全电子式汽车仪表总成设计.docx
- 文档编号:6108329
- 上传时间:2023-01-03
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:305.18KB
全电子式汽车仪表总成设计.docx
《全电子式汽车仪表总成设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《全电子式汽车仪表总成设计.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
全电子式汽车仪表总成设计
山西广播电视大学
传感器原理与应用课程设计
设计题目:
全电子式汽车仪表总成设计
专业:
机械制造及自动化
学生姓名:
靳利铭学号:
10140001252966
起迄日期:
2012年10月22日~2012年11月5日
指导教师:
全电子式汽车仪表总成设计
一、目的
同学们学过传感器原理及应用课程后,已初步了解了常用传感器的工作原理、特点等理论知识,但还缺乏实际设计应用的能力。
今安排的课程设计——汽车仪表总成,是一种把汽车上所有测量仪表总装在一起,集中向驾驶员提供各种驾驶信息的仪表板。
选择这个课题,不仅因为这里检测的参数,正是许多其它工业测控中最常用到的温度、压力、液位、速度、大电流等参数,具有代表性、综合性,可以培养我们的实际工作能力;而且因为全电子式仪表具有一定的先进性,它代表了当前汽车仪表的发展方向,可以培养我们的研发能力。
传统汽车仪表属机电热力式仪表,其体积大、功耗大而寿命不长,故正朝电子化,微机化方向迅猛发展。
希望同学们能在设计过程中学会从工程角度思考问题,熟悉本专业领域的传感器产品,学会对产品传感器的正确接口、信号调理、线性化、校准及常用的电子显示/报警方法。
二、设计资料
1.按任务书要求查阅传感器资料。
2.重点学习一种汽车专用IC(也可广泛用于家电等)LM3914的内部结构原理,考虑如何用普通运放LM324仿制和用EWB仿真。
3.LM3914的典型用法:
A.固定增益(1.2V满量程)的最简单用法——只需外加一只电阻。
B.改变增益(最大可提高到200mV满量程)的方法——内1.2V分压后作基准电压。
C.闪烁报警方法——看发放的资料。
三、设计内容和步骤
本课程要求同学从图一汽车仪表总成图中的二组仪表中各任选一半(即三只表),将其改进设计为全电子式的仪表。
其中车速-里程表任务属于数字仪表设计训练,只要求考虑一种老师建议的系统方案,要求通过查找IC手册,把完整详细的电路图画出来,讲清工作原理,进行必要的计算即可。
不仿真、不制作,只作理论设计。
组合仪表任务属于模拟仪表设计训练,这是传感接口技术中最重要的基本功,故要求任选二只表进行详细的EWB仿真设计和实际制作(每组同学可共同制作一只或二只表),记下调试数据!
进行结果误差分析。
每只表都要讨论二种以上的设计方案,但只选择一种性价比最高的方案进行设计、仿真和制作。
报告一律用五号字体WORD打印,一般6页左右即可。
要特别注意传感器的选择。
作为产品设计方案应优选当前市售商品,但本实验设计允许选用简易元件(如PN结二极管,普通热敏电阻等,具体见下提示),以便实验室仿真和制作。
你若对产品设计饶有兴趣,可在“方案讨论”中讨论一下即可。
最后的“发挥题”仅供思考,可与教师讨论,但不写入报告。
四、设计进度安排(明确时间、地点)
查阅并自学常用汽车传感器资料——1天。
至少要查到转速、油量、油压、温度传感器各二种类型以上,并记录其原理、特点及典型应用方法。
查阅/自学IC资料和大电流检测方法并初拟各表的实现方案——1天。
至少要查到LM2917频率-电压转换器,LM3914点/条状LED显示驱动器、LM324单电源四运放、CD4040十二位二进制串行计数器、ICM7225四位半LED数码管的脉冲计数/译码/驱动器、7805三端稳压器、7660负电压产生器,大电流检测的四端点电阻采样法、霍尔效应法。
三只表的详细电路图设计——3天。
计算机仿真——2天
制作调试——3天
撰写设计报告——4天。
平时一定要注意搜集/记录资料,设计计算、实测数据不可缺少。
五、设计成果
(一)设计方案
一、 车速表
只要求考虑如下一种系统方案,要求通过查找IC手册,把完整详细的电路图画出来,讲清工作原理,进行必要计算即可。
不仿真、不制作。
RC滤波
SZMB—5型
转速传感器
调量程
20只LED
条状显示
二级LM3914
驱动
1
LM2917
F/V转换
图二车速表原理图
传感器概要:
选用SZMB—5型磁电式转速传感器,配合高为900mm的轮胎时,其特性为每转输出60个正弦波(幅度>300mv,但不稳定),故车速0~100km/h时,对应输出0~589.2Hz近似正弦波。
计算提示:
先求出最大车速100km/h时,传感器输出信号的频率fi;
LM2917的输出公式:
Vout=Vcc.R1.C1.fi
二、里程表
也不仿真和制作。
车速表和里程表应共用一个SZMB—5型磁电式转速传感器,以降低成本.
