專利名稱：一種車速數字顯示與指針模擬計速同步的車速里程表的制作方法
技術領域：
本發明一種車速數字顯示與指針模擬計速同步的車速里程表，屬于車速儀表裝置。主要用于汽車，包括其他機動車輛等交通運載工具。
傳統的機械傳動磁感應式車速里程表，是根據磁藕合原理，將發動機轉速通過軟軸傳輸方式，以指針指示刻在車速刻度盤上的車速數碼表示車速；同時，又利用一定傳動比的機械計數器記錄汽車行駛里程。自汽車發明以來，該傳統指針式車速里程表普遍為國內外汽車界采納應用，成為汽車行駛速度及里程的主要計量手段。
從八十年代初，一種數字顯示車速的電子速度計量技術及裝置，開始在一些型號的高級轎車中出現，以適應汽車儀表系統電子化自動化的發展趨勢。但該技術至今無法普及替代指針式車速表，原因在于行車時駕駛員對車速數顯的視察和感知不如指針式車速表方便容易，傳統的指針式車速里程表另占有巨大市場優勢，并為駕駛員及汽車制造廠商喜見樂用。在這種情況下，若以傳統的指針式計量方法結合先進的電子技術發展一種數字顯示與指針指示組合的多功能型車速里程表，進一步開發汽車新技術、新產品，應是本技術領域的一大需求和進步。
目前，在車速里程表上實現電子數字顯示與指針同步計量的組合方案，現技術中，除汽車加、減速時存在數字顯示滯后外，指針指示與數字顯示之間的同步問題，更難以解決好。近由美國專利5487·303號及中國專利93107614·5號公開了的“一種可輸出實時速度脈沖信號的車速計量器”采用光敏管加裝于車速刻度盤及發光管加裝于速度指針上獲得的車速脈沖信號，其技術雖可以與外接電路取得實時速度并與指針計速同步，但按標準設計要求在駕駛員最佳視角范圍的10-12公分直徑表盤上難以安下適應高速車計速用的大量光敏管。還有，利用游絲作為導線在工藝實施上的困難等等，都存在一系列問題。
本發明正是以上述提出目的和存在技術難題一并解決實現的一種車速數字顯示與指針模擬計速同步的新型車速里程表。
發明是這樣實現的本發明采用探頭式光傳感器及隨動光反射盤、環加改裝于機械傳動磁感應式車速里程表上，利用在隨動光反射盤上裝貼光反射條或打孔；或者，在隨動光反射環上裝貼光反射條或打孔方法，將指針指示在車速刻度盤上反映的車速值以光信號反射傳感方式轉換為車速脈沖信號，經放大、整形、運算電路識別處理為與車速刻度盤車速值相對應的數字量電信號，在數碼管或液晶顯示器上與指針指示的車速值同步顯示出來。
以上述方法實現的本發明裝置，將在工藝和效果上體現如下特點和功能(1)真正從整體結構及部件裝置上實現汽車速度電子數字顯示與指針同步計速，包括可實現里程數字化的新技術。(2)以光反射或光透射方法替代“一種可輸出實時速度脈沖信號的車速計量器”需采用大量光敏管采集車速脈沖信號的復雜工藝，大幅度降低裝置成本。(3)以光傳感探頭作為汽車車速脈沖信號檢測裝置，為單片機車速運算電路提供準確可靠的車速脈沖計數信號。(4)無須利用游絲作為導線，保證游絲阻尼功能及計量精度。(5)可充分利用單片機接口擴容技術，開發一種集計量、顯示、傳感功能為一體的多功能型車速里程表。
下面結合附圖，以本發明上述提出方法，詳細說明發明具體細節。
圖1為本發明第一實施例(光盤光反射法)結構及原理分析圖，其中，圖1·6(a)為光反射盤；A0-A120為盤中光反射條；圖1·7(a)為由反射型光傳感器組成的光傳感探頭。余圖1中各部分與現機械傳動磁感應式車速表同。
圖2為本發明第二實施例(光盤光透射法)結構簡圖，其中，圖2·6(b)為光透射盤；A0-A120為盤中導光孔；圖2·7(b)為由感應型光傳感器組成的光傳感探頭。余圖1中各部分與現機械傳動磁感應式車速表同。
圖3為本發明第三、四實施例(光環光反射法及光環光透射法)結構示意圖，其中，圖3·6(c)為光反射環；A0-A120為環中光反射條；圖3·7(c)為由反射型光傳感器組成的光傳感探頭；圖3·6(D)為光透射環；A0-A120為環中導光孔；圖3·7(D)為感應型光傳感器組成的光傳感探頭。余圖3中各部分與現機械傳動磁感應式車速表同。
