專利名稱：簡易互動二合一汽車駕駛模擬器信號處理顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及汽車駕駛模擬器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種簡易互動二合一汽車駕駛模擬器信號處理顯示裝 置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有汽車駕駛模擬器通常分為簡易汽車駕駛模擬器和互動汽車駕駛模擬器。簡易汽車駕駛模擬器通常包含方向盤、離合器、腳剎、油門、手剎、轉(zhuǎn)向燈、雨刮、檔位等操作部件，并且在方向盤、離合器、腳剎、油門、手剎和檔位等部件上安裝有開關(guān)元器件(例如光耦開關(guān)、開關(guān)霍爾等)，然后通過信號處理電路將這些操作部件的操作信號以指示燈的形式顯示在汽車駕駛模擬器的顯示面板上。簡易汽車駕駛模擬器對操作部件的信號進行了簡單采集并顯示，不能輸入到計算機內(nèi)從而與模擬駕駛程序連接。現(xiàn)有的互動汽車駕駛模擬器通常在方向盤、離合器、腳剎、油門、手剎、轉(zhuǎn)向燈、雨刮、檔位等操作部件上安裝有傳感器，然后將傳感器的信號經(jīng)過電路板采集處理后送入計算機，與模擬駕駛程序相連，從而實現(xiàn)操作部件與模擬駕駛軟件的互動?，F(xiàn)有互動汽車駕駛模擬器并沒有將操作部件的操作信號用指示燈的形式顯示在模擬器的外部。由于汽車燈光、轉(zhuǎn)向燈、雨刮等通常是汽車組合開關(guān)，而檔位通常采用開關(guān)霍爾，因此各種互動汽車駕駛模擬器的這些信號處理大體相同，主要區(qū)別體現(xiàn)在方向盤、離合器、腳剎、和手剎上。以下描述現(xiàn)有常用幾種互動汽車駕駛模擬器信號處理裝置?，F(xiàn)有方案I :方向盤軸上安裝有一個金屬圓盤，整個圓盤外圈粘有磁鋼(通常為60個)，在磁鋼上方安裝有一塊帶2個開關(guān)霍爾的小電路板。在方向盤旋轉(zhuǎn)的過程中，通過計數(shù)開關(guān)霍爾的通斷次數(shù)計算旋轉(zhuǎn)角度，通過判別2個霍爾的通斷次序的先后判別旋轉(zhuǎn)方向。這種方法有效的前提是在方向盤旋轉(zhuǎn)的過程中，每個開關(guān)霍爾不能全通或全斷，必須隨著方向盤的旋轉(zhuǎn)有通有斷，這樣才能進行計數(shù)及方向判別。為了保證開關(guān)霍爾有通有斷，必須采用弱磁磁鋼，安裝距離不能太近，也不能太遠，磁鋼與霍爾之間的距離必須保證非常精確。但事實上方向盤在劇烈旋轉(zhuǎn)的過程中，方向盤軸劇烈振動從而使得磁鋼與霍爾之間的位置變化，無法保證磁鋼與霍爾之間的距離的精確性，出現(xiàn)漏記或錯計的情況。雖然也有通過增加一個額外的磁鋼及霍爾進行計數(shù)矯正，但是效果并不理想。離合器、腳剎和油門采用多個磁鋼(通常為8個)排成一列，在這些磁鋼的側(cè)邊或上方，安裝有2個開關(guān)霍爾，用于計數(shù)及確定踏板運動方向，通常這種方案能夠使得離合器、腳剎和油門在整個行程中輸出6-8個信號。手剎采用一個開關(guān)霍爾，手剎拉起的時候接通，手剎放下斷開。這種模擬器信號處理方案的主要優(yōu)點有(1)方向、離合器、腳剎和油門等信號的采集由于采用了較少的開關(guān)霍爾，其與微控制器的接口較簡單；(2)在方向轉(zhuǎn)動較慢時，離合器、腳剎和油門踩動不快時，其信號較穩(wěn)定；(3)成本較低。但其缺點有(I)對方向盤軸上磁鋼和霍爾的安裝精度要求極高，且隨著方向盤軸振動，容易出現(xiàn)漏記和錯記，從而導致方向盤信號出現(xiàn)錯誤；
(2)離合器、腳剎和油門雖然不會出現(xiàn)錯誤計數(shù)情況，但是在整個行程中只能輸出6到8個信號，精度太低；(3)手剎只能區(qū)分拉起和放下，無法體現(xiàn)手剎隨著拉起行程變化而產(chǎn)生不同的制動力，因此無法用手剎模擬坡道起步。[0009]現(xiàn)有方案2 :方向盤、離合器、腳剎、油門和手剎全部安裝位移傳感器，由于高精度位移傳感器通常價格較貴，為了降低成本，這種模擬器通常采用低價低質(zhì)的位移傳感器。由于方向盤行程極大(通常為-720度到+720度)，因此采用這種方案的模擬器方向盤無法滿足精度要求；另外，由于低價低質(zhì)的傳感器電流穩(wěn)定性差，因此很容易導致整個信號的不穩(wěn)定及電路板發(fā)熱量過大。也有方向盤采用光電編碼器的，雖然光電編碼器精度極高，但是由于方向盤在劇烈旋轉(zhuǎn)的時候會出現(xiàn)較大幅度振動，因此容易損壞光電編碼器，另外光電編碼器價格較貴且容易受灰塵等的影響。綜上所述，如果方向盤、離合器、腳剎、油門和手剎全部采用高精度位移傳感器，則能給模擬器提供一個非常好的信號，但是價格極高?，F(xiàn)有方案I和方案2雖然提供了一個 價格低廉的解決方案，但是信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性不高。實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種簡易互動二合一汽車駕駛模擬器信號處理顯示裝置，它能提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，且價格低廉，使用方便。為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本實用新型是采用如下技術(shù)方案它包含信號處理與顯示集成電路板E1、方向盤位移傳感器SI、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2-第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5、檔位信號傳感器S6、開關(guān)信號S7,信號處理與顯不集成電路板El分別與方向盤位移傳感器SI、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2-第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5、檔位信號傳感器S6、開關(guān)信號S7相連。所述的信號處理與顯示集成電路板El包含方向盤轉(zhuǎn)向指示燈LI、離合器指示燈L2、腳剎指示燈L3、油門信號指示燈L4、手剎信號指示燈L5、檔位信號指示燈L6、電源指示燈L7、微處理器Cl、串行通訊端口 J1，微處理器Cl分別與方向盤轉(zhuǎn)向指示燈LI、離合器指示燈L2、腳剎指示燈L3、油門信號指示燈L4、手剎信號指示燈L5、檔位信號指示燈L6、串行通訊端口 J1、電源指示燈L7連接，方向盤位移傳感器SI、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2、第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S3、第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S4、第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5、檔位信號傳感器S6、開關(guān)信號S7均與微處理器Cl連接，。所述的方向盤轉(zhuǎn)向指示燈LI是由十六個LED燈組成，離合器指示燈L2、腳剎指示燈L3、油門信號指示燈L4、手剎信號指示燈L5均由八個LED燈組成，檔位信號指示燈L6由六個LED燈組成，電源指示燈L7由一個LED燈組成。方向盤位移傳感器SI米集方向盤上的信號,第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2采集離合器上的信號，第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S3采集腳制動上的信號，第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S4采集油門上的信號，第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5采集手制動上的信號，檔位信號傳感器S6采集檔位上的信號，開關(guān)信號S7采集汽車燈光、轉(zhuǎn)向燈、雨刮、喇叭、點火鑰匙等號。所述的第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2、第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S3、第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S4、第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5均N個開關(guān)霍爾和一個磁鋼組成，N個開關(guān)霍爾排成一條直線焊接在一塊集成電路上，其中前M個開關(guān)霍爾獨立工作，其中M個開關(guān)霍爾與微處理器Cl獨立連接，N-M個開關(guān)霍爾并聯(lián)后與微處理器Cl連接，N-M個開關(guān)霍爾并聯(lián)從而起到行程保護作用。這個磁鋼在N個開關(guān)霍爾旁直線運動，從而使得N個開關(guān)霍爾接通或斷開。用I表示接通，用O表示斷開。其中M個開關(guān)霍爾每個輸出一個值為O或I的二進制位，N-M個開關(guān)霍爾輸出一個值為O或I的二進制位，其中只要最后N-M個開關(guān)霍爾任意一個接通，就輸出I，否則輸出O。這樣,N個開關(guān)霍爾將輸出一個M+1位的二進制數(shù)，如果這M+1位的二進制數(shù)中有超過兩個1，則只取最高兩位1，剩余I改為O。