騎過(guò)摩托的朋友都有一個(gè)感覺(jué)，就是基本的摩托車(chē)儀表除了轉(zhuǎn)速表和碼表（速度表），剩下的沒(méi)有啥花樣了，作為一個(gè)電子愛(ài)好者，何不動(dòng)手實(shí)踐，設(shè)計(jì)定制一款屬于自己的DIY個(gè)性多功能摩托車(chē)儀表。

硬件篇

      從我的標(biāo)題上大家看見(jiàn)了多功能這幾個(gè)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(shí)用的人機(jī)交互信息體現(xiàn)出來(lái)，其次由于是自己DIY所以對(duì)于制作的話(huà)，需要精簡(jiǎn)。下面就看看我的摩托車(chē)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(jī)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(guò)鎖相環(huán)倍頻能超到80M左右，對(duì)于本設(shè)計(jì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)完全滿(mǎn)足，本人選用此芯片的主要原因在同類(lèi)微處理器中性?xún)r(jià)比較高(低功耗和強(qiáng)抗噪，汽車(chē)專(zhuān)業(yè)級(jí)芯片)，同時(shí)在設(shè)計(jì)制作完儀表后可以擴(kuò)展控制對(duì)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(chē)的點(diǎn)火系，以及燃油進(jìn)氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)等，以達(dá)到提高燃油經(jīng)濟(jì)性的目的。下面就說(shuō)說(shuō)我的儀表的的傳感器信號(hào)輸入部分，這里的重頭戲還是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和碼表（速度表）。

圖1摩托車(chē)儀表系統(tǒng)框圖

      我從發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸飛輪處提取電磁感應(yīng)信號(hào)（現(xiàn)在一般的單缸四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置信號(hào)都是以此種信號(hào)模式輸出）（如圖2），根據(jù)信號(hào)V-PP變化以及頻率響應(yīng)特性，開(kāi)始我選擇利用穩(wěn)壓二極管以及三極管等自己搭建信號(hào)調(diào)理電路，但發(fā)現(xiàn)由于發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下，產(chǎn)生的磁感電動(dòng)勢(shì)大小有很大差別，用這種方法搭建電路，不能對(duì)信號(hào)做出適應(yīng)性的調(diào)節(jié)，波形整形穩(wěn)定性以及質(zhì)量較差，通過(guò)搜尋資料后，選擇一款集成芯片LM1815作為信號(hào)調(diào)理電路的主要組成部分。LM1815是省略門(mén)電路的自適應(yīng)傳感放大器。LM1815提供一次性脈沖輸出，其前沿與反向過(guò)零基準(zhǔn)輸入信號(hào)恰好一致。正常工作時(shí)，計(jì)時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)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(dòng)極的定時(shí)基準(zhǔn)或處理信號(hào)。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(yīng)信號(hào)                                                                                    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(gè)RC的寬度，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)選定R=150K?,C=0.001uf,利用單片機(jī)采樣時(shí)，信號(hào)穩(wěn)定，準(zhǔn)確（圖6）。對(duì)于摩托車(chē)的轉(zhuǎn)速測(cè)量設(shè)計(jì)本著簡(jiǎn)單的原則，拋棄了常見(jiàn)的光電式傳感器和霍爾傳感器，在這里我選用了一個(gè)電感式的接近開(kāi)關(guān)（圖7）（接近開(kāi)關(guān)是一種毋需與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械接觸而可以操作的位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)物體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面到動(dòng)作距離時(shí)，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而驅(qū)動(dòng)交流或直流電器或給計(jì)算機(jī)裝置提供控制指令），檢測(cè)摩托車(chē)輪輻板，廠家：OMRON，型號(hào)：E2E-X5E1 電 壓：DC12-24V 檢測(cè)距離：5mm 輸 出:NPN ，在電路設(shè)計(jì)上，由蓄電池直接為其供電（我曾嘗試過(guò)用5V給接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行供電，但實(shí)際發(fā)現(xiàn)其檢測(cè)距離明顯變小，信號(hào)的穩(wěn)定性下降，對(duì)于其安裝以及調(diào)試帶來(lái)不必要的困難，所以還是選擇按其規(guī)定來(lái)為其供電，在信號(hào)調(diào)理電路上來(lái)做些補(bǔ)償），在輸出端對(duì)地加10 K?的負(fù)載，同時(shí)將其輸出端的電壓節(jié)點(diǎn)過(guò)鉗位二極管的保護(hù)電路，使其轉(zhuǎn)化成單片機(jī)能兼容的TTL電平，（原理圖如8）。下面就檔位信號(hào)的處理做一番描述吧，首先看看發(fā)動(dòng)機(jī)檔位信號(hào)的來(lái)源以及原理，(圖9)，其可以視作是一個(gè)多路選擇開(kāi)關(guān)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)選擇某個(gè)檔位工作時(shí)，就將信號(hào)輸出端和地短接，而其余管腳信號(hào)懸空，為防止誤讀，在這里添加上拉電阻，保證信號(hào)的穩(wěn)定可靠。對(duì)于電壓信號(hào)而言電池電壓進(jìn)來(lái)后分壓降壓，通過(guò)一個(gè)二極管鉗位電路實(shí)現(xiàn)保護(hù)我們的嬌貴的單片機(jī)。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(hào)

