汽車油耗智能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、汽車的發(fā)展是人類生活文明與進(jìn)步的標(biāo)志。 汽車的發(fā)明一方面給人們的生活和生產(chǎn) 帶來(lái)了極大的方便，另一方面也給社會(huì)帶來(lái)了環(huán)境污染和能源緊缺等嚴(yán)重問(wèn)題。人類環(huán) 境保護(hù)意識(shí)的逐漸加強(qiáng)，人們更加關(guān)心車輛油耗，要求限制車輛用油量的呼聲越來(lái)越強(qiáng) 烈。因此，研究汽車的燃油消耗和降低排放污染就成為該研究領(lǐng)域的重點(diǎn)容之一。對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)，一般是通過(guò)汽車燃油消耗量來(lái)確定的，也是診斷和分析 汽車故障的重要參考。檢測(cè)汽車燃油消耗量常通過(guò)燃油消耗檢測(cè)儀測(cè)定燃油消耗量的容 積或質(zhì)量來(lái)表示。普通式汽車油耗檢測(cè)裝置在測(cè)試圍、測(cè)試精度、顯示、使用維護(hù)和可 靠性等方面都不是很理想，需要進(jìn)一步改進(jìn)。本文在分析和總結(jié)目前國(guó)外車

2、輛油耗檢測(cè)儀器普遍存在的問(wèn)題的基礎(chǔ)上，根據(jù)油耗儀現(xiàn)有的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì)，采用先進(jìn)的傳感技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)和顯示技術(shù)，研制智 能型汽車油耗檢測(cè)儀器。車輛智能油耗儀在單片機(jī)的控制下，通過(guò)計(jì)算流量傳感器送來(lái) 的燃油流量脈沖信號(hào)，在控制軟件的支撐下，能測(cè)量汽車的加速油耗、減速油耗、百公 里油耗、累計(jì)油耗、平均油耗和瞬時(shí)油耗。該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)將會(huì)為汽車油耗精確檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供新方向，為我國(guó)汽車油耗檢測(cè)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造新的平臺(tái)，為節(jié)能型汽車的研發(fā)提供更精確可靠的油耗數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；傳感器；油耗；智能檢測(cè)AbstractAutomobile development of human civilization

3、 and progress of life signs.As a transport vehicle with one hand to transport people ' s life and production brought great convenience, the other , it also brings environmental pollution and energy shortages. Together with the conscious of environment protection increase gradually.Peaple pay mor

4、e attention to the gas consuming. Therefore,the study of motor vehicles to reduce fuel consumption and emissions pollution is the area of one of the key element.Vehicle fule consumption is usually determined by the automobile fuel economy rating, it is also an important reference to the car fault di

5、agnosis.Regular testing vehicle fuel consumption was measured by detecting the fuel consumption volume or quality of fuel consumption expressed in. Ordinary car fuel consumption detecting device in the test range, testing accuracy, that the use of maintenance and reliability , not very good, needs f

6、urther improvement.This article based on diagnosing and summing the popular questions. The domestic and exotic automobile gas-consuming equipments exist were considered. This artcle referred to gas-consuming instruments technology level and delelopment trend , and advanced sensor technology were ado

7、pted. Besides single chip computer technology and manifesting technology were included. The main content includes gas-consuming detecting system's hardware design and selection, and the means of instruments structure were adopted. Automobile gas-consuming detecting system mathematics model were

8、set up also. The verifying experiments were carried up. Diagnosethe practicing performance of the theorythat gas-consuming detecting sytem was adopted and the theory models on the base of practice conditions were modified.The system was developed for the automotive fuel consumption will be the devel

9、opment of accurate detection technology to provide a new direction. Detection of China 's oil consumption to create a new platform for the development. For the energy-saving vehecles to provide more accurate and reliable fuel consumption data.Keywords: singlechip; transducer; gas-consuing; intel

10、lect-detection目錄引言 11 緒論. 111 國(guó)外汽車油耗智能檢測(cè)技術(shù)的研究背景 1111 國(guó)背景 1112 國(guó)外背景 3113 研究水平與發(fā)展趨勢(shì) 412 汽車油耗智能檢測(cè)技術(shù)研究的意義 513 本文的主要研究容 52 總體方案設(shè)計(jì) . 621 系統(tǒng)的功能要求 622 總體技術(shù)方案確定 63 硬件電路設(shè)計(jì) . 731 單片機(jī)的選擇 7311 單片機(jī)的匹配原則 7312 單片機(jī)的型號(hào)匹配 93. 1. 3AT89S52晶振連接電路與復(fù)位電路 932 傳感器的選擇 143. 2. 1 流量傳感器的主要功能和類型 143. 2. 2油耗檢測(cè)對(duì)流量傳感器的要求及選型 103. 2. 3

11、 模擬傳感脈沖輸出信號(hào)部分 173. 2. 4流量檢測(cè)數(shù)學(xué)模型的建立 193. 3 數(shù)據(jù)顯示部分設(shè)計(jì) 20數(shù)碼管（LED顯示器和液晶（LCD顯示器對(duì)比 20數(shù)碼管（LED顯示器顯示數(shù)據(jù)的電路原理 213. 4 控制面板的設(shè)計(jì) 223. 5 通訊接口的選擇 233. 6 電源部分 2337 本章小結(jié) 244 軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試 . 2541 初始化程序 2542 測(cè)量油耗邏輯程序設(shè)計(jì) 2743 數(shù)碼管顯示程序和按鍵掃描程序設(shè)計(jì) 2844 軟件系統(tǒng)主程序 2945 本章小結(jié) 315 系統(tǒng)制作及調(diào)試 . 3251 板子的制作 325.1.1 Protel99 的使用步驟及經(jīng)驗(yàn) 325.1.2 電路板的

