汽车数字式燃油表

汽车数字式燃油表 分类号密级8王8573学谨话支汽车数字式速度,燃油表的设计作者姓名塑垦盛指导 导师姓名堡叁焦邀撞盔ab盘茎主塑兰l?盟塞堑申请学位级别硕士一学科类别王(主 学科专业名称圭堑王壁提交日期2Q?生旦论文答辩日期2QQi 2:Z, 1学位授予 日期评阅人 一答辩委员会主席——东北大学2005年2月寐经作溃(擎芽筑慧勿 公布东北大学硕士学位论文汽车数字式速度,燃油表的设计摘要汽车仪表是驾驶员 与汽车进行信息交流闹匾涌诤徒缑妫谌嘶曰爸邪缪葑胖匾慕巧梢运媸 狈从吵銎档脑诵凶刺推瞪细髦窒低车挠杏眯藕牛菔辉闭肥褂闷导鞍 踩菔惶峁?吮,ぁ,鼻埃嗣嵌云敌阅芤笥从撸彼孀诺缱蛹际醯慕 健?滦痛衅饕约跋允驹骷姆?埂?缱蛹扑慊谄悼刂葡低持械墓惴河τ 茫狄潜硐低车牡缱踊褪只殉晌厝磺魇啤,潜淼缱踊?只晌 菔辉碧峁?呔鹊氖菪畔?泵馊チ舜郴凳胶偷缙凳揭潜淼娜钡悖 云狄潜淼氖只嚼丛轿到缢跄俊,疚脑诜治銎狄潜硐肿匆约捌渥 陨硖卣鞯幕希岢銎凳质揭潜硐低车纳杓品桨福忠潜砭哂型庑蚊拦邸 ?峁辜蚪唷?从α槊簟?寤 ?雀摺?允厩逦惫邸?畔?看蟆?δ芾?狗奖愕 扔诺恪,疚慕杓频钠狄潜碜芴宸治霾糠执衅骷捌湎喙乜刂破骷糠帧? 度胧轿?图扑慊孟低臣捌湎嘤ττ萌砑糠趾拖允酒骷捌湎嘤θ砑糠郑 心,榛杓啤,衅骷捌湎喙乜刂破骷糠质且潜斫行藕呕袢 ?藕抛坏奶卣 饔布磺度胧轿?图扑慊孟低秤布糠质且潜硎迪中藕挪杉?喙毓炭刂啤 ?荽怼?荼,妗?萁换坏裙δ艿墓糜布幌允酒骷侨嘶涌诘淖钪战 缑妗,,潜砜?嗽碧峁?δ芡晟频那度胧轿?图扑慊孟低臣捌湎嘤ττ 萌砑?教ㄊ岣咝滦推狄潜淼目?剩俳狄潜淼闹悄芑?只 獭;诖耍究翁庾隽私徊降目尚行匝芯浚闹邢晗嘎凼隽擞蒔hilips公司 87C552单片机为核心构成的汽车速度,燃油仪表系统的整体设计，主要包括传感器 设计、单片机的接口设计、显示器件电路设计、小型开关电源设计、系统硬件实现 方法、软件、系统的仿真过程。通过采用功能强大的87C552单片机，不但提高 了系统的实时处理速度而且增强了系统的抗干扰能力。液晶显示模块的使用使得大 量的图像和文字信息的显示成为可能。在超速或油量不足时，通过采用声音报警及 时准确地提醒驾驶者。关键词87C552液晶显示模块传感器多倍周期法模块化?东北 大学硕士学位论文ABSTRACTThe Design ofAutomobile DigitalSpeedometer,Fuel IndicaterAbstractAutomobile instrument is an important device to connect human and machine aswell as important interface for communion of information between driver andautomobile，it Can provide state of automobile and available signal from other system ofautomobile at any moment(Automobile instrument may help deriver to drive effectiveand safe(At presenk the people are higher and higher request to the automobile function(耽efact that automobile instrument become?electronic and digital system is inevitable trendalong wtll electronic technical progress(development of new sensor and display andcomputer have extensive applied in the controls system of the automobile(Theelectronics and digital instrument Can provide information of high precision for driver(Because it has no disadvantage of traditional instrument(them are more and morepeople pay attention to the digital instrument(In this paperI put forward design projectof automobile digital instrument system based on analysis for the present station ofautomobile instrument(The system has following advantage:beauty，simple structure，intelligent response，small physieal volume，high precision，clear display， great capacityinformationexpand function convenience etc(In this paper automobile instrument system comprise three partssensor includingcorrelative control component， embedded micmcontroller system with internetapplications and display including its driving software(Then modularization design isbeen introduced to develop the system(The sensor part is the special component tocapture signal and the embedded micro controller system is the communal component torealize signal data processing and other contr01(Display is ultimate interface contacthuman and automobile(1 wish to improve the developing efficiency of automobileinstrument by providing the communal component for design personnel(Based on above mentioned，this paper has discussed in detail the total design ofautomobile fuel,speed system composing wim 87C552 single chip processor，theinterface design of single chip processof，the design of sensor， systematic hardware and东北大学硕士学位论文ABSTRACTsoftware realization method，as well as power system and system emulating process(The 87C552 single chip call improve real time speed and anti-jamming capability ofsystem(It has become possible that plentiful image and word display by use LCD(When exceeding the speed limit or the insu fficiency of fuel，through adoptingacotlsto—optic report drivers will take notice ofinformation in time(Key words 87C552 LCD sensor many times ofperiod method modularization独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完 成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位 论文作者签名:锄多颇El 期:沈妒厂(2(z厂学位论文版权使用授权书本学位论文 作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定:即学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本 人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名;否则视为不同意。学位论文作者签名: 签字日期:导师签名:签字日期:东北大学硕士学位论文第一章绑沦第帚一旱章三 百绪下论匕1(1本课的目的和意义汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要 接口和界面，在人机对话中扮演着重要的角色，它为驾驶员提供其所需的信患，对 汽车的安全与经济行驶起着重要的作用。随着汽车工业的发展，现代汽车的各种机 构日趋复杂，附属装置也日益增多，为了使驾驶员更详细更迅速地掌握各种机构和 装置的状态，以便更有效地控制汽车使其正常工作，作为现代汽车信息中枢的汽车 仪表显得越来越重要，并伴随着汽车电子技术的发展而快速发展。初期，汽车上装 备的仪表有车速表、里程表、发动机水温表、电流表等。这些传统的机械式和电气 机械式仪表，都是通过指针和刻度实现模拟显示，它们存在着准确率低、显示信息 量少、体积较大、可靠性差、容易使驾驶员疲劳等缺点。特别是作为测量汽车行驶 过程中最重要参数的车速表，大多还采用机械传动机构，由软轴驱动指针偏转来显 示车速，其缺点非常明显:低速时，机械式车速表的指针摆动剧烈，测量及显示精 度不高;高速时，其显示误差随速度的增大而增大;此外，软轴高速旋转时受到材 料交变极限应力限制易疲劳断裂，使仪表失效。当前，人们对汽车性能要求愈来愈 高，同时随着电子技术的进步，新型传感器、显示元器件的发展，电子计算机在汽车控制系统的广泛应用，汽车仪表系统的电子化和数字化已成为必然趋势。通过仪表电子化数字化可为驾驶员提供高精度的数据信息，同时免去了传统机械式和电气机械式仪表的缺点，所以汽车仪表的数字化越来越为汽车界所瞩目。通过借助先进的计算机辅助设计技术手段，采用智能化单片微型计算机控制技术——在一块芯片上集成中央处理器cPU、只读存储器ROM、输入,输出接口I,O、可编程定时器,计数器、A,D转换器等来完成模拟量和开关量的采集、处理和控制计算，然后输出控制信号，指示汽车行驶状态的各种技术参数指标，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、性能价格比高等优势和特点【42』。带有电子控制单元ECU的数字技术在汽车仪表上的广泛应用，将是汽车仪表发展的必然。其优势主要有以下几点:1仪表的功能由软件和硬件共同实现，而且主要是通过软件实现。这对于量大且对成本极为敏感的汽车仪表有特殊意义，因为软件的开发费用分摊到每个仪表上是非常少的。2与电子线路硬件组成的汽车仪表相比，带有ECU的汽车仪表，其功能的东北大学硕士学位论文第一章绪论实现手段更加灵活多样。3产品的“柔性”更好，即在推出新款产品时，能最大限度地利用以前产品的硬、软件设计成果，仅做少量修改便可，这在产品更新换代很快的今天和未来特别重要。4随着汽车电子化水平的提高，必须要求汽车仪表与汽车上其它装置交换数据，即要求接入到汽车的计算机系统总线上。汽车电子仪表设备不仅可衡量代表一个国家汽车生产技术水平重要标志的汽车电子化程度，而且还可推动我国汽车工业的发展，因此，汽车电子仪表是处于快速发展过程的重要的汽车高新技术，值得各界引起高度重视。1(2汽车电子技术的发展历史16】社会需求的牵引、法规的推动和技术的进步，是导致汽车上采用电子技术并蓬勃发展的根本原因。安全方面是最早的法规，随后陆续制订了排气污染、噪声控制、燃油经济性等一系列日益严格的法规。它们强制性地推动了电子技术在汽车上的广泛应用，许多机械控制系统被电子控制系统所取代，使汽车电子化的程度越来越高，并形成了三个阶段:第一阶段:从二十世纪60年代中期N70年代末期，主要是从技术革新着眼，应用电子装置改善部分机械部件的性能。这些革新往往是局部的、不很关键的，按汽车各部件完成相对独立的自动控制功能，在汽车总体设计中不予以系统考虑。例如采用硅整流发电机、发动机晶体管无触点点火、电子控制燃油喷射、电子时钟等。第二阶段:从70年代末期N90年代中期，汽车电子技术的雏形开始形成，主要特点是在汽车大部件乃至总成的设计和生产中，重视“机电一体化”的思想与技术，应用电子装置解决机械部件无法解决的复杂自动控制问题。在这一阶段，大规模集成电路和4位、8位微处理器被广泛应用，从而减小了电子系统的体积，增加了可靠性。这一时期产生了许多汽车综合电子控嗣系统，包括发动机电子管理系统、动力传动总成控制系统、制动防抱死系统、电子控制空气悬架、电子控制转向系统、电子仪表群和复杂的娱乐系统等。第三阶段:从90年代中期，预计到2010年，汽车电子作为技术己经成熟，将积累形成汽车电子技术群，并导致“汽车电子学”这门集机电一体化、多学科综合、特色鲜明的新兴学科的诞生。在这一时期，电子工业将继续为汽车工业提供大批量的更先进的灵巧电源、灵巧传感器和具有大容量内存的16位或32位微处理器等。汽车的总体设计将在考虑整车机电系统协调匹配的基础上进行，强调汽2东北大学硕士学位论文第一章绪论车整体设计的机电一体化，重视总体、系统，设计者将不再采用 出现在第一和第二阶段的“机械功能替代”或“增添”式的设计思想和方法。同时，汽车电子技术的重点也将由解决汽车部件或总成的自动控制问题开始向广泛应用计算机网络与信息技术，使汽车更加自动化、智能化，以及解决汽车与社会联结等问题转移。1(3国内外的研究现状及发展趋势我国汽车电予在整车上装置费用现状见表1(1。国外汽车电子应用情况见表1(2。表1(1我国汽车电子装置费用Tablel(1 Our country spending ofelectronic devices on automobile年份1978 1980 1985 1986 1990 1995 2000电子装置费用元，车1(72 3 119 146 355 1500 7000表1(2国外汽车电子装置费用Tablel(2Foreignspendingofelectronicdevices on automobile年份1970 1975 1980 1984 1990 1995 2000电子装置费用美元,车25 60 128 585 900 1125 2000由表1(1和表1(2比较可见，与国外同年份相比，以1990年为例，国外每年的电子装置费用为900美元，而我国仅为355元，两者相差近20倍，至于技术水平上的差距则难以用数字来衡量。因此可以说，我国的汽车电子产业无论在企业规模、技术水平还是产品类别、整体实力等方面都处于比较低的水平，汽车电子产品还停留在低档次阶段，如电子电压调节器、转向闪光器、雨刮器延时控制器等。近几年来，在汽车电子技术方面加大了引进国外先进技术力度，但主要是汽油发动机电子控制系统和防抱死电子制动系统等方面。早在上世纪60年代，国外就已开始了汽车仪表盘的电子化研究，直到80年代，随着非接触式测量技术和电子显示技术的发展，汽车仪表的电子化进程得以进一步发展，纯机械式的汽车仪表逐步被电气化、电子化、数字化和智能化组合仪表所取代。在技术领先的德国和日本，其汽车仪表产品已由传统的组合仪表板向汽车集成信息系统方向发展。当前正在使用的汽车组合仪表类型也很多，其规格档次各不一致，主要体现 3东北大学硕士学位论文第一章绪论车整体设计的机电一体化，重视总体、系统，设计者将不再采用出现在第一和第二阶段的“机械功能替代”或“增添”式韵设计思想和方法。同时，汽车电子技术的重点也将由解决汽车部件或总成的自动控制问题开始向广泛应用计算机网络与信息技术，使汽车更加自动化、智能化，以及解决汽车与社会联结等问题转移。1_3国内外的研究现状及发展趋势我国汽车电子在整车上装置费用现状见表1 1。国外汽车电子应用情况见表表1(I我国汽车电子装置费用Tablel(1 Our country spending ofelectronicdevicesonautomobile1 年份1978 1980 1985 1986 1990 1995 2000 Jl电了装置费用l 元库 】(72 3 119 146 355 1500 ，ooo l表1 2国外汽车电子装置费用Tablel 2 Foreien spending ofeleelronic devices on automobile1 年份1970 1975 1980 1984 1990 1995 2000l电子装置费用l美元，车 25 60 128 585 900 1125 2000由表I(1和表1(2比较可见，与国外同年份相比，以1990年为侧，国外每年的电子装置费用为900美元，而我国仅为355元，两者相差近20倍，至于技术水平上的差距则难以檬掷春饬俊,虼丝梢运担夜钠档缱硬滴蘼墼谄笠倒婺～?际跛交故遣防啾稹?迨盗Φ确矫娌看τ诒冉系偷乃剑档缱硬坊雇,粼诘偷荡谓锥危绲缱拥缪沟鹘谄鳌?蛏凉馄鳌?旯纹餮邮笨刂破鞯取,改昀矗谄档缱蛹际醴矫婕哟罅艘庀冉际趿Χ龋饕瞧头?缱涌刂葡低澈头辣赖缱又贫低车确矫妗,缭谏鲜兰?0年代，国外就已开始了汽车仪表盘的电子化研究，直到80年代，随着非接触式测量技术和电子显示技术的发展，汽车仪表的电子化进程得以进一步发展，纯机械式的汽车仪表逐步被电气化、电子化、数字化和智能化组合仪表所取代。在技术领先的德国和日本，其汽车仪表产品已由传统的组合仪表板向汽车 集成信息系统方向发展。当前正在使用的汽车组合仪表类型也很多，其规格档次各不墩，主要体现当前正在使用的汽车组合仪表类型也很多，其规格档次各不一致，主要体现 3 „东北大学硕士学位论文第一章绪论在汽车行驶车速和行驶里程两参数的测量上，有传统的机械软轴式车速里程表，有频率——电压转换式电子车速里程表，也有较为先进的以数字电路为基础的数显式车速里程表，采用微处理器为核心的数字显示和图文显示式智能化组合仪表研究应用才处于刚刚起步阶段。我国汽车工业比较落后，汽车电子化程度较低，汽车仪表行业产量小，品种少，规格也低。加入WTO后，我国汽车产业发展很快，并且作为国家重点发展产业得到了国家重点扶持，汽车仪表电子化进程也进一步加快。伴随汽车工业规模生产和规模经营的形成，以及对环保、安全保障、人机一体化等方面提出的更高要求，越来越需要汽车仪表具有集感觉、识别、情况分析、信息库、适应和控制六个方面为,体的智能化系统功能。两汽车电子技术的不断发展和计算机在信息与控制领域的广泛应用，特别是近年发展起来的在线故障自诊断系统、智能交通系统、全球定位导航系统和电子自动巡航系统等，新技术产品的陆续装车应用对汽车仪表提出了更高的要求，使得仪表显示的信息量迅速增加，数据的精确度要求更高，普通的汽车仪表再也无法满足汽车电子技术发展的需要。目前，汽车电子技术主要集中在“动力传动总成的电子控制Powertrain-Contr01”、“底盘的电子控制Vehicle Contr01”、“车身的电子控制BodyContr01”和“信息通讯系统InformationampCommunication”四个方向，而且各控制系统正在进一步向着智能化、集中化、网络化的方向发展，只有以嵌入式信息处理系统为核心的智能化汽车仪表才可以方便地利用现代汽车总线技术cAN总线与其它电子集中控制系统进行数据交换，有利于汽车集中控制系统的发展和实现当今世界，把汽车上采用电子技术装置作为衡量汽车水平、档次高低的重要标志。而且，目前汽车性能的提高，使用功能的拓展，在很大程度上依赖于汽车电子技术的进步，因此汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的重要革命。汽车仪表作为车——人信息交换接口和信息通讯显示系统的重要组成部分正不断融入当今各学科和各领域的新技术、新材料成果，向功能多元化、机电一体化、系统工程化、高度集成化方向发展，以嵌入式信息处理系统为核心的、豪华、多功能智能化组合仪表是汽车仪表发展的必然趋势。对我国来说，汽车综合信息显示系统可推动我国汽车电子化的进程，而且具有缩短与国外汽车电子技术水平的差距，迅速赶上国际水平的意义。 4东北大学硕士学位论文第一章绪论1(4本文的主要研究内容本课题仪表系统选择车速表、燃油表两大部分组成。具体研究内容主要包括以下几方面:1数据测量方法:2传感器、单片机和显示器件选型;3硬件电路设计;4软件系统设计;5系统仿真方法。5东北大学硕士学位论文第二章测量方法的研究第二章测量方法的研究本课题的两个测量对象中，车速测量实际上是对车速传感器输出的与车速成正比的脉冲信号频率的测量，而燃油量的测量是通过测量油箱液面的高度间接得到的，油箱液面的高度与传感器发出的电阻信号成反比，通过测量其分压大小即可知液而的高度。所以，需测量的对象为频率量和模拟量两类。2(1车速的测量原理2(1(1频率量的测量方法常见的频率测量方法有频率法、的测量方法不仅会影响到测量精度，测量原理进行简单的介绍。周期法、混合测频法以及频压转换法。频率而且也会影响到动态性能(故下面对它们的脉冲信号时钟脉冲图2(1频率法硬件实现原理Figure2(I Hardware theory offrequency method专M:ij四图2(2频率法原理Figure2(2 Theory offrequency method6东北大学硕士学位论文第二章测量方法的研究2(1(1(1频率法频率法又叫直接计数法，就是在某一选定时间闸门T内，对被测量的信号脉冲进行计数，然后根据计数值M和闸门时间T求得所测信号的频率，其硬件原理如图2(1所示，数学原理如图2(2所示。若在闸门时间T内计数脉冲值为M，则被测信号频率为:，:(生2(1。2?频率法的测量时间基本恒定，动态性能由闸门时间T决定，T越小，动态性能越好。根据误差传递公式可推出: 一Af—AM坚 2(2, 肘Z?在式2(2中，可以看出误差是由两部分组成，一部分是由石英晶体振荡器引起的时基误差，这部分误差通常是在10。6以下，可忽略不计。另外一部分是数字化仪器所特有的误差称为?1误差，?1误差产生的原理如图2(3所示，第一.