传感器报告摩托车电子仪表盘电路设计.docx

检测技术课程设计报告
-摩托车电子仪表盘电路设计
学院：自动化
专业：自动化
一、课题背景介绍
随着科技进步，摩托车显示仪表由指针式向数字式开展。数字显示仪表是采用的微处理器测控和传感器测量技术，通过控制数字显示器发光二极管和发光组合来显示车速、里程。
与普通指针式仪表相比，数字仪表具有检测准确、故障率低、构造紧凑等优点。我们打算研制的数字显示仪表，是通过仪表盘中间5位数字来显示摩托车的车速、发动机转速、总里程和单程里程，仪表盘上部发光二极管可显示车的速度；仪表盘下部指示灯分别显示油量及油量报警、电压报警、空档显示、左右转向显示等功能。
二、方案设计
2. 1传感器选择
2.1. 1、转速传感器
I. 霍尔转速传感器
如图，永磁铁安装在转盘上，随被测转轴转动，霍尔器件紧靠齿盘放置，齿盘转动，当齿盘上的永磁铁对准霍尔器件时，磁力线集中穿过霍尔器件，可产生较大的霍尔电势。将霍尔电势放大、整形后输出计数脉冲。
图1霍尔式转速传感器
II电容式转速传感器
当齿轮转动时，电容量发生周期性变化，通过测量电路转换为脉冲信号，则频率计显示的频率代表转速大小。设齿数为z,频率为f则转速为：
图2 电容式转速传感器
III.传感器比拟
霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高〔可达nm级〕。霍尔传感器构造结实，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高〔可达1MHZ 〕，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。
电容传感器构造简单、动态响应快、易于实现非接触测量，能够在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。
摩托车上所有传感器都要求在重灰尘、厚油污、水雾等恶劣条件下工件，这些条件电容传感器都难以满足，而且电容传感器易受寄生电容的影响，因此在测速传感器我们选择霍尔传感器。
油量传感器〔测液位〕
I.电容式液位传感器
电容式液位计的构造形式很多，有平极板式、同心圆柱式等。由于汽油是导电介质，因此选用同轴双层电极电容式液位计，接法如下
1、2一外电极；3—绝缘套；4一流通孔
图3电容式液位传感器
电极和与之绝缘的同轴金属套组成电容的两极，外电极上开有很多流通孔使液体流入极板。液面高度为H时，整个电容等效于有液体局部和无液体局部两个电容的并联。两个电容的区别在于介电层不同，有液体局部的介电层由液体和绝缘套组成，设其介电常数为&；无液体
局部的介电层由空气和绝缘套组成，设其介电常数为%因此总电容
液位为零时的电容称为零点电容,
2t?£0L
~~D-
InY-Y
d

