专利名称:车辆位置方位数显装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电子控制技术领域：
的装置，具体是一种用于驾驶训练的车辆 位置方位数显装置。
背景技术：
随生活水平的提高，汽车和轿车逐渐进入家庭，成为不可或缺的家庭日用品。很多 人通过驾校等培训机构获得驾驶执照。因对轿车操作不熟悉，部分学员和实习驾驶员在移 库和倒车等驾驶过程中难以将车体对准正南、正北、正西或正东等基准方位，在驾驶或实习 驾驶过程中难以确认方向盘所在位置，从而影响驾驶和行使安全。
经过对现有技术的检索发现，刘庆伟、任波和林青松等在《现代电子技术》(2008年 第3期第151-153页)上发表的“DSP在平行双轮电动车控制系统中的应用”，该文中提出 使用TMS320F2407A为主控芯片，以微硅陀螺仪和倾角传感器为组合传感检测装置检测车 体平台运行姿态的方法和技术。但是该现有技术存在系统价格昂贵，传感器输出模拟信号 需要较精密整形电路以及无法输出车体方位角的缺点。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种车辆位置方位数显装置，利用光 电码盘实时检测方向盘所在位置，并在LCD上实时显示车体方位信息和方向盘所在位置信 息，使学员和实习驾驶员直观、可靠、快速和安全地确定车体方位和和方向盘当前位置等信 息，以提高驾驶安全性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括电源电路、方向盘位置检测电 路、车体方位检测电路、显示电路、起始按键电路及主单片机电路，其中电源电路分别与方 向盘位置检测电路、车体方位检测电路、主单片机电路、显示电路和起始按键回路相连提供 工作电源，主单片机电路分别与方向盘位置检测电路、车体方位检测电路、显示电路和起始 按键电路相连以传输方向盘位置检测控制信号、车体方位检测控制信号和LCD显示控制信 号，方向盘位置检测电路固定设置于方向盘转轴上，车体方位检测电路固定设置于仪表盘 上。
所述的电源电路内置电源管理芯片，该电源管理芯片的输入电压为12V，输出电压 为5V。
所述的方向盘位置检测电路内置数字光电码盘，该数字光电码盘安装于方向盘转 轴上并与主单片机电路相连接，在方向盘转动过程中输出数字脉冲信号。
所述的车体方位检测电路包括磁阻传感器和集成运放芯片，其中磁阻传感器 与电源电路相连接，差分输出端与集成运放芯片相连接以输出模拟信号，集成运放芯片收 到模拟信号后经放大整型滤波后输出至主单片机电路。
所述的显示电路内置IXD显示屏，以模拟51单片机时序和接口方式与主单片机电 路相连。[0010]本发明通过以下方式工作将本装置连接在汽车或轿车内的点烟器上，系统上电 开始运行。在接收到起始按键电路送至的起始信号后，主单片机电路开始检测车体方位和 方向盘所在位置。车体方位检测电路输出与地磁场有关的模拟信号，主单片机电路通过A/ D变换换算为车体当前方位。方向盘位置检测电路同时输出与方向盘当前位置有关的数字 脉冲信号，通过脉冲数量换算为方向盘当前位置信息。然后，经由模拟I2C送入LCD显示器 实时显示车体当前方位和方向盘所在位置。
与现有技术相比，本发明具有低成本、高精度的优点，直接采用8位MCU芯片实现 A/D转换和数字信号脉冲计数功能，省却了精确采样、放大和调理等信号处理环节，同时本 发明工作稳定，EMC和EMI能力强。无需外部时钟电路和复位电路，仅需片上时钟电路和复 位电路即可稳定工作。
图1为本发明的结构图。图2为电源电路示意图。
图3为方向盘位置检测电路示意图。
图4为车体方位检测电路示意图。
图5为显示电路示意图。
图6为主单片机电路示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
