车载电子海拔高度系统设计

摘要： 电子海拔高度表，是一种随着科技发展而诞生的新兴产物。与传统的机械式高度表相比，具有明显优点，如一致性更好，测量范围和温度环境更宽，可靠性高、灵敏度和分辨率高等。同时，其显示结果更为直观，且具有成本低的优势。基于这些特点，采用电子式高度表更符合其技术发展趋势。本文详细介绍了车载用电子海拔高度系统的设计方法。

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.

关键词： 电子海拔高度；单片机；LCD；气压传感器；数据采集；标度变换

Key words: electronic altitude；single chip microcomputer；LCD；gas pressure sensor；data acquisition；scale transformation

中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）23-0056-02

0引言

当前，随着我国技术的不断进步，我国汽车行业有了长足发展，同时人们也越来越关注汽车的安全度、舒适度和节能环保性。因此，汽车电子控制的程度也越来越高，汽车电子控制设备必须能够准确、迅速地处理其遇到的各种信息，并及时显示在电子仪上，以便驾驶人员及时掌握车辆的运行情况，遇到紧急情况及早采取措施。

汽车电子仪表面板可以及时采集和处理不同的传感器信号，它不仅可以及时显示各种检测到的信息，还可以显示经过微机运算、分析以及处理之后的信息。另外，一些带有诊断功能的汽车微机还可以及时诊断出汽车故障，并发出警告信号，提醒驾驶员及早采取措施。

在车载电子海拔高度表方面，随着电子技术及传感技术的高速发展，加之半导体硅微细加工技术及加工工艺的不断提高，气压传感器的生产成本不断降低，已完全具备研发和采用电子式高度表的条件。电子式高度表与机械式高度表相比，具有明显优点，可靠性更高，一致性更好，灵敏度和分辨率更高，测量范围和温度环境更宽等。

1车载电子海拔高度系统的研究意义

车载电子高度表可以为车载ECU提供所在位置的海拔高度，这一点对于越野车尤为重要。因为机电产品的工作稳定性是跟气压相关的，而不同的海拔高度有明显的气压差。当汽车行驶至相当高度时，很可能导致汽车内的某些机电设备工作不正常，更严重的可能会导致汽车无法正常行驶。其中，发动机是受海拔影响较为明显的机电设备之一，因为海拔的变化直接影响着燃料的燃烧效率。因此，测出实时的海拔高度信息是很有必要的，ECU得到实时高度信息后可以调整车内某些设备的设置，使之适合于该海拔高度环境。另外，目前很多人都有高原反应。车载电子高度表为人们提供了实时高度信息，让人们可以提前预防，以避免高度变化对人体造成的伤害。再者，车载电子高度仪会把汽车行驶过的地方的海拔高度保存下来，这些数据也就是汽车行驶路线的海拔高度，具有一定的研究意义。

2车载电子海拔高度系统的研究现状及发展趋势

汽车通用仪表自汽车问世以来历经了以下几代：机械式通用仪表、电子机械式通用仪表、全电子式通用仪表。传感器由以前的机械膜盒、磁铁等发展到现在的电子压力传感器、磁阻传感器等，指示方式由以前的十字线圈指针指示，发展到现在的LCD或VFD全数字式指示，有效地克服了机械式通用仪表存在线性差、精度不高、易磨损、响应速度慢、稳定性和抗干扰能力低等不足，是汽车仪表的重大发展。发达国家从80年代开始逐步淘汰基于模拟电子技术的汽车仪表，开始实行全数字化仪表的制造，最初为“数字显示”形式的仪表。随着计算机控制技术、电机制造技术和传感技术的发展，以各类传感器为获取原始数据的手段，以ECU控制步进电机驱动指针与LCD或VFD显示相结合的全数字智能仪表在90年代推出，德国的VDO、美国的德科、日本的矢崎都是该领域的代表。

目前，国内由于整体汽车工业相对落后，汽车仪表也相对落后，虽然国内已有少数厂家开始生产第三代“数字显示”的数字仪表，但是能生产高性能的传感器加ECU控制步进电机驱动指针与LCD或VFD显示相结合的全数字智能仪表的厂家还不多。

3工作原理

车载电子海拔高度系统的核心是在单片机的统一控制下，利用气压传感器对高度的实时测量和显示。高度测量是利用不同海拔高度气压不同的特点，通过气压传感器间接地测量海拔高度；LCD点阵显示器主要是通过软件编程的方法，把实测的海拔高度和变化过程明了地在LCD显示屏上显示出来。

4设计原则

任何一个好的产品的开发都需要遵循一定的设计原则，本设计遵循以下原则：①达到或超过技术指标。设计任务书是设计和研制测控系统应达到的要求。设计任务书除了定性地提出要求实现的功能外，还常常提出一些定量的技术指标。为了达到规定的目标，必须把这些指标层层分解，逐级落实到设计过程的各个阶段和各个方面。②尽可能提高性价比。为了获得尽可能高的性能价格比，应在满足系统性能指标的前提下，尽可能的降低成本，如可以选择一些较为简单的设计方案和价格较低的元器件。③适应环境，安全可靠。为保证系统设备的正常运行，应系统地研究和考虑其使用环境。在微机化测控系统的设计过程中，要充分考虑到该系统所使用的环境和条件特别是恶劣和极限的情况，同时要采取各种措施提高可靠性。④便于操作和维护。在设计测控系统的软件和硬件时，要考虑其可操作性。控制开关或按钮不能太多、太复杂，操作应简单明了，输入输出数字应用十进制表示。操作者无需专门训练，便能掌握测控系统的使用方法。本系统只有一个操作按钮有效地简化了操作，其主要功能是海拔高度显示方式的切换。在显示方面，用LCD显示，直接显示十进制数字，更为方便和直观。⑤提供必要的功能，不能仅仅是功能堆积。系统最终是面向市场的，要想赢得市场，必须物美价廉，功能实用，不能一味地搞功能堆积。

最后，系统应该具有很好的可维护性。为此，系统结构要规范化，模块化，如果需要，要配备有现场故障诊断程序。

5研究方案

5.1 系统方案框图

[气压

传感器][信号调理与转换][单片机

系统][人机交换界面]

图1

5.2 硬件方案

①在单片机选型方面，主要考虑性价比问题，最好使用Microchip公司的PIC16F819芯片，因为在功能方面它可以实现8051的功能，而且体积相对较小，更主要的原因还有两个：第一，它内部有一个A/D采样模块，不需要再重新添加；第二，它具有内部晶振模式，不用外接晶振，而且功耗低。②在传感器选择方面，选择NovaSensor公司的NPP-301系列传感器，主要是考虑性价比方面的因素。③在显示方面，选用点阵式LCD做显示器件，原因是其技术成熟，显示效果良好，能够同时显示汉字、字符和图形，满足设计的需要。④扩展E2PROM，为了节约口线，选用采用I2C总线连接形式的24C16，它的大小合适。⑤电源部分，选用线性稳压器，而不是开关电源。

5.3 软件方案

硬件电路确定以后，我们就要在此基础上设计出能实现系统所要求功能并且资源最省的软件系统。

首先，因为单片机PIC16F89内部只有4K程序存储器，所以我们采用汇编语言编程以节省存储器空间。

其次，程序由主程序和子程序两部分构成。主程序是系统的框架，在主程序中作系统初始化，调用其他子程序完成各项任务。子程序包括:A/D采样及处理；数据显示及人机交互；延时等等。

电子海拔高度系统软件结构框图及说明如图2。

参考文献：

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