12、制作步驟 3352 系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試 345.2.1 系統(tǒng)調(diào)試使用的儀器 . 345.2.2 系統(tǒng)調(diào)試的容 345.2.3 系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題 . 34結(jié) 論 . 35辭 37參考文獻(xiàn) . 38附 錄 . 39原理圖 40PCB 圖 40程序 41引言汽車的油耗檢測(cè)是衡量汽車燃料經(jīng)濟(jì)性及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要手段， 而油耗儀是 進(jìn)行油耗檢測(cè)的專用儀器， 它通過(guò)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)消耗一定燃料所需時(shí)間或者車輛行駛一定 里程所需的燃油量來(lái)計(jì)算燃油消耗率。 檢測(cè)汽車燃油消耗量常通過(guò)燃油消耗檢測(cè)儀測(cè)定 燃油消耗量的容積或質(zhì)量來(lái)表示。對(duì)于耗油量的參數(shù)檢測(cè)，不僅要保證有足夠的精度， 而且還要對(duì)汽車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不造

13、成任何的影響。隨著傳感器技術(shù)的微型化、多功能化、集成化和智能化方向發(fā)展，控制器功能的不 斷完善，汽車油耗檢測(cè)裝置正在向微電腦控制、智能化方向控制發(fā)展。因此，研究與開(kāi) 發(fā)新型智能油耗儀也是實(shí)現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級(jí)換代的要求，也是科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的需 要。智能型油耗檢測(cè)裝置精確檢測(cè)汽車油耗，可為研制低油耗車提供依據(jù)。所以該系統(tǒng) 的開(kāi)發(fā)將會(huì)為汽車油耗精確檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供新方向， 為我國(guó)汽車油耗檢測(cè)技術(shù)發(fā)展 創(chuàng)造新的平臺(tái)，為節(jié)能型汽車的研發(fā)提供更精確可靠的油耗數(shù)據(jù)。為解決我國(guó)汽車油耗 使用量不斷增加，石油（汽油、柴油）等非可再生資源的逐漸減少的問(wèn)題做出重要的貢 獻(xiàn)。1 緒論11 國(guó)外汽車油耗智能檢測(cè)技術(shù)的

14、研究背景111 國(guó)背景研究與開(kāi)發(fā)新型智能油耗儀是實(shí)現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級(jí)換代的要求， 是科學(xué)技術(shù)日益發(fā) 展的需要。我國(guó)主要采用普通式汽車油耗計(jì)檢測(cè)油耗，隨著時(shí)代的變遷，科技的日新月異，這類油耗計(jì)精度低、功耗大、適用圍較窄、可靠性不大、抗干擾性不強(qiáng)等一系列弊 端逐漸突顯出來(lái)，而且急需改善。在國(guó)，由于技術(shù)上的落后，對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的檢測(cè) 重視較晚，因此我國(guó)交通部規(guī)定采用的測(cè)量方法為容積法和重量法。自動(dòng)容積式油耗儀 主要用于汽油車消耗量的測(cè)量。質(zhì)量法是直接測(cè)量一定時(shí)間間隔發(fā)動(dòng)機(jī)消耗的燃油質(zhì) 量。最簡(jiǎn)單的油耗測(cè)量方法是機(jī)械天平質(zhì)量法， 它用機(jī)械式天平測(cè)量所消耗的燃油質(zhì)量， 手動(dòng)秒表計(jì)時(shí)，成本低廉。但需專人操

15、作，無(wú)法消除誤差，測(cè)試精度較低，已逐漸被自 動(dòng)油耗儀所取代。一般汽油車常用容積法測(cè)量油耗，柴油車常用質(zhì)量法測(cè)量油耗。目前 的油耗儀多為體積式的，F(xiàn)P 214型活塞式流量傳感器，最低采樣時(shí)間為0.1 s,最小油 量分辨率為1ml,傳感器量程為0.3120L/h。渦輪流量?jī)x具有瞬時(shí)測(cè)量和累計(jì)功能，得 到廣泛應(yīng)用，可測(cè)量0. 051200 L/min的液體流量。中小功率汽油機(jī)燃油流量小，一 般在103000mL/mi n,超出渦流流量計(jì)下限，為此國(guó)研制出不同大小的渦輪以滿足汽油 機(jī)小流量測(cè)量的需要。以上兩種流量?jī)x均用于汽車道路試驗(yàn)，只能測(cè)量體積流量。而采 用較多的數(shù)字式油耗一轉(zhuǎn)速自動(dòng)測(cè)量?jī)x， 能實(shí)現(xiàn)

