專利名稱：一種模擬/數(shù)字兼?zhèn)涞碾娮榆囁倮锍瘫肀眍^的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種模擬/數(shù)字兼?zhèn)涞碾娮榆囁倮锍瘫肀眍^，主要用于非軟軸傳動(dòng)的汽車、機(jī)車等機(jī)動(dòng)車輛，也可用于普通的計(jì)速儀表裝置。
自九十年代初以來(lái)，一種以電感應(yīng)方式驅(qū)動(dòng)指針指示車速的電子車速里程表，已有取代傳統(tǒng)機(jī)械軟軸車速表的趨勢(shì)，并迅速地在新一代的轎車中投入使用。該電感應(yīng)式車速表一般由速度傳感器及指示儀表二部分組成。車速是從安裝在汽車傳動(dòng)部分(如變速箱)的速度傳感器取得電流信號(hào)或車速脈沖信號(hào)的。當(dāng)汽車以不同速度變化行駛時(shí)，車速傳速器產(chǎn)生不同的觸點(diǎn)閉合頻率信號(hào)，經(jīng)常穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路控制恒流源的輸出，改變車速表指針機(jī)構(gòu)中通電線圈的電流值，使通電線圈在恒定磁場(chǎng)中受到的作用力發(fā)生變化而改變車速表指針在刻度盤(pán)上的偏轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)電感應(yīng)驅(qū)動(dòng)指針指示車速。
若將上述電子車速表指針模擬計(jì)速轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量電信號(hào)，利用速度與時(shí)間函數(shù)關(guān)系直接在系統(tǒng)電路軟件中計(jì)算里程，省去計(jì)程中的步進(jìn)電機(jī)及硬件部分，將十分有利于這類電子車速表的擴(kuò)容接口，特別是二次數(shù)字化帶來(lái)的車速數(shù)顯線性功能的實(shí)現(xiàn)。無(wú)疑地，這將是現(xiàn)有電子車速里程表計(jì)速技術(shù)中的一大進(jìn)步。本實(shí)用新型提出的一種模擬/數(shù)字兼?zhèn)涞碾娮榆囁倮锍瘫肀眍^，就是為上述目的而設(shè)計(jì)的。
實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型采用廣角磁電式電流表為母型。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在磁電式電流表頭的平衡塊上改加裝上一個(gè)與指針同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的光電傳感探頭；另外，在表頭中，一個(gè)與車速刻度盤(pán)車速數(shù)碼(刻度數(shù)碼)對(duì)應(yīng)的、表面印制有一杠杠白色分度斜線條的導(dǎo)光環(huán)，也改加裝在光電傳感探頭發(fā)射光能直射到的表頭內(nèi)壁周邊上。當(dāng)車輛行駛時(shí)，兼起平衡作用的光電傳感探頭隨指針軸與指針同步轉(zhuǎn)動(dòng)，利用光電傳感探頭中的光敏管接收導(dǎo)光環(huán)反射光產(chǎn)生的光脈沖信號(hào)，經(jīng)放大、整形、計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換為與指針指示的車速值對(duì)應(yīng)量相同的數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)碼管或液晶中顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型提出的一種模擬/數(shù)字兼?zhèn)涞碾娮榆囁倮锍瘫肀眍^的目的。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型具體細(xì)節(jié)。


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理圖；其中圖1.1為游絲，2為馬蹄形導(dǎo)磁體，3為光電傳感探頭，4為導(dǎo)光環(huán)，5為平衡桿，6為永久磁鐵，7為張絲，8為指針，9為車速刻度盤(pán)，10為指針軸，11為光反射條，12為動(dòng)圈。
圖2為車速脈沖信號(hào)檢測(cè)及圖解；其中，圖2.1為圖1.3光電傳感探頭內(nèi)部組件細(xì)部，圖2.2為圖1.4導(dǎo)光環(huán)展開(kāi)圖，圖2.3為圖1.11光反射條中之陣列標(biāo)碼。
圖3為車速數(shù)字電路原理圖；其中1為光電車速脈沖傳感電路，2為單片機(jī)車速運(yùn)算電路，3為車速數(shù)字顯示電路。
圖4為第二實(shí)施例示意圖；其中1為指針軸，2為光電傳感探頭，3為光反射條，4為導(dǎo)光環(huán)，5為指針，6為車速刻度盤(pán)(余部件與圖1同，圖中未畫(huà)出，略)。
