专利名称：一种通用的汽车仪表信号转换器及其转换方法
技术领域：
本发明属于汽车电子技术领域，更具体的说是一种通用的汽车仪表信号转换器及其转换方法。
背景技术：
在汽车仪表盘中，发动机转速表和车速表是两个非常重要的量表,转速表采集发动机转速传感器脉冲，指示当前发动机转速，反映发动机的工作状况，车速表采集车速传感器脉冲，指示当前车速及其变化。转速传感器和车速传感器都有一个关键参数叫做脉冲数，它表示当发动机或车轮转动一周时，输出几个方波脉冲，比如转速传感器脉冲数为4时，发 送机转动N周，输出(4*N)个方波脉冲。转速表根据采集的发动机转速传感器脉冲频率和转速传感器脉冲数计算当前转速，车速表根据变速箱输出的车速传感器脉冲频率、车速传感器脉冲数和轮胎直径计算当前车速。目前车辆改装日渐普遍，发动机、变速箱及轮胎改装都会造成发动机转速表和车速表的指示错误，发动机改装前后的转速脉冲数不一致会造成转速表显示错误，导致发动机出现故障时无法及时发现。变速箱或轮胎改装前后的车速传感器脉冲数或轮胎直径不一致会造成车速表显示错误，由于无法正确反映当前车速，便很难达到经济时速，同时当存在超速现象时也无法及时发现。
发明内容
本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种通用的汽车仪表信号转换器及其转换方法，它实现改装前后的发动机转速和车速脉冲的频率转换。转换器采集并计算改装后的发动机转速和车速脉冲，计算并输出与原车仪表相匹配的转速脉冲和车速脉冲，使得原车仪表继续准确实时地显示发动机转速和车速信息。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种通用的汽车仪表信号转换器，它包括内部带有数据FLASH的MCU、可调整滤波频率的脉冲采集电路、脉冲输出电路以及通信串口，其中可调整滤波频率的脉冲采集电路分别采集发动机转速传感器的转速脉冲信号和车速传感器的车速脉冲信号，MCU处理后通过脉冲输出电路输出转速脉冲信号和车速脉冲信号到仪表盘的转速表和车速表；同时MCU还通过通信串口与PC机通信；其中，脉冲采集电路中设有RC低通滤波电路，RC低通滤波电路采用固定电容和阻值可调的数字电位计。所述可调整滤波频率的脉冲采集电路还包括整形电路，它将采集到的转速和车速传感器信号转换为TTL电平，经过RC低通滤波电路去除脉冲上的毛刺，然后送入MCU，MCU的定时捕捉模块捕捉脉冲信号的上升沿和下降沿，统计单位时间内的上升沿和下降沿次数得到脉冲频率。所述仪表信号转换器上还设有LED指示电路。通用的汽车仪表信号转换器的转换方法，首先通过通信串口从PC机下载改装前后的发动机转速传感器脉冲数、车速传感器脉冲数及轮胎直径，转换器将参数配置存储在非易失性存储器中；转换器根据改装发动机转速传感器脉冲数调整转速脉冲采集电路的滤波频率，根据改装车速脉冲传感器脉冲数和轮胎直径调整车速脉冲采集电路的滤波频率，然后采集并计算发动机转速值和车速值，根据转速值和原车发动机转速传感器脉冲数计算并输出与原车仪表匹配的转速脉冲，根据车速值、原车车速传感器脉冲数和轮胎直径计算并输出与原车仪表匹配的车速脉冲。它的脉冲频率转换步骤为步骤I)调整仪表信号转换器脉冲采集电路的脉冲采集低通滤波阈值，分别采集并计算发动机转速脉冲频率和车速脉冲频率；步骤2)计算实际发动机转速和车速；步骤3)计算与原车仪表适配的转速脉冲频率和车速频率，然后通过仪表信号转 换器的脉冲输出电路输出方波脉冲到仪表盘的转速表和车速表，从而显不正确的转速与车速。所述步骤I)中，当发动机转速传感器和车速传感器的脉冲数发生变化时，低通滤波电路的截止频率需要相应变化，此时通过数字电位计调整低通截止频率实现低通滤波阈值可编程的自适应的脉冲采集，保证转换器的通用性。所述步骤2)中，发动机转速和车速的计算如下发动机转速实际取值区间为
rpm，其脉冲频率Fengine与转速及脉冲数Nengine的对应关系为Fengine=(发动机转速/60)*Nengine(1-1)发动机转速=(Fengine/Nenging)*60(1-2)车速实际取值区间为
km/h，其脉冲频率Fcar与车速、轮胎直径D及脉冲数Ncar的对应关系为Fcar=(车速 / (3. 6*PI*D)) *Ncar(1-3)车速=(Fcar/Ncar)*PI*D*3. 6(1-4)PI为圆周率常数；RC低通滤波电路的低通截止频率F的计算公式如下F=1/(2*PI*R*C)(1-5)根据最大的转速/车速脉冲频率设置脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，Fengine 最大值为(7000/60) *Nengine, Fcar 最大值为(240/(PI*d)) *Ncar,设置发动机转速脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，使得低通截止频率F>Fengine最大值，设置车速脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，使得低通截止频率F>Fcar最大值；根据公式(1-2)、(1-4)得到实际发动机转速和实际车速，将原车发动机转速传感器脉冲数代入公式(1-1)，求得与原车转速表适配的发动机转速脉冲频率，将原车车速传感器脉冲数和轮胎直径代入公式(1-3)，求得与原车车速表适配的车速脉冲频率。