圖4為本發明第一、二、三、四實施例共用電路原理圖，其中，圖4·1為光電車速脈沖傳感電路；圖4·2為單片機車速運算電路；圖4·3為車速數字顯示電路。
在傳統的機械傳動磁感應式車速里程表中，包括了車速表及里程表兩部分。
為清楚說明本發明原理及具體細節，有必要以本發明圖1中的永久磁鐵1、鋁罩2、磁屏3、游絲4、指針軸5、車速刻度盤8、速度指針9、速度軟軸10組成的原機械傳動磁感應式車速里程表工作原理作簡單介紹(里程表部分因本發明里程計數可由數字運算電路實現，故其蝸輪蝸桿機構及計數輪組成部分附圖中不畫出)。
在圖1中，當汽車靜止時，速度指針9歸位于車速刻度盤8的0Km/h車速數碼上，表示汽車處于零速度狀態；當汽車行駛時，與汽車變速箱輸出軸蝸輪付聯在一起的速度軟軸10帶動永久磁鐵1旋轉，(變速箱輸出軸及蝸輪付為汽車速度系統中現部件，圖1略)永久磁鐵的磁力線在鋁罩2上產生了磁場，使鋁罩隨永久磁鐵旋轉方向轉動，在游絲4阻尼作用下，鋁罩經指針軸5帶動速度指針9順時針方向轉過一個與速度軟軸10轉速高低成比例的角度。車速越高，永久磁鐵1旋轉越快，因而圖1中速度指針9指示在車速刻度盤8上標定的車速數碼越大，表示車速越高。傳統的機械傳動磁感應式車速里程表，就是用旋轉的永久磁鐵磁場與磁屏內鋁罩磁場相互作用產生轉矩原理而設計制造出本世紀流行的指針式車速里程表。
根據上述傳統的機械傳動磁感應式車速里程表工作原理，若將速度指針及車速刻度盤安裝位置互換，即原先隨車速變化偏轉的速度指針設定為不動的指針標定指示在原車速刻度盤的0km/h車速數碼上，而原先固定不動的車速刻度盤設定為安裝在轉動的指針軸軸身上，也相應標定歸零。這樣，當汽車行駛時，隨指針軸同步轉動的“活動車速刻度盤”，與“固定指針”的相對位置變化，也即“固定指針”指示在“活動車速刻度盤”上的車速數碼，與原速度指針指示在車速刻度盤上的車速數碼對應相同，其計速效果也相同。本發明正是在所述設定模式及概念構思基礎上，設計了一種集計量、顯示、傳感功能為一體的一種車速數字顯示與指針模擬計速同步的車速里程表。
以下，從圖1開始，闡述本發明第一實施例的具體細節。
首先，在本發明圖1中，圖1示出了汽車處于靜止狀態時各部件所處位置及關系，其中光反射盤6(a)加裝于指針軸5上；光傳感探頭7(a)裝設于車速刻度盤8盤下，都與速度指針9標定歸零。在光反射盤盤面，按逆時針方向，從標0位置起及后以每十公里一刻度標定車速值的車速數碼，與車速刻度盤順時針方向標示的用于反映車速值的車速數碼對應相同；光反射盤上安有A0-A120一道道光反射條，光反射條的安裝，除標0位置以獨立一個速度單位安上一道光反射條外，余光反射條以盤面每一刻度十等分至1km/h為最小速度單位裝設。(詳見圖1箭頭所指的光反射盤6(a)放大明細圖)。又圖1·7a中，VA-VA’、VB-VB’、VC-VC’三只反射型光傳感器組成的光傳感探頭按圖1所示位置倒置安裝在車速刻度盤盤下，以便將VA-VA′、VB-VB′、VC-VC’光傳感器發出的光信號從光反射盤盤面裝設的光反射條反射回來。
根據本發明圖1各零部件所示相關位置及所述特征，顯而易見，當汽車行駛時，圖1中隨指針軸同步轉動的光反射盤6(a)相對于光傳感探頭7(a)之間位置變化與速度指針9指示在車速刻度盤8上的位置變化相同，其偏轉角度大小也相同。這就是說，在汽車行駛過程中，從光反射盤反射出的光信號，經光傳感探頭轉換產生的車速脈沖信號所反映的車速值，與速度指針同一時刻所指示的車速值相同。
為更清楚地闡明上述關系，繼續以圖1所示闡述車速脈沖信號產生及檢測過程。
圖1·7(a)中，VA-VA’、VB-VB’、VC-VC’為三只反射型光傳感器組成的光傳感探頭；A0、B1、C2、A3、B4、C5、A6、…B118、C119、A120為裝貼于光反射盤上之一道道光反射條。光反射條以An*3Bn*3+1Cn*3+2模式在光反射盤6(a)中采用等角不等距陣列對位安裝(n為光反射條從0、1、2……120下標數)，其中，第一道光反射條A0對應于車速刻度盤中表示0km/h的車速數碼；第二道光反射條B1對應于車速刻度盤中表示1km/h的車速數碼(該車速數碼為指針偏轉模擬計速位置，刻度盤上未細分標示，為表述需要，以下均以車速數碼述)；第三道光反射條C2對應于車速刻度盤中表示2km/h的車速數碼；……余以此類推，至A120光反射條對應于車速刻度盤中表示120km/h的車速數碼。
根據上述本發明設計，當汽車點火未起動行駛時，電源接通光傳感探頭7(a)，光傳感探頭中的VA-VA’光傳感器發出的光信號正好照射在光反射盤6(a)第一道代表0km/h的A0光反射條上，A0光反射條將VA-VA’發出的光信號反射回來，由VA-VA’輸出代表0km/h的車速脈沖信號；當汽車起步行駛時，光反射盤隨速度指針順時針方向偏轉，圖1中A0光反射條偏離VA-VA’光傳感器，VA-VA’輸出信號中止，由B1光反射條進入與VB-VB’光傳感器的光照射面上，將VB-VB′發出的光信號反射回來，由VB-VB′輸出代表1km/h的加速脈沖信號；當車速使C2光反射條進入與VC-VC’的光照射面上時，再從VC-VC’輸出代表2km/h的加速脈沖信號，在此之前，VB-VB’輸出信號也隨之中止。設汽車從0km/h起步持續增速至速度指針指示在車速刻度盤上的某一車速值時，按上述模式及設計，光傳感探頭將依次從VA-VA’→VB-VB’→VC-VC’周而復始，持續不斷輸出一個個與速度指針指示的反映在車速刻度盤上的車速值相同的加速脈沖信號，輸入圖5單片機處理電路，由單片機進行加法運算，計算出與指針指示的車速值相同的車速數值。但汽車在行駛過程中是不斷作變速運動的，單一的脈沖累加計數無法反映汽車在行駛過程中的實際速度，為此，以本發明設計，通過車輛減速時光反射盤隨速度指針下降逆轉，由光傳感探頭從VC-VC’→VB-VB’→VA-VA′方向輸出信號方式，為圖4單片機內部的加減車速脈沖計數提供可識別的信號依據。
下面以車輛減速為例，說明汽車在減速過程中，減速脈沖信號的檢測及產生。
設以車速增至120km/h為例說明當汽車速度從120km/h下降至119km/h時，速度指針將從車速刻度盤上指示的120km/h車速數碼上逆時針下降至車速為119km/h的車速數碼上，在這種情況下，原與光傳感器VA-VA’對應的A120光反射條也相應隨光反射盤逆時針方向偏離VA-VA’光傳感器，而由C119光反射條進入與VC-VC’光傳感器上下對應的光照射面上，因而VA-VA’輸出的代表120km/h的原加速脈沖信號中止，隨之由VC-VC’輸出一個減速脈沖信號，輸入圖4單片機作減一運算，計算出與速度指針所指示的車速值相同的車速脈沖數；當汽車車速從119km/h繼續下降一個1km/h速度單位時，VC-VC’輸出信號中止，光反射條B118隨光反射盤6(a)的繼續逆時針方向回轉，進入VB-VB’光傳感器的光照射面上，又輸出一個減速脈沖信號，輸入圖4單片機繼續作減一運算；當車速繼續下降至車速為117km/h時，光傳感器VA-VA’再輸出一個減速脈沖信號，輸入單片機作減一運算。上述車速遞減運算模式，在車速持續下降情況下，與光反射盤中An*3Bn*3+1Cn*3+2光反射條陳列相對應之VA-VA’、VB-VB’、VC-VC’光傳感器一直按反方向方式輸出減速脈沖信號至汽車停止減速或改變為增速時為止，因而，當汽車在不斷增速或減速的運動過程中，無論汽車處于何種速度狀態，由VA-VA’、VB-VB’、VC-VC’光傳感器輸出的車速脈沖個數，都可以通過上述光傳感探頭7(a)的正反信號輸入，在單片機中作為增速或減速識別信號，進行實時速度運算，并在單片機外圍電路配合下，由數碼管或液晶顯示器顯示出來。具體細節，由以下圖4電路原理圖進一步說明。
圖4為本發明電路原理圖，其中
圖4.1為光電車速脈沖傳感電路；圖4.2為單片機車速運算電路；圖4.3為車速數字顯示電路；圖4.1中，VA′、VB’、VC’為光電車速脈沖傳感電路中的光傳感器，也即圖1中光傳感探頭內部的受光元件。
當汽車點火發動時，圖4.1中的VCC電源通過電阻R4的限流作用，向探頭內部發光元件VA、VB、VC提供電流，使VA、VB、VC發出一定強度的光線；而受光元件VA′、VB′、VC′與各自的匹配電阻R1 R2 R3組成了電壓型光開關。當圖4.1中某個發光元件VA或VB或VC發出的光線被光陣列中相對應的光反射條反射到各自的受光元件時，其中接受到反射光的受光元件處于導通狀態；未接受到反射光的受光元件則處于截止狀態，被導通的受光元件使電源VCC施加到與其匹配的電阻R1 R2 R3相接的e1 e2e3點上，形成符合TTL邏輯“1”電平的電壓信號；而處于截止狀態的受光元件，將電源VCC與e1 e2 e3端隔開，被電源地線通過電阻R1 R2 R3拉低成TTL邏輯“0”電平的電壓信號；將上述VA′、VB′、VC′輸出的反映車速脈沖變化的“0”或“1”邏輯電平信號分別通過P1.0、P1.1、P1.2三根信號輸入線輸入圖4.2單片機8748P1口上，并以輸入P1口的不同電平邏輯值進行加減運算，即可隨時計算出車輛所在時刻的速度。
由于汽車起步時，車速都從速度指針所指示的0km/h車速數碼處開始，故當汽車點火車速為0km/h時，根據本發明設計及圖1所述，光傳感器VA-VA′發出的光信號被光反射條A0反射到其受光元件VA′上，圖4.1中的VA′處于導通狀態，而此時另外兩只光傳感器VB-VB′、VC-VC′與B1、C2光反射條相對位置尚處于偏離狀態，VB、VC發出的光信號未被B1、C2光反射條反射回來，受光元件VB′、VC′處于無光照射的截止狀態。處于光照射導通狀態的VA′在圖4.1光電車速脈沖傳感電路中被處理為“1”邏輯電平；而處于截止狀態的VB′、VC′在圖4.1光電車速脈沖傳感電路中均被處理為“0”邏輯電平輸入圖4.2單片機8748P1口，形成圖4.2單片機8748P1口上的P1.0、P1.1、P1.2三根信號線邏輯值為P1.0＝“1”，P1.1＝“0”，P1.2＝“0”，因而單片機得出一個車速為0的數值，并將數值存入單片機內部車速值存儲單元中。
當汽車起步，車速增加到1km/h時，光反射盤隨速度指針的順時針方向向上偏轉，A0光反射條偏離VA-VA′光傳感器，光反射盤中的B1光反射條進入VB-VB′光傳感器光照射位置，而此時C2光反射條尚未進入VC-VC′光傳感器光照射位置，因而，VB-VB′光傳感器中的受光元件VB′從0km/h時的截止狀態改變為導通狀態，VA-VA′光傳感器由汽車點火時的導通狀態改變為截止狀態，而VC-VC′光傳感器尚未接收到光反射信號，仍處于截止狀態，圖4.2中8748P 1口輸入的邏輯值為P1.0＝“0”，P1.1＝“1”，P1.2＝“0”，單片機遂將車速值存儲區內的數值0加1，得出新的數值1，再存入車速值存儲區內。
當汽車速度增加到2km/h時，光反射盤隨速度指針繼續順時針方面向上偏轉，形成A0，B1光反射條偏離VA-VA′、VB-VB′光傳感器光照射位置，而C2光反射條進入VC-VC′光傳感器光照射位置。故圖4.1中的VA′繼續處于截止狀態，VB′也處于截止狀態，而VC′則為導通狀態。圖4.2單片機8748P1口輸入的邏輯值為P1.0＝“0”，P1.1＝“0”，P1.2＝“1”，單片機隨之將車速值存儲區內的數值繼續加1為2，再存入原車速值存儲區內。至此，光傳感器VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′完成了對光反射盤中光陣列A0、B1、C2列的檢測掃描過程。
當汽車速度再增加到3km/h時，光反射盤又隨速度指針轉過了一個代表車速增加了1km/h的速度單位，處于該速度單位的A3光反射條進入VA-VA′光傳感器光照射位置，此時光陣列中的B4、C5光反射條尚處于未進入VB-VB′、VC-VC′光傳感器光照射位置。根據本發明圖1原理及所述，圖4.2單片機從P1口上的信號輸入，又重復了P1.0＝“1”，P1.1＝“0”，P1.2＝“0”邏輯值。單片機繼續將車速值存儲區原存儲的數值加1而成為與速度指針指示在車速刻度盤上的車速值相同的車速數值3。在此情況下，若車輛繼續以增速狀態前進，光傳感器VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′也將繼續從A3光反射條開始以VA′→VB′→VC′方向，反復不斷，周而復始地從單片機8748P1口輸入“100”；“010”；“001”邏輯值，并在單片機車速值存儲區內，以連續加1運算至汽車停止加速時為止。
相反的，當汽車停止加速進入減速或持續減速狀態時，光傳感探頭中之VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′光傳感器與光反射盤相對位置的變化逆轉，從逆轉時光傳感探頭輸出第一個車速脈沖信號開始，則以VC′→VB′→VA′方向進行所述車速脈沖信號的掃描檢測，從圖4.1VA′、VB′、VC′輸出與加速時方向相反的截止導通信號，使圖4.2單片機P1口三根信號線P1.0、P1.1、P1.2輸入的邏輯值改變為“001”；“010”；“100”狀態，與此同時，汽車在減速過程中，單片機車速值存儲區存儲的數值將改變為連續不斷作減1運算，至汽車停止減速時為止，其結果都與指針隨車輛減速下降所指示的車速值相同。
根據上述增減速邏輯值變化規律，同樣的道理，當汽車按某一速度保持勻速行駛時，由于光傳感探頭與光反射條相對位置保持不變，單片機8748P1口上輸入的邏輯值也不變，保持原車速值存儲區內存儲的數值；即使是在車速變化小于1的特殊情況下，由于光反射條排列之間有間隔，出現光傳感探頭中的VA′、VB′、VC′受光元件都得不到反射光而處于同時截止狀態，從單片機8748P1口上輸入的邏輯值均為P1.0＝“0”，P1.1＝“0”，P1.2＝“0”，單片機保持原存儲的車速數值。這就是說，當車輛行駛時，無論車速如何變化，圖4.2單片機只須將該時刻從P1口輸入的邏輯值記憶保持，并根據車輛增、減速或不變速狀態與P1口邏輯值相應的變化規律及軟件程序，將車速值存儲區內原數值加1或減1或加0的不斷運算，即能每時每刻得出與指針指示在車速刻度盤上相同的車速數值。將所得出的車速數值通過圖4.2單片機8748外部設備的圖4.3車速數字顯示電路顯示出來。
圖4.3為車速數字顯示電路。
其中，包括D2中三只相同的74LS77數據鎖存器；D3中三只相同的74LS248數碼管驅動器；以及三只作為車速數字顯示用的LC5011數碼管。
在圖4.2單片機車速運算電路中，單片機8748通過對P1口輸入的不同邏輯值電平信號變化進行加減運算，將每次計算得出的車速數值通過數據總線(DATA)按車速數值的百位、十位、個位分別輸送到圖4.3車速數字顯示電路中的D2三只鎖存器74LS77鎖存起來，以便于數字顯示穩定。三只鎖存器74LS77將鎖定的顯示數據再分別對應輸出到圖4.3車速數字顯示電路中的D3三只數碼管驅動器74LS248上，每只74LS248驅動器再分別驅動每一只與其相連接的LS5011發光數碼管，將鎖存器74LS77鎖存的百位、十位、個位車速數值顯示出來。上述車速數字顯示也可通過單片機8748的數據口將車速數值串行輸出到液晶顯示驅動器MC145453后，將車速數值顯示出來。在此過程中，單片機8748不斷重復上述動作，至汽車熄火為止。實現本發明第一實施例將速度指針所指示的車速值與電子速度數字同步顯示計速的功能。
下面，以圖2所示，繼續說明本發明第二實施例(光盤光透射法)的具體細節在圖2.6(b)光透射盤中，A0-A120導光孔按An*3Bn*3+1Cn*3+2陣列定孔，各孔在盤中位置與第一實施例中光反射條的裝貼位置相同，其孔心位于光反射條的中心，當A、B、C各列導光孔重合在盤中同一半徑上時，各列A、B、C孔間的直線距離，與光傳感探頭中各光傳感器的間距相等；圖2.7(b)為VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′感應型光傳感器組成的光傳感探頭，也與指針歸零標定。該光傳感探頭與圖1.7(a)反射型光傳感探頭不同之處在于將探頭內部之發光原件VA、VB、VC及受光原件VA′、VB′、VC′分開，分別置于光透射盤6(b)的盤上和盤下，以便將盤上VA、VB、VC發出的光線通過光透射盤6(b)上的導光孔垂直透射到盤下之VA′、VB′、VC′的受光面上(光傳感探頭可以支架承接方式，將支架緊固于表殼內壁)。
依圖2設計，當汽車點火時，位于光透射盤6(b)上之光傳感探頭7(b)內部光傳感器VA發出的光線，正好通過光透射盤上A0導光孔照射到盤下VA′受光面上，由圖4.1光電車速脈沖傳感電路作用，從VA′輸出代表0km/h的車速脈沖信號；當汽車起步行駛時，光透射盤隨速度指針順時針方向偏轉，當速度指針指示在車速刻度盤的1km/h車速數碼上時，隨著A0導光孔的向上偏移，VA發出的光線偏離A0導光孔而無法停留照射在盤VA′受光面上，VA′輸出的車速脈沖信號中止，而此時的B1導光孔正好處于VB與VB′之間，VB發出的光線通過B1導光孔垂直照射到盤下VB′受光面上，從VB′輸出代表1km/h的車速脈沖信號；當車輛繼續前進，車速使C2導光孔進入VC與VC′之間，此時的速度指針也正好指示在車速刻度盤2km/h的車速數碼上，VB′輸出的車速脈沖信號也中止，隨之又從VC′輸出代表2km/h的車速脈沖信號。這樣，當車輛持續加速至某一車速值或者從某一車速值持續減速至某一車速值時，與光反射盤中光反射條陣列安裝位置對應相同的光透射盤上的導光孔，按第一實施例所述加速或減速模式，將從光透射盤下光傳感探頭7(b)中之VA′、VB′、VC′輸出一個個提供圖4.2單片機內部作加減運算的車速脈沖信號(即圖4.1VA′、VB′、VC′輸入單片機P1口三根信號線之邏輯值電平信號)。再經圖4.3車速數字顯示電路中的鎖存電路、驅動電路、顯示電路從數碼管或液晶顯示器連續顯示出與指針在車輛行駛過程中指示的車速值相同的車速數值.達到與圖1第一實施例相同的作用和目的。
下面再以圖3所示光反射環6(c)、光透射環6(D)，還有分別與之匹配的光傳感探頭7(C)、7(D)及與第一、二實施例相同電路，闡述本發明第三、四實施例的具體細節。
首先，在圖3第三實施例(光環光反射法)中，除光反射環6(C)結構、光傳感探頭7(C)安裝方式與第一、二實施例有所不同外，余圖3中1、2、3、4、5、8、9、10各部分與圖1，圖2第一、二實施例完全相同，也即與現有機械傳動磁感應式車速里程表完全相同。圖3中，6(C)為安于指針軸5上的光反射環；環上的第一道光反射條A0與速度指針9標定歸零；A0、B1、C2、A3……A120一道道光反射條，以指針軸5為軸心，與車速刻度盤8盤面垂直而處于車速刻度盤周緣車速數碼相對應的位置上(環上的光反射條除A0外，余各道光反射條均以車速刻度盤上每十公里一刻度十等分間距裝設)。在光傳感探頭方面，圖3.7(c)光傳感探頭也為反射型光傳感器VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′組成的光傳感探頭，光傳感探頭7(C)裝設于表殼內壁，其內部的三只光傳感器位于與指針指向垂直的同一垂直面上，與速度指針9標定歸零；以確保光反射環6(C)隨指針軸5同軸轉動時，環中的每一道光反射條均可進入與光傳感探頭7(C)內部光傳感器VA-VA′、VB-VB′、VC-VC′之光照射面上，以便于汽車行駛過程中從該傳感器探頭7(C)準確產生用于計數的車速脈沖信號。這樣，以上述設計及傳統的機械傳動磁感應式車速表計速原理檢測產生的車速脈沖信號，經圖4本發明光電車速脈沖傳感電路；單片機車速運算電路；車速數字顯示電路再行處理，也可以實現車速數字顯示與指針模擬計速同步的目的(具體細節與第一、二實施例同，略)。
再以圖3所示，(詳見圖3之1、2、3、4、5、6(D)、7(D)、8、9、10構成)，最后說明本發明第四實施例(光環光透射法)的具體結構及細節。
在圖3中，圖3.6(D)光透射環也象圖3.6(c)光反射環一樣，安于指針軸5上，與速度指針9標定歸零；光透射環上從A0-A120的一個個導光孔排列，與本發明第三實施例光反射條排列位置相同，其孔心也正好落在每一道光反射條的中心位置上。因而，當汽車行駛時，從導光孔透射檢測的車速脈沖信號，與本發明第三實施例光反射條反射檢測的車速脈沖信號相同。
依上述關系，本發明第四實施例圖3.7(D)所采用的感應型光傳感探只須將第三實施例光傳感探頭內部的發光元件和受光元件分開，并按圖2第二實施例相同的光信號檢測方法，也同樣能達到本實施例的設計目的。
以下，再就第四實施例所述的光傳感探頭，以圖3.7(D)所示說明在圖3中，光傳感探頭7(D)內部的VA、VB、VC發光管安于光透射環6(D)的外壁，VA′、VB′、VC′受光管則對應安于光透射環內壁，裝配調校時，光傳感探頭7(D)中的第一只發光管VA需與光透射環6(D)中的A0導光孔對位標定，并保證光透射環隨指針轉動時，光傳感探頭內部發光管VA、VB、VC發出的光線能透過環上的一個個導光孔，將光線照射在相對應的VA′、VB′、VC′的受光面上。
顯而易見，依圖3第四實施例檢測的車速脈沖信號，送入圖4單機8748內部運算，其得出的車速數值，與指針指示在車速刻度盤上的車速值相同。(具體檢測、運算過程與前各實施例同，略)。
正是本發明一、二、三、四實施例車速脈沖信號采用光電反射傳感結合單片機運算方法，實現將指針指示的車速值與電子數字顯示同步計速而獲得車輛在行駛過程中的車速變化數值。那么，無論何種型號的車輛，都可以通過S＝V×T公式，由本發明圖4.2單片機8748根據車輛速度及行駛時間計算出行駛里程，從而進一步實現本發明以里程數字化替代傳統的里程計數器記錄汽車行駛里程的目的。
下面就里程數字化問題，詳細說明實現的具體方法和原理。
S＝V×T為車輛行駛里程計算公式。式中，S為車輛行駛距離；V為車輛行駛速度；T為車輛行駛時間。
假如某一車輛，以某一車速，均勻行駛過一個固定的時間后，所行駛的里程將是一個固定數值。根據S＝V×T公式，本發明圖4.2單片機8748根據速度與時間的函數關系，將可容易的計算車輛的行駛里程。
然而車輛行駛過程中，車速是隨機不斷變化著的，是不可能以保持同一車速的方式或模式去計算行駛里程的。但是，在一個很短的時間段Δt內，車輛行駛的速度則可以是一個固定值，因而，在該時間段內，車輛行駛的里程段ΔS則是一固定值。將T時間內的所有時間段Δt所行駛的里程段ΔS相加，即S＝V1Δt1+V2Δt2+V3Δt3+……就可累計得出T時間內的里程值。式中Δt1、Δt2、Δt3……，全部時間段相同且相加為總行駛時間T；V1、V2、V3……是對應各個時間段Δtn時的車速數值。本發明中，選擇時間段Δt設定為10ms，(也可大于10ms可小于10ms)，那么，所有車速值0，1，2，3，……120km/h在每10ms時間內行駛的里程段就可預先計算出來，并形成一個按車速由小到大順序排列的車速里程段關系表格，計算公式為ΔS＝Vn÷3600÷1000×10，Vn是表格內車輛從0，1，2……120km/h預先設定好的車速數值(預先設定好的車速數值，視高速車需求而定)，而Vn÷3600÷1000則變成了每ms車速行駛的里程值，再乘10ms即可得出關系表中的各個里程段值ΔS，將此車速里程段關系表，與單片機8748的執行程序一起用專用編程工具如ALL-07等一并寫入到單片機8748片內的EPROM存儲器中，單片機8748就可隨時根據現行車速數值去查找對應的里程段值，再進行累計工作就可得出總的行駛里程數值。總里程的累計工作可將上述里程公式，即S＝V1Δt1+V2Δt2+V3Δt3+……變為Sn＝Sn-1+Vn×Δtn，式中Sn-1為此次時間段以前所有小時間段Δt內行駛里程的總和，Vn為本次時間段Δt內車輛行駛的車速數值。單片機8748每10ms一周期不停地計算里程值Sn，并且在每次里程值Sn計算完畢后，將其存入帶有掉電保護的存儲區RAM內(單片機8748片內具有)，以便下次計算使用并防止停車后丟失里程數值。然后可用與圖4.3車速數字顯示相同的方法，用七只數據鎖存器分別將里程中的十萬位、萬位、千位、百位、十位、個位及小數點后一位(百米值)鎖存，再由七只驅動器74LS248驅動七只數碼管LC5011，即可獲得車輛行駛的里程值處理及顯示功能，實現本發明所提出的一種車速數字顯示與指針模擬計速同步的車速里程表所述里程數字化目的。
說明1、本發明所述光反射盤上裝設的光反射條可以是能用于反射光信號的光反射物體或光反射材料做成，如絲網印刷或光刻等工藝。
2、本發明所述光反射條或導光孔裝設數量，不受附面標示數量限制，設計時可視高速車需求而定。
3、本發明單片機及TTL集成電路片不受圖4.2、圖4.3標示型號所限，也可以選用相同功能的單片機或TTL集成電路片。
4、本發明中的光反射條以“等角不等距”光陳列裝設模式，是從整體技術及原理的表述理解而言。具體設計時，還需按現技術中車速高低速區的不同車速刻度，也即不同高低速區指針不同偏轉角范圍內，以“等角不等距”光陳列安裝調整；同時，因盤及環的加裝所引起的游絲阻尼力量變化，甚至包括軟軸轉速改變，都以現技術方法適應調校。
權利要求
1.一種車速里程表，具有機械傳動磁感應式車速表結構，包括速度軟軸、永久磁鐵、磁屏、游絲、鋁罩、指針軸、速度指針、車速刻度盤、還有光電傳感裝置，單片機及電路，其特征是一由三只發光管和光敏管組合的光傳感探頭，位于車速刻度盤盤下；一可以反射光信號，也可以透射光信號的盤或環，安于指針軸上，與指針軸同軸轉動；一單片機及電路，與探頭內部三只光敏管的信號輸出線接口，對光敏管輸入的電脈沖信號進行計數，并通過鎖存電路，驅動電路，將脈沖計數以數字方式在數碼管或液晶顯示器上顯示出來。
2.根據權利要求1所述車速里程表，其特征在于隨指針軸同軸轉動的盤或環上裝貼有一排排用于反射光信號的光反射條。
3.根據權利要求1所述車速里程表，其特征在于隨指針軸同軸轉動的盤或環上開有一個個用于透射光信號的導光孔。
4.根據權利要求1、2所述車速里程表，其特征在于光傳感探頭中的發光管發出的光信號，可通過盤上光反射條或環上光反射條將光信號反射到探頭內部光敏管的受光面上。
5.根據權利要求1、3所述車速里程表，其特征在于光傳感探頭中的發光管和光敏管可分開，分別置于盤的上下或環的外內壁，通過盤上或環上的導光孔，將光信號從一邊透射到另一邊光敏管的受光面上。
6.根據權利要求1所述車速里程表，其特征在于當光傳感探頭三根信號輸出線依光敏管VA′→VB′→VC′信號輸出方向向單片機P1口輸入車速脈沖信號時，單片機按加法計數；當信號輸出線依VC′→VB′→VA′信號輸出方向向單片機P1口輸入車速脈沖信號時，單片機按減法計數。
7.根據權利要求1所述車速里程表，其特征在于安于車速刻度盤盤下的光傳感探頭處于與車速刻度盤標定歸零的位置上。
8.根據權利要求2所述車速里程表，其特征在于盤上或環上裝貼的光反射條數量及位置與車速刻度盤上標示的模擬車速數碼相同。
9.根據權利要求3所述車速里程表，其特征在于盤上或環上開的導光孔數量及位置與車速刻度盤上標示的模擬車速數碼相同。
10.根據權利要求1、6所述車速里程表，其特征在于單片機內部的車速運算，可與時間對應函數關系，同時計算車輛行駛的速度和里程，并在數碼管或液晶顯示器上顯示出來。
全文摘要
本發明一種車速數字顯示與指針模擬計速同步的車速里程表,屬于車速儀表裝置。該裝置包括傳統車速表部件、光電傳感裝置、單片機及電路。光電傳感裝置加改裝于機械傳動磁感應式車速表上,將指針指示在車速刻度盤上的車速數值以光信號及光電傳感方式轉換為車速脈沖信號,經放大、整形、運算電路處理為數字信號,包括里程數字信號,一并在數碼管或液晶顯示器上顯示出來,實現一種集計量、顯示、傳動功能為一體的多功能型車速里程表。
文檔編號G01C22/00GK1178908SQ9711561
公開日1998年4月15日 申請日期1997年8月3日 優先權日1996年8月6日
發明者李揚榮, 孫世強, 李宗懋 申請人:李揚榮, 孫世強, 李宗懋
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