汽车数显智能仪表设计

单片微机控制汽车数显智能仪表设计报告一、目的单片机课程设计是一项综合性的专业实践活动，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。二、任务设计一个新型单片机控制的汽车数字显示仪表，采用新型单片机为主控制器，具有水温，油量，机油压力，发动机转速，车速，总里程等的检测与显示功能。以及重要数据的掉电保护功能。三、硬件部分的设计1结构与工作原理通过对汽车驾驶现场采集参量的分析和仪表系统功能技术指示模式拟定要求，可由硬件系统粗框模块化设计(图1)．得出细化后的系统硬件模块化结掏原理框图(图2)．再得出仪表系统硬件原理线路图。1.模拟量（t,h,Q,Pm,Pc等）2.毫伏级电模拟量3.满足A/D模入量程的电模拟量4.满足MPU接受处理的数字量5.开关量（10路）6.频率量7.车速脉冲信号8.转速脉冲信号图1图2由图1、图2可见．系统从汽车现场采集的信息，分三路进入仪表系统的不同环节作不同处理．再以不同的方式显示。模拟量(汽车发动机冷却水温)、h(燃油液位)、Q(燃油流量)、P(机油压力)、Pc(增压压力)通过相应传感器输出毫伏缀的电模拟量，经相应放大器(或变送器)获得为ADCO809模入量程的电模拟量，再经ADC0809转换成满足8031MPU接收、处理的二进制数字量，其由本系统输入程序输入8031并经数字滤渡、标度变换、超限判断各种软处理后．可有下列几种情况a．经8i55I／O口，在显示器LED～I．ED上显示；b．因处理参量超限而在显示器上作报警显示；c．因司机动用有关命令之故，而随之作固定显示／循环显示／不显示d．在正常运行情况下，则唯显车速(其余都在潜在检测处理)，重在让司机把握行程与安全。频率量(车速)、n(发动机转速)经相应速度传感器后，分别输出与其车速、转速相对应的脉冲序列．对其作脉冲整形放大后，分别(803I的CTC、8155的CTC)进入专用计算机系统，采用一定的算法．便可获车速和转速工况，并在显示器上显示。由车速叉可获得汽车的短程里程和总里程两项工况。总里程不仅可在8031中处理，3816A快速电改写存贮器中累积由LED数码管显示÷而且可在2816A中永存(经计算，一片2816芯片可为保存一台汽车总里程终身服务)。从而以总里程的电子数字显示、电脑累积和保存，取代了汽车常规的以馓电机驱动机械数字轮的记忆与显示方法使本设计实现了汽车数显仪表的全盘电子化。汽车其它运行工况，诸如旅程时间、耗尽行程、停车提示、燃料消耗率⋯8943.均可通过软硬件迎刃而解。开关量(如左转、右转、制动、倒车、前照灯、尾灯、雾灯等)一部分作电平转换或抗扰处理后，进^计算机处理并显示；另一部分简单的开关量如倒车、车门未关等．作电平转换或抗扰处理后．可直接进入显示器显示。系统应用软『牛为各路模拟量进行巡回检测、处理、显示付匪警．并对所采集的频率量及各种旅程工况处理、显示。其由I／0控制程序和各种数据处理程序组成．以模块化结构设计实现，主要由初蛤化主程序模块、开车自检程序模块、中断服务主程序模块、子程序模块组成软件掏思的出发点在于实用，并首先着力于时间、速度上的满足，尽量以软代替硬．力求使操作简单而功能齐全．使司机犹如点菜单～样，操作显示器上键盘，即可从显示器面板上获取汽车当时的各种运行工况。2仪表面板描述仪表面板如图3框图所示主要由多功能显示器和多功能键盘组成，完成对汽车20多种运行工况的分时、可控显示和智能提示。图32．1显示器主要分为三个显示窗口a．左上角为一组LED七段数码管显示窗口，从右到左为LED】～LED5。其中，LED】～LED为大型LED数码管，主要为引人注目的车速显示而设ILED～LEDs可以致种显示方法对汽车发动机冷却水温、燃油流量、燃油渡位、旅程时间和车速作分时／选择显示b．右中医为另一组LED数码管显示器，从右到左为LEDe～LED对平均燃料消耗率、机油压力、发动机转速、总里程、短程里程、升压压力、瞬时燃料消耗率作分时／选择显示。LED～LED的亮度由设置遮阳挡板、内略窗格和采用茶色玻璃增大反差来调节。c．右上方为一组10个的开关量指示灯／警告灯，玻璃窗上绘以相应形象图形，使之形象具体，便于操作。2．2设置了指示灯和非编码键盘为解决每个显示窗n显示信息繁多的矛盾和便于司机随机地对20采种采集、处理工况的提取，设置了：a．带刻字的数类指示灯(兼作警告灯)共l2个；另加一个汽车常运行指示灯，随时监测汽车自检故障与否、参量超限与否、智能提示情况b．七枚矩阵式非编码键盘A～G多为双功能键，作为选择约8种显示方式而设。3.功能技术指标经反复仿真调试实验、整机系统运行实验和垒面严格的性能测试证明，本仪表实现了设计任务规定的全部功能指标和各项技术指标，可对水温、流量、液位、压力、车速发动机转速、短程里程、总里程和旅程时间等20采种检测参数和处理工况在要求精度范围内灵敏可靠地检测并可进行以下显示：a．唯一显示，开车自检后、正常运行中，只显“车速”，以使司机重点把握行程与安全；b固定显示，通过相应键命令，固定显示各参量处理结果之一或之二；c．循环显示，通过。循环键”命令，可从旅程时间和短程里程一总里程和燃油流量÷发动机冷却水温和发动机转速一车速和平均燃油消耗率÷燃油渣位和升压压力一机油压力和车速÷瞬时燃油消耗率和车速，作循环显示，每项显示3秽，以便于司机在很短的时间内莸取汽车当时全部工况信息}d．无显示t即清“0”显示屏(特别是当需对面板报警信号清0、短程里程清“0”时)；e．报警显示，当发动机冷却水温≥92℃．燃油液位≤10L，连续行车≥2h，耗尽行程≤5Dkm，⋯⋯时，都能实时作闪光报警，智能提示司机处置f．开车自检显示，当发动机点火接通后，8031MPU开车自检子程序，自谚LED显示器、指示灯、警告灯、驱动器、有关系统总线接n单片机，使这类故障解决在出车之前；g．敷类指示，使步量显示窗格达到显示繁多参量的目的；h．辅助图象显示，对汽车左转、右转、制动倒车等十多种开关量(并在相应开关量的显示窗口绘以类似形象的图形)予以显示，这样既形象具体，叉节省刻字空间。下面是车速和发动机转速(表1)、发动机冷却水温(表2)实验测试数据表，Eh表可见，所测各参量符合技术指标要求，余不赘举。特别是本仪表实现了对汽车总里程的电脑累积、显示和保存+这对以往的以微电机驱动机械数字轮进行总里程累积、显示和保存的方法来说，是一项新的突破。4结构功能特点与工作程序4．1结构功能特点a．仪表系统采用MCS一51型单片机8031作为主智能控制部件{内部采用三总线结构与各扩展部件联结}外部显示器、键盘，模数转换器与各接口总线相连外加混台型模入预处理通道，从而构成整机硬件系统。b．系统硬件结构与仪表多任务、专职能相适应，并留有扩充余地(如模入扩充通道，程序扩充区，数据缓冲区等)。c．仪表面板以步量显示窗口随机，可控／分时地显示繁多的(20余种)汽车工况的数字信息。对其显示选挥方式又达8种之多。d．仪表面板采用多功能键盘输入命令．完成对各种显示方式的灵活控制，且显示器及键盘结构简单明了。4．2仪表工作程序a．汽车发动机点火后。仪表自动自检显示，让司机对其作好坏辨视十泉秒；点火断开后。则开始正常运行。此时唯显车速；b．此后每隔毫秽级时间，系统自动完成对各参量的潜在巡捡、处理。而勿需司机干预；c．若出现被测量超限或其它工况智能提示，则系统自动使正常灯和相应类型区分灯同时红闶报警，提醒司机作相应处置；d．当需查看某一参量(或工况值)或所有运行工况当时值时，司机按相应键，便得相应工况画面，随后又可回到唯显车速的正常驾驶状态；以上运行操作程序，直至汽车停车熄火为止。四．掉电保护电路掉电保护电路的功能是：在掉电是及时保存里程表的数据，并使车速表.转速表.水温表.油量表的指针回零。为此，必须在电源输入端接较大容量的电容.设计中使用了并联两个1000uF的电解电容。系统掉电是会在NT脚产生一个外部中断信号，大容量可以维持单片机电源足够长的时间，使单片机可以完成外部中断的服务程序，使指针回零。五.软件设计软件设计的核心是：首先采集车速和转速信号的脉冲数及水温和油量信号的A/D值换算成具体的走步步数；并且和上一秒走步后的位置进行比较，确定走步方向和实际走步步数，此外，为了平滑指针，消除指针抖动，可以采用在1S内多次采样，然后取平均值，并且和上一秒的采样值进行比较，如果两次数值相差很小，在误差范围内，就可以不驱动指针走步以平滑指针。由于实际信号是非线性信号，在设计算法时可采用分段插补法，这样就可以提高指针的指示精度，分段越细.精度越高。本系统在某车型上经调试检验后，车速和转速指针误差不超过1度，主要是采用步进电机和特殊的控制算法。里程表软件的控制算法：根据每秒采集的车速信号的脉冲数（即为车速信号的频率f）和车速v（km/h)的对应关系进行换算，即v/(3600f)，得到每个脉冲对应的里程数（km).4.1主程序流程主程序流程图如图4所示。图44.2中断子程序在本控制系统中，中断的发生是由定时器T2定时溢出或者是外部中断引脚NT在系统掉电是所引起的，所以在响应中断时首先要判断该中断的中断源。如果是系统掉电所引起的，就转去执行保存里程和指针“回零”程序；如果是T2引起的，则执行读起车速.发电机转速.水温和油量采样信号的脉冲数的程序，中断子程序的流程图如图5.六．设计心得体会经过此次课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次设计我学到了很多东西，初步了解了汽车数显仪表的设计。它测量的类型、数量多，检测方法多。显示方式选择功能性强。智能化程序高，尤以精确、稳定，可靠等为先决条件该系统较圆满地完成了任务规定的各项功能指标和技术指标，尤其是以汽车总里程熄火断电电瞄保存的新尝试取代了国内外汽车总里程历来由机械数字轮累积、显示和保存的老办法．实现了汽车数显仪表的垒盘电子化。对于我国新一代汽车数显仪表的开发、应用具有现实意义。本次数字显示仪表课程设计，是在数字显示仪表上与数字电路找到结合点，培养识图、设计、安装、调试仪表的能力。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！