圖1中，繞有繞線的載流線圈及框架構(gòu)成的動(dòng)圈(12)設(shè)置于以指針軸(10)為旋轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，經(jīng)平衡桿(5)與另一側(cè)的光電傳感探頭(3)取得動(dòng)平衡。又圖1中，套在動(dòng)圈(12)中的馬蹄形導(dǎo)磁體(2)在永久磁鐵(6)導(dǎo)磁下均勻的幅射磁場(chǎng)就作用于動(dòng)圈(12)上。當(dāng)動(dòng)圈油絲(1)及張絲(7)作電源或電信號(hào)輸出入回路按箭頭所示方向通入電流時(shí)，動(dòng)圈(12)與馬蹄形導(dǎo)磁體(2)磁場(chǎng)磁力線垂直的兩個(gè)側(cè)邊產(chǎn)生作用力而使動(dòng)圈(12)順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)，形成光電傳感探頭(3)與指針(8)以指針軸(10)為軸心同步轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)勢(shì)。這樣，在本實(shí)用新型工作時(shí)，也首先接受從車速傳感器向動(dòng)圈輸入的反映不同車速變化的電流，在油絲(9)及張絲(7)反作用力作用下，不時(shí)地改變著動(dòng)圈(12)偏轉(zhuǎn)力度，因而相應(yīng)地改變著指針在車速刻度盤(pán)(9)上的偏轉(zhuǎn)角，以指針(8)指示反映出不同時(shí)刻車輛模擬車速。此為現(xiàn)技術(shù)中，本實(shí)用新型指針模擬指示車速部分。
下面繼續(xù)以圖1詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型將指針模擬車速轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)字量電信號(hào)方法及原理。
首先，應(yīng)該說(shuō)明的是在圖1及本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)安裝中，隨指針軸(10)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的光電傳感探頭(3)在安裝調(diào)試時(shí)，應(yīng)和指針(8)一并與車速刻度盤(pán)(9)歸零標(biāo)定，以保證汽車無(wú)論處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，指針(8)與光電傳感探頭(3)都處于以指針軸(10)為軸心的相同垂直面上同步轉(zhuǎn)動(dòng)著；另外，在光電傳感探頭(3)發(fā)出的光信號(hào)第一個(gè)被導(dǎo)光環(huán)(4)反射回來(lái)并標(biāo)定為“零”的該光反射點(diǎn)，也需與車速刻度盤(pán)歸零標(biāo)定。因而，在圖1中，以車速刻度盤(pán)上整十刻度數(shù)碼線性細(xì)分至“1”為單位的車速數(shù)碼，采用An×3、Bn×3+1、Cn×3+2等角不等距陣列對(duì)應(yīng)設(shè)置涂印在導(dǎo)光環(huán)(4)上的一杠杠光反射條(白色分度斜線條)在與光電傳感探頭(3)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，將如一道道光柵般“切割”光電傳感探頭(3)發(fā)射出的光線產(chǎn)生導(dǎo)通截止信號(hào)。故當(dāng)汽車點(diǎn)火并起步前進(jìn)時(shí)，光電傳感探頭(3)將不斷接收從光反射條(11)各列光反射點(diǎn)上反射回來(lái)的光脈沖信號(hào)，在本實(shí)用新型系統(tǒng)電路及單片機(jī)中進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，所得到的瞬間數(shù)字車速值，將與指針指示在車速刻度盤(pán)(9)上的車速數(shù)碼對(duì)應(yīng)相同，具體設(shè)計(jì)及方法由以下圖2再加詳細(xì)說(shuō)明。
圖2中，光電傳感探頭(1)為VA-VA′，VB-VB′，VC-VC′三只反射型光傳感器組成；A0，B1，C2；A3，B4，C5；……A117，B118，C119；A120……等光反射條(3)上的標(biāo)碼，根據(jù)前述光陣列An×3、Bn×3+1、Cn×3+2(n為0、1、2、3、4、5……120……下標(biāo)數(shù))設(shè)置，實(shí)際上也都為導(dǎo)光環(huán)(2)上一個(gè)個(gè)與車速刻度盤(pán)車速數(shù)碼相對(duì)應(yīng)的光反射點(diǎn)，其中，第一杠光反射條(3)上的A0光反射點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于車速刻度盤(pán)上的0(公里/小時(shí))車速數(shù)碼，B1對(duì)應(yīng)于盤(pán)上的1(公里/小時(shí))車速數(shù)碼，C2對(duì)應(yīng)于盤(pán)上的2(公里/小時(shí))車速數(shù)碼，余類推至120(公里/小時(shí))或更高車速數(shù)碼，都將根據(jù)上述光陣列三光反射點(diǎn)為一列(杠)的方法模式實(shí)施。
