基于单片机的电子式转速里程表的设计分析

基于单片机的电子式转速里程表的设计分析

莫汉朝

桂林航天工业学院 ， 广西省桂林市 ， 541004

摘要：单片机是一种集成电路芯片，在工业控制领域中的应用十分广泛，将其应用在电子式转速里程表中可以发挥出重要作用，提高里程表设计水平以及应用效果。在设计电子式转速里程表时需要兼顾软件设计和硬件设计，将传感器、控制模块、显示模块、控制电路、按键电路等考虑全面，以此确保电子式转速里程表的实用性以及可靠性，提高使用质量。

关键词：电子式转速里程表；单片机；传感器；控制模块；软硬件设计

引言：汽车中使用的传统里程表多数为机械式转速里程表，存在精度低、价格贵等缺点，逐渐被电子式转速里程表所替代。近年来随着汽车的普及，人们对汽车的需求量越来越大，同时对汽车的使用性能也提出了更高的要求，这就要求汽车在制造过程中考虑到消费者的现实需求，对转速里程表的设计进行优化，合理应用单片机设计并实现电子式转速里程表，满足大众需求，提高汽车整体使用性能。

一、基于单片机的电子式转速里程表总体设计框架

基于单片机的电子式转速里程表总体设计框架将其分成了四个部分，第一个部分是接收部分，电子式转速里程表在使用的过程中会通过传感器去接收外部信号，并通过信号转换功能将其转换为可以进行处理和存储的电信号，并实时将电信号传送到控制模块进行处理分析。第二个部分是控制模块，控制模块在获得传感器传送过来的电信号以后，会根据设计好的计算方式对其进行推理验算，以此得到准确的转速以及速度信息，并将信息通过显示器表达出来^[1]。第三个部分是存储模块，功能作用是将电子式转速里程表获得的外部信号以及经过处理得到的转速、速度信息进行存储，同时提供读取功能。第四个部分是显示模块，由里程显示和速度显示两个子模块组成，对控制模块输出的转速信息以及速度信息、里程信息等进行准确显示，同时具有报警功能，在转速或者速度超过安全范围时会进行自动报警，提醒车辆驾驶人减速慢行。电子式转速里程表的正常使用需要以上四个模块配合运行，并且由各自不同的子系统实现相关的功能，确保电子式转速里程表运行顺畅、可靠，满足车辆行驶的相关需求。

二、硬件设计

在对电子式转速里程表进行设计的时候，首先要考虑到的设计问题就是硬件实现，由于在设计中需要使用到单片机，就需要合理利用现有的单片机以及相应的处理计算，确保电子式转速里程表硬件设计满足现实使用需求。在电子式转速里程表设计中可以使用AT89C2051单片机，主要有运算器、控制器以及寄存器组成，单片机体积小，内部芯片结构简单、功能完善，可以实现模块化应用^[2]。另外该单片机可靠性强、集成度高，长时间运行也不会发生故障问题，并且正常工作中低电压、低能耗，处理能力和运算能力强，可以适用多种环境，控制能力强。

单片机的芯片配备了当下应用比较流行的X25045，符合电子式转速里程表的设计要求。

电子式转速里程表车速表头使用了双线圈表头，并且使用LM1819驱动器为各个显示模块以及仪表盘仪器的运行提供驱动力，使得双线圈车速表头的十字表头转动范围扩大，可以实现0-270°范围的转动，量程数据很大。

电子式转速里程表的传感器应用了霍尔传感器，在工作中可以根据车辆行驶过程中转轴轮盘上的固定磁条与传感器相互作用产生的脉冲获取外部信号，以此得到车辆行驶中的速度和转速信号。在车辆转轴轮盘上可以固定多个磁条，在每转动一圈时都会产生多个电脉冲，经过传感器传出内部芯片中，将信息转换为电信号后进行相应处理，可到具体的车速、转速以及历程信息，显示在电子式转速里程表的仪表盘显示器上，同时自动判断是否存在安全问题，自动报警^[3]。