16、油耗和轉(zhuǎn)速的自動(dòng)測(cè)量， 通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)， 可將儀器分成測(cè)量轉(zhuǎn)速和油耗兩部分，轉(zhuǎn)速測(cè)量采用數(shù)字式轉(zhuǎn)速儀，油耗則采用容積式 油耗儀。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，硬件性能的不斷提高，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)也開(kāi)始用來(lái) 進(jìn)行車輛經(jīng)濟(jì)性方面的研究。 車輛動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的類型可分為純軟件 型和硬件在環(huán)型，他們?cè)隗w系結(jié)構(gòu)、軟硬件構(gòu)成及開(kāi)發(fā)環(huán)境、開(kāi)發(fā)方法方面都有各自特 點(diǎn)。純軟件型系統(tǒng)僅利用軟件完成整個(gè)系統(tǒng)仿真，它把實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)對(duì)象全部抽象為 數(shù)學(xué)模型。其重點(diǎn)在于抽象的數(shù)學(xué)模型和軟件技術(shù)，可以利用 Matlab 或一些專用軟件開(kāi) 發(fā)；硬件在環(huán)型系統(tǒng)是指將實(shí)物硬件嵌入仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，其強(qiáng)調(diào)軟硬件 技

17、術(shù)以及電子技術(shù)的結(jié)合，獲取的一些關(guān)鍵信號(hào)是由真實(shí)硬件發(fā)出，比純軟件方式可信 度高，開(kāi)發(fā)工具可以利用一些通用開(kāi)發(fā)工具或 ADI等公司開(kāi)發(fā)的仿真軟件。硬件在環(huán)仿 真系統(tǒng)HILSS是在計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)發(fā)展到一定程度之后才出現(xiàn)的一種集多種技術(shù)于一 體的綜合系統(tǒng)，對(duì)硬件和軟件系統(tǒng)的要求很高，它依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，需要同時(shí)完成大量運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行多任務(wù)目前國(guó)汽車油耗檢測(cè)主要采用普通式汽車油耗檢測(cè)裝置，其測(cè)試圍、測(cè)試精度、顯 示、使用維護(hù)和可靠性等方面都不是很理想。一些院校和科研單位研制的電子油耗檢測(cè) 裝置，能測(cè)試平均油耗、瞬時(shí)油耗和累計(jì)油耗和圖形顯示等。在實(shí)際使用過(guò)程中，一些 宣傳上的功能和性

18、能與實(shí)際還有差距，甚至差距較大。其測(cè)試精度尚需進(jìn)一步提高，裝 置的成本還需進(jìn)一步降低。112 國(guó)外背景燃油消耗量是評(píng)價(jià)汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)， 是汽油機(jī)的重要測(cè)量參數(shù)之一。 因此， 燃油消耗量的測(cè)量是燃機(jī)性能試驗(yàn)的重要組成部分， 其測(cè)量精度直接影響汽油機(jī)實(shí)際性 能指標(biāo)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)確定和主要附件的選配及調(diào)整等。目前，燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)多屬于穩(wěn) 態(tài)工況，仍沿用傳統(tǒng)的質(zhì)量法或體積法測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量。 隨著汽車技術(shù)飛速發(fā)展， 對(duì)其測(cè)試的手段也應(yīng)同步發(fā)展。目前的油耗儀多為體積式的，日本小野公司的FP 214型活塞式流量傳感器，最低采樣時(shí)間為 0.1s，最小油量分辨率為1ml,傳感器量程為 0.3120L

19、/h。渦輪流量?jī)x具有瞬時(shí)測(cè)量和累計(jì)功能，得到廣泛應(yīng)用，可測(cè)量0.0520L/h 的液體流量，在標(biāo)定條件下，精度可達(dá)土 0.5%，響應(yīng)時(shí)間為210ms中小功率汽油機(jī)燃 油流量小，一般在103000mL/min,超出渦流流量計(jì)下限，為此國(guó)研制出不同大小的渦 輪以滿足汽油機(jī)小流量測(cè)量的需要。以上兩種流量?jī)x均用于汽車道路試驗(yàn)，只能測(cè)量體 積流量。美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在 70年代中期就對(duì)基于碳平衡法理論的汽車油耗檢測(cè) 系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究，并取得了一些成果及試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，該方法測(cè)汽車油耗 是完全可行的，并且可以在檢測(cè)汽車尾氣排放的同時(shí)進(jìn)行，但該檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備龐大、復(fù) 雜，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。采用這

20、種檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行油耗量檢測(cè)僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室中， 難以在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。國(guó)外汽車工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，比較重視環(huán)保與節(jié)能。其車輛油耗檢 測(cè)技術(shù)較先進(jìn)，投入的人力和財(cái)力也較多，并大量采用了傳感技術(shù)和微電腦技術(shù)，正在 大力開(kāi)發(fā)研制智能型油耗檢測(cè)裝置，其功能、測(cè)試項(xiàng)目、精度、顯示方式都在不斷發(fā)展與完善之中，成本逐漸趨向合理。目前，國(guó)外有關(guān)燃油消耗測(cè)設(shè)備的報(bào)道較少，只有一 些專利。研究開(kāi)發(fā)汽車油耗智能型快速檢測(cè)儀器，采用流量傳感器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)油耗智 能檢測(cè)，并通過(guò)顯示器和打印機(jī)對(duì)外輸出。該儀器可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況時(shí)的油 耗數(shù)據(jù)的測(cè)量，以及車輛行駛的等速油耗、加速油耗、變工況油耗及百公里油耗測(cè)試， 尤其是瞬時(shí)