根據(jù)圖1、圖2之說(shuō)明，反映汽車行駛過(guò)程中不同時(shí)刻車速變化的脈沖輸出及計(jì)數(shù)是這樣進(jìn)行的圖2中，當(dāng)汽車點(diǎn)火起步行駛時(shí)，電源將被接通，圖2光電傳感探頭(1)發(fā)出的光信號(hào)正好照射在導(dǎo)光環(huán)(2)中第一杠光反射條(3)A0標(biāo)碼的光反射點(diǎn)上(圖2中之A處，也即處于亮區(qū)位置的白色分度斜線條末端上)，使光電傳感探頭(1)中的VA-VA′光傳感器處于導(dǎo)通狀態(tài)，從VA-VA′輸出代表0(公里/小時(shí))的車速脈沖信號(hào)，此時(shí)的VB-VB′及VC-VC′兩光傳感器尚未進(jìn)入標(biāo)碼B1、C2光反射點(diǎn)而處于截止?fàn)顟B(tài)的暗區(qū)位置；當(dāng)汽車起步行駛時(shí)，圖2光電傳感探頭(1)隨指針順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)，光電傳感探頭光信號(hào)照射在標(biāo)碼B1的光反射點(diǎn)上(圖2中之B處)，此時(shí)，VA-VA′偏離A0亮區(qū)，從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，而VC-VC′尚處于暗區(qū)部位，也處于截止?fàn)顟B(tài)。原從暗區(qū)進(jìn)入B1亮區(qū)的VB-VB′光傳感器接收到B1光反射點(diǎn)上的光照之后，從原截止?fàn)顟B(tài)立即轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，從VB-VB′光傳感器輸出代表1(公里/小時(shí))的車速脈沖信號(hào)。當(dāng)汽車瞬間增速至2公里/小時(shí)時(shí)，VC-VC′發(fā)出的光信號(hào)照射在標(biāo)碼C2光反射點(diǎn)上(圖2中之C處)，此時(shí)，VA-VA′繼續(xù)處于暗區(qū)部份，VB-VB′則剛從亮區(qū)進(jìn)入暗區(qū)，VA-VA′，VB-VB′光傳感器都處于截止?fàn)顟B(tài)，處于亮區(qū)導(dǎo)通狀態(tài)的VC-VC′光傳感器遂輸出代表2(公里/小時(shí))的車速脈沖信號(hào)。至此，第一杠光反射條上的A0、B1、C2光反射點(diǎn)已完成將車速刻度盤(pán)上的車速數(shù)碼轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)車速脈沖信號(hào)的目的，繼續(xù)進(jìn)入圖2第二杠光反射條中的A3、B4、C5……光反射點(diǎn)標(biāo)碼位置上，直至車輛停止加速為止，光電傳感探頭(1)都以與第一杠光反射條(3)相同的光電轉(zhuǎn)換模式，周而復(fù)始地從光傳感器VA-VA′→VB-VB′→VC-VC′輸出一個(gè)個(gè)與車速刻度盤(pán)上的車速數(shù)碼對(duì)應(yīng)量相同的車速脈沖信號(hào)，再經(jīng)圖3電路累加計(jì)數(shù)處理為車速數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)碼管或液晶上顯示出來(lái)。
但汽車在行駛過(guò)程中并不是一直作勻加速運(yùn)動(dòng)的，單一的脈沖累加計(jì)數(shù)算法是無(wú)法反映汽車行駛過(guò)程中急劇的增減速運(yùn)動(dòng)的。為此，本實(shí)用新型再通過(guò)圖2汽車減速示圖，說(shuō)明光電傳感探頭(1)隨指針逆轉(zhuǎn)從VC-VC′→VB-VB′→VA-VA′反方向輸出車速脈沖信號(hào)方法，為圖3電路的加減脈沖計(jì)數(shù)提供可判別的依據(jù)。
下面，以圖2車輛減速為例，說(shuō)明汽車在減速過(guò)程中，減速脈沖信號(hào)的產(chǎn)生及方法。
設(shè)汽車速度從120公里/小時(shí)下降至119公里/小時(shí)時(shí)，速度指針將從車速刻度盤(pán)上指示的120(公里/小時(shí))車速數(shù)碼降至119(公里/小時(shí))的車速數(shù)碼上。