里程行駛時(shí)間清零的功能；VFD顯示程序完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、水溫和油量的模擬光柱顯示和車速、總里程、子里程、行駛時(shí)間、剩油行駛里程等參數(shù)的數(shù)字顯示的功能。系統(tǒng)的主程序框圖如圖2所示：

圖2 主程序流程圖

    汽車儀表在工作過程中環(huán)境變化無常，在設(shè)計(jì)上通過硬軟件綜合考慮，實(shí)現(xiàn)抗干擾和數(shù)據(jù)可靠存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。在軟件抗干擾措施方面，首先考慮到數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中受到干擾易引起碼元波形變壞，傳輸?shù)浇邮斩撕?，可能發(fā)生錯(cuò)誤的情況，在編碼設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮編碼結(jié)構(gòu)，采用抗干擾性強(qiáng)的交織卷積碼的編碼方式；為了杜絕程序在使用過程中出現(xiàn)死循環(huán)或死機(jī)的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了看門狗電路，以實(shí)現(xiàn)硬件對(duì)軟件的保護(hù)作用；為了消除對(duì)數(shù)據(jù)采集帶來的誤差，對(duì)變化緩慢的油位傳感器等信號(hào)采樣值使用了算術(shù)平均法數(shù)字濾波，以消除油位波動(dòng)給采樣值帶來的影響。