所述PC机通过串口下载发动机转速传感器和车速传感器脉冲数和轮胎直径配置参数，下载成功后转换器将配置参数存储在MCU内部的数据FLASH中，下载不成功，转换器返回通讯故障，提示PC机重新下载。所述PC机与转换器采用固定格式报文的方式进行通信，报文格式统一采用如下
报文头(0x55+0xaa) +报文ID+报文内容+16位校验和ID、报文传送方向及报文内容关系对应如下ID=I，data为单字节，由PC机发送到转换器，表示改装发动机转速脉冲数；ID=2, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示原车发动机转速脉冲数；ID=3, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示改装变速箱车速脉冲数；ID=4, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示原车车速脉冲数；ID=5, data为双字节，由PC机发送到转换器，表示改装轮胎直径；ID=6, data为双字节，由PC机发送到转换器，表示原车轮胎直径； ID=7, data为单字节，由转换器发送到PC机，data=0x01表示配置参数成功，data=0x02表示存在通讯故障。所述转换器将参数存储在MCU内部的数据FLASH中，每次转换器上电后，便会从固定位置处依次读取上述参数，如果读取到的参数为Oxff,表示不曾进行过参数下载,点亮故障LED指示，提示用户进行参数的下载。本发明的有益效果是I、实现改装前后的发动机转速脉冲和车速脉冲的频率转换，使得原车仪表继续准确实时地显示发动机转速和车速信息；2、通过串口进行改装前后的参数配置，通过不同的配置进行相应的频率转换，实现转换器的通用性；3、通过数字电位计调整转速和车速脉冲采集电路的低通截止频率，实现自适应的脉冲采集，保证转换器的通用性。
图I为本发明的仪表信号转换器结构图；图2为采用本发明的信号转换器软件流程图。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。图I中，信号转换器包括主要包括五个部分内部带有数据FLASH的MCU、可调整滤波频率的脉冲采集电路、脉冲输出电路、RS232串口通信电路、LED指示电路，RS232串口通信实现参数配置，LED指示转换器是否已经下载参数，转换器硬件结构如图I所示。可调整滤波频率的脉冲采集电路分别采集发动机转速传感器的转速脉冲信号和车速传感器的车速脉冲信号，MCU处理后通过脉冲输出电路输出转速脉冲信号和车速脉冲信号到仪表盘的转速表和车速表；同时MCU还通过通信串口与PC机通信；其中，脉冲采集电路中设有RC低通滤波电路，RC低通滤波电路采用固定电容和阻值可调的数字电位计。可调整滤波频率的脉冲采集电路还包括整形电路，它将采集到的转速和车速传感器信号转换为TTL电平，经过RC低通滤波电路去除脉冲上的毛刺，然后送入MCU，MCU的定时捕捉模块捕捉脉冲信号的上升沿和下降沿，统计单位时间内的上升沿和下降沿次数得到脉冲频率。仪表信号转换器上还设有LED指示电路。图2中，本发明的工作方法为
首先通过通信串口从PC机下载改装前后的发动机转速传感器脉冲数、车速传感器脉冲数及轮胎直径，转换器将参数配置存储在非易失性存储器中；转换器根据改装发动机转速传感器脉冲数调整转速脉冲采集电路的滤波频率，根据改装车速脉冲传感器脉冲数和轮胎直径调整车速脉冲采集电路的滤波频率，然后采集并计算发动机转速值和车速值，根据转速值和原车发动机转速传感器脉冲数计算并输出与原车仪表匹配的转速脉冲，根据车速值、原车车速传感器脉冲数和轮胎直径计算并输出与原车仪表匹配的车速脉冲。它的脉冲频率转换步骤为步骤I)调整仪表信号转换器脉冲采集电路的脉冲采集低通滤波阈值，分别采集并计算发动机转速脉冲频率和车速脉冲频率；步骤2)计算实际发动机转速和车速；步骤3)计算与原车仪表适配的转速脉冲频率和车速频率，然后通过仪表信号转 换器的脉冲输出电路输出方波脉冲到仪表盘的转速表和车速表，从而显不正确的转速与车速。所述步骤I)中，当发动机转速传感器和车速传感器的脉冲数发生变化时，低通滤波电路的截止频率需要相应变化，此时通过数字电位计调整低通截止频率实现低通滤波阈值可编程的自适应的脉冲采集，保证转换器的通用性。所述步骤2)中，发动机转速和车速的计算如下发动机转速实际取值区间为
