騎過摩托的朋友都有一個感覺，就是基本的摩托車儀表除了轉(zhuǎn)速表和碼表（速度表），剩下的沒有啥花樣了，作為一個電子愛好者，何不動手實踐，設(shè)計定制一款屬于自己的DIY個性多功能摩托車儀表。

硬件篇

      從我的標題上大家看見了多功能這幾個字，那么我這多功能包含幾部分呢？第一是要兼顧原有的的儀表功能，第二是要講究一些實用的人機交互信息體現(xiàn)出來，其次由于是自己DIY所以對于制作的話，需要精簡。下面就看看我的摩托車儀表系統(tǒng)框圖吧，（圖1），在這里我選用了一款飛思卡爾公司生產(chǎn)的HCS12X系列的單片機MC9S12XS128MMA，是HCS12家族中的一員，由16位的中央處理單元（HCS12CPU）、128KBFlash、8KB RAM、2KB EEPROM組成，外設(shè)功能以及IO資源極為豐富，包括了常用ADC、PWM、SCI、SPI、CAN，總線頻率通過鎖相環(huán)倍頻能超到80M左右，對于本設(shè)計應用來說完全滿足，本人選用此芯片的主要原因在同類微處理器中性價比較高(低功耗和強抗噪，汽車專業(yè)級芯片)，同時在設(shè)計制作完儀表后可以擴展控制對處理速度要求較高（此要求非傳統(tǒng)51系列，AVR系列所能及）的摩托車的點火系，以及燃油進氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)等，以達到提高燃油經(jīng)濟性的目的。下面就說說我的儀表的的傳感器信號輸入部分，這里的重頭戲還是發(fā)動機轉(zhuǎn)速和碼表（速度表）。

圖1摩托車儀表系統(tǒng)框圖

      我從發(fā)動機曲軸飛輪處提取電磁感應信號（現(xiàn)在一般的單缸四沖程發(fā)動機曲軸位置信號都是以此種信號模式輸出）（如圖2），根據(jù)信號V-PP變化以及頻率響應特性，開始我選擇利用穩(wěn)壓二極管以及三極管等自己搭建信號調(diào)理電路，但發(fā)現(xiàn)由于發(fā)動機在不同轉(zhuǎn)速下，產(chǎn)生的磁感電動勢大小有很大差別，用這種方法搭建電路，不能對信號做出適應性的調(diào)節(jié)，波形整形穩(wěn)定性以及質(zhì)量較差，通過搜尋資料后，選擇一款集成芯片LM1815作為信號調(diào)理電路的主要組成部分。LM1815是省略門電路的自適應傳感放大器。LM1815提供一次性脈沖輸出，其前沿與反向過零基準輸入信號恰好一致。正常工作時，計時基準信號在外部被處理（延遲）并且返回 LM1815，然后邏輯輸入可以用作傳送到輸出驅(qū)動極的定時基準或處理信號。LM1815的原理結(jié)構(gòu)框圖如圖（3），根據(jù)其模式的真值表（圖4），我選擇了第一種模式，

圖2曲軸電磁感應信號                                                                                    圖3  LM1815的原理結(jié)構(gòu)框圖

圖3  模式的真值表

         最后的電路原理圖（如圖5），采取脈沖輸出，且脈沖寬度為一個RC的寬度，經(jīng)過試驗選定R=150K?,C=0.001uf,利用單片機采樣時，信號穩(wěn)定，準確（圖6）。對于摩托車的轉(zhuǎn)速測量設(shè)計本著簡單的原則，拋棄了常見的光電式傳感器和霍爾傳感器，在這里我選用了一個電感式的接近開關(guān)（圖7）（接近開關(guān)是一種毋需與運動部件進行機械接觸而可以操作的位置開關(guān)，當物體接近開關(guān)的感應面到動作距離時，不需要機械接觸及施加任何壓力即可使開關(guān)動作，從而驅(qū)動交流或直流電器或給計算機裝置提供控制指令），檢測摩托車輪輻板，廠家：OMRON，型號：E2E-X5E1 電 壓：DC12-24V 檢測距離：5mm 輸 出:NPN ，在電路設(shè)計上，由蓄電池直接為其供電（我曾嘗試過用5V給接近開關(guān)進行供電，但實際發(fā)現(xiàn)其檢測距離明顯變小，信號的穩(wěn)定性下降，對于其安裝以及調(diào)試帶來不必要的困難，所以還是選擇按其規(guī)定來為其供電，在信號調(diào)理電路上來做些補償），在輸出端對地加10 K?的負載，同時將其輸出端的電壓節(jié)點過鉗位二極管的保護電路，使其轉(zhuǎn)化成單片機能兼容的TTL電平，（原理圖如8）。下面就檔位信號的處理做一番描述吧，首先看看發(fā)動機檔位信號的來源以及原理，(圖9)，其可以視作是一個多路選擇開關(guān)，當發(fā)動機選擇某個檔位工作時，就將信號輸出端和地短接，而其余管腳信號懸空，為防止誤讀，在這里添加上拉電阻，保證信號的穩(wěn)定可靠。對于電壓信號而言電池電壓進來后分壓降壓，通過一個二極管鉗位電路實現(xiàn)保護我們的嬌貴的單片機。電路原理圖如圖以及pcb圖 （10），在其中為了調(diào)試的方便，添加了USB轉(zhuǎn)UART模塊。

圖5 電路原理圖                                                                                  圖6條理之后的信號

圖7 接近開關(guān)                                                                                                圖8電池電壓測試電路 

圖9 檔位示意圖

軟件篇

      首先請大家看一下整個控制的流程圖（11），首先對單片的初始化部分，我在這里選擇了飛思卡爾公司生產(chǎn)的HCS12X系列的單片機，開發(fā)的IDE是CodeWarrior Development Studio for S12(X) V5.1，對于沒有學習過該系列單片機的讀者，也不必糾結(jié)于如何對單片機進行初始化，在這個集成的IDE中自帶了一個Processor Expert(處理器專家)，圖（12）在這個集成的開發(fā)環(huán)境中，你只要對你所需要的相關(guān)功能以及模塊勾勾選選，就能一鍵生成單片機底層的驅(qū)動，如有困難的話，點擊其的幫助功能或者去我的博客下載使用教程。在這里我還是選用自己編寫底層的驅(qū)動，代碼詳見文檔我的博客。

圖11 系統(tǒng)原理框圖

圖12Processor Expert(處理器專家)

初始化后，就得開始進行流程圖的第二步，編寫12864液晶的驅(qū)動代碼。在這里我選用了一塊帶中文字庫的12864液晶屏，我以前也在無線電的雜志上看見過有筆者寫過關(guān)于12864的使用的文章，在這里我就不再贅述，直接附上源碼，（文檔1）。在程序的主體上我采取在函數(shù)的實時中斷部分去采樣相關(guān)檢測變量，采樣周期為0.5S（對于檢測摩托車的狀態(tài)而言已經(jīng)足夠了），然后在函數(shù)的主循環(huán)部分，完成單片機端口的采集變量值，與實際變量之間的參數(shù)換算，相應參數(shù)的顯示。下面就如何換算相關(guān)變量值的方法做詳細說明，1）、發(fā)動機轉(zhuǎn)速，采取測周法測量，在程序設(shè)計上捕捉脈沖上升沿之間的差值Δ，在ECT模塊初始化時，設(shè)計脈沖周期4us,則實際的脈沖周期可計算得T=Δ*4us,換算轉(zhuǎn)速可得轉(zhuǎn)速n= (60000*1000/Δ)/4 rad/min;由于輸入捕捉的定時計數(shù)器是16bit，即差值Δ的換算范圍為0~65535，換算成轉(zhuǎn)速的話，n的范圍在228~15000000 rad/min之間，滿足設(shè)計要求，實際查閱資料可知，摩托車發(fā)動機正常工作在600~15000 rad/min；2）、車速測量，采取測頻法測量，記錄0.5ms內(nèi)車輪輻板經(jīng)過接近開關(guān)的次數(shù)ζ，以及車輪一周的輻板數(shù)З，輪子的周長C m,則換算成速度的話V=（ζ/З）*C*2*3.6Km/h;在計算里程時，經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)當計數(shù)較大時，數(shù)值計算很容易發(fā)生溢出現(xiàn)象，故將數(shù)值進行估計處理，因為我最后顯示的數(shù)的單位是KM，所以估算記錄一公里將會產(chǎn)生的脈沖個數(shù)，記錄實際滿足的次數(shù)，即為里程數(shù)；3）、電壓換算就比那些簡單多了，一個純粹的比例而已，根據(jù)分壓參數(shù)實際決定，在這里不再細說；4）、檔位換算的話就比較容易，由于邏輯關(guān)系不是很復雜，只要對于其附加相應的檔位值（在編寫程序前，請仔細測量各個檔位線所實際對應的檔位值）。顯示如圖

      在程序流程圖中，大家可以看見，我還特意寫了檔位特寫顯示這一個流程，主要目的是我們騎摩托時，為了確認是否換擋成功，以及顯示當前新歡檔位的需求，在程序編寫上，也不是特別復雜，只需每次刷新數(shù)據(jù)時檢測檔位是否發(fā)生變化，一旦檢測到檔位變化，立即響應顯示特寫畫面的程序（圖14）。同時為了能讓其控制大燈，以及尾燈，在我增加了兩個按鍵，和繼電器，由此控制大燈和尾燈的開關(guān)，或者在擴展作為燃油控制閥的按鍵，和繼電器，由此研究燃油經(jīng)濟性的需求。
結(jié)語
      至此，我的儀表系統(tǒng)已經(jīng)基本完成，但也存在一些不足之處，比如：里程數(shù)數(shù)據(jù)不能掉電保存，用戶界面還不夠美觀，我將所有的源碼以及電路原理圖，公開在我博客上，望有興趣的愛好者可以嘗試，給予其改進之。

本文已經(jīng)刊登在《無線電》雜志2013年3月刊