1.1 课题研究的背景

　　随着人们对汽车行业发展的越来越重视，汽车行业的发展速度越来越快，所以汽车中的各个系统所携带的信息量也越来越大。以前用的汽车速度/里程仪表一般是机电式仪表，通过这种简单的仪表使用者只能读取到行驶中必须的信息，而无法读取到很多的辅助信息。所以汽车仪表技术正向着数字化、信息综合化的方向发展。数字化汽车仪表取代传统的机械式仪表已经是大势所趋。所以现在车辆所用的仪表大都是利用电子显示系统技术。电子显示系统与各种检测的设备连相结合，可以对汽车的车速、里程等参数进行测量计算，并以数字的形式反映给使用者。数字式汽车仪表具有准确度高、响应速度快、读书清楚直观等特点。此次课题就是在这种背景下提出的，主要的内容是设计一个数字式汽车里程表[8-12]。

　　单片计算机自从被发明利用以来，发展速度极快，现在已成为主要控制芯片中的一个很重要的模块，在人们的现实生活中应用也越来越广泛，已经对人们的生活及各方面产生了巨大的影响，因51系列单片机具有其体积较小、功能强大、性价比高、实用性强、硬件电路结构简单等特点，并且可以方便的与其他各种用于速度、里程、温度、压强、流量、光强等方面的测量的器件相连接，并且合理控制这些器件，组成具有多种功能的系统。本设计利用次系列单片机的可扩展高、可靠性能高、数据处理处理功能强、电路结构简单性价比高等特点，实现对数字式汽车里程表的总体控制和运行[13-15]。

　　1.2 课题研究的目的和意义

　　在这个自动化程度比较高的年代，对仪表来说自然也有了也有了更高的要求，以前人们使用的一般都是是机电式仪表，在日常使用汽车里程表的过程中我们也可以感觉到到这种仪表已渐渐不能满足现代汽车的更高要求。因此，近些年来有很多高精度、高智能化、读数更加清楚直观的数字式仪表不断在汽车上应用，但是无论如何安全性都是汽车最关键的指标，现代仪表也做到了安全报警这方面。数字式仪表将能够向司机提供辅助屏幕，可以显示路况信息，提示前方是否限速等，所以研究出这类仪表将会给使用者提供更合理的、更安全的配制方法来满足汽车用户的此类基本需求[16]。

　　1.3 本设计的主要内容

　　本设计的主要内容是基于单片机的数字是汽车里程表的设计，可以将汽车的实时速度和里程显示在所设计的LCD显示器上，利用霍尔传感器测量模拟汽车轮的转速，再转化为脉冲信号送到单片机接口，经过算法计算转化为速度并将其显示，所设计的报警模块可以实现超速声光报警，并且这个超限值是可以由用户自由设置。本设计主要是以51系列单片机为主控制器件，利用霍尔传感器将测量到的转速转化为电脉冲送到单片机中断系统，单片机对电脉冲进行计算处理控制LCD显示模块将速度和里程进行显示，使用户观察这些数据更方便。用户可以设置一个速度上限值，当实时速度大于这个值时，会发出报警提示，极大的保护了使用者的安全[17-19]。

　　1.4 课题设计研究进度计划

　　第一阶段：

　　2015年11月1日-2015年12月1日：在学校图书馆电子文库中查阅有关数字式汽车里程表的设计的文章，对采取的方案进行选择，完成开题报告。

　　第二阶段：

　　2015年12月2日-2016年4月1日：这个阶段进行具体的硬件电路设计，应该自习检查各个组成模块，保证整个里程表硬件系统可实现性和可靠性。然后再进行系统整体的软件设计，然后软件系统对硬件系统的相结合，利用软件系统来控制硬件系统，是系统能达到预期的所有功能。

　　第三阶段：

　　2016年4月2日-2016年4月30日：整理设计过程的所有资料和数据，开始撰写论文同时动手焊接实物，对实物进行功能检测，对论文及设计电路图等进行修改确保能达到预期要求。准备毕业论文答辩。

　　第四阶段：

　　2015年5月：毕业论文答辩。

　　1.5 本章小结

　　本章节主要介绍了数字式汽车里程表的研究背景及目的意义，介绍了具体的重点研究内容，明确了研究的进度计划。

　　第2章 设计功能指标要求

　　1. 要求达到的各项指标：

　　(1)所选择霍尔传感器工作电压应该在1-5V;

　　(2)所测得的速度精度应精确到1km/h;