液位为H时电容的变化量为
式中，d、D分别为电极外径和金属套径。可以看出，电容变化量与液位高度成正比；金属套与电极间绝缘层越薄，液位计灵敏度就越高。
将电容信号转化为电压信号，油量就转化为电压值，对电压值进展处理便可
得到油量，下列图是将电容信号转化为电压信号运算放大电器测量电路原理图。
图中&I传感器的电容，i是交流电源电压，0是输出电压信号。由运算放大
器的原理可有
图4测液位电容的测量电路
II板模式压力传感器
测量原理：P=fgh , p是油箱底部的压强，是汽油的密度，g为重力加速度，h为油箱汽油的高度
根据油箱汽油的变化，导致P的变化，P的变化直接影响了应变片的变形程度，进而改变应变片的阻值的变化
我们再根据测量电路测出阻值的变化，得出压强及高度h的变化，最终得出油箱的油位方案优点：相对而言测量精度比拟高，而且采用电桥测量电路消除了温度带来的误差。
方案缺点：由方案的设计我们可以发现，此方案对于盒子的安装要求比拟高，要求盒子要密闭，一旦盒子有所损坏会引起事故。
图5板模式压力传感器测液位III光电池测油位
测量原理：在油箱的顶部安装相应波长的发光二极管。将上图的光电池元件固定在油箱的底部。随着油位的降低光线穿过的液体的厚度减少，光线被吸收的局部减少，从而光电池承受到的光强增强，光电池对外的输出电压变大。外部电路通过检测电压的上下，从而显示相应的油位
1为玻璃 2为光电导层，3是电极4是绝缘衬底
5为金属壳6为黑色绝缘玻璃7为引线
图6版模式压力传感器
优点：汽油在正常的工作情况下，其物理化学特性保持相对稳定，故可以忽略工作温度升高导致的油的透光性等特性的影响同时虽然车子在行驶过程中油位由于颠簸会很不
稳定，但只要发光二极管和光电池的安装位子合理这方面可以得到改善。光电池是有源器件，不需要额外的的电源为其供电，这是其很大的优势
缺点：利用光电效应测量液位，输出连续的模拟量。由于不同材料的光电特性不同，输出误差不同。如光电池的输出电压与光照强度存在很大的非线性；光电池对不同波长的灵敏度不一样，需要一对一的配置，缺乏通用性。而且从输出地模拟量到显示相应的电位，需要接较复杂的外部识别电路。
IV .传感器比拟
从上分析可知，板模式压力传感器对于盒子的安装要求比拟高，而且要求应变片有高灵敏度系数，因为油箱的油量较少，油量变化时压力的变化很小。采用光电池测油位时，当使用时间较长时，传感器外表的油圬会大影响传感器的精度。因此以上两种传感器都弃而不用，而采用电容式液位传感器。电容式传感器精度高，而且摩托车快速行驶或振动时对其测量精度的影响都较小。
2.2参数的计算
2. 2. 1开关型霍尔集成传感器，永久磁铁安装在车轮的齿轮上〔假设一个车轮N个齿〕。f=n*N式中，n为车轮转速。
则有：
V=M*(2* *R/N)
其中M是T1记的脉冲数目
2.3设计分析
因为本设计采用单片机作为控制器件，所以单片机本身的可靠性决定了本设计的可靠性，并且，由于我们小组是进展理论上的研究，所以，该设计在实际应用时会发生的各种情况不得预知，特别是仪表盘在各种干扰和振动环境下的工作状态尚待验证。
2.4电路原理图
转向开关量)的实现
转向实现电路如下列图7所示，其中电刷与摩托车龙头同步运动，线绕电阻与车身固定，电位器的b端接入图8电路的输入端。在图8中，当b端电压大于2.55v时，D2亮，车向右转；当b端电压小于2.45v时，D1亮，车向左转。
图7测转向的旋转电位器

油量、里程等显示电路
图8总控制电路
〔1〕档位测量电路由6个开关产生中断脉冲，输入到上图最左边的两个或非门，由89c2051经8255PA 读取中断并判断哪个档位并在图中单个的数码管显示
〔2〕油量经0809转化最后在8255的PC7,PC6 控制的数码管显示，0809的通道0接油量的测量电路的输出端
〔3〕89c2051的P3.3 接测量速度的开关型霍尔集成传感器的输出端，即2051计数器1对开关型霍尔集成传感器产生的脉冲进展计数，并由T0配合计算出速度及里程。里程由PC0~PC3 控制的数码管显示，速度由PC4,PC5控制的数码管显示
2.5控制流程图
2.5. 1转向显示控制
图9转向显现向左转图
* D1亮
2.5. 2油量、量程、档位等显示控制/
转向
2.6软件设计
图10油量、量程、^档位等显示控制流程图
D2亮
2...6.1设计思想
邀度计通过软件编程，在一定时间对速度传感器产生的脉冲进展计数从而计算出速度及

里程量换才感产生中断/通过查询方法获取当前查询档位并显油僮获取

处理获得油量其中0809转化完毕时通过产判断中断来j
流程图
1.速度里程计档脉冲图
产生电路
< >
通算89c205
0809 \转化的数值，进展
1 。
ADC0809 一
摩托车启动，
图11速度里程计算流程图

08098255
PA.1=1
PA.2=1
PA.3=1
显示档2
显示档3
显示档4
H ~
读PA 值
JMP ： MAIN |
ORG显示制如

INT0中断
II夕卜部中断0效劳程序流程图
图12外部中断响应流程图111外部中断1效劳程序流程图
INT1中断图13 J外部中a断1响应流源程序'
ORG

MAIN:
JMP
SER
VE0
ORG-
Tmp.
，BH
冥醐1
ORG
1
^3H
JMP
SER
VE2

PA.5=1
显示档6
ORG显（示档屿
30H,*H
31H,*H
32&,*H
33H,*H
34H,*H-
P3,73H _
MOV
MOV
MOV
MOV
MOV
MOV
PA.6=1
计算并显示油量
；30,31用于存放里程;34用于存放油量
于存放；33用于存放；；34用于存放油量
速度
档位
返回

MOV P1,80H
MOV IE,8FH ；中断设置
MOV TMOD,61H
MOV TH1,H
MOV TL1,H
MOV TH0,*H
MOV TL0,*L
SET TR1
；T0,T1初始化
；
；起动计时器
P3,*0FFH
DPTR,DCTBL
R1,*08H
R0,*30H
A,R0
A,*0FH
A,A+DPTR
P3,*7CH
P1,A
P3,*7EH
P1,R1
DELAY
；显示里程

SET TR0
MOVMOV
L:MOV
MOV
L1:MOV
ANLMOVCMOVMOVMOVMOV
LCALL
MOV A,R1
RR A
MOV R1,A
MOV A,R0
ANL A,0F0H
SWAP A
MOVC A,A+DPTR
MOV P3,*7CH
MOV P1,A
MOV P3,*7EH
MOV RP1,R1
LCALL DELAY
MOV A,R1
RR A
MOV R1,A
INC R0
CJNE R1,*H,L1
MOV A,32H；显示速度
ANL A,0FH
MOVC A,A+DPTR
MOV P3,*7EH
MOV P1,*10H
MOV P3,*7DH
MOV P1,A
LCALL DELAY
MOV A,32H
ANL A,0F0H
SWAP A
MOVC A,A+DPTR
MOV P3,*7EH
MOV P1,*20H
MOV P3,*7DH
MOV P1,A
LCALL DELAY
MOV A,33H；显示档位
MOV P3,*0FDH
MOVC A,A+DPTR
MOV P1,A
LCALL DELAY
MOV A,34H；显示油量
ANL A,*0FH
MOVC A,A+DPTR
MOV P3,*7EH
MOV P1,*80H

MOV
P3,*7DH

MOV
P1,A

LCALL
DELAY

MOV
A,34H

ANL
A,*0F0H

SWAP

MOVC ,
A,A+DPTR

MOV
P3,*7EH

MOV
P1,*40H

MOV
P3,*7DH

MOV
P1,A

LCALL
DELAY

JMP L

SERVE0:
MOV
P3,*80H ；
查询1-4是哪个档位引起中断

MOV
R1,P1

ANL
R1,*0FH

MOV
A,*01H

MOV
R2,*01H

LOOP:
CJNE
A,R1,L2

MOV
33H,R2

JMP
RETURN

L2:
INC
R2

RL
A

JMP
LOOP

RETURN:
RETI

SERVE1:
MOV
A,TL1
；计算速度及更新里程

MOV
B,N

DIV
AB

MOV
B,*1

MUL
AB

MOV
B,Y1

DIV
AB

MOV
32H,A

ADD
A,30H

MOV
30H,A

MOV
A,31H

ADDC
A,*H

MOV
31H,A

RETI

SERVE2:
MOV
P3,*80H
；查询是档5、档6还是0809引起中断

MOV
R1,P1

ANL
R1,*0F0H

MOV
DPTR,DCTBL

MOV
A,*10H

MOV R2,*05H
LOOP1:CJNE A,R1,L3
MOV 33H,R2；将档位存入33H单元
JMP RETURN1
L3:INC R2
RL A
CJNE A,*40H,LOOP1
MOV P3,*7CH
MOV A,P1
MOV B,Y0
DIV AB
MOV B,*0
MUL AB
MOV 34H,A；将油量存入34h单元
RETURN1:RETI
DELAY PROC
MOV R3,*0FFH
MOV R4,*0FFH
LOOP3:NOP
LOOP4:NOP
DJNZ R4,LOOP4
DJNZ R3,LOOP3
RET
END
三. 课设小结
本次课程设计，我们选择了摩托车电子仪表盘的设计这一课题，开场接触的时候我们在网上搜索了一番，发现绝大多数的摩托车都是采用五档变速器，而六档在五档的根底上实现起来并不困难。并且我们搜寻到了先前有学长做的有关课程设计，发现他们使用的是杠杆式浮子油位测量，他们的测量方法只能显示五段油量围，我们商量了一下，决定采用电容式液位传感器，这样可以连续测量液位的上下。在电路方面我们实行了优化。
其中，设计方法由我们五人一起商量决定，胡运强主要负责编写程序，浩主要负责画电路图，宇翔主要负责原理及公式的推导，朱伟艺主要完成流程图及报告PPT的制作，胜利主要完成资料的采集整合工作。
四. 致
感这次课程设计中各位同学的辛勤付出和融洽的配合，特别感朱德政同学对本次课程设计方案的建议。
通过这次课程设计，我们对传感器这门课有了更深的认识，特别是霍尔式测转速传感器，电容测液位，电容测转速等几个传感器的应用有了更加感性的了解。这次课设让我们学到了很多，提高了我们搜索资料的能力，并且锻炼了我们相互协调合作的能力，这次课程设计让我们每个人都受益匪浅。
签名：