車載電子海拔高度系統設計

唐鈞山

摘要： 電子海拔高度表，是一種隨著科技發展而誕生的新興產物。與傳統的機械式高度表相比，具有明顯優點，如一致性更好，測量范圍和溫度環境更寬，可靠性高、靈敏度和分辨率高等。同時，其顯示結果更為直觀，且具有成本低的優勢?；谶@些特點，采用電子式高度表更符合其技術發展趨勢。本文詳細介紹了車載用電子海拔高度系統的設計方法。

Abstract: The electronic altitude altimeter is a new product produced along with the development of science and technology. Compared with the traditional mechanical altimeter, it has obvious advantages， such as better consistency, wider measuring range and temperature environment, high reliability， high sensitivity and high resolution. At the same time， the showing result is more intuitive, and has the advantages of low cost. Based on these characteristics, the use of electronic altimeter conforms to its technological development trend. This article details the design method of vehicle electronic altitude system.

關鍵詞： 電子海拔高度；單片機；LCD；氣壓傳感器；數據采集；標度變換

Key words: electronic altitude；single chip microcomputer；LCD；gas pressure sensor；data acquisition；scale transformation

中圖分類號：TP212文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0056-02

0引言

當前，隨著我國技術的不斷進步，我國汽車行業有了長足發展，同時人們也越來越關注汽車的安全度、舒適度和節能環保性。因此，汽車電子控制的程度也越來越高，汽車電子控制設備必須能夠準確、迅速地處理其遇到的各種信息，并及時顯示在電子儀上，以便駕駛人員及時掌握車輛的運行情況，遇到緊急情況及早采取措施。

汽車電子儀表面板可以及時采集和處理不同的傳感器信號，它不僅可以及時顯示各種檢測到的信息，還可以顯示經過微機運算、分析以及處理之后的信息。另外，一些帶有診斷功能的汽車微機還可以及時診斷出汽車故障，并發出警告信號，提醒駕駛員及早采取措施。

在車載電子海拔高度表方面，隨著電子技術及傳感技術的高速發展，加之半導體硅微細加工技術及加工工藝的不斷提高，氣壓傳感器的生產成本不斷降低，已完全具備研發和采用電子式高度表的條件。電子式高度表與機械式高度表相比，具有明顯優點，可靠性更高，一致性更好，靈敏度和分辨率更高，測量范圍和溫度環境更寬等。

1車載電子海拔高度系統的研究意義

車載電子高度表可以為車載ECU提供所在位置的海拔高度，這一點對于越野車尤為重要。因為機電產品的工作穩定性是跟氣壓相關的，而不同的海拔高度有明顯的氣壓差。當汽車行駛至相當高度時，很可能導致汽車內的某些機電設備工作不正常，更嚴重的可能會導致汽車無法正常行駛。其中，發動機是受海拔影響較為明顯的機電設備之一，因為海拔的變化直接影響著燃料的燃燒效率。因此，測出實時的海拔高度信息是很有必要的，ECU得到實時高度信息后可以調整車內某些設備的設置，使之適合于該海拔高度環境。另外，目前很多人都有高原反應。車載電子高度表為人們提供了實時高度信息，讓人們可以提前預防，以避免高度變化對人體造成的傷害。再者，車載電子高度儀會把汽車行駛過的地方的海拔高度保存下來，這些數據也就是汽車行駛路線的海拔高度，具有一定的研究意義。

2車載電子海拔高度系統的研究現狀及發展趨勢

汽車通用儀表自汽車問世以來歷經了以下幾代：機械式通用儀表、電子機械式通用儀表、全電子式通用儀表。傳感器由以前的機械膜盒、磁鐵等發展到現在的電子壓力傳感器、磁阻傳感器等，指示方式由以前的十字線圈指針指示，發展到現在的LCD或VFD全數字式指示，有效地克服了機械式通用儀表存在線性差、精度不高、易磨損、響應速度慢、穩定性和抗干擾能力低等不足，是汽車儀表的重大發展。發達國家從80年代開始逐步淘汰基于模擬電子技術的汽車儀表，開始實行全數字化儀表的制造，最初為“數字顯示”形式的儀表。隨著計算機控制技術、電機制造技術和傳感技術的發展，以各類傳感器為獲取原始數據的手段，以ECU控制步進電機驅動指針與LCD或VFD顯示相結合的全數字智能儀表在90年代推出，德國的VDO、美國的德科、日本的矢崎都是該領域的代表。

目前，國內由于整體汽車工業相對落后，汽車儀表也相對落后，雖然國內已有少數廠家開始生產第三代“數字顯示”的數字儀表，但是能生產高性能的傳感器加ECU控制步進電機驅動指針與LCD或VFD顯示相結合的全數字智能儀表的廠家還不多。

3工作原理

車載電子海拔高度系統的核心是在單片機的統一控制下，利用氣壓傳感器對高度的實時測量和顯示。高度測量是利用不同海拔高度氣壓不同的特點，通過氣壓傳感器間接地測量海拔高度；LCD點陣顯示器主要是通過軟件編程的方法，把實測的海拔高度和變化過程明了地在LCD顯示屏上顯示出來。

4設計原則

任何一個好的產品的開發都需要遵循一定的設計原則，本設計遵循以下原則：①達到或超過技術指標。設計任務書是設計和研制測控系統應達到的要求。設計任務書除了定性地提出要求實現的功能外，還常常提出一些定量的技術指標。為了達到規定的目標，必須把這些指標層層分解，逐級落實到設計過程的各個階段和各個方面。②盡可能提高性價比。為了獲得盡可能高的性能價格比，應在滿足系統性能指標的前提下，盡可能的降低成本，如可以選擇一些較為簡單的設計方案和價格較低的元器件。③適應環境，安全可靠。為保證系統設備的正常運行，應系統地研究和考慮其使用環境。在微機化測控系統的設計過程中，要充分考慮到該系統所使用的環境和條件特別是惡劣和極限的情況，同時要采取各種措施提高可靠性。④便于操作和維護。在設計測控系統的軟件和硬件時，要考慮其可操作性?？刂崎_關或按鈕不能太多、太復雜，操作應簡單明了，輸入輸出數字應用十進制表示。操作者無需專門訓練，便能掌握測控系統的使用方法。本系統只有一個操作按鈕有效地簡化了操作，其主要功能是海拔高度顯示方式的切換。在顯示方面，用LCD顯示，直接顯示十進制數字，更為方便和直觀。⑤提供必要的功能，不能僅僅是功能堆積。系統最終是面向市場的，要想贏得市場，必須物美價廉，功能實用，不能一味地搞功能堆積。

最后，系統應該具有很好的可維護性。為此，系統結構要規范化，模塊化，如果需要，要配備有現場故障診斷程序。

5研究方案

5.1 系統方案框圖

[氣壓

傳感器][信號調理與轉換][單片機

系統][人機交換界面]

圖1

5.2 硬件方案

①在單片機選型方面，主要考慮性價比問題，最好使用Microchip公司的PIC16F819芯片，因為在功能方面它可以實現8051的功能，而且體積相對較小，更主要的原因還有兩個：第一，它內部有一個A/D采樣模塊，不需要再重新添加；第二，它具有內部晶振模式，不用外接晶振，而且功耗低。②在傳感器選擇方面，選擇NovaSensor公司的NPP-301系列傳感器，主要是考慮性價比方面的因素。③在顯示方面，選用點陣式LCD做顯示器件，原因是其技術成熟，顯示效果良好，能夠同時顯示漢字、字符和圖形，滿足設計的需要。④擴展E2PROM，為了節約口線，選用采用I2C總線連接形式的24C16，它的大小合適。⑤電源部分，選用線性穩壓器，而不是開關電源。

5.3 軟件方案

硬件電路確定以后，我們就要在此基礎上設計出能實現系統所要求功能并且資源最省的軟件系統。

首先，因為單片機PIC16F89內部只有4K程序存儲器，所以我們采用匯編語言編程以節省存儲器空間。

其次，程序由主程序和子程序兩部分構成。主程序是系統的框架，在主程序中作系統初始化，調用其他子程序完成各項任務。子程序包括:A/D采樣及處理；數據顯示及人機交互；延時等等。

電子海拔高度系統軟件結構框圖及說明如圖2。

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