电子式转速里程表的现实模块应用了LED数码管动态显示器，可以对车辆行驶过程中的车速、转速以及里程变化进行动态显示。

电子式转速里程表的按键电路设计在传统电路基础上做出了相应的改进，除了复位电路上保留了一个独立案件以外，同时设计了四个相互独立的功能案件，包括车速和里程切换显示按键、存储按键、清除按键以及车轮直径选择按键。根据车辆配置要求设计了机械按键以及电子屏触摸按键两种模式。

三、软件设计

电子式转速里程表的软件设计是整体设计的核心，只有软件设计满足使用需求，并且可以实现，才能保证电子式转速里程表的正常应用，否则就会出现功能无法实现、运行过程中故障频发等问题，使得整体的设计水平下降，达不到车辆安装以及使用需求。电子式转速里程表软件设计采用的编程语言是C语言，具有运行准确、编写容易、仿真便捷等特点^[4]。电子式转速里程表的软件设计与硬件设备的种类以及功能实现相对应，涉及到系统主程序编写、转速与历程计算、按键功能实现以及显示功能实现等几个具体的编写部分。

首先，要设计中断程序，以此完成初始化操作，作用是将外部中断以及定时器0中断打开，在脉冲进入时自行运行中断程序。在有脉冲进入时，完成初始化后会判断是否产生中断，如果判断结果为“是”，程序会产生相应的0中断，然后进入程序处理过程。如果判断结果为“否”，就会直接进入程序处理过程。整个处理过程完成后就会产生准确的转速以及里程信息，在显示器屏幕上进行显示。

其次，在电子式转速里程表中的里程计数模块软件设计上，传感器输出的电信号是一个个脉冲形式的信号，每一个输出的脉冲都是拥有具体意义的，代表着车辆行驶完成的固定距离。例如车辆行驶1公里，传感器转速计算就会按照相应的算法得到一个具体的数值，计算公式为NF=(1000/πμD) I。(其中：I为传动比，轮胎外径为D,μ为变形系数)。同时，电子式转速里程表还可以对车辆行驶速度进行测量，应用公式为θ=KVin。(其中：θ为指针偏转角(°)。K为转角常数(°/V)。 Vin是输入电压(V）)^[5]。

最后，在完成全部软件编程设计以后，需要将编译好的程度进行合成，组成一个完整的系统，将多个管脚的功能锁定好，以此完成电子式转速里程表中单片机的芯片设计，实现各种需求中的功能。另外，在完成电子式转速里程表硬件组装以及软件设计以后，还需要对电子式转速里程表的运行操作以及功能实现进行相应的仿真实验以及车辆运行演示，确保电子式转速里程表的应用达到设计标准，并且满足车辆使用要求。

四、结论

综上所述，传统的车辆机械式转速里程表在使用中存在很多不足，精度不够并且造价高，使用不便，容易发生故障，已经无法满足现代车辆的使用需求，同时也达不到使用者的要求。所以，随着单片机以及软件编程技术的发展，可以设计一个基于单片机的电子式转速里程表，通过软硬件的完美配合，实现各种应用功能，使得车辆行驶更加安全，突出车辆设计人性化，提高整体的设计水平。

参考文献：

[1]贾洪彬. 基于单片机的电子式转速里程表的设计与实现[J]. 电子世界, 2014, (022):219-220.

[2]杨海东, 白书华, 周康乐. 基于单片机的速度里程表的设计[J]. 新商务周刊, 2017,(021):181.

[3]刘勇. 基于单片机的智能自行车里程表系统设计[J]. 电子世界, 2018, (013):207-207.

[4]乔玲, 陈兵兵, 周元元. 基于单片机的电子跑表设计[J]. 电子世界, 2018, (003):194-194.

[5]张炎生, 达金良. 基于STC89C51单片机的自行车里程计数器设计[J]. 电子技术与软件工程, 2019, (003):235-235.