注:
为防止掉电而丢失里程数据,需选用有记忆功能的机械计数器,如青岛海泰电气股份公司的876-I(II、III)型六位电磁计数器,它不带回零装置,可防止篡改。
计算提示:
先求900mm的轮胎周长C,再求脉冲当量q=C/60个脉冲(=0.047167m/脉冲),由此得每100米应计数n=100/q化为二进数=100001001010(B),由此推得对应于CD4040的脚名和脚号,进行连线。
三、油量表
传感器:
可用电阻式油量表,它有正向和反向变化式二种。
典型正向变化式特性为
油量:
0~1/2~1对应输出电阻:
0~30~60
反向变化式(昌河ULG-17)
油量:
0~1/2~1对应输出电阻:
110~32.5~0
系统方案1——直接电阻分压取样
此法简单,但因Rs小,故非线性大,接近1LED(应自行计算分析),无法接受。
系统方案2——恒流源电阻取压采样
此法线性及抗干扰性均好,是电阻性传感器的优选取样电路之一,故决定采用。
简易恒流源参考电路:
精密恒流源参考电路:
简易恒流源计算提示:
1.基极分压电阻应较小,使510上压降稳定在2V上,
2.为使Rx上能产生满幅显示所需1.2V,I=(2--0.7)V/W应为20mA
条形显示器的实验制作:
考虑到任务指标只要高中低三档显示,故可以用一只LM324仿照LM3914(见附录“参考资料”)自制。
四、油压表
系统方案:
常用油压表也是电阻式的,故也有如上二种方案可选,不过因其阻值较高(185)非线性不大,故取第一种方案——直接电阻分压取样。
传感器特性:
一种典型的电阻式油压传感器的实测数据为:
输入压力:
0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,4,4.5,5bar
实际输出:
10,28,48,65,82,98,116,133,150,168,185欧姆
线性输出:
10,32,45,63,80,98,115,133,150,168,185欧姆
可见线性已经比较理想。
计算:
5V(185)/(185+Rs)=1.2V解得Rs=585
条形显示器的实验制作:
考虑到实验制作指标可降低到7档显示,故可以用二只LM324仿照LM3914自制。
五、水温表
系统方案讨论:
常用的温度传感器种类很多,如热电偶,热电阻,热敏电阻,PN结,AD590等。
可考虑用热敏电阻或PN结。
1.热敏电阻方案:
热敏电阻公式:
Rt=Ro*exp[B(1/T—1/To),B为材料常数,T为绝对温度。
为克服热敏电阻低端电阻不为零的特性,宜采用电桥检测电路。
(注意热敏电阻的负温度电阻特性,应将热敏电阻放在电桥的合适部位)。
为克服热敏电阻的严重非线性影响,可在其上并一只合适电阻Rp=Rm(B–2Tm)/(B+2Tm),其中Rm为量程中点温度处的热敏电阻阻值;B为热敏电阻的材料常数;Tm为量程中点处的绝对温度。
传感器特性:
RC7-1型电阻式温度传感器的实测数据为:
输入温度:
30,60,90,120,150,160℃
对应电阻:
2013,581,205,8540,32
可见线性很差。
计算:
B=ln(R1/Ro)/(1/T1-1/To)=ln(32/581)/(1/433-1/333)=4180
则得公式:
Rt=581*exp4180(1/T-1/333)
由此计算得:
输入温度:
50
60
70
80
90
100℃
对应电阻:
857
581,
403
285
205
151
线性化计算:
采用并电阻方案RP=Rm(B—2Tm)/(B+2Tm)=338(4180-2*348)/(4180+2*348)=241,则50,60,70,80,90,100℃时,对应总电阻分别为188,170,151,131,111,93,由此画出曲线如下,可见线性大大改善.
2.PN结实验方案:
图三PN结水温表传感器实验制作.ewb
六、电流表
系统方案讨论:
常用的直流大电流检测主要有二种:
四端电阻法和霍耳效应法。
由于前者可以用简单结构避免不稳定的接触电阻影响,成本低,工作可靠,故选择四端电阻法。
为减少能耗,应尽量减小其上的电压降。
自制大电流传感器原理:
r1、r2上的压降并不输入到测量放大器,而r3、r4相对测量放大器的高输入阻抗,可以忽略,保证了测量精度。
(二)设计电路
一、车速表
二、里程表
三、油量表
油量表实验制作:
因只要3级LED显示,故用一只LM324仿制LM3914即可。
LM3914原理与仿真:
四、油压表
实际制作或仿真时,可用二片LM324代替LM3914,仅作7段压力显示。
五水温表本次实验暂不做显示部分,只做传感器接口电路。
1.热敏电阻方案:
PN结实验方案:
图四PN结水温表传感器实验制作
六.电流表
六、设计基本要求
(一)基本要求
1.车速表
用20只LED线状显示汽车的即时行驶速度。
测速范围:
0—100km/h
每LED显示:
5km/h
轮胎直径:
900mm
2.里程表
用数码显示所行驶的不可复位累计总路程,及可复位单次小计路程。
计程范围:
不可复位累计总里程0—99999.9km,可复位小计里程0—999.9km
分度:
以100米计数一次,即1次/0.1km
轮胎直径:
900mm
3.油量表
用3只LED条状显示燃油箱中的燃油油量。
测量范围:
0—1/3—2/3—1
每LED约显示:
1/3
4.油压表
产品用10只LED条状显示发动机润滑油压力。
测量范围:
0.5—5bar,(自制时可降低标准为7只LED,范围:
0.5—3bar。
)
每LED显示:
0.5bar
5.水温表
用6只LED条状显示发动机冷却水温度,并以最高3只红LED作超温报警。
测量范围:
50℃~+100℃
每LED显示:
10℃左右,(注意线性化显示)。
6.电流表
分别用五只绿色LED和五只红色LED点状显示蓄电池充、放电流。
测量范围:
-50A~0~+50A
每LED显示:
10A(注意避免导线及接触电阻的影响).
(二)发挥题
1.车内外气温表用二只二极管作自制的温度传感器和一只转换开关,以数码形式切换显示车内外气温(-20~+50℃+/-1℃)。
2.无接触(免软轴连接)式车速里程传感器及其配套表设计软轴加工要求高且易损坏,若改用霍耳IC片、接近开关或干簧管自制车速里程传感器,则寿命和可靠性可大为提高。
3.自行设计一种高精度车速里程表传感器(精度不亚于10cm)注意克服负载对轮胎外径的影响。
4.倒车防撞报警仪用超声波压电陶瓷传感器,测出物体距车尾小于1.5米时发出声光报警,或物体距车两侧小于0.4米时发出声光报警。
七、参考资料
传感器与检测技术韩九强、周杏鹏清华大学出版社(2010-09出版)
2008/2009传感器与执行器大全(年卷)-传感器变送器执行器
著作者:
中国电子学会敏感技术分会等编
出版社:
机械工业出版社
汽车传感器作者:
(德国)J.玛瑞克//左治江
出版社:
化学工业出版社
出版日期:
2004-09
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子 汽车 仪表 总成 设计