圖7 接近開(kāi)關(guān)                                                                                                圖8電池電壓測(cè)試電路 

圖9 檔位示意圖

軟件篇

      首先請(qǐng)大家看一下整個(gè)控制的流程圖（11），首先對(duì)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(jī)，開(kāi)發(fā)的IDE是CodeWarrior Development Studio for S12(X) V5.1，對(duì)于沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)該系列單片機(jī)的讀者，也不必糾結(jié)于如何對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，在這個(gè)集成的IDE中自帶了一個(gè)Processor Expert(處理器專(zhuān)家)，圖（12）在這個(gè)集成的開(kāi)發(fā)環(huán)境中，你只要對(duì)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(jī)底層的驅(qū)動(dòng)，如有困難的話(huà)，點(diǎn)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(xiě)底層的驅(qū)動(dòng)，代碼詳見(jiàn)文檔我的博客。

圖11 系統(tǒng)原理框圖

圖12Processor Expert(處理器專(zhuān)家)

初始化后，就得開(kāi)始進(jìn)行流程圖的第二步，編寫(xiě)12864液晶的驅(qū)動(dòng)代碼。在這里我選用了一塊帶中文字庫(kù)的12864液晶屏，我以前也在無(wú)線電的雜志上看見(jiàn)過(guò)有筆者寫(xiě)過(guò)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(shí)時(shí)中斷部分去采樣相關(guān)檢測(cè)變量，采樣周期為0.5S（對(duì)于檢測(cè)摩托車(chē)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(jī)端口的采集變量值，與實(shí)際變量之間的參數(shù)換算，相應(yīng)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(xì)說(shuō)明，1）、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，采取測(cè)周法測(cè)量，在程序設(shè)計(jì)上捕捉脈沖上升沿之間的差值Δ，在ECT模塊初始化時(shí)，設(shè)計(jì)脈沖周期4us,則實(shí)際的脈沖周期可計(jì)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(shí)計(jì)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(huà)，n的范圍在228~15000000 rad/min之間，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，實(shí)際查閱資料可知，摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作在600~15000 rad/min；2）、車(chē)速測(cè)量，采取測(cè)頻法測(cè)量，記錄0.5ms內(nèi)車(chē)輪輻板經(jīng)過(guò)接近開(kāi)關(guān)的次數(shù)ζ，以及車(chē)輪一周的輻板數(shù)З，輪子的周長(zhǎng)C m,則換算成速度的話(huà)V=（ζ/З）*C*2*3.6Km/h;在計(jì)算里程時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)計(jì)數(shù)較大時(shí)，數(shù)值計(jì)算很容易發(fā)生溢出現(xiàn)象，故將數(shù)值進(jìn)行估計(jì)處理，因?yàn)槲易詈箫@示的數(shù)的單位是KM，所以估算記錄一公里將會(huì)產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)，記錄實(shí)際滿(mǎn)足的次數(shù)，即為里程數(shù)；3）、電壓換算就比那些簡(jiǎn)單多了，一個(gè)純粹的比例而已，根據(jù)分壓參數(shù)實(shí)際決定，在這里不再細(xì)說(shuō)；4）、檔位換算的話(huà)就比較容易，由于邏輯關(guān)系不是很復(fù)雜，只要對(duì)于其附加相應(yīng)的檔位值（在編寫(xiě)程序前，請(qǐng)仔細(xì)測(cè)量各個(gè)檔位線所實(shí)際對(duì)應(yīng)的檔位值）。顯示如圖

      在程序流程圖中，大家可以看見(jiàn)，我還特意寫(xiě)了檔位特寫(xiě)顯示這一個(gè)流程，主要目的是我們騎摩托時(shí)，為了確認(rèn)是否換擋成功，以及顯示當(dāng)前新歡檔位的需求，在程序編寫(xiě)上，也不是特別復(fù)雜，只需每次刷新數(shù)據(jù)時(shí)檢測(cè)檔位是否發(fā)生變化，一旦檢測(cè)到檔位變化，立即響應(yīng)顯示特寫(xiě)畫(huà)面的程序（圖14）。同時(shí)為了能讓其控制大燈，以及尾燈，在我增加了兩個(gè)按鍵，和繼電器，由此控制大燈和尾燈的開(kāi)關(guān)，或者在擴(kuò)展作為燃油控制閥的按鍵，和繼電器，由此研究燃油經(jīng)濟(jì)性的需求。
結(jié)語(yǔ)
      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(hù)界面還不夠美觀，我將所有的源碼以及電路原理圖，公開(kāi)在我博客上，望有興趣的愛(ài)好者可以嘗試，給予其改進(jìn)之。

本文已經(jīng)刊登在《無(wú)線電》雜志2013年3月刊