由于光電傳感探頭在任何情況下都是與指針同步轉(zhuǎn)動(dòng)著，此時(shí)，圖2中，與光電傳感探頭中的VA-VA′光傳感器對(duì)應(yīng)的標(biāo)碼A120光反射點(diǎn)隨著探頭的離去而由C119光反射點(diǎn)進(jìn)入與VC-VC′光傳感器對(duì)應(yīng)的位置上(圖2中箭頭標(biāo)示的A至C處)VA-VA′處于截止?fàn)顟B(tài)，隨之反方向由VC-VC′輸出一在圖3電路中置定為減速的車速脈沖信號(hào)，由計(jì)數(shù)器作減一運(yùn)算，計(jì)算出與車速刻度盤(pán)上指針?biāo)甘镜?19(公里/小時(shí))車速數(shù)碼相同的車速脈沖數(shù)；當(dāng)汽車速度從119公里/小時(shí)再降至118公里/小時(shí)時(shí)，VC-VC′輸出的信號(hào)截止，由標(biāo)碼B118的光反射點(diǎn)反射回來(lái)的亮光使光電傳感探頭(1)中的VB-VB′導(dǎo)通，遂繼續(xù)輸出一減速脈沖信號(hào)(圖2中箭頭標(biāo)示的C至B處)；當(dāng)車速再下降到117公里/小時(shí)時(shí)，也即光電傳感探頭(1)中VA-VA′光傳感器處于與之對(duì)應(yīng)的標(biāo)碼A117的光反射點(diǎn)上(圖2中箭頭標(biāo)示的B至A處)，VB-VB′截止，VA-VA′導(dǎo)通，其輸出的脈沖信號(hào)繼續(xù)在圖3電路中作減一運(yùn)算。上述車速脈沖信號(hào)遞減檢測(cè)方法，在車速提續(xù)下降情況下，與圖2光反射條(3)中標(biāo)碼A120，C119，B118，A117……A0光反射點(diǎn)對(duì)應(yīng)掃描而過(guò)的光電傳感探頭，將一直按VA-VA′←VB-VB′←VC-VC′反方向輸出(減速)脈沖信號(hào)至汽車改變?yōu)樵鏊贂r(shí)為止。因而，當(dāng)汽車在不斷增速或減速過(guò)程中，無(wú)論汽車處于任何速度或狀態(tài)，根據(jù)本實(shí)用新型上述設(shè)計(jì)，由圖2光電傳感探頭(1)輸出的脈沖個(gè)數(shù)，都可以通過(guò)光傳感器VA-VA′，VB-VB′，VC-VC′的正反信號(hào)輸出，在圖3電路中進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，并實(shí)時(shí)數(shù)字線性顯示車速。具體細(xì)節(jié)由圖3.1光電車速脈沖傳感電路、圖3.2單片機(jī)車速運(yùn)算電路、圖3.3車速數(shù)字顯示電路詳細(xì)說(shuō)明。
在圖3.1中，VA ′、VB′、VC′為光電車速脈沖傳感電路中的光傳感器，也即圖2中光電傳感探頭(1)內(nèi)部的受光元件。
當(dāng)汽車點(diǎn)火發(fā)動(dòng)時(shí)，圖3.1中的VCC電源通過(guò)電阻R4的限流作用，向探頭內(nèi)部發(fā)光元件VA、VB、VC提供電流，使VA、VB、VC發(fā)出一定強(qiáng)度的光線；而受光元件VA′VB′VC′與各自的匹配電阻R1、R2、R3組成了電壓型光開(kāi)關(guān)。當(dāng)圖3.1中某個(gè)發(fā)光元件VA或VB或VC發(fā)出的光線被光反射條中相對(duì)應(yīng)的光反射點(diǎn)反射到各自的受光元件時(shí)，其中接受到反射光的受光元件處于導(dǎo)通狀態(tài)，未接受到反射光的受光元件則處于截止?fàn)顟B(tài)，被導(dǎo)通的受光元件使電源VCC施加到與其匹配的電阻R1、R2、R3相接的e1、e2、e3點(diǎn)上，形成符合TTL邏輯“1”電平的電壓信號(hào)，而處于截止?fàn)顟B(tài)的受光元件，將電源VCC與e1、e2、e3端隔開(kāi)，被電源地線通過(guò)電阻R1、R2、R3拉低成TTL邏輯“0”電平的電壓信號(hào)，將上述VA′、VB′、VC′輸出的反映車速脈沖變化的“0”或“1”邏輯電平信號(hào)分別通過(guò)P10、P11、P12三根信號(hào)輸入線輸入圖3.2單片機(jī)8748P1口上，并以輸入P1口的不同電平邏輯值進(jìn)行加減運(yùn)算，即可隨時(shí)計(jì)算出車輛所在時(shí)刻的速度。
由于汽車起步時(shí)，車速都從速度指針?biāo)甘镜?公里處開(kāi)始，故當(dāng)汽車點(diǎn)火車速為0公里/小時(shí)時(shí)，根據(jù)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)及圖2所述，光傳感器VA-VA′發(fā)出的光信號(hào)被光反射條A0標(biāo)碼光反射點(diǎn)反射到其受光元件VA′上，圖2.1中的VA′處于導(dǎo)通狀態(tài)，而此時(shí)另外兩只光傳感器VB-VB′、VC-VC′與B1、C2相對(duì)位置尚處于偏離狀態(tài)，VB、VC發(fā)出的光信號(hào)未被B1、C2反射回來(lái)，受光元件VB′、VC′處于無(wú)光照射的截止?fàn)顟B(tài)。處于光照射導(dǎo)通狀態(tài)的VA′在圖3.1光電車速脈沖傳感電路中被處理為“1”邏輯電平；而處于截止?fàn)顟B(tài)的VB′、VC′在圖3.1光電車速脈沖傳感電路中均被處理為“0”邏輯電平輸入圖3.2單片機(jī)8748P1口，形成圖3.2單片機(jī)8748P1口上的P1.0、P1.1、P1.2三根信號(hào)線邏輯值為P1.0＝“1”，P1.1＝“0”，P1.2＝“0”，因而單片機(jī)得出一個(gè)車速為0的數(shù)值，并將數(shù)值存入單片機(jī)內(nèi)部車速值存儲(chǔ)單元中。
當(dāng)汽車起步，車速增加到1公里/小時(shí)時(shí)，光電傳感探頭隨速度指針的順時(shí)針?lè)较蛳蛏掀D(zhuǎn)偏離A0光反射點(diǎn)，導(dǎo)光環(huán)中的B1光反射點(diǎn)隨之進(jìn)入VB-VB′光傳感器光照射位置，而此時(shí)C2尚未進(jìn)入VC-VC′光照射位置，因而，VB-VB′中的受光元件VB′從0公里/小時(shí)時(shí)的截止?fàn)顟B(tài)改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，VA-VA′由汽車點(diǎn)火時(shí)的導(dǎo)通狀態(tài)改變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，而VC-VC′尚未接收到反射光信號(hào)，仍處于截止?fàn)顟B(tài)，圖3.2中8748P1口輸入的邏輯值為P1.0＝“0”，P1.1＝“1”，P1.2＝“0”，單片機(jī)遂將車速值存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的數(shù)值0加1，得出新的數(shù)值1，再存入車速值存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。
當(dāng)汽車速度增加到2公里/小時(shí)時(shí)，光電傳感探頭隨速度指針繼續(xù)順時(shí)針?lè)矫嫦蛏掀D(zhuǎn)，形成A0、B1光反射點(diǎn)偏離VA-VA′、VB-VB′光傳感器光照射位置，而C2進(jìn)入VC-VC′光照射位置。故圖3.1中的VA′繼續(xù)處于截止?fàn)顟B(tài)，VB′也處于截止?fàn)顟B(tài)，而VC′則為導(dǎo)通狀態(tài)。圖3.2單片機(jī)8748P1口輸入的邏輯值為P10＝“0”，P11＝“0”，P12＝“1”，單片機(jī)隨之將車速值存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的數(shù)值繼續(xù)加1為2，再存入原車速值存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。至此，光傳感器VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′完成了對(duì)第一杠光反射條中A0、B1、C2標(biāo)碼的檢測(cè)掃描過(guò)程。
當(dāng)汽車速度再增加到3公里/小時(shí)時(shí)，光電傳感探頭又隨速度指針增加了一個(gè)“1”的速度單位，處于該速度單位的A3標(biāo)碼光反射點(diǎn)進(jìn)入VA-VA′光傳感器光照射位置，此時(shí)第二杠光反射條中的B4、C5標(biāo)碼光反射點(diǎn)尚處于未進(jìn)入VB-VB′、VC-VC′光傳感器光照射位置。圖3.2單片機(jī)從P1口上的信號(hào)輸入，又重復(fù)了P1.0＝“1”，P1.1＝“0”，P1.2＝“0”邏輯值。單片機(jī)繼續(xù)將車速值存儲(chǔ)區(qū)原存儲(chǔ)的數(shù)值加1而成為與速度指針指示在車速刻度盤(pán)上的車速值相同的車速數(shù)值3。在此情況下，若車輛繼續(xù)以增速狀態(tài)前進(jìn)，光傳感器VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′也將繼續(xù)從A3標(biāo)碼開(kāi)始以VA′→VB′→VC′方向，反復(fù)不斷，周而復(fù)始地從單片機(jī)8748P1口輸入“100”，“010”，“001”邏輯值，并在單片機(jī)車速值存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)，以連續(xù)加1運(yùn)算至汽車停止加速時(shí)為止。
相反的，當(dāng)汽車停止加速進(jìn)入減速或持續(xù)減速狀態(tài)時(shí)，光電傳感探頭中之VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′光傳感器與導(dǎo)光環(huán)中的光反射點(diǎn)相對(duì)位置的變化逆轉(zhuǎn)，從逆轉(zhuǎn)時(shí)光電傳感探頭輸出第一個(gè)車速脈沖信號(hào)開(kāi)始，從圖3.1VA′、VB′、VC′輸出與加速時(shí)方向相反的信號(hào)，使圖3.2單片機(jī)P1口三根信號(hào)線P10、P11、P12輸入的邏輯值改變?yōu)椤?01”，“010”，“100”狀態(tài)；與此同時(shí)，汽車在減速過(guò)程中，單片機(jī)車速值存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)值將連續(xù)不斷作減1運(yùn)算，至汽車停止減速時(shí)為止，其結(jié)果都與指針隨車輛減速下降所指示的車速值相同。
根據(jù)上述增減速邏輯值變化規(guī)律，同樣的道理，當(dāng)汽車按某一速度保持勻速行駛時(shí)，由于光電傳感探頭與導(dǎo)光環(huán)相對(duì)位置保持不變，單片機(jī)8748P1口上輸入的邏輯值也不變，保持原車速值存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)值。即使是在車速變化小于1的特殊情況下，由于光反射條排列之間有間隔，出現(xiàn)光傳感探頭中的VA′、VB′、VC′受光元件都得不到反射光而處于同時(shí)截止?fàn)顟B(tài)，從單片機(jī)8748P1口上輸入的邏輯值均為P1.0＝“0”，P1.1＝“0”，P1.2＝“0”，單片機(jī)保持原存儲(chǔ)的車速數(shù)值。這就是說(shuō)，當(dāng)車輛行駛時(shí)，無(wú)論車速如何變化，圖3.2單片機(jī)只須將該時(shí)刻從P1口輸入的邏輯值記憶保持，并根據(jù)車輛增、減速或不變速狀態(tài)與P1口邏輯值相應(yīng)的變化規(guī)律及軟件程序，將車速值存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)原數(shù)值加1或減1或加0的不斷運(yùn)算，即能每時(shí)每刻得出與指針指示在車速刻度盤(pán)上相同的車速數(shù)值。將所得出的車速數(shù)值通過(guò)圖3.2單片機(jī)8748外部設(shè)備的圖3.3車速數(shù)字顯示電路顯示出來(lái)。
圖3.3為車速數(shù)字顯示電路。
其中，包括D2中三只相同的74LS77數(shù)據(jù)鎖存器，D3中三只相同的74LS248數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器，以及三只作為車速數(shù)字顯示用的LC5011數(shù)碼管。
在圖3.2單片機(jī)車速運(yùn)算電路中，單片機(jī)8748通過(guò)對(duì)P1口輸入的不同邏輯值電平信號(hào)變化進(jìn)行加減運(yùn)算，將每次計(jì)算得出的車速數(shù)值通過(guò)數(shù)據(jù)總線(DATA)按車速數(shù)值的百位、十位、個(gè)位分別輸送到圖3.3車速數(shù)字顯示電路中的D2三只鎖存器74LS77鎖存起來(lái)，以便于數(shù)字顯示穩(wěn)定。三只鎖存器74LS77將鎖定的顯示數(shù)據(jù)再分別對(duì)應(yīng)輸出到圖3.3車速數(shù)字顯示電路中的D3三只數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器74LS248上，每只74LS248驅(qū)動(dòng)器再分別驅(qū)動(dòng)每一只與其相連接的LS5011發(fā)光數(shù)碼管，將鎖存器74LS77鎖存的百位、十位、個(gè)位車速數(shù)值顯示出來(lái)。上述車速數(shù)字顯示也可通過(guò)單片機(jī)8748的數(shù)據(jù)口將車速數(shù)值串行輸出到液晶顯示驅(qū)動(dòng)器MC145453上，將車速數(shù)值顯示出來(lái)。在此過(guò)程中，單片機(jī)8748不斷重復(fù)上述動(dòng)作，至汽車熄火為止。
下面就里程數(shù)字化問(wèn)題，詳細(xì)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)的具體方法和原理。
S＝V×T為車輛行駛里程計(jì)算公式。式中，S為車輛行駛距離，V為車輛行駛速度，T為車輛行駛時(shí)間。根據(jù)S＝V×T公式，本實(shí)用新型圖3.2單片機(jī)8748根據(jù)速度與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系，將可容易的計(jì)算車輛的行駛里程。
然而車輛行駛過(guò)程中，車速是隨機(jī)不斷變化著的，是不可能以保持同一車速的方式去計(jì)算行駛里程的。但是，在一個(gè)很短的時(shí)間段△t內(nèi)，車輛行駛的速度則可以是一個(gè)固定值，因而，在該時(shí)間段內(nèi)，車輛行駛的里程段△S則是一個(gè)固定值。將t時(shí)間內(nèi)的所有時(shí)間△t所行駛的里程段△S相加，即S＝V1△t1+V2△t2+V3△t3+……就可累計(jì)得出T時(shí)間內(nèi)的里程值。式中△t1、△t2、△t3……，全部△t時(shí)間段相同且相加為總行駛時(shí)間T；V1、V2、V3……是對(duì)應(yīng)各個(gè)時(shí)間段△tn時(shí)的車速數(shù)值。本實(shí)用新型中，選擇時(shí)間段△t設(shè)定為10ms，(也可大于10ms可小于10ms)，那么，所有車速值0，1，2，……120公里/小時(shí)在每10ms時(shí)間內(nèi)行駛的里程段就可預(yù)先計(jì)算出來(lái)，并形成一個(gè)按車速由小到大順序排列的車速里程段關(guān)系表格，計(jì)算公式為△S＝Vn÷3600÷1000×10，Vn是表格內(nèi)車輛從0，1，2……120公里/小時(shí)預(yù)先設(shè)定好的車速數(shù)值(預(yù)先設(shè)定好的車速數(shù)值，視高速車需求而定)，而Vn÷3600÷1000則變成了每ms車速行駛的里程值，再乘10ms即可得出關(guān)系表中的各個(gè)里程段值△S。將此車速里程段關(guān)系表，與單片機(jī)8748的執(zhí)行程序一起用專用編程工具如ALL-07等一并寫(xiě)入單片機(jī)8748片內(nèi)的EPROM存儲(chǔ)器中，單片機(jī)8748就可隨時(shí)根據(jù)現(xiàn)行車速數(shù)值去查找對(duì)應(yīng)的里程段值，再進(jìn)行累計(jì)工作就可得出總的行駛里程數(shù)值?？偫锍痰睦塾?jì)工作可將上述里程公式，即S＝V1△t1+V2△t2+V3△t3+……變?yōu)镾n＝Sn-1+Vn×△tn，式中Sn-1為此次時(shí)間段以前所有小時(shí)間段△t內(nèi)行駛里程的總和，Vn為本次時(shí)間段△t內(nèi)車輛行駛的車速數(shù)值。單片機(jī)8748每10ms一周期不停地計(jì)算里程值Sn，并且在每次里程值Sn計(jì)算完畢后，將其存入帶有掉電保護(hù)的存儲(chǔ)區(qū)RAM內(nèi)(單片機(jī)8748片內(nèi)具有)，以便下次計(jì)算使用并防止停車后丟失里程數(shù)值。然后可用與圖3.3車速數(shù)字顯示相同的方法，用七只數(shù)據(jù)鎖存器分別將里程中的十萬(wàn)位、萬(wàn)位、千位、百位、十位、個(gè)位及小數(shù)點(diǎn)后一位(百米值)鎖存，再由七只驅(qū)動(dòng)器74LS248驅(qū)動(dòng)七只數(shù)碼管LC5011，即可獲得車輛行駛的里程處理及顯示功能，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型一種模擬/數(shù)字兼?zhèn)涞碾娮榆囁倮锍瘫肀眍^的目的。
圖4為本實(shí)用新型另一實(shí)施例示意圖圖4中，光電傳感探頭(2)與圖1.3光電傳感探頭結(jié)構(gòu)及功能相同，都包括由VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′發(fā)光管及光敏管組成的反射型光傳感器。不同之處在于圖4光電傳感探頭(2)以固定方式裝設(shè)(如表壁位置上)，而非圖1.3光電傳感探頭以活動(dòng)方式裝設(shè)在平衡塊上。還有，在圖4中，導(dǎo)光環(huán)(4)中的一道道白色分度斜線條構(gòu)成的一杠杠光反射條(3)與圖1.4導(dǎo)光環(huán)一樣，也都是采用等角不等距陣列An×3，Bn×3+1，Cn×3+2模式，將車速刻度盤(pán)上的車速數(shù)碼，以標(biāo)碼方式對(duì)位標(biāo)示并每列一杠涂印在環(huán)上。不同之處在于圖4中導(dǎo)光環(huán)(4)裝設(shè)在轉(zhuǎn)動(dòng)著的指針軸(1)上，而不是具定裝貼在表頭內(nèi)壁周邊上。再者，兩實(shí)施例在調(diào)校歸零方面，其方法也相同。圖4實(shí)施例中，光電傳感探頭(2)中之VA-VA′，導(dǎo)光環(huán)(4)中之A0標(biāo)碼，都需與車速刻度盤(pán)上的指針歸零標(biāo)定。這樣，當(dāng)汽車點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，圖4光電傳感探頭(2)中之VA-VA′發(fā)射光將照射在導(dǎo)光環(huán)(4)中第一杠光反射條之A0標(biāo)碼上，并以導(dǎo)通狀態(tài)從光電傳感探頭中之VA-VA′輸出一個(gè)與指針指示在車速刻度盤(pán)上0(公里/小時(shí))車速數(shù)碼對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)。接下，隨著汽車的啟動(dòng)以及行駛過(guò)程中不同時(shí)刻的速度變化，與指針(5)同步轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)光環(huán)(4)，在與固定裝設(shè)著的光電傳感探頭(2)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，也將按圖1圖2第一實(shí)施例所述車速狀態(tài)，以導(dǎo)通截止方式從VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′光傳感器中，輸出一個(gè)個(gè)與車速刻度盤(pán)(6)上指針(5)所指示的車速數(shù)碼對(duì)應(yīng)相同的加速或減速脈沖信號(hào)，在圖3相同的系統(tǒng)電路中進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，并以數(shù)字方式顯示出來(lái)(具體細(xì)節(jié)與第一實(shí)施例同，略)最后，本實(shí)用新型兩實(shí)施例所述的反射型光電傳感探頭，也可以采用透射式光電傳感探頭實(shí)施。具體做法是將探頭中的VA、VB、VC發(fā)光管及VA′、VB′、VC′光敏管以門(mén)式組合結(jié)構(gòu)分立于導(dǎo)光環(huán)的外內(nèi)側(cè)。若此，導(dǎo)光環(huán)中涂印的白色分度斜線條，即光反射條則應(yīng)開(kāi)槽透光。
說(shuō)明1、本實(shí)用新型第一實(shí)施例光電傳感探頭的信號(hào)輸出入接線，可采用絕緣套管方式編織成套，套在張絲上。(圖面未畫(huà)出，略)2、本實(shí)用新型單片機(jī)及TTL集成電路片不受圖3.3標(biāo)示型號(hào)限制，也可選用相同功能單片機(jī)及集成電路片。
3、圖2圖解及標(biāo)碼，主要為原理設(shè)計(jì)說(shuō)明方便而示。具體分度制造時(shí)，因0-15(公里/小時(shí))低速區(qū)偏轉(zhuǎn)角狹小，可考慮非線性簡(jiǎn)化標(biāo)碼分布，不影響車輛計(jì)速精度及大局。
權(quán)利要求1.一種無(wú)軟軸傳動(dòng)的電子車速里程表表頭，具有磁電式電流表結(jié)構(gòu)，還有光電傳感探頭、導(dǎo)光環(huán)、單片機(jī)及電路，其特征是—具有隨車輛速度增減變化輸出正、反脈沖信號(hào)的光電傳感組件，安于電子車速里程表表頭中；—包括速度及里程在內(nèi)的計(jì)數(shù)顯示電路，與一個(gè)由多個(gè)發(fā)光管及光敏管構(gòu)成的光電傳感探頭的信號(hào)輸出線接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電子車速里程表表頭，其特征在于所述光電傳感探頭分別由三個(gè)發(fā)光管及三個(gè)光敏管組成，安于表頭內(nèi)部的平衡塊位置上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電子車速里程表表頭，其特征在于所述一具有多點(diǎn)反射光信號(hào)的導(dǎo)光環(huán)，裝貼于表頭內(nèi)壁周邊上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述電子車速里程表表頭，其特征在于所述導(dǎo)光環(huán)上的一杠杠光反射條，是由黑白相間的斜線條裝貼或印制的。
5.一種無(wú)軟軸傳動(dòng)的電子車速里程表表頭，具有磁電式電流表結(jié)構(gòu)，還有光電傳感探頭、導(dǎo)光環(huán)、單片機(jī)及電路，其特征是—具有隨車輛速度增減變化輸出正、反脈沖信號(hào)的光電傳感組件，安于電子車速表表頭中?！ㄋ俣燃袄锍淘趦?nèi)的計(jì)數(shù)顯示電路與一個(gè)由多個(gè)發(fā)光管及光敏管構(gòu)成的光電傳感探頭的信號(hào)輸出線接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述電子車速里程表表頭，其特征在于所述一具有多點(diǎn)反射光信號(hào)的導(dǎo)光環(huán)，也可以安在表針結(jié)構(gòu)的指針軸上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述電子車速里程表表頭，其特征在于所述光電傳感探頭也可以安在表頭內(nèi)壁，且固定安在與指針對(duì)應(yīng)歸零的位置上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述電子車速里程表表頭，其特征在于所述導(dǎo)光環(huán)上的一杠杠光反射條，是由黑白相間的斜線條裝貼或印制上的。
專利摘要本實(shí)用新型一種數(shù)字/模擬兼?zhèn)涞碾娮榆囁倮锍瘫肀眍^,屬于車速儀表裝置。該裝置包括非軟軸傳動(dòng)的車速表指針機(jī)構(gòu),還有光電傳感裝置、單片機(jī)及計(jì)數(shù)、顯示電路。光電傳感器裝置改加裝在磁電式車速表表頭內(nèi)部,將指針指示在車速刻度盤(pán)上的車速數(shù)碼轉(zhuǎn)換為車速脈沖信號(hào),經(jīng)放大、整形,運(yùn)算電路處理為包括速度與里程在內(nèi)的數(shù)字信號(hào),在數(shù)碼管或液晶顯示器上顯示出來(lái),是一種數(shù)模同步兼?zhèn)?且數(shù)顯具線性功能的新型車速儀表裝置。
文檔編號(hào)G01C22/00GK2379783SQ9921580
公開(kāi)日2000年5月24日 申請(qǐng)日期1999年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月28日
發(fā)明者李揚(yáng)榮, 孫世強(qiáng), 李宗懋 申請(qǐng)人:李揚(yáng)榮, 孫世強(qiáng), 李宗懋