rpm，其脉冲频率Fengine与转速及脉冲数Nengine的对应关系为Fengine=(发动机转速/60) *Nengine(1-1)发动机转速=(Fengine/Nenging)*60(1-2)车速实际取值区间为
km/h，其脉冲频率Fcar与车速、轮胎直径D及脉冲数Ncar的对应关系为Fcar=(车速/(3. 6*PI*D))*Ncar(1-3)车速=(Fcar/Ncar)*PI*D*3. 6(1-4)PI为圆周率常数；RC低通滤波电路的低通截止频率F的计算公式如下F=1/(2*PI*R*C)(1-5)根据最大的转速/车速脉冲频率设置脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，Fengine 最大值为(7000/60) *Nengine, Fcar 最大值为(240/(PI*d)) *Ncar,设置发动机转速脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，使得低通截止频率F>Fengine最大值，设置车速脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，使得低通截止频率F>Fcar最大值；根据公式(1-2)、(1-4)得到实际发动机转速和实际车速，将原车发动机转速传感器脉冲数代入公式(1-1)，求得与原车转速表适配的发动机转速脉冲频率，将原车车速传感器脉冲数和轮胎直径代入公式(1-3)，求得与原车车速表适配的车速脉冲频率。PC机通过串口下载发动机转速传感器和车速传感器脉冲数和轮胎直径配置参数，下载成功后转换器将配置参数存储在MCU内部的数据FLASH中，下载不成功，转换器返回通讯故障，提示PC机重新下载。PC机与转换器采用固定格式报文的方式进行通信，报文格式统一采用如下
报文头(0x55+0xaa) +报文ID+报文内容+16位校验和ID、报文传送方向及报文内容关系对应如下ID=I，data为单字节，由PC机发送到转换器，表示改装发动机转速脉冲数；ID=2, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示原车发动机转速脉冲数；ID=3, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示改装变速箱车速脉冲数；ID=4, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示原车车速脉冲数；ID=5, data为双字节，由PC机发送到转换器，表示改装轮胎直径；ID=6, data为双字节，由PC机发送到转换器，表示原车轮胎直径；
ID=7, data为单字节，由转换器发送到PC机，data=0x01表示配置参数成功，data=0x02表示存在通讯故障。转换器将参数存储在MCU内部的数据FLASH中，每次转换器上电后，便会从固定位置处依次读取上述参数，如果读取到的参数为Oxff，表示不曾进行过参数下载，点亮故障LED指示,提示用户进行参数的下载。
权利要求
1.一种通用的汽车仪表信号转换器，其特征是，它包括内部带有数据FLASH的MCU、可调整滤波频率的脉冲采集电路、脉冲输出电路以及通信串口，其中可调整滤波频率的脉冲采集电路分别采集发动机转速传感器的转速脉冲信号和车速传感器的车速脉冲信号，MCU处理后通过脉冲输出电路输出转速脉冲信号和车速脉冲信号到仪表盘的转速表和车速表；同时MCU还通过通信串口与PC机通信；其中，脉冲采集电路中设有RC低通滤波电路，RC低通滤波电路采用固定电容和阻值可调的数字电位计。
2.如权利要求I所述的通用的汽车仪表信号转换器，其特征是，所述可调整滤波频率的脉冲采集电路还包括整形电路，它将采集到的转速和车速传感器信号转换为TTL电平，经过RC低通滤波电路去除脉冲上的毛刺，然后送入MCU，MCU的定时捕捉模块捕捉脉冲信号的上升沿和下降沿，统计单位时间内的上升沿和下降沿次数得到脉冲频率。
3.如权利要求I所述的通用的汽车仪表信号转换器，其特征是，所述仪表信号转换器上还设有LED指示电路。
4.一种权利要求1-3任一所述的通用的汽车仪表信号转换器的转换方法，其特征是，首先通过通信串口从PC机下载改装前后的发动机转速传感器脉冲数、车速传感器脉冲数及轮胎直径，转换器将参数配置存储在非易失性存储器中；转换器根据改装发动机转速传感器脉冲数调整转速脉冲采集电路的滤波频率，根据改装车速脉冲传感器脉冲数和轮胎直径调整车速脉冲采集电路的滤波频率，然后采集并计算发动机转速值和车速值，根据转速值和原车发动机转速传感器脉冲数计算并输出与原车仪表匹配的转速脉冲，根据车速值、原车车速传感器脉冲数和轮胎直径计算并输出与原车仪表匹配的车速脉冲。