如图1所示，本实施例包括电源电路a、方向盘位置检测电路b、车体方位检测电 路C、显示电路d及主单片机电路e，其中电源电路a为方向盘位置检测电路b、车体方位 检测电路C、显示电路d及主单片机电路e提供+5V工作电压。主单片机电路e经引出线与 方向盘位置检测电路b、车体方位检测电路c和显示电路d相连。
本实施例主单片机电路e接收到车体方位检测电路c输入的启动信号后，对来自 方向盘位置检测电路b的数字脉冲计数和判向，确定方向盘转向和当前位置。对来自车体 方位检测电路c的模拟信号进行A/D变换，确定车体当前方位。并送入显示电路d显示方 向盘所在位置和车体方位信息，直到车熄火或系统重新启动。
如图2所示，电源电路a包括接头J1、电源管理芯片U1、电容C1-C2、二极管D1、 电阻Rl和发光二极管LED，其中+7-12V的电压经接头Jl接入，接头Jl的引脚Pl经二极 管Dl与电源管理芯片Ul的引脚Vin相连，并经电容Cl去耦至地，电源管理芯片Ul的GND 引脚接地，Vout引脚为系统提供+5V电源VCC，并经电容C2去耦至地，发光二极管LED经电 阻Rl与+5V电源相连用于电源工况指示。接头Jl的引脚P2接GND以形成闭合回路。
所述的电源管理芯片Ul采用L7805CV电源管理芯片，为ST公司生产的降压型电 源管理芯片。工作参数输入电压+5-18V，输出电压+4. 8-5. 2V，最大输出电流1. 5A。
如图3所示，所述的方向盘位置检测电路b包括电阻R11-R13，光电码盘U4和触发器芯片U5，其中，光电码盘U4的引脚Anode经电阻Rll接VCC，光电码盘U4的引脚Cathode接GND，引脚COM接VCC，引脚SigA经电阻R12接GND，并经引出线与触发器芯片U5 的引脚D相连，光电码盘U4的引脚SigB经电阻R13接GND，并经引出线与触发器芯片TO的 CLK引脚相连，组成方向盘位置和转向检测电路，触发器TO的I3R引脚、Q引脚和CLR引脚经 引出线与主单片机电路e相连。
所述的光电码盘U4采用0ME-157-2N旋转编码器，为NIDEC NEMIC0N公司生产的微 型旋转编码器，其主要参数为最大频率响应IOkHz，工作电压5V，LED最大工作电流26mA， 分辨率157线。
所述的触发器芯片U5采用Texas Instruments公司生产的SN74LS74芯片。 SN74LS74触发器芯片工作参数工作电压5V，最大工作频率110MHz，兼容于TTL电平。
如图4所示，所述的车体方位检测电路c包括磁阻传感器U2、电容C3-C5、C20、 电阻R3-R6、R21-R22、稳压二极管D3、按键Sl和集成运放芯片U3，其中磁阻传感器U2的 GNDB引脚、GND2A引脚、GNDlA引脚和S/R-引脚接GND，Vbridge引脚接VCC，并经电容C3去 耦至地，磁阻传感器U2的OUTA+引脚经引出线和电阻R5与集成运放芯片U3的引脚INl+ 相连，磁阻传感器U2的OUTA-引脚经引出线和电阻R6与集成运放芯片U3的引脚INl-相 连，共同组成差分输入信号，按键Sl的P4引脚与磁阻传感器U2的S/R+引脚相连，Pl引脚 经电阻R3与VCC相连，P3引脚直接与VCC相连，P4引脚经引出线与主单片机电路e相连， 并经电阻R4和电感C4去耦至地，集成运放芯片U3的引脚INl-同时经电阻R22下拉至地， 电容C20和电阻R21并联后跨接于集成运放芯片U3的引脚OUTl和引脚INl+之间作为反 馈放大回路。为提高可靠性，集成运放芯片U3的引脚OUTl经稳压二极管D3稳压和电容C5 滤波至地后再经引出线与主单片机电路e相连。
所述的磁阻传感器U2采用HMC1052芯片，为Honeywell公司的双轴磁阻传感器。 HMC1052磁阻传感器U2工作参数桥路供电电压+5V，工作频率5MHz，线性误差< 1.8%，输 出偏压为士 lmV/V。
