唐鈞山

摘要： 電子海拔高度表，是一種隨著科技發(fā)展而誕生的新興產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的機(jī)械式高度表相比，具有明顯優(yōu)點，如一致性更好，測量范圍和溫度環(huán)境更寬，可靠性高、靈敏度和分辨率高等。同時，其顯示結(jié)果更為直觀，且具有成本低的優(yōu)勢。基于這些特點，采用電子式高度表更符合其技術(shù)發(fā)展趨勢。本文詳細(xì)介紹了車載用電子海拔高度系統(tǒng)的設(shè)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(guān)鍵詞： 電子海拔高度；單片機(jī)；LCD；氣壓傳感器；數(shù)據(jù)采集；標(biāo)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(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-4311（2014）23-0056-02

0引言

當(dāng)前，隨著我國技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國汽車行業(yè)有了長足發(fā)展，同時人們也越來越關(guān)注汽車的安全度、舒適度和節(jié)能環(huán)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(shè)備必須能夠準(zhǔn)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?cè)藛T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(jīng)過微機(jī)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(jī)還可以及時診斷出汽車故障，并發(fā)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(shù)及傳感技術(shù)的高速發(fā)展，加之半導(dǎo)體硅微細(xì)加工技術(shù)及加工工藝的不斷提高，氣壓傳感器的生產(chǎn)成本不斷降低，已完全具備研發(fā)和采用電子式高度表的條件。電子式高度表與機(jī)械式高度表相比，具有明顯優(yōu)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(huán)境更寬等。

1車載電子海拔高度系統(tǒng)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(jī)電產(chǎn)品的工作穩(wěn)定性是跟氣壓相關(guān)的，而不同的海拔高度有明顯的氣壓差。當(dāng)汽車行駛至相當(dāng)高度時，很可能導(dǎo)致汽車內(nèi)的某些機(jī)電設(shè)備工作不正常，更嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致汽車無法正常行駛。其中，發(fā)動機(jī)是受海拔影響較為明顯的機(jī)電設(shè)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(diào)整車內(nèi)某些設(shè)備的設(shè)置，使之適合于該海拔高度環(huán)境。另外，目前很多人都有高原反應(yīng)。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(yù)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(shù)據(jù)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(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

汽車通用儀表自汽車問世以來歷經(jīng)了以下幾代：機(jī)械式通用儀表、電子機(jī)械式通用儀表、全電子式通用儀表。傳感器由以前的機(jī)械膜盒、磁鐵等發(fā)展到現(xiàn)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(fā)展到現(xiàn)在的LCD或VFD全數(shù)字式指示，有效地克服了機(jī)械式通用儀表存在線性差、精度不高、易磨損、響應(yīng)速度慢、穩(wěn)定性和抗干擾能力低等不足，是汽車儀表的重大發(fā)展。發(fā)達(dá)國家從80年代開始逐步淘汰基于模擬電子技術(shù)的汽車儀表，開始實行全數(shù)字化儀表的制造，最初為“數(shù)字顯示”形式的儀表。隨著計算機(jī)控制技術(shù)、電機(jī)制造技術(shù)和傳感技術(shù)的發(fā)展，以各類傳感器為獲取原始數(shù)據(jù)的手段，以ECU控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動指針與LCD或VFD顯示相結(jié)合的全數(shù)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(lǐng)域的代表。

目前，國內(nèi)由于整體汽車工業(yè)相對落后，汽車儀表也相對落后，雖然國內(nèi)已有少數(shù)廠家開始生產(chǎn)第三代“數(shù)字顯示”的數(shù)字儀表，但是能生產(chǎn)高性能的傳感器加ECU控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動指針與LCD或VFD顯示相結(jié)合的全數(shù)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(tǒng)的核心是在單片機(jī)的統(tǒng)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(shè)計原則

任何一個好的產(chǎn)品的開發(fā)都需要遵循一定的設(shè)計原則，本設(shè)計遵循以下原則：①達(dá)到或超過技術(shù)指標(biāo)。設(shè)計任務(wù)書是設(shè)計和研制測控系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的要求。設(shè)計任務(wù)書除了定性地提出要求實現(xiàn)的功能外，還常常提出一些定量的技術(shù)指標(biāo)。為了達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)，必須把這些指標(biāo)層層分解，逐級落實到設(shè)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(yīng)在滿足系統(tǒng)性能指標(biāo)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(shè)計方案和價格較低的元器件。③適應(yīng)環(huán)境，安全可靠。為保證系統(tǒng)設(shè)備的正常運行，應(yīng)系統(tǒng)地研究和考慮其使用環(huán)境。在微機(jī)化測控系統(tǒng)的設(shè)計過程中，要充分考慮到該系統(tǒng)所使用的環(huán)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(hù)。在設(shè)計測控系統(tǒng)的軟件和硬件時，要考慮其可操作性?？刂崎_關(guān)或按鈕不能太多、太復(fù)雜，操作應(yīng)簡單明了，輸入輸出數(shù)字應(yīng)用十進(jìn)制表示。操作者無需專門訓(xùn)練，便能掌握測控系統(tǒng)的使用方法。本系統(tǒng)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(jìn)制數(shù)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(tǒng)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(tǒng)應(yīng)該具有很好的可維護(hù)性。為此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要規(guī)范化，模塊化，如果需要，要配備有現(xiàn)場故障診斷程序。

5研究方案

5.1 系統(tǒng)方案框圖

[氣壓

傳感器][信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換][單片機(jī)

系統(tǒng)][人機(jī)交換界面]

圖1

5.2 硬件方案

①在單片機(jī)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(xiàn)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(nèi)部有一個A/D采樣模塊，不需要再重新添加；第二，它具有內(nèi)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(shù)成熟，顯示效果良好，能夠同時顯示漢字、字符和圖形，滿足設(shè)計的需要。④擴(kuò)展E2PROM，為了節(jié)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(wěn)壓器，而不是開關(guān)電源。

5.3 軟件方案

硬件電路確定以后，我們就要在此基礎(chǔ)上設(shè)計出能實現(xiàn)系統(tǒng)所要求功能并且資源最省的軟件系統(tǒng)。

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

其次，程序由主程序和子程序兩部分構(gòu)成。主程序是系統(tǒng)的框架，在主程序中作系統(tǒng)初始化，調(diào)用其他子程序完成各項任務(wù)。子程序包括:A/D采樣及處理；數(shù)據(jù)顯示及人機(jī)交互；延時等等。

電子海拔高度系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖及說明如圖2。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯家杰.車載電子設(shè)備空間輻射超標(biāo)的頻譜分析法[J].電子技術(shù)，2010(09).

[2]湯繼保，郭建，侯春枝，程鎮(zhèn)，魏紀(jì)君，鄭榮波.車載電子設(shè)備二次冷卻裝置的研究[J].電子機(jī)械工程，2007(04).

[3]曹凱明，王強(qiáng)，周楓.PTB220氣壓傳感器的設(shè)置與校準(zhǔn)[J].貴州氣象，2010(05).

[4]張偉星，王曉蕾，陳曉穎，陳瑞林.電子探空儀氣壓傳感器特性[J].解放軍理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2011(06).