5.如权利要求4所述额转换方法，其特征是，它的脉冲频率转换步骤为 步骤I)调整仪表信号转换器脉冲采集电路的脉冲采集低通滤波阈值，分别采集并计算发动机转速脉冲频率和车速脉冲频率； 步骤2)计算实际发动机转速和车速； 步骤3)计算与原车仪表适配的转速脉冲频率和车速频率，然后通过仪表信号转换器的脉冲输出电路输出方波脉冲到仪表盘的转速表和车速表，从而显示正确的转速与车速。
6.如权利要求5所述的转换方法，其特征是，所述步骤I)中，当发动机转速传感器和车速传感器的脉冲数发生变化时，低通滤波电路的截止频率需要相应变化，此时通过数字电位计调整低通截止频率实现低通滤波阈值可编程的自适应的脉冲采集，保证转换器的通用性。
7.如权利要求5所述的转换方法，其特征是，所述步骤2)中，发动机转速和车速的计算如下 发动机转速实际取值区间为[O，7000] rpm,其脉冲频率Fengine与转速及脉冲数Nengine的对应关系为 Fengine=(发动机转速 /60) *Nengine(1-1) 发动机转速=(Fengine/Nenging) *60(1-2) 车速实际取值区间为
km/h,其脉冲频率Fcar与车速、轮胎直径D及脉冲数Ncar的对应关系为 Fcar=(车速/(3. 6*PI*D))*Ncar(1-3) 车速=(Fear/Near) *PI*D*3. 6(1-4)PI为圆周率常数； RC低通滤波电路的低通截止频率F的计算公式如下 F=1/(2*PI*R*C)(1-5) 根据最大的转速/车速脉冲频率设置脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，Fengine 最大值为(7000/60) *Nengine, Fcar 最大值为(240/(PI*d)) *Ncar,设置发动机转速脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，使得低通截止频率F>Fengine最大值，设置车速脉冲采集中的RC低通滤波电路的电阻值，使得低通截止频率F>Fcar最大值； 根据公式(1-2)、(1-4)得到实际发动机转速和实际车速，将原车发动机转速传感器脉冲数代入公式(1-1)，求得与原车转速表适配的发动机转速脉冲频率，将原车车速传感器脉冲数和轮胎直径代入公式(1-3)，求得与原车车速表适配的车速脉冲频率。
8.如权利要求4所述的转换方法，其特征是，所述PC机通过串口下载发动机转速传感器和车速传感器脉冲数和轮胎直径配置参数，下载成功后转换器将配置参数存储在MCU内部的数据FLASH中，下载不成功，转换器返回通讯故障，提示PC机重新下载。
9.如权利要求7所述的转换方法，其特征是，所述PC机与转换器采用固定格式报文的方式进行通信，报文格式统一采用如下 报文头(0x55+0xaa) +报文ID+报文内容+16位校验和 ID、报文传送方向及报文内容关系对应如下 ID=I, data为单字节，由PC机发送到转换器,表示改装发动机转速脉冲数； ID=2, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示原车发动机转速脉冲数； ID=3, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示改装变速箱车速脉冲数； ID=4, data为单字节，由PC机发送到转换器，表示原车车速脉冲数； ID=5, data为双字节，由PC机发送到转换器，表示改装轮胎直径； ID=6, data为双字节，由PC机发送到转换器，表示原车轮胎直径； ID=7, data为单字节，由转换器发送到PC机,data=0x01表示配置参数成功，data=0x02表示存在通讯故障。
10.如权利要求4所述的转换方法，其特征是，所述转换器将参数存储在MCU内部的数据FLASH中，每次转换器上电后，便会从固定位置处依次读取上述参数，如果读取到的参数为Oxff,表示不曾进行过参数下载,点亮故障LED指示,提示用户进行参数的下载。
全文摘要
本发明涉及一种通用的汽车仪表信号转换器及其转换方法，转换器采集并计算改装后的发动机转速和车速脉冲，计算并输出与原车仪表相匹配的转速脉冲和车速脉冲，使得原车仪表继续准确实时地显示发动机转速和车速信息。它包括内部带有数据FLASH的MCU、可调整滤波频率的脉冲采集电路、脉冲输出电路以及通信串口，其中可调整滤波频率的脉冲采集电路分别采集发动机转速传感器的转速脉冲信号和车速传感器的车速脉冲信号，MCU处理后通过脉冲输出电路输出转速脉冲信号和车速脉冲信号到仪表盘的转速表和车速表；同时MCU还通过通信串口与PC机通信；其中，脉冲采集电路中设有RC低通滤波电路，RC低通滤波电路采用固定电容和阻值可调的数字电位计。
文档编号B60K35/00GK102963256SQ20121051425
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者马建辉, 王知学, 刘源杨, 王岗 申请人:山东省科学院自动化研究所