對這M+1位二進制數(shù)進行插值求解，可以將測量行程共輸出2 (M+1)種位置狀態(tài)信號。具體包括:M+1位二進制位全部為0，M+1位二進制位其中一個 為1，M+1位二進制位其中相鄰的兩位為I。本實用新型中安裝在汽車駕駛模擬器上，隨著方向盤的轉(zhuǎn)動，安裝在方向盤軸上的位移傳感器拉桿也隨著運動，從而產(chǎn)生不同的電信號，將該信號輸入微處理器Cl后,在方向盤轉(zhuǎn)向指示燈LI、離合器信號指示燈L2、腳剎信號指示燈L3、油門信號指示燈L4、手剎信號指示燈L5、檔位信號指示燈L6和電源指示燈L7上分別顯示出來。離合器、腳剎、油門和手剎上安裝的“基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器”，操作這些部件，將使得這些部件產(chǎn)生不同的二進制編碼，將這些編碼送入微處理器Cl。微處理器Cl對所有信號進行處理后，進行顯示燈控制，并通過串行通訊端口 Jl送入計算機，從而與模擬駕駛程序互動。本實用新型有如下有益效果一、綜合簡易模擬器和互動模擬器的特點，傳感器信號處理電路板既可以將信號送入計算機，也在電路板上用指示燈顯示操作信號。二、針對方向盤行程很大，而離合器、腳剎、油門和手剎行程相對較小，因此方向盤采用價格較貴但是精度較高的位移傳感器，而離合器、腳剎、油門和手剎采用自制的“基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器”，從而以一個較為合適的成本前提下，滿足了使用要求。三、針對模擬器離合器、腳剎、油門和手剎行程相對較小的特點，研發(fā)了一種價格低廉且可靠性極高的“基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器”，采用N個開關(guān)霍爾和一個磁鋼實現(xiàn)，其中前M個開關(guān)霍爾獨立工作，最后N-M個開關(guān)霍爾并聯(lián)。這種基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器能將踏板行程輸出2(M+1)個位置狀態(tài)信號，由于開關(guān)霍爾為非接觸式，且抗干擾能力極強，此方法是一個優(yōu)質(zhì)低價的傳感器解決方案。本實用新型能提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，且價格低廉，使用方便。


圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖，圖2為本實用新型中基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器的結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實施方式
參看圖1-2，本具體實施方式
采用如下技術(shù)方案它包含信號處理與顯示集成電路板E1、方向盤位移傳感器SI、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2-第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5、檔位信號傳感器S6、開關(guān)信號S7，信號處理與顯示集成電路板El分別與方向盤位移傳感器SI、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2-第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5、檔位信號傳感器S6、開關(guān)信號S7相連。所述的信號處理與顯示集成電路板El包含方向盤轉(zhuǎn)向指示燈LI、離合器指示燈L2、腳剎指示燈L3、油門信號指示燈L4、手剎信號指示燈L5、檔位信號指示燈L6、電源指示燈L7、微處理器Cl、串行通訊端口 J1，微處理器Cl分別與方向盤轉(zhuǎn)向指示燈LI、離合器指示燈L2、腳剎指示燈L3、油門信號指示燈L4、手剎信號指示燈L5、檔位信號指示燈L6、串行通訊端口 J1、電源指示燈L7連接，方向盤位移傳感器SI、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2、第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S3、第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S4、第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5、檔位信號傳感器S6、開關(guān)信號S7均與微處理器Cl連接。所述的方向盤轉(zhuǎn)向指示燈LI是由十六個LED燈組成，離合器指示燈L2、腳剎指示燈L3、油門信號指示燈L4、手剎信號指示燈L5均由八個LED燈組成，檔位信號指示燈L6由六個LED燈組成，電源指示燈L7由一個LED燈組成。方向盤位移傳感器SI米集方向盤上的信號,第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2采集離合器上的信號，第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S3采集腳制動上的信號，第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S4采集油門上的信號，第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5采集手制動上的信號，檔位信號傳感器S6采集檔位上的信號，開關(guān)信號S7采集汽車燈光、轉(zhuǎn)向燈、雨刮、喇叭、點火鑰匙等號。所述的第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S2、第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S3、第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S4、第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器S5均由第一開關(guān)霍爾HO-第十開關(guān)霍爾H9和一個磁鋼Dl組成，十個開關(guān)霍爾排成一條直線焊接在一塊集成電路上，第一開關(guān)霍爾HO-第七開關(guān)霍爾H6獨立工作，第八開關(guān)霍爾H7、第九開關(guān)霍爾H8、第十開關(guān)霍爾H9并聯(lián)，起到行程保護作用。使用過程中，磁鋼Dl在開關(guān)霍爾旁直線運動，第一開關(guān)霍爾HO到第七開關(guān)霍爾H6中每個霍爾接通表不輸出I,斷開表不輸出O。第八開關(guān)霍爾H7、第九開關(guān)霍爾HS、第十開關(guān)霍爾H9采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，只要任意一個接通，則輸出1，全部斷開輸出O。這個電路將輸出一個八位的二進制數(shù)，如果這八位中有超過二位為1，則只取最高二位1，剩下的歸0，如果只有一位為1，則保持不變。上述的八位二進制數(shù)值與傳感器讀數(shù)、指示燈之間關(guān)系如下八位二進制數(shù)傳感器讀數(shù)指示燈00000000O全滅00000001I亮第 I 個燈000000112亮第 2 個燈000000103亮第 2 個燈000001104亮第 3 個燈000001005亮第 3 個燈000011006亮第 4 個燈000010007亮第 4 個燈[0044]000110008亮第 5 個燈000100009亮第 5 個燈0011000010亮第 6 個燈0010000011亮第 6 個燈0110000012亮第 7 個燈0100000013亮第 7 個燈1100000014亮第 8 個燈1000000015亮第 8 個燈本具體實施方式
安裝在汽車駕駛模擬器上，隨著方向盤的轉(zhuǎn)動，安裝在方向盤軸上的位移傳感器拉桿也隨著運動，從而產(chǎn)生不同的電信號。離合器、腳剎、油門和手剎上安裝的“基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器”，操作這些部件，將使得這些部件產(chǎn)生不同的二進制編碼信號。檔位、汽車大燈、轉(zhuǎn)向燈、雨刮、點火鑰匙等會產(chǎn)生開關(guān)信號。所有這些信號送入微處理器Cl進行處理，信號處理后進行顯示燈控制，并通過串行通訊端口 Jl送入計算機，從而與模擬駕駛程序互動。方向盤信號在方向盤轉(zhuǎn)向指示燈LI上顯示，離合器信號在離合器指示燈L2上顯示、腳剎信號在腳剎指示燈L3上顯示、油門信號在油門信號指示燈L4上顯示、手剎信號在手剎信號指示燈L5上顯示、檔位信號在檔位信號指示燈L6上顯示，電源在電源指示燈L7上顯示。本具體實施方式
有如下有益效果一、綜合簡易模擬器和互動模擬器的特點，傳感器信號處理電路板既可以將信號送入計算機，也在電路板上用指示燈顯示操作信號。二、針對方向盤行程很大，而離合器、腳剎、油門和手剎行程相對較小，因此方向盤采用價格較貴但是精度較高的位移傳感器，而離合器、腳剎、油門和手剎采用自制的“基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器”，從而以一個較為合適的成本前提下，滿足了使用要求。三、針對模擬器離合器、腳剎、油門和手剎行程相對較小的特點，研發(fā)了一種價格低廉且可靠性極高的“基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器”，采用十個開關(guān)霍爾和一個磁鋼實現(xiàn)，能將踏板行程輸出16個位置狀態(tài)。由于開關(guān)霍爾為非接觸式，且抗干擾能力極強，此方法是一個優(yōu)質(zhì)低價的傳感器解決方案。本具體實施方式
能提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，且價格低廉，使用方便。
權(quán)利要求1.簡易互動二合一汽車駕駛模擬器信號處理顯示裝置，其特征在于它包含信號處理與顯示集成電路板(El)、方向盤位移傳感器(SI)、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S2)-第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S5)、檔位信號傳感器(S6)、開關(guān)信號(S7)，信號處理與顯示集成電路板(El)分別與方向盤位移傳感器(SI)、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S2)-第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S5)、檔位信號傳感器(S6)、開關(guān)信號(S7)連接。
2.所述的信號處理與顯示集成電路板(El)包含方向盤轉(zhuǎn)向指示燈(LI)、離合器指示燈(L2)、腳剎指示燈(L3)、油門信號指示燈(L4)、手剎信號指示燈(L5)、檔位信號指示燈(L6)、電源指示燈(L7)、微處理器(Cl)、串行通訊端口(J1)，微處理器(Cl)分別與方向盤轉(zhuǎn)向指示燈(LI)、離合器指示燈(L2)、腳剎指示燈(L3)、油門信號指示燈(L4)、手剎信號指示燈(L5)、檔位信號指示燈(L6)、串行通訊端口(J1)、電源指示燈(L7)連接，方向盤位移傳感器(SI)、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S2)、第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S3)、第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S4)、第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S5)、檔位信號傳感器(S6)、開關(guān)信號(S7)均與微處理器(Cl)連接。
3.所述的方向盤轉(zhuǎn)向指示燈(LI)是由十六個LED燈組成，離合器指示燈(L2)、腳剎指示燈(L3)、油門信號指示燈(L4)、手剎信號指示燈(L5)均由八個LED燈組成，檔位信號指示燈(L6)由六個LED燈組成，電源指示燈(L7)由一個LED燈組成。
4.所述的第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S2)、第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S3)、第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S4)、第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S5)均由N個開關(guān)霍爾和磁鋼組成，N個開關(guān)霍爾排成一條直線焊接在一塊集成電路上，其中M個開關(guān)霍爾與微處理器(Cl)獨立連接，N-M個開關(guān)霍爾并聯(lián)后與微處理器(Cl)連接。
專利摘要簡易互動二合一汽車駕駛模擬器信號處理顯示裝置，它涉及汽車駕駛模擬器技術(shù)領(lǐng)域。它的方向盤位移傳感器(S1)、第一基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S2)、第二基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S3)、第三基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S4)、第四基于開關(guān)霍爾的行程保護及插值位移傳感器(S5)、檔位信號傳感器(S6)、開關(guān)信號(S7)均與微處理器(C1)連接，所有這些傳感器產(chǎn)生的信號都送入微處理器(C1)，微處理器(C1)處理后進行顯示燈控制并通過串行通訊端口(J1)送入計算機。它能提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，且價格低廉，使用方便。
文檔編號G09B9/052GK202795799SQ201220366339
公開日2013年3月13日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者蔡十華, 曾紀國 申請人:南昌必普科技有限公司