21、油耗測(cè)試的開(kāi)發(fā)。 將先進(jìn)的智能傳感器技術(shù)和智能儀表技術(shù)應(yīng)用于液體流量 檢測(cè)與顯示，集機(jī)、電、液于一體，提高檢測(cè)與顯示精度和檢測(cè)的自動(dòng)化程度，滿足生 產(chǎn)實(shí)際的需要。由于單片機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，加上傳感器的微型 化、多功能化、集成化和智能化方向發(fā)展，控制器功能的不斷完善，因而目前國(guó)外各國(guó) 都在研究與開(kāi)發(fā)微電腦油耗儀，并進(jìn)一步向智能化方向發(fā)展。113 研究水平與發(fā)展趨勢(shì)研究開(kāi)發(fā)汽車油耗智能型快速檢測(cè)儀器， 采用流量傳感器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)油耗智能檢 測(cè)，并通過(guò)顯示器和打印機(jī)對(duì)外輸出。該儀器可用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況時(shí)的油耗數(shù) 據(jù)的測(cè)量，以及車輛行駛的等速油耗、加速油耗、變工況油耗及百公里

22、油耗測(cè)試，尤其 是瞬時(shí)油耗測(cè)試的開(kāi)發(fā)。 將先進(jìn)的智能傳感器技術(shù)和智能儀表技術(shù)應(yīng)用于液體流量檢測(cè) 與顯示，集機(jī)、電、液于一體，提高檢測(cè)與顯示精度和檢測(cè)的自動(dòng)化程度，滿足生產(chǎn)實(shí) 際的需要。由于單片機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，加上傳感器的微型化、 多功能化、集成化和智能化方向發(fā)展，控制器功能的不斷完善，因而目前國(guó)外各國(guó)都在 研究與開(kāi)發(fā)微電腦油耗儀，并進(jìn)一步向智能化方向發(fā)展。12 汽車油耗智能檢測(cè)技術(shù)研究的意義汽車的油耗檢測(cè)是衡量汽車燃料經(jīng)濟(jì)性及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的重要手段，而油耗儀 是進(jìn)行油耗檢測(cè)的專用儀器， 它通過(guò)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)消耗一定燃料所需時(shí)間或者車輛行駛一 定里程所需的燃油量來(lái)計(jì)算燃油消耗

23、率。對(duì)于耗油量的參數(shù)檢測(cè)，不僅要保證有足夠的 精度，而且還要對(duì)汽車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不造成任何的影響。因此，研究與開(kāi)發(fā)新型智能油耗 儀也是實(shí)現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級(jí)換代的要求，也是科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的需要。智能型油耗檢 測(cè)裝置精確檢測(cè)汽車油耗，可為研制低油耗車提供依據(jù)。所以該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)將會(huì)為汽車 油耗精確檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供新方向，為我國(guó)汽車油耗檢測(cè)技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造新的平臺(tái)，為 節(jié)能型汽車的研發(fā)提供更精確可靠的油耗數(shù)據(jù)。13 本文的主要研究容（1）總體方案的確定。 根據(jù)汽車油耗檢測(cè)系統(tǒng)的功能要求確定總體技術(shù)案。（2）硬件部分的設(shè)計(jì)選擇和匹配。 對(duì)單片機(jī)、流量傳感器、顯示器、鍵盤、通訊接 口等元件。根據(jù)系統(tǒng)要求，以及目

24、前上述各種元件的技術(shù)狀況、性能特點(diǎn)、性價(jià)比等， 結(jié)合調(diào)研情況以及相關(guān)參考資料進(jìn)行對(duì)比分析，確定采用的元件的具體型號(hào)，并給出相 應(yīng)的接口電路， 相互之間進(jìn)行合理匹配。 同時(shí)給出以單片機(jī)為核心的控制系電路原理圖， 從而為各元件之間建立必要的聯(lián)系。（3）軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試。軟件部分配合硬件控制系統(tǒng)電路，共同完成對(duì)油耗的 智能化測(cè)試，而軟件功能是通過(guò)分程序模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括初始化模塊、鍵盤管理 模塊、二進(jìn)制和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序模塊、顯示模塊和耗油量測(cè)試模塊等。同時(shí)進(jìn)行程序的調(diào)試工作，以對(duì)編寫的程序進(jìn)行運(yùn)行檢查，驗(yàn)證運(yùn)行邏輯、運(yùn)行流程等。（4）進(jìn)行油耗檢測(cè)系統(tǒng)的可行性驗(yàn)證。通過(guò)試驗(yàn)分析油耗檢測(cè)系統(tǒng)所采

25、用的理論的可行性，根據(jù)具體情況對(duì)理論模型進(jìn)行修正，以提高其檢測(cè)精度。2 總體方案設(shè)計(jì)21 系統(tǒng)的功能要求（1）完成車輛油耗智能檢測(cè)。采用傳感器檢測(cè)燃油流量信號(hào)，通過(guò)單片在相應(yīng)軟的 支持下進(jìn)行處理，再通過(guò)顯示器或打印機(jī)對(duì)外輸出。同時(shí)，要采用監(jiān)視器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn) 行監(jiān)控，采用通訊接口與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊。（2）應(yīng)能在道路或臺(tái)架上測(cè)量汽油車和柴油車的百公里油耗、累計(jì)油耗、加速油耗、 減速油耗、平均油耗和瞬時(shí)油耗。（3）系統(tǒng)采用的理論應(yīng)具有可行性。因此，必須通過(guò)試驗(yàn)加以驗(yàn)證。（4）該項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品化之后，同比之下成本要低、精度要高。22 總體技術(shù)方案確定根據(jù)車輛油耗智能檢測(cè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)功能的要求， 針對(duì)

26、智能油耗儀的具體 應(yīng)用情況，選擇系統(tǒng)組成元件，構(gòu)成油耗檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分，進(jìn)行各組成元件之間的 合理匹配，設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制電路，完成硬件部分的設(shè)計(jì)。根據(jù)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)工作原 理和汽車運(yùn)行條件，確定油耗檢測(cè)方法，建立油耗系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)學(xué)模型，配合硬件部分控 制電路編寫控制軟件，共同完成對(duì)油耗的智能化測(cè)試。針對(duì)油耗檢測(cè)系統(tǒng)工作過(guò)程中會(huì) 遇到的干擾，分析其原因。采取相應(yīng)辦法，提高油耗檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力。通過(guò)試驗(yàn)分析油耗檢測(cè)系統(tǒng)所采用的理論的可行性，根據(jù)具體情況對(duì)理論模型進(jìn)行修正，以提高 其檢測(cè)精度。進(jìn)行試驗(yàn)誤差分析。為了更合理的選用測(cè)試裝置和測(cè)試方法，正確地分析 誤差產(chǎn)生的原因，減小或消除誤差，并恰當(dāng)

27、地處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以便得到理想的試驗(yàn)結(jié)果車輛智能油耗檢測(cè)系統(tǒng)主要由流量傳感器、單片機(jī)、顯示器、打印機(jī)和控制面板 等組成，其控制關(guān)系如圖2.1所示。流量傳感器用于檢測(cè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量，將信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理。單片機(jī) 是汽車油耗檢測(cè)控制系統(tǒng)的核心，用于接收流量傳感器的信號(hào)，并調(diào)用存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù) 和相關(guān)程序，進(jìn)行分析處理，并將處理結(jié)果送給打印機(jī)或顯示器對(duì)外輸出。顯示器用于 適時(shí)顯示汽車油耗的檢測(cè)數(shù)據(jù)。打印機(jī)用于打印汽車油耗的檢測(cè)結(jié)果。控制面板用于系 統(tǒng)功能設(shè)定，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。流量傳感器控制而板賤口芯片顯示器3硬件電路設(shè)計(jì)3. 1單片機(jī)的選擇3. 1. 1單片機(jī)的匹配原則面對(duì)市場(chǎng)上琳瑯滿目的單片機(jī)產(chǎn)

28、品，如何選擇一種適合設(shè)計(jì)需要的單片機(jī)顯得十分重要。對(duì)于明確的對(duì)象，選擇功能過(guò)少的單片機(jī)，無(wú)法完成控制任務(wù)：選擇功能過(guò)多 的單片機(jī)，貝U會(huì)造成資源浪費(fèi)，使性能價(jià)格比下降。因此，實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)以下原則 來(lái)選擇單片機(jī)：1. 了解單片機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的適用性。 單片機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的適用性是指能否用一個(gè)單 片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，或需要增加幾個(gè)附加的集成電路才能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。對(duì)此， 應(yīng)注意以下幾方面； 單片機(jī)是否含有所需的 I/O 端口數(shù)目。 單片機(jī)是否含有所需的外圍端口部件。 單片機(jī)的CPU是否含有合適的吞吐量。 單片機(jī)的極限性能是否滿足要求。2. 了解單片機(jī)的可購(gòu)買性。 單片機(jī)是否可直接購(gòu)買到。 單片機(jī)

29、是否有足夠的供應(yīng)量。 單片機(jī)是否仍在生產(chǎn)之中。 單片機(jī)是否在改進(jìn)之中。 3了解單片機(jī)的可開(kāi)發(fā)性。對(duì)于被選擇的單片機(jī)，應(yīng)考慮下列開(kāi)發(fā)工具：編譯軟件。 程序?qū)懭牍ぞ摺?調(diào)試工具。 技術(shù)支持。 語(yǔ)言體系與熟悉程度。 根據(jù)上述原則對(duì)單片機(jī)進(jìn)行選擇，即可選擇出最適用于控制系統(tǒng)的單片機(jī)，從而保證控制系統(tǒng)高可靠性、最優(yōu)的價(jià)格性能比、最長(zhǎng)的使用壽命和最好的升級(jí)換代性。312 單片機(jī)的型號(hào)匹配本次設(shè)計(jì)選用AT89S5型號(hào)單片機(jī)，下面是其結(jié)構(gòu)及功能的介紹：（1）主要性能與MCS-5單片機(jī)產(chǎn)品兼容8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0Hz33Hz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器32個(gè)可編程I/O 口

30、線三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個(gè)中斷源全雙工JAR串行通道低功耗空閑和掉電模式掉電后中斷可喚醒看門狗定時(shí)器雙數(shù)據(jù)指針掉電標(biāo)識(shí)符（2）功能特性AT89S5是一種低功耗、高性能CMOS位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存 儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳 完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上， 擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash ,使得AT89S5為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。AT89S5具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash , 256字節(jié)RAM32

31、位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CP停止工作，允許RAM定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RA容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。（3）AT89S5的引腳功能介紹圖3.1 AT89S52 引腳分布圖AT89S5引腳的功能介紹VCC : 電源GND:地P0 口： P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏 輯電平。對(duì)P0端口寫

32、“1”時(shí)，弓I腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，PC具有部上拉電阻。在flash編程 時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部 上拉電阻P1 口 ： P1 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8位雙向I/O 口，pl輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“ 1”時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使 用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（ IIL ）。此 外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2 ）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的 觸發(fā)

33、輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口接收低8位地 址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能P1.T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出2P1.T2EX （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向1控制P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.MISO（在系統(tǒng)編程用）6P1.SCK（在系統(tǒng)編程用）7P2 口 ： P2 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“ 1”時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使 用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL ）。在訪問(wèn)外部程序存

