【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的。 車速和轉(zhuǎn)速屬于頻率信號(hào)，且變化較快。在選擇采樣頻率時(shí)，既不能太快也不能太慢，太慢則指示滯后，不能反映車速和轉(zhuǎn)速真實(shí)性，太快則會(huì)導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)跟不上節(jié)奏，也會(huì)出現(xiàn)指針抖動(dòng)現(xiàn)象。 對(duì)于車速信號(hào)，由于設(shè)計(jì)的車速的滿度為140公里/時(shí)，對(duì)應(yīng)此速度的脈沖頻率即最高輸入頻率為194赫茲。，則每個(gè)周期內(nèi)48個(gè)脈沖則為滿度(即最大的采樣值為48,采樣完了之后馬上刷新表盤)。245度/48余數(shù)為5度，即每個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)表盤5度，顯然在脈沖穩(wěn)定的情況下也會(huì)后5度的抖動(dòng)，在實(shí)際測(cè)試過程中已經(jīng)出現(xiàn)了這個(gè)問題。但是，當(dāng)輸入脈沖頻率為4的倍數(shù)時(shí)，指針的就能夠比較穩(wěn)定、平滑的轉(zhuǎn)動(dòng)，否則會(huì)有5度的抖動(dòng)。產(chǎn)生抖動(dòng)的主要原因是信號(hào)頻率太低，表的相應(yīng)速度又不能太慢，所以在時(shí)間上產(chǎn)生了錯(cuò)位。，采樣頻率為4赫茲?，F(xiàn)在，假設(shè)汽車以恒定的140公里/時(shí)行走時(shí)，則在某一秒中第一個(gè)計(jì)數(shù)周期采樣的值如果為48，則第二個(gè)采樣周期的值一定為49，如果第三個(gè)采樣周期的采樣值還為48的話，則第四個(gè)采樣周期的采樣值必定為49。就是說，即使在速度恒定的情況下，速度仍會(huì)產(chǎn)生5度的抖動(dòng)。我們考慮的就是，任何整數(shù)值被4整除，余數(shù)為0, 1, 2, 3四種情況。如果余數(shù)為0的話，就不會(huì)產(chǎn)生5度的抖動(dòng)了。如若不然，即使速度是恒定的，每個(gè)采樣周期的采樣值都不一樣，進(jìn)而輸出的結(jié)果也就會(huì)隨之變化，儀表就會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，但是每相連的兩個(gè)采樣值的差值不會(huì)超過2，因?yàn)橛鄶?shù)的最大差值為2。 對(duì)此解決抖動(dòng)的方法就是測(cè)量脈沖寬度，只是要求信號(hào)的占空比恒定。這樣如果每相鄰的兩個(gè)采樣值之差的絕對(duì)值小于2的話，則輸出不變。因?yàn)槿绻蓸宇l率為4或4的倍數(shù)的話，則任何兩個(gè)相鄰采樣值之差不會(huì)大于2。這樣，儀表指針就會(huì)做到連續(xù)平滑無抖動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。 對(duì)于轉(zhuǎn)速信號(hào)，其滿度輸入頻率為9000赫茲，單位為轉(zhuǎn)/分，由于滿度輸入頻率較車速信號(hào)高出很多，故其采樣頻率8赫茲，信號(hào)的處理整形和車速信號(hào)的整形處理一致，均采用相同的電路，這樣轉(zhuǎn)速指針也可連續(xù)平滑的轉(zhuǎn)動(dòng)。 由于水溫信號(hào)的變化要慢很多，同時(shí)對(duì)它的要求也較低，因此采樣頻率可以相對(duì)較低。 步進(jìn)電機(jī)平滑的正反轉(zhuǎn)控制是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。當(dāng)車速轉(zhuǎn)換后的信號(hào)頻率增大時(shí)，電機(jī)就向順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，這是正轉(zhuǎn)。當(dāng)車速和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換后的信號(hào)頻率減小時(shí)，電機(jī)就向逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，這是反轉(zhuǎn)。而當(dāng)車速恒定時(shí)，指針也不發(fā)生改變。 在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，要設(shè)定各步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)間隔定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，設(shè)定各表指針需要達(dá)到的角度位置和實(shí)際角度位置，均為1/12度，即一個(gè)微步。表頭驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行過程如下:，中斷程序被觸發(fā)，驅(qū)動(dòng)間隔計(jì)數(shù)器清零。2. 檢查當(dāng)前指針的位置與由采樣程序算得的理論值。3. 如果相等則不作驅(qū)動(dòng)。4. 如果當(dāng)前值理論值，驅(qū)動(dòng)指針逆時(shí)針走一微步，且當(dāng)前值減1:如果當(dāng)前值理論值，驅(qū)動(dòng)指針順時(shí)針走一微步，且當(dāng)前值加15. 返回系統(tǒng)程序，由主循環(huán)安排定時(shí)循環(huán)。當(dāng)目標(biāo)值一旦發(fā)生變化(當(dāng)前值不等于理論值)，則上述過程每500微秒執(zhí)行一次(驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一微步)，直到指針指向理論值。 車速和轉(zhuǎn)速的采樣測(cè)量基本相同，不同的是在測(cè)量車速的同時(shí)，還要根據(jù)車速的輸入脈沖數(shù)把里程數(shù)也計(jì)算出來。計(jì)算公式如下:里程數(shù)X =總的接受到的脈沖數(shù)/(傳動(dòng)比*傳感器極對(duì)數(shù))，單位為千米其中:傳動(dòng)比=637，傳感器極對(duì)數(shù)=8車速V =(3600*單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù))/()，單位為千米/時(shí) 其中:傳動(dòng)比=637，傳感器極對(duì)數(shù)=8轉(zhuǎn)速n= ()/齒數(shù)比，單位為轉(zhuǎn)/分 其中:齒數(shù)比=128 下面以車速的測(cè)量為例來說明其過程，車速測(cè)量周期為1/4秒，即車速表的刷新周期為250微秒，，設(shè)置采樣濾波周期，每個(gè)周期中設(shè)置兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)。根據(jù)指針偏角度公式“指針偏角=(角度/脈沖比)*頻率/4”計(jì)算出指針實(shí)際偏轉(zhuǎn)角度。開始打開中斷計(jì)數(shù)達(dá)到10s？顯示轉(zhuǎn)速 車速測(cè)量子程序流程圖 水溫采樣測(cè)量子程序設(shè)計(jì) 水溫屬于電阻信號(hào)，通過測(cè)量水溫傳感器電阻信號(hào)，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)直接通過MCU處理，最后顯示在LED上。測(cè)溫子程序函數(shù)流程圖：初始化開機(jī)顯示“0000顯示2s讀出溫度值、發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令、溫度計(jì)算處理顯示溫度值2s 測(cè)溫模塊程序流程圖 本章小結(jié) 本章對(duì)系統(tǒng)軟件功能模塊的劃分，介紹了主程序及部分子程序的流程圖，其中重點(diǎn)介紹了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)子程序的設(shè)計(jì)思想、流程圖和程序設(shè)計(jì)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)子程序是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是軟件的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，它關(guān)系到儀表指針能否無抖動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)關(guān)鍵問題，本章對(duì)其作了較為詳細(xì)的討論和闡述。對(duì)于其它程序的設(shè)計(jì)只作了簡(jiǎn)單的介紹。第5章 系統(tǒng)功能調(diào)試與性能測(cè)試 系統(tǒng)在完成了上述硬件及軟件設(shè)計(jì)后，做成樣機(jī)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和相應(yīng)的功能測(cè)試。 系統(tǒng)安裝與調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件和軟件兩個(gè)方面的調(diào)試。 由于本設(shè)計(jì)包括2個(gè)以上的模塊，因此為了防止一次性做完后出現(xiàn)大問題的情況，系統(tǒng)調(diào)試主要是采取了分模塊進(jìn)行調(diào)試的方法，調(diào)試一塊，成功一塊，才去調(diào)試下一個(gè)模塊。 