　　(3)所显示的里程精度应该精确到0.1km。

　　2. 设计的功能及实现方法如下：

　　(1)霍尔传感器可以测量模拟车轮转动时磁通量的变化并转化为脉冲信号，单片机中断系统可以对这个脉冲信号进行计数/定时。

　　实现：可以用单片机系统中原有计数器对霍尔元件发出的脉冲信号进行统计。

　　(2)当速度大于所设置的上限值时系统会发出声光报警。

　　实现：单片机把当前速度与使用者所设置的速度上限值进行比较，如果当前速度大于用户所设置得上限值时，单片机会将P2.0(与蜂鸣器相连接)和P1.2(与LED灯相连接)置低电平，所以相应的蜂鸣器报警电路和LED报警电路就会得电，所以蜂鸣器会发出响声，LED灯会发光，这样就实现了超速声光报警。

　　(3)速度和累计里程可以在LCD1602液晶屏幕上进行显示。

　　实现：当单片机软件程序计算出当前速度和里程时，就会向LCD1602液晶显示器发出请求，这时LCD1602液晶显示器内部程序就会先读取要显示数据的地址，再讲要显示的数据送到显示器，然后显示器使用并行扫描方式，对这些数据信息进行显示。

　　第3章 设计方案

　　3.1 基本设计思路

　　通过对数字式汽车里程表的国内国外研究现状和设计方法的分析，同时结合自己身边人们所喜欢用仪表的类型及价格，因此，次设计不仅要保证设所计数字式汽车里程表的功能齐全，更要考虑所设计数字式汽车里程表的成本及实用性，所以在元器件的选择上应该考虑更多，不仅要实现我们所要设计的功能，还要在价格、体积、质量等多方面多斟酌，力求最优。通过一系列分析研究，要设计这样一个数字式汽车里程表要满足下面条件：

　　1. 此设计应该具备霍尔传感器以达到测量汽车速度的作用;

　　2. 此设计应该具备LCD显示器以达到将速度与里程实时显示的作用;

　　3. 此设计应该具有报警功能当当前速度超过用户所设置的速度上限值时实现报警声光报警;

　　4. 此设计应该具备有掉电保护的存储器达到存储里程和报警上限值的作用。

　　3.2整体方案概述

　　本设计主要是以单片机STC89C52RC为主控制芯片。测速模块主要利用霍尔传感器测量电脉冲送到单片机计数/定时接口经过计算得到速度及里程，显示模块是利用LCD1602显示速度及里程，存储模块用存储器24C02，报警模块用蜂鸣器及一个LED灯及报警电路组成，系统原理框图如图3-1：

　　图3-1 系统原理框图

　　3.3系统方案论证

　　本设计主要是采用STC89C52RC为主控制芯片，以霍尔传感器、储存器、LCD显示器等主要模块的数字式汽车里程表的设计。本设计主要由五个部分组成，即单片机主控制器件模块、霍尔传感器模块、声光报警模块、储存器模块以及LCD显示模块。作为车用数字式里程表，其主要解决的问题就是向用户提供数字显示的车速、里程等信息。主控制方式的选择是本设计的重点，通过查阅分析，共有两套方案供选择：

　　方案一：采用CAN总线仪表系统。这种系统分为CAN通信模块、里程计算模块、速度信息采集和显示模块等几个部分[20]。主要优点体现在：具有高速传输速率，优良的抗电磁干扰性，并且很大程度的减少了车身布线，并且具有反应快，可靠度高的特性;可以很大程度上去除了安全隐患;增大了仪表显示的信息量，并且想要扩展其他模块也非常容易，跟上了汽车电子技术迅速发展的脚步。

　　方案二是采用单片机为主控芯片数字仪表系统。其主要组成也包含以下几个部分：速度采集模块，数据信息处理模块，存储模块等。主要优点体现在：显示速度和里程的精度高于国家标准;使用者读取数据很直观方便;响应速度很快;产品的质量和实用性都有根本保证;适用范围很广泛，基本能满足现在市场的所有车型。

　　经过分析和取舍，本设计面向的是大众化的一些中端汽车，性价比和实用性成为选择器件的重要标准。尽管方案一具备许多方案二没有的优点，但是由于其技术尚未成熟及其昂贵的制作成本，使其仅在一些国外高档汽车上才得到应用。而以单片机为主控芯片的数字式仪表的卓越的性价比已引起我国车用仪表界的关注。因其具有抗干扰能力强、体积相对较小、响应速度快、显示精度高、集成度相对较高、抗干扰性能力强、实用性强等特点，因此完全可以代替传统的汽车仪表。所以，本系统采用以单片机作为本系统的主控芯片为最终的总体设计方案。

　　3.4本章小结

　　本章节主要介绍了数字式汽车里程表的设计方案，其次介绍了设计方案及数字式汽车里程表总体设计原理图，最后将讲述了CAN总线模式和单片机控制模式数字式汽车里程表的特点，最后进行比较选择了易实现、性价比高、实用性强的单片机为主控芯片的方案。