所述的集成运放采用LF347高精度集成运放芯片，为Tl公司生产的轨至轨输出的 高精度集成运放芯片。工作参数单工作电压+3. 5 18V，双工作电压 士 18V，增益带宽 3MHz，功耗60μ A，偏置电流500ρΑ，摆率13V/y So
如图5所示，所述的显示电路d包括IXD显示器U8、串并转换芯片U9、排阻R15 和可调电阻VRl和VR2，其中IXD显示器U8的引脚TO和引脚VSS并联后接地，引脚VDD接 VCC，引脚VO与可调电阻VRl电压输出引脚VO相连，引脚WR、引脚RD、引脚CS2和引脚C/ D经排阻R15上拉至VCC，引脚RST经引出线与主单片机电路e相连，引脚DO D7分别与 串并转换芯片U9的引脚QA QH相连，引脚LEDA与可调电阻VR2电压输出引脚VO相连， 引脚LEDK接地。串并转换芯片U9的引脚A和引脚B并联后经引出线与主单片机电路e相 连，用于IXD显示数据或显示命令数据的数据输入，引脚CLK和引脚CLR分别经引出线与主 单片机电路e相连用于IXD显示数据或显示命令数据的脉冲输入和复位。
所述的IXD显示器U8采用JZD240128-56液晶显示器，为金泽迪公司生产的8位 并口接口型IXD。工作参数工作电压+5V，240X128点阵图形显示模式，工作频率10 55Hz, LED极限直流正向电流25 X 2mA，LED极限功耗75X2mW。
所述的串并转换芯片U9采用SN74LS164，为Texas Instruments公司生产的8位串入/并出移位寄存器。工作参数输入电压+4. 5-5. 5V，最大工作时钟25MHz，最大输出电流27mA。
如图6所示，所述的主单片机电路e包括单片机TO、电容C10、C12、电感Ll和ISP接口 U7，其中单片机U6的VCC引脚并联后与VCC相连，并经电容ClO去耦至地，单片机U6 的AVCC引脚和AREF引脚并联后经电感Ll与VCC相连，并经电容C12去耦至地，GND引脚 并联后接地。PD7/Aim引脚与显示电路d中IXD显示器U8的引脚RST相连，用于IXD显 示复位控制。PD6/AIN0引脚与方向盘位置检测电路b中触发器芯片TO的I3R引脚相连，用 于触发器芯片U5的置位控制。PD5/T1引脚与车体方位检测电路c中按键Sl的P3引脚相 连，为系统提供起始信号。PD4/T0/XCK引脚与方向盘位置检测电路b中光电码盘U4的引脚 SigA相连，用于方向盘位置脉冲信号。PD2/INT0引脚与方向盘位置检测电路b中触发器芯 片U5的Q引脚相连，用于方向盘转向判断。PD0/RXD引脚与方向盘位置检测电路b中触发 器芯片U5的CLR引脚相连，用于触发器芯片U5的复位控制。引脚ADC7经引出线与车体方 位检测电路c中集成运放芯片U5的引脚OUTl相连，用于车体方位计算。引脚PB5/SCK与 ISP接口 U7的引脚SCK相连，引脚PB4/MIS0与ISP接口 U7的引脚MISO相连，引脚PB3/ M0SI/0C2与ISP接口 U7的引脚MOSI相连，引脚PC6/RESET与ISP接口 U7的引脚RESET相 连，用于单片机U6的ISP编程控制。引脚PB0/ICP1经引出线与显示电路d中IXD显示器 U8的引脚WR相连，用于IXD显示器的写控制。引脚PC5/ADC5经引出线与显示电路d中串 并转换芯片U9的CK引脚相连，用于显示数据和命令的脉冲时钟信号。PC4/ADC4引脚经引 出线与显示电路d中串并转换芯片U9并联后的A引脚和B引脚相连，用于IXD显示数据和 命令。引脚PC3/AD3经引出线与显示电路d中串并转换芯片U9的CLR引脚相连，用于串并 转换芯片U9的复位控制。弓丨脚PC2/ADC2与显示电路d中IXD显示器U8的引脚CS2相连， 用于IXD片选命令。ISP接口 U7的引脚VCC接VCC，GND引脚并联后接地，用于单片机Ull 的ISP编程电源。
所述的单片机采用ATmega8单片机，为Atmel公司生产的AVR mega系列8位Flash MCU 芯片。工作参数8K Flash, IK SRAM,512B EEPR0M，最大频率 16MHz，+2. 7-5. 5V 工作电 压，2个带独立预分频器的8位定时器/计数器，1个带预分频器、比较模式和捕捉模式的16 位定时器/计数器，3个PWM通道，6通道10位ADC，2通道8位ADC，TffI两线接口，SPI同 步串口，可编程串行UART，片上模拟比较器，ISP能力，工作电流3. 6mA。
下面对本实施例的具体工作过程说明
1、系统上电与启动。经过接头Jl接入点烟器，同时按按键Si，磁阻传感器复位，系 统开始工作。
2、方向盘位置检测。方向盘位置检测电路工作，主单片机电路根据光电码盘送出 的数字脉冲信号确定方向盘当前位置和转向。
3、车体方位检测。车体方位检测电路工作，主单片机电路根据磁阻传感器输出的 模拟信号，A/D转换后换算为车体当前所在方位。
4、显示。完成方向盘位置和车体方位检测后，主单片机电路将方向盘所在位置、转 向和车体当前方位等数据经串并转换芯片送入IXD显示器显示，并提示驾驶员。
本实施例中，因内含片上时钟电路和复位电路，主单片机电路中ATmegaS单片机 U6无需外部时钟电路和复位电路即可正常工作。在节省硬件成本和电路板面积的同时，提 高了系统的EMC和EMI能力。
权利要求
一种车辆位置方位数显装置，包括电源电路、方向盘位置检测电路、车体方位检测电路、显示电路、起始按键电路及主单片机电路，其特征在于电源电路分别与方向盘位置检测电路、车体方位检测电路、主单片机电路、显示电路和起始按键回路相连提供工作电源，主单片机电路分别与方向盘位置检测电路、车体方位检测电路、显示电路和起始按键电路相连以传输方向盘位置检测控制信号、车体方位检测控制信号和LCD显示控制信号，方向盘位置检测电路固定设置于方向盘转轴上，车体方位检测电路固定设置于仪表盘上。
2.根据权利要求
1所述的车辆位置方位数显装置，其特征是，所述的电源电路内置电 源管理芯片，该电源管理芯片的输入电压为12V，输出电压为5V。
3.根据权利要求
1所述的车辆位置方位数显装置，其特征是，所述的方向盘位置检测 电路内置数字光电码盘，该数字光电码盘安装于方向盘转轴上并与主单片机电路相连接， 在方向盘转动过程中输出数字脉冲信号。
4.根据权利要求
1所述的车辆位置方位数显装置，其特征是，所述的车体方位检测电 路包括磁阻传感器和集成运放芯片，其中磁阻传感器与电源电路相连接，差分输出端与 集成运放芯片相连接以输出模拟信号，集成运放芯片收到模拟信号后经放大整型滤波后输 出至主单片机电路。
5.根据权利要求
1所述的车辆位置方位数显装置，其特征是，所述的显示电路内置LCD 显示屏，以模拟51单片机时序和接口方式与主单片机电路相连。
专利摘要
一种电子控制技术领域：
的车辆位置方位数显装置，包括电源电路、方向盘位置检测电路、车体方位检测电路、显示电路、起始按键电路及主单片机电路，其中电源电路分别与方向盘位置检测电路、车体方位检测电路、主单片机电路、显示电路和起始按键回路相连提供工作电源，主单片机电路分别与方向盘位置检测电路、车体方位检测电路、显示电路和起始按键电路相连以传输方向盘位置检测控制信号、车体方位检测控制信号和LCD显示控制信号，方向盘位置检测电路固定设置于方向盘转轴上，车体方位检测电路固定设置于仪表盘上。本发明利用磁阻传感器和光电码盘实时检测车体方位和方向盘所在位置，并在LCD上实时显示车体方位信息和方向盘所在位置信息。
文档编号G09B9/04GKCN101814246SQ201010147722
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月16日
发明者宋立博 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan