汽車專業(yè)傳感技術課程———

1、電子測量與檢測課程設計車速- 里程表油量表水溫表設計指導書目錄第一章設計任務書 1第二章設計提示 3第三章參考設計 8第四章仿真調(diào)試 13第五章電路板制作 18第六章設計報告寫法20第一章 設計任務書一、題目 ：車速表、油量表、水溫表數(shù)字儀表設計二、目的： 同學們學過傳感器原理及應用課程后，已初步了解了常用傳感器的工作原理、特點等理論 知識，但還缺乏實際設計應用的能力。今安排的 車速表、油量表、水溫表 數(shù)字儀表課程設計，可以 培養(yǎng)我們的實際工作能力；可以培養(yǎng)我們的研發(fā)能力。希望同學們能在設計過程中學會從工程角度思考問題，熟悉本專業(yè)領域的傳感器產(chǎn)品，學會 對產(chǎn)品傳感器的正確接口、信號調(diào)理、線性化

2、、校準及常用的電子顯示/報警方法。三、任務： 本課程要求同學設計和實際制作 車速表、油量表、水溫表 數(shù)字儀表，要求通過查找 IC 手冊， 把完整詳細的電路圖畫出來，講清工作原理，進行必要的計算、制作， 記下調(diào)試數(shù)據(jù)！進行結(jié)果誤 差分析。報告一律用五號字體 WORD 打印，一般 6 頁左右即可。四、具體指標和要求1車速表用 20 只 LED 線狀顯示汽車的即時行駛速度。測速范圍： 0100km h每 LED 顯示： 5km h輪胎直徑： 900mm2里程表用數(shù)碼顯示所行駛的不可復位累計總路程，及可復位單次小計路程。計程范圍：不可復位累計總里程0 99999.9 km ，可復位小計里程 0 999

3、.9 km分度：以 100米計數(shù)一次，即 1 次 0.1km 輪胎直徑： 900mm3油量表用 3 只 LED 條狀顯示燃油箱中的燃油油量。測量范圍： 01/3 2/31每 LED 約顯示： 1/34水溫表用 6 只 LED 條狀顯示發(fā)動機冷卻水溫度，并以最高 3 只紅 LED 作超溫報警。測量范圍：50 C +100 C每LED顯示：10C左右，（注意線性化顯示）。五、參考進度1. 查閱并自學常用汽車傳感器資料 1 天。 至少要查到轉(zhuǎn)速、油量、油壓、溫度傳感器各二種類 型以上，并記錄其原理、特點及典型應用方法。2. 查閱 /自學 IC 資料 1 天。3. 三只表的詳細電路圖設計、 制作、調(diào)試

4、 3天。4. 撰寫設計報告 4 天。 平時一定要注意搜集 /記錄資料，設計計算、實測數(shù)據(jù)不可缺少。第二章 設計提示準備：1按任務書要求查閱傳感器資料。2. 重點學習 一種汽車專用IC （也可廣泛用于家電等）LM3914的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，考慮如何 用普通運放LM324仿制和用EWB仿真。3. LM3914的典型用法：a.固定增益（1.2V滿量程）的最簡單用法一一只需外加一只電阻。B .改變增益（最大可提高到200mV滿量程）的方法一一內(nèi) 1.2V分壓后作基準電壓。c .閃爍報警方法一一看發(fā)放的資料。一、車速表只要求考慮如下一種 系統(tǒng)方案，要求通過查找IC手冊，把完整詳細的電路圖畫出 來，講清工作原

5、理，進行必要計算即可。不仿真、不制作。RC濾波4LM2917二級 LM391420 只 LEDF/V轉(zhuǎn)換驅(qū)動條狀顯示0 100km/h調(diào)量程SZMB 5轉(zhuǎn)速傳感器圖二車速表原理圖傳感器概要：選用SZMB 5型磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，配合高為 900mm的輪胎時，其特性為每轉(zhuǎn)輸出60個正弦波（幅度300mv,但不穩(wěn)定），故車速0100km/h時，對應輸出0589.2 Hz 近似正弦波。計算提示：1. 先求出最大車速100km/h時，傳感器輸出信號的頻率fi;2. LM2917 的輸出公式：二、里程表也不仿真和制作。車速表和里程表應共用一個 SZMB 5型磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，以降低成本.注：為防止掉電而丟

6、失里程數(shù)據(jù)，需選用有記憶功能的機械計數(shù)器，如青島海泰電氣股份公司的876-I （II、山）型六位電磁計數(shù)器，它不帶回零裝置，可防止篡改。計算提示：先求900mm的輪胎周長C，再求脈沖當量q=C/60個脈沖（=0.047167m脈 沖）,由此得 每100米應計數(shù)n=100/q化為二進數(shù)（B）,由此推得對應 于CD4040的腳名和腳號，進行連線 。三、油量表傳感器：可用電阻式油量表，它有正向和反向變化式二種。典型正向變化式特性為油量：01/21對應輸出電阻：03060門系統(tǒng)方案1直接電阻分壓取樣+5VLM3914條形顯示+1.2VRs=190Rx=060反向變化式（昌河ULG-17）:油量：01/

7、21對應輸出電阻：11032.581K此法簡單，但因Rs小，故非線性大，接近1LED （應自行計算分析），無法接受系統(tǒng)方案2恒流源電阻取壓采樣LM324+5VR1510820l=20mAC9012W=100Rx=060360Kii0.1此法線性及抗干擾性均好，是電阻性傳感器的優(yōu)選取樣電路之一，故決定采用簡易恒流源參考電路:精密恒流源參考電路:簡易恒流源計算提示：1. 基極分壓電阻應較小，使510上壓降穩(wěn)定在2V上，2. 為使 Rx上能產(chǎn)生滿幅顯示所需 1.2V，l=（2-0.7）V/W 應為20mA條形顯示器的實驗制作：考慮到任務指標只要高中低三檔顯示，故可以用一只LM324仿 照LM3914

8、 （見附錄“參考資料”）自制。四、水溫表系統(tǒng)方案討論：常用的溫度傳感器種類很多，如熱電偶，熱電阻，熱敏電阻，PN結(jié)，AD590等?？煽紤]用熱敏電阻或PN結(jié)。1.熱敏電阻方案：熱敏電阻公式：Rt=Ro*expB (1/T 1/To)，B為材料常數(shù)，T為絕對溫度。為克服熱敏電阻低端電阻不為零的特性，宜采用電橋檢測電路。(注意熱敏電阻的負 溫度電阻特性，應將熱敏電阻放在電橋的合適部位)。為克服熱敏電阻的嚴重非線性影響，可在其上并一只合適電阻Rp=Rm (B -2Tm) /(B + 2Tm)，其中Rm為量程中點溫度處的熱敏電阻阻值；B為熱敏電阻的材料常數(shù)； Tm為量程中點處的絕對溫度。傳感器特性：RC

9、7-1型電阻式溫度傳感器的實測數(shù)據(jù)為：輸入溫度：30， 60，90， 120,150, 160C對應電阻：2013, 581, 205, 8540，32門可見線性很差。計算：B=ln (R1/Ro) / (1/T1-1/To) =ln (32/581) / (1/433-1/333) =4180 則得公式：Rt=581*exp4180 (1/T-1/333)由此計算得:輸入溫度：5060708090100C對應電阻：:857581,4032852051510線性化計算：采用并電阻方案 RP=Rm (B2Tm) / ( B+2Tm) =338 (4180 - 2*348) / (4180 +2*

10、348) =241則 50,60,70, 80,90,100C 時，對應總電阻分別為 188，170,151， 131，111，93由此 畫出曲線如下,可見線性大大改善.R1002. PN結(jié)實驗方案：+Vtc調(diào)増益卄F/510 kQ/100%1 OO kQVd 51 kQ>>?LM324IP500 調(diào)零ZH k42%Vo圖三 PN結(jié)水溫表傳感器實驗制作.ewb車速表第二章參考設計2.2K里程表SZMB-5o10K爲58.021 10CPQ CD4040Vdd1611220uF1N4148 聾3210K337805 甲+13 oQ12Q7Q4 Q21457RST13 12 10 97

11、4LS2114CONT RSTo o一 *復位o3151CONT TNH BRT V+ICM7225J0K2.2KC90136位機械式 計數(shù)器STOREGNDGND131920266123740,2434_35J36COM+5V1K510油量表油量表實驗制作：因只要3級LED顯示，故用一只LM324仿制LM3914即可WJ/100620 dLEmC5D122D knWAj二二 1(LM3914原理與仿真:集成電路內(nèi)部外接電路9 MODVccVif+ 7信號輸入4 RLLED11I-I18 r；LED1i red_LED loopi LED 10丄 1.2Vi LEDBi1100Q :恣GNDg

12、 1 kOfq»10 ；LED9WE：亂7、/；11 '100 q!、-W12100 Q ；AAAr*:LED7；LEDBIDU”；督14 <» LEDS100 £J ；汛 15 4，LED4；-ed LED16 LED3；red_LJED100G i 懿A/VxJ *H7 1；LED21 red_i FO100 n；氐四、水溫表本次實驗暫不做顯示部分，只做傳感器接口電路。1.熱敏電阻方案：2 kC20 kQyw-Z/500 Q/37% %320 kO Vi +110 kn74LM3 24o.iVirJJ改5K電位器 調(diào)量程3. PN結(jié)實驗萬案:圖四

13、 PN結(jié)水溫表傳感器實驗制作.ewb+Vcc15?4調(diào)増益彳OsTokE/ioo?I_"vVv1LM3500 調(diào)零ZH kd/42%24 150K第四章仿真調(diào)試利用仿真來調(diào)試電路，已經(jīng)是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計開發(fā)產(chǎn)品的必由之路了。通過仿真可以檢查電路的工作點、可以校準儀表、測量誤差，獲得設計報告所需的一切數(shù)據(jù)，還可以看到LED亮暗及數(shù)字顯示等實際輸出的效果。我們希望同學們通過仿真實踐，還要學會常用電子儀器的使用，學會設 計檢修各種汽車儀表的通用思路和方法。、EWB5的使用概要將已解壓的EWB5子目錄拷貝到你的 PC機上，不用安裝，即可運行其中的 EWB32.EXE，直接 進入仿真窗口。菜單

14、條.仿直幵關建示比例當用工具欄用戶皓稈庫一般操作步驟如下：1.從窗首的器件庫圖標中找到你所需要的器件（包括測試儀表），用鼠標拖放到空白圖紙區(qū)；2 .雙擊圖紙上的器件，可以設置它的符號名稱及各種參數(shù)大小、顏色等屬性；3. 連接電路：將鼠標移近器件引腳末端，待出現(xiàn)小黑點時可用鼠標拖出連線，進行連接。一個小黑點四周只能連四根線， 若周邊方向錯了，就會出現(xiàn)絞線。若導線重疊，就會出現(xiàn)假斷線。 若二器件引腳未經(jīng)導線連接就直接相接觸，表面看是通了，實際是“假焊”。拖動一下器件就清楚了。4. 要在圖上任意位置標注文字，可取一個獨立的“連接點”元件（小黑點），雙擊之，即可在其LABLE欄書寫任意中文說明。5.

15、按下窗口右上方的電源按鈕（又叫仿真開關），電路即可工作。6調(diào)整電位器校準儀表。每一個電位器都有一個標識如圖 WW100K 50%按其標識鍵W就可以改變其百分比阻值，按caps鍵可以改變其變化方向。如忘了, 可選中電位器后再按F1鍵幫助。如有多個電位器，則可雙擊電位器，在Value卡的Key: 中改變標識鍵字符，加以區(qū)別。驗證方案設計因為仿真中的傳感器大多要用V、I、R或信號發(fā)生器代替，而它們的數(shù)值又往往和真實被測物理量的數(shù)值不同。這就需要選擇一種替代(模擬)傳感器的參數(shù)種類及其數(shù)值大小，擬訂一套實驗 方法，來驗證整個儀表的功能或考核儀表誤差。例1 :里程表中，我們不可能使用真的傳感器或真的讓汽

16、車跑起來，然后檢驗屏幕中的電路是否真的顯示正確。但分析電路工作原理知，它只不過是對脈沖計數(shù)。我們只要知道數(shù)碼管每顯一個 字代表0.1公里，傳感器每個脈沖代表0.04712米，就不難算出要輸入 N=100/0.04712=2122個脈沖,數(shù)碼管顯示才增1。于是我們可用f=1KHz的方波發(fā)生器代替 SZMB-5型轉(zhuǎn)速傳感器，用示波器監(jiān) 視其波形，當示波器窗口底部的狀態(tài)欄顯示運行時間為2122mS時，按下“暫停”按鈕，看數(shù)碼管是否真的顯示末位翻 1 了即可。例2:油量表因為油量傳感器特性為，油量0-1/2-1對應輸出電阻0-30-60 Q ,所以油量傳感器可以用100 Q的電位器Rx來替代。當Rx=

17、0時，所有LED應滅；當Rx=20 Q時，LED1應亮； 當Rx=40 Q時，LED1、2應亮；當 Rx=60 Q時，LED1應全亮。例3: Rt水溫表已知RC7-1型熱敏電阻式溫度傳感器的實測數(shù)據(jù)為：輸入溫度：30 , 60 , 90, 120 , 150, 160C對應電阻：2013, 581, 205, 8540, 32門故可用1K或5K電位器代替溫度傳感器。但若直接按上表校驗，則只有二個數(shù)據(jù)落在LED顯示范圍(50100C)內(nèi)，無法精確校核測量精度。為此需要計算每一個LED對應的電位器阻值。熱敏電阻公式：Rt=Ro*expB (1/T 1/To), B為材料常數(shù)，T為絕對溫度先由已知數(shù)

18、據(jù) To=60+273=333K , Ro=581 ; T1=160+273=433 , R仁32 代入上式，可解得：B=In (R1/Ro) / (1/T1-1/To) =ln (32/581 ) / (1/433-1/333 ) =4180 則得公式：Rt=581*exp4180 (1/T-1/333 )由此計算得：輸入溫度：5060708090100C對應電阻：857581,4032852051510例4: PN結(jié)水溫表PN結(jié)溫度傳EWB硅二極管的靜態(tài)壓降約 0.7V，溫度系數(shù)約-2.25mV。但若依此確定用電壓源來代替 感器，則誤差是很大的。因為以上數(shù)據(jù)是近似的，還與二極管上所串的電阻

19、等具體電路有關。 軟件可為每一個元件設置環(huán)境溫度參數(shù)，我們可利用它來校核儀表的測溫精度。三、儀表的校準，即調(diào)零/調(diào)量程工作一般線性模擬儀表都要通過調(diào)零 /調(diào)量程工作，才能做到測量準確。調(diào)零就是在以顯示量程低端值對應的輸入信號下，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使儀表顯示量程的低端值。調(diào)量程就是在量程最大值對應的輸入信號下，調(diào)節(jié)儀表的總放大倍數(shù)，使儀表顯示量程的高端值。這二端調(diào)準了，其他輸入下的 測量也就可以認為準了。如有誤差，也就是儀表誤差了。四、設計記錄表格做好數(shù)據(jù)記錄和分析本套儀表多以少量 LED作顯示，若直接以它作輸出來分析儀表誤差，意義不大。因為它不能反 映除LED外的整個放大器的好壞，本身的方法誤差

20、也很大。因此，我們改用放大器的最終輸出端電 壓(以下簡稱“儀表輸出 Vo”)作輸出記錄。1.以熱敏電阻水溫表為例，可設計如下記錄表格:被測參數(shù)t(C)5060708090100C傳感器輸出Rx（857581,4032852051510儀表輸出 Vo(V)2.畫出輸入/輸出曲線:溫度t (C)儀表線性度（非線性誤差）(C)_ Vomaxe = FOFT X100%五、參考實驗步驟油量表1. 調(diào)準恒流源：調(diào)電位器 W，使Io=20mA2. 調(diào)零：將電位器 R調(diào)至0，檢查Vr及Vo均應為03. 調(diào)滿量程：將傳感器 R置滿量程60門,檢查Vr及Vo均應為1.2V4. 填寫下表，檢查全部亮燈功能及儀表精

21、度 .Rx(0)0204060Vr(V)Vo(V)LED亮油壓表1. 畫出實驗電路，標上測試點符號，接上測試儀表。參見下圖:VX1STLM3 244聯(lián)工LED6LED51 00 CLED 4LED3I M dL2. 調(diào)滿量程：將傳感器 R置滿量程133門（代表壓力3.5bar），調(diào)電阻Ro,使Vx為1.2V3. 調(diào)零：將電位器 R調(diào)至0，檢查Vx及Vo均應為04. 填寫下表，檢查全部亮燈功能及儀表精度.油壓(bar)00.511.522.533.5Rx (0)102848658298116133Vx (V)Vo (V)LED亮熱敏電阻式水溫表1畫出實驗電路，標上測試點符號，接上測試儀表。參見下

22、圖：2調(diào)零：將傳感器 X置溫度最低端（50 C ） 857"處，調(diào)電位器 乙使Vi+及Vi-近似相等，此時Vo應 0, （電位器不能連續(xù)調(diào)節(jié)，若不串/并電阻就無法調(diào)到 Vo絕對為0）。3調(diào)滿量程：將傳感器 X置滿量程（100C） 1511 ,同時粗調(diào)二個增益電阻 110K，使Vo近似為1.2V，若滿量程顯示有誤差，可留待末級（顯示電路）來精細調(diào)解總增益。4填寫下表，畫出輸入/輸出曲線，求取儀表放大器的精度或線性度。被測參數(shù)t（C）5060708090100C傳感器輸出Rx(0)857581?4032852051510儀表輸出 Vo(V)PN結(jié)式水溫表1畫出實驗電路，標上測試點符號，接

23、上測試儀表。參見下圖:100k010 kQV-Vd 51 kQ-tVvV500 Q調(diào)零Z/1 kQ/42%作爲感器用 1N4148調(diào)増益41FV51 0 kQ/1 DU242. 調(diào)零：雙擊1N4148，在跳出的屬性窗的 Analysis Setup卡中設置Temperature為50即溫度最低端（50 C ）處，然后調(diào)電位器 Z ,使Vi+及Vi-近似相等，此時Vo應 0。3. 調(diào)滿量程：同上法，將傳感器1N4148置滿量程（100C）,調(diào)增益電位器F,使Vo近似為1.2V，若滿量程顯示有誤差，可留待末級（顯示電路）來精細調(diào)解總增益。4. 填寫下表，畫出輸入/輸出曲線，求取儀表放大器的精度。被測參數(shù)t(C)5060708090100C傳感器Vd(mV)儀表輸出Vo(V)第六章 設計報告寫法（一）、原則設計報告文字務求精練， 一般為 6 頁左右。 報告一律用 WORD 五號字體