硬件調(diào)試方面： 硬件方面主要的問題:由于是分模塊進(jìn)行硬件焊接、調(diào)試，所以避免了在最后拼接時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重問題。硬件安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題主要是焊點(diǎn)、芯片管腳焊錯(cuò)的問題。一般情況下，主要避免犯以上兩個(gè)錯(cuò)誤，硬件都能安裝成功。 在安裝步進(jìn)電機(jī)模塊時(shí)，出現(xiàn)過主要的問題是剛開始把步進(jìn)電機(jī)關(guān)系到相位的4個(gè)焊點(diǎn)焊錯(cuò)，導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)。后來很快就發(fā)現(xiàn)了問題，重新焊腳，步進(jìn)電機(jī)便能正常地運(yùn)行。其次是測(cè)溫模塊，也是將溫度傳感器焊錯(cuò)了管腳，導(dǎo)致無法顯示溫度，通過用萬用表測(cè)量電壓，找出錯(cuò)誤，改正后，測(cè)溫模塊便能正常運(yùn)行。 軟件調(diào)試方面： 調(diào)試工具： VC 通過將單片機(jī)系統(tǒng)和電腦相連接，直接用VC燒寫程序至單片機(jī)系統(tǒng)。 大學(xué)四年以來寫了這么多程序，在編程過程中犯的基本上都是一些低級(jí)錯(cuò)誤，都是由于沒有完全掌握好C語言的原因。例如會(huì)在編程時(shí)經(jīng)常丟失每行結(jié)束時(shí)應(yīng)該有的“；”號(hào)，或者在使用if語言時(shí)，“｛”這個(gè)符號(hào)經(jīng)常會(huì)放在錯(cuò)誤的地方，導(dǎo)致最后的循環(huán)嵌套語句出現(xiàn)錯(cuò)誤，出的結(jié)果與預(yù)期應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)的結(jié)果非常不一樣。另一個(gè)曾經(jīng)犯的錯(cuò)誤是，在做測(cè)溫模塊時(shí)，剛開始測(cè)溫在LED數(shù)碼顯示管上沒有溫度顯示，后來檢查程序時(shí)，才發(fā)現(xiàn)沒有對(duì)溫度傳感器中一個(gè)管腳進(jìn)行定義，所以導(dǎo)致LED上根本沒有溫度顯示，經(jīng)過修改后，程序還是通過了硬件裝載。基本上在編程時(shí)，都是出現(xiàn)一個(gè)問題就自己先找問題，修改，修改不了的就找同學(xué)幫忙修改。程序這一塊是最難做的，但是一個(gè)個(gè)的解決，最終還是在硬件上實(shí)現(xiàn)既定功能。 由于本設(shè)計(jì)只測(cè)車速、轉(zhuǎn)速以及溫度兩個(gè)信號(hào)。根據(jù)車速，水溫兩路信號(hào)的特點(diǎn)和參數(shù)，用直流電機(jī)來模擬車速信號(hào)，用真實(shí)水溫來作為水溫信號(hào)輸入，輸入相應(yīng)接口，不斷改變相關(guān)參數(shù)的取值，觀察LED顯示和車速表頭的指針變化及在表盤的位置。另一方面，改變軟件中采樣周期，觀察指針的轉(zhuǎn)動(dòng)和抖動(dòng)情況。兩種參數(shù)的改變測(cè)試，測(cè)試結(jié)果和參照車型儀表的測(cè)試指標(biāo)完全一致，證明了論文中系統(tǒng)的方案和技術(shù)理論的正確性。 當(dāng)然，實(shí)際性能測(cè)試中，由于受條件所限，不可能將溫度傳感器放入水中測(cè)試水溫（如不小心會(huì)使水接觸電路，使電路短路），因此實(shí)際性能測(cè)試中，采用了三個(gè)溫度點(diǎn)－－室溫、姆手溫度、筆記本電腦出風(fēng)口旁溫度， 以測(cè)定測(cè)溫系統(tǒng)的性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)。以下是測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)表： 測(cè)溫結(jié)果表測(cè)溫點(diǎn) 室內(nèi)溫度姆指溫度筆記本電腦出風(fēng)口溫度溫度計(jì)實(shí)測(cè)溫度3348本系統(tǒng)測(cè)出溫度, 對(duì)于實(shí)際使用中,這樣一個(gè)精度已經(jīng)相當(dāng)?shù)母?所以誤差由此可見,系統(tǒng)測(cè)得溫度與溫度計(jì)測(cè)得的實(shí)際溫度之間的誤差應(yīng)該不是DS18B20本身所產(chǎn)生的,而是由系統(tǒng)自身不可避免的誤差所產(chǎn)生,例如測(cè)溫模塊中的A/D,D/A轉(zhuǎn)換電路,系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的誤差等,都能引入一定程度上的誤差。 總的來說，這樣的誤差是可以接受的。測(cè)速模塊性能測(cè)試： 測(cè)速模塊主要包括LED顯示和儀表指針指示顯示兩方面，主要難點(diǎn)是在儀表指針。LED顯示是轉(zhuǎn)速，而儀表指針指示的則是車速范圍－－限于硬件條件和本人水平有限，為簡(jiǎn)化難度，現(xiàn)在只能在儀表盤上指示實(shí)時(shí)測(cè)出的轉(zhuǎn)速，通過程序換算車速，最后在儀表盤上指針指示的是車速的范圍，具體就是： 系統(tǒng)測(cè)得的車速在025km/h范圍內(nèi)的，指針指示的是050刻度之間的中心位置；系統(tǒng)測(cè)得的車速在2550km/h范圍內(nèi)，則指針指示的是2550km/h刻度之間的中心位置；系統(tǒng)測(cè)得的車速在5075km/h范圍內(nèi)，則指針指示的是5075km/h的中心位置，以此類推。 轉(zhuǎn)速的改變主要是通過改變直流電機(jī)的電壓以達(dá)到改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，從而改變所需要測(cè)試的條件。 在程序換算方面，仍然是限于硬件條件（不可能真正地用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)一輪胎進(jìn)行測(cè)速）和本人水平條件，對(duì)車速采取如下方法： 直流電機(jī)在4V的電壓下的轉(zhuǎn)速1500r/min，因此在這樣的轉(zhuǎn)速情況下，為計(jì)算方便，我們這里設(shè)該直流電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的輪胎的直徑為20厘米，按照這樣的設(shè)定所計(jì)算出來的車速應(yīng)該為113km/h，該車速屬于正常車速范圍內(nèi)，設(shè)定符合實(shí)際情況。 以下為轉(zhuǎn)速－車速測(cè)試結(jié)果表： 轉(zhuǎn)速車速測(cè)試表直流電機(jī)電壓LED顯示的轉(zhuǎn)速（每10s的轉(zhuǎn)速）儀表盤上的指針位置(km/h)經(jīng)計(jì)算得出的車速（km/h)258100~125368150~175348150~175303125~150可見，LED上顯示的轉(zhuǎn)速和儀表盤上的指針顯示的車速是基本對(duì)應(yīng)的。當(dāng)然在這之中，仍然會(huì)出現(xiàn)指針指示不穩(wěn)定的情況，但是基本上是穩(wěn)定的。 經(jīng)過以上系統(tǒng)的功能測(cè)試表明，論文所研究設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的步進(jìn)式汽車組合儀表性能表現(xiàn)基本符合要求，達(dá)到技術(shù)要求，不但何積小、重量輕、生產(chǎn)檢測(cè)工藝簡(jiǎn)單，而且精度高，可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、兼容性高、通用性強(qiáng)、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短，非常適合規(guī)模化生產(chǎn)。 由于本人水平有限，此次設(shè)計(jì)出來的基于單片機(jī)的汽車組合儀表是比較簡(jiǎn)單，比較初級(jí)的，功能比較單一，沒有將汽車儀表中常見的油量顯示，蓄電池量顯示，方向燈等一起做到系統(tǒng)中，同時(shí)車速顯示也是過于粗糙，只是顯示大概的一個(gè)范圍，而不是指示具體的車速(km/h)，這個(gè)地方需要極大改進(jìn)，相信在以后的學(xué)習(xí)中，能夠更加深入的了解到有關(guān)基于單片機(jī)的汽車儀表方面的知識(shí)和技術(shù)，使該設(shè)計(jì)更加完善，更加人性化，更加直觀。 結(jié)束語 經(jīng)過幾年的學(xué)習(xí)和研究，此次的設(shè)計(jì)主要是完成了以下幾個(gè)方面的工作。數(shù)字式步進(jìn)電機(jī)組合儀表總體方案設(shè)計(jì)；儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。儀表系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的功能測(cè)試。 本文設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)式汽車組合儀表，用單片機(jī)技技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)汽車儀表中，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)汽車儀表的基本功能，用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)表盤和LED指針實(shí)時(shí)指示汽車在行駛中的車速信號(hào)。用LED顯示汽車水溫信號(hào)。通過對(duì)儀表系統(tǒng)功