34、儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVDPTR時(shí)，P2 口 送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVRI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口 ： P3 口是一個(gè)具有部上拉電阻的8位雙向I/O 口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè) TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“ 1”時(shí)，部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使 用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL ）。P3口亦作為AT89S5特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在

35、flash編程和校驗(yàn) 時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。引腳號(hào)第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD （串行輸出）P3.2INT0 （外部中斷0）P3.3INT1 （外部中斷1）P3.4T0 （定時(shí)器0外部輸入）P3.5T1 （定時(shí)器1外部輸入）P3.6WR 外卜部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）RST:復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RS腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗 計(jì)時(shí)完成后，RST腳輸出96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR地址8EH）上的 DISRTO位可以使此功能無(wú)效。DISRT默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG:地址鎖存控制信號(hào)

36、（ALE是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址 的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE永沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為8EH勺SFR勺第0位置“ 1”，ALE操作將無(wú)效。這一位置“ 1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或 MOVC令時(shí)有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH勺SFR勺 第0位）勺設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)A

37、T89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。 為使能從0000H到FFFFH勺外部程序存儲(chǔ)器 讀取指令，EA必須接GND為了執(zhí)行部程序指令，EA應(yīng)該接VCC在flash編程期間，EA也 接收12伏VPP電壓。XTAL1振蕩器反相放大器和部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。3. 1. 3AT89S52晶振連接電路與復(fù)位電路AT89S52單片機(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成部振蕩器的反相放大器，XTAL1和 XTAL2分別是放 大器勺輸入、輸出端。石英晶體和瓷諧振器

38、都可以用來(lái)一起構(gòu)成自激振蕩器。從外部時(shí) 鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話，XTAL2可以不接，而從XTAL1接入。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的是外部 振蕩電路連接法，其電路接法如下圖所示：圖 3.2 晶振電路連接圖與復(fù)位電路32 傳感器的選擇321 流量傳感器的主要功能和類型流量傳感器接在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、回油管道上，采集燃油流量信號(hào)，以脈沖方式送 給單片機(jī)。流量傳感器應(yīng)適合測(cè)量燃油，反應(yīng)速度要快，動(dòng)作時(shí)間要短；既能實(shí)現(xiàn)靜態(tài) 測(cè)量，又能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)量精度不受汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響。與單片機(jī)等電子元件相匹 配，使系統(tǒng)達(dá)到理想的測(cè)量精度，又有一定的抗干擾能力。流量傳感器按測(cè)量方法可以分為容積式、質(zhì)量式、流量式、流速式傳感器。大

39、多 數(shù)傳感器都能連續(xù)、累計(jì)測(cè)量，但測(cè)試的流量圍和流量誤差各不相同?，F(xiàn)在主要應(yīng)用是 質(zhì)量式流量傳感器和容積式流量傳感器 。 在本次設(shè)計(jì)中我們選擇容積式流量傳感器。容積式流量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示，主要由活塞、曲軸、連桿和信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 組成。燃油在泵油壓力作用下推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，再由活塞運(yùn)動(dòng)推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸旋轉(zhuǎn)一 周即四個(gè)活塞各往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，完成一個(gè)迸、排油循環(huán)?；钊谟透字刑幱谶M(jìn)油行程還 是排油行程，取決于活塞相對(duì)于進(jìn)、排油口的位置。在燃油泵泵油壓力的作用下，即可 完成定容量、連續(xù)泵油的作用信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)裝在曲軸的另一端，由主動(dòng)磁鐵、從動(dòng)磁鐵、轉(zhuǎn)軸、光柵板、發(fā)光二極管、光敏管、電纜插座及殼體

40、等組成。主動(dòng)磁鐵裝在曲軸上，從動(dòng)磁鐵裝在轉(zhuǎn)軸上， 轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承支承在殼體，轉(zhuǎn)軸的上端固定有轉(zhuǎn)動(dòng)光櫥板，在固定光柵上、下方有發(fā)光 二極管和光敏管。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于一對(duì)永久磁鐵的吸引作用，轉(zhuǎn)軸及其上的轉(zhuǎn)動(dòng)光 柵也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)發(fā)光二極管和光敏管的光電作用，把曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)變成光電脈沖信號(hào) 送入計(jì)量顯示儀，經(jīng)過(guò)部運(yùn)算處理后，即可顯示出流經(jīng)的燃油量。3. 2. 2油耗檢測(cè)對(duì)流量傳感器的要求及選型為提高研發(fā)儀器的精度，所采用的流量傳感器應(yīng)該適合燃油（汽油和柴油）的介質(zhì)要求，精度要高，抗干擾能力要強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要好，便于與汽車發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)連接。1、3、6、8-活塞； 2-連桿； 4-油道； 5-排油口； 7

41、-曲軸； 9-光敏二極管； 10-固定光柵； 11-磁性聯(lián)軸節(jié)； 12-信號(hào)端子； 13-轉(zhuǎn)動(dòng)光柵； 14-轉(zhuǎn)速/脈沖交換部件； 15流量/轉(zhuǎn)速交 換部件； 16- 活塞圖 3.3 容積式流量傳感器為了便于使用流量傳感器實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)控制， 需要選用輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的傳 感器；在流量測(cè)試中，存在回油壓力波沖擊流量傳感器，造成數(shù)據(jù)采集誤差問(wèn)題，因此 選取的傳感器應(yīng)輸出兩路脈沖信號(hào)，以便根據(jù)正反轉(zhuǎn)判斷程序?qū)⑦@一誤差消除。由于汽 車油耗測(cè)量的高精度要求，流量傳感器的分辨率應(yīng)不低于0.1ml 。各種流量傳感器有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)調(diào)查與分析，針對(duì)汽車油耗測(cè)量對(duì)傳感器的 要求，并綜合性價(jià)比等情況，認(rèn)為容

42、積式流量傳感器在測(cè)量精度、性價(jià)比、抗干擾能力 等方面要比質(zhì)量式流量傳感器優(yōu)越， 同時(shí)容積式流量傳感器在與發(fā)動(dòng)機(jī)油路連接上更加 方便。為了達(dá)到更好的效果，因此這里選用 YH-2型流量傳感器，其插座接線如圖3.4所示。1-電源（ +5V）； 2- 加計(jì)數(shù)脈沖輸出； 3- 搭鐵； 4- 減計(jì)數(shù)脈沖輸出圖3. 4 HY-2型流量傳感器端插座接線圖3. 2. 3模擬傳感脈沖輸出信號(hào)部分本設(shè)計(jì)采用了常用的NE555永沖產(chǎn)生芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，NE55是一種應(yīng)用特別廣泛、作 用強(qiáng)大的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。NE55定時(shí)器是一種集模擬、數(shù)字于一體的集成電路，應(yīng)用十分廣泛。它不僅可以用

43、于信號(hào)的產(chǎn)生和 變換，還常用于控制與檢測(cè)電路中，例如常見(jiàn)的有 555觸摸定時(shí)開(kāi)關(guān)、相片曝光定時(shí)器、 單電源變雙電源電路、電熱毯溫控器、信號(hào)發(fā)生器、定時(shí)器、壓頻轉(zhuǎn)換電路等。定時(shí)器有雙極型和CMO兩種類型的產(chǎn)品，它們的結(jié)構(gòu)及工作原理基本相同，沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。一般來(lái)說(shuō)，雙極型定時(shí)器的驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，電源電壓圍為516V,最大負(fù)載電流可達(dá)200mA而CMO定時(shí)器的電源電源電壓圍為318V,最大負(fù)載電流在4m/以下， 它具有功耗低、輸入阻抗高等優(yōu)點(diǎn)，NE55定時(shí)器屬于雙極型產(chǎn)品。NE55定時(shí)器的作用是用部的定時(shí)器來(lái)構(gòu)成時(shí)基電路， 給其他的電路提供時(shí)序脈沖。 NE555寸基電路有兩種封裝形式有，一是 DIP

44、雙列直插8腳封裝如圖3-7所示，另一種是 SOP8、型（SMD封裝形式。NE555|腳圖介紹如下1地GND2觸發(fā)3輸出4復(fù)位5控制電壓6門限（閾值）7放電電源電壓Vccr1 81 -GND2-Trigger1_3 - OutputZ/4 - Reset5 - Control vortage圖3.5 NE555 管腳圖其他HA17555 LM555 CA555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。NE555勺部電路由分壓器、電壓比較 C1和C2簡(jiǎn)單SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器G 組等多組單元電路，特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個(gè)電阻分壓器，為比較器C1、 C2提供基準(zhǔn)電壓

45、。當(dāng)控制電壓端（5）懸空時(shí)（可對(duì)地接上O.OluF左右的濾波電容）， 比較器C1和C2勺基準(zhǔn)電壓分別為2/3V和1/3V，所以稱之為5550 NE5551于COM工藝制造， 其部結(jié)構(gòu)圖如 3.6 所示。圖3.6 NE555 部結(jié)構(gòu)框圖NE55芯片的應(yīng)用十分廣泛，NE555可裝如下幾種電路：1 .單穩(wěn)類 作用：定延時(shí)，消抖動(dòng)，分（倍）頻，脈沖輸出，速率檢測(cè)等02. 雙穩(wěn)類 作用：比較器，鎖存器，反相器，方波輸出及整形等03. 無(wú)穩(wěn)類 作用：方波輸出，電源變換，音響報(bào)警，玩具，電控測(cè)量，定時(shí)等0我們知道， 555電路在應(yīng)用和工作方式上一般可歸納為 3類0每類工作方式又有很多 個(gè)不同的電路0 在實(shí)際

46、應(yīng)用中， 除了單一品種的電路外， 還可組合出很多不同電路， 如：多個(gè)單穩(wěn)、多個(gè)雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)，雙穩(wěn)和無(wú)穩(wěn)的組合等。這樣一來(lái)，電路變得更加復(fù) 雜。在本設(shè)計(jì)中，我們就是利用 NE55芯片來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)態(tài)電路，以產(chǎn)生 我們所需要的脈沖輸入的。本設(shè)計(jì)采用的NE55芯片設(shè)計(jì)的電路如圖3.7所示，該電路可以當(dāng)作一個(gè)脈沖頻率發(fā) 生器，我們就是利用這個(gè)電路的脈沖頻率產(chǎn)生功能來(lái)替代汽車行駛過(guò)程中產(chǎn)生油耗的傳 感器信號(hào)，并且可以通過(guò)對(duì)可調(diào)電阻阻值大小的調(diào)節(jié)，來(lái)調(diào)節(jié)脈沖產(chǎn)生的頻率進(jìn)行對(duì)油 耗量的模擬。圖 3.7 傳感器與單片機(jī)的連接電路圖（用 555 芯片的輸出替代流量傳感器的輸出）324 流量檢測(cè)數(shù)學(xué)

47、模型的建立根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)確定的容積式Y(jié)H-2型流量傳感器。在測(cè)量圍，傳感器輸出的脈沖頻率與體積流量成正比，這個(gè)比值即體積儀表系數(shù)K,其計(jì)算公式為：式中：f- 流量信號(hào)頻率， HzQ- 體積流量， L/hN- 脈沖數(shù)V- 體積總量， L把儀表系數(shù)置預(yù)先置入單片機(jī)存儲(chǔ)器中， 單片機(jī)即可根據(jù)獲得的流量脈沖頻率廠與儀表系數(shù)置之比求得管道燃油流量 Q。為此，燃油流量檢測(cè)數(shù)學(xué)模型可采用以下數(shù)學(xué)式:K=3600*f/Q33 數(shù)據(jù)顯示部分設(shè)計(jì)數(shù)碼管（LED顯示器和液晶（LCD顯示器對(duì)比設(shè)計(jì)要求顯示油耗量的多少，目前在數(shù)字顯示部分中常用數(shù)碼管（LED顯示器和液晶（ LCD 顯示器。LED數(shù)碼管燈身及燈罩均采用進(jìn)口

48、 PC材料或PMM材料，采用電腦編程控制數(shù)字電路， 以高亮度LED乍為電源，有紅、綠、黃、藍(lán)等基色，通過(guò)微電腦控制器多條燈管組合制 造。7段LED數(shù)碼管顯示時(shí)是分別點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)其顯示功能。而根據(jù)LED勺接法不同可分為共陰和共陽(yáng)兩類，他們的發(fā)光原來(lái)是一樣的，只是電源的極性不同。編程時(shí) 了解不同類型的解法很重要，根據(jù)硬件電路的解法不同，編程方法也不一樣。將多個(gè)共 陰極的LED連在一起即為共陰式，多個(gè)共陽(yáng)的LED連在一起即為共陽(yáng)式的。LED數(shù)碼管較LCD液晶顯示器亮度高，可以在距離屏幕較遠(yuǎn)的地方仍能清晰看到，而且視角比較大，因此，本設(shè)計(jì)使用 LED數(shù)碼顯示器來(lái)完成顯示部分?jǐn)?shù)據(jù)的顯示數(shù)碼管(L

49、ED顯示器顯示數(shù)據(jù)的電路原理常見(jiàn)的數(shù)碼管由七個(gè)條狀和一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管如圖3-8所示，根據(jù)管腳資料，可以判斷使用的是何總接口類型。LED碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定圍，其正 向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有12 mA,最大極限電流也只有103mA所以它的輸入端在5 V電源或高于TTL高電平(3.5 V)的電路信號(hào)相接時(shí), 一定要串加限流電阻，以免損壞器件。CVM t Ji £j itl'l圖3.8 LED數(shù)碼管發(fā)光原理其封裝引腳圖如3-9圖所示，要顯示7段LED數(shù)碼管時(shí)需要一

50、片或多片芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或作鎖存控制，要全部顯示本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)時(shí)需要多片芯片進(jìn)行級(jí)聯(lián)才可以完成圖3.9 LED封裝引腳面是該系統(tǒng)顯示部分的電路原理圖：圖 3.10 顯示部分原理圖34 控制面板的設(shè)計(jì)控制面板在單片機(jī)控制系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人機(jī) 交互的主要手段。常用的控制面板接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式控制面板接口。獨(dú) 立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀 態(tài)不會(huì)影響其他輸入線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路的優(yōu)點(diǎn)是配置靈活、軟件簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是 每個(gè)按鍵都需要占用一根輸入端口線，所以在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入端13線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種

51、控制面板適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。矩陣式控制 面板接 13適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn) 上。顯然，在按鍵較多的場(chǎng)合，矩陣式控制面板與獨(dú)立式控制面板相比，要節(jié)省很多的 I/O 線。針對(duì)設(shè)計(jì)的智能油耗儀，需要8個(gè)按鍵，包括“START、“END、“PRINT、“SEND。選擇測(cè)試項(xiàng)目用 “T”、“J”、“”、光標(biāo)鍵；準(zhǔn)備好后，按“ START鍵開(kāi)始測(cè)試，等達(dá)到測(cè)試值后，測(cè)試結(jié)束，儀器顯示測(cè)試的結(jié)果；按“ END鍵，結(jié)束測(cè)試，也可以進(jìn)行下一次測(cè)試；按“ PRINT鍵，打印測(cè)試結(jié)果；按“ SEND鍵，將測(cè)試結(jié)果由RS-232發(fā)送出去。35 通訊接口的選

52、擇RS-232C主要用來(lái)定義計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE和數(shù)據(jù)電路終接設(shè) 備（DCE之間的電氣性能。例如CRT打印機(jī)與CPC的通信大都采用RS-232C接口。AT89S52 單片機(jī)與PC機(jī)的通信也是采用該種類型的接口。RS-232C串行接口總線適用于：設(shè)備之間的通信距離不大于 15 米，傳輸速率最大為 20kB/sAT89S52串行口的輸入輸出均為TTL電平，這種以TTL電平傳輸數(shù)據(jù)的方式，抗干 擾性差、傳輸距離短。為了提高串行通訊的可靠性，增大傳輸距離，工程設(shè)計(jì)人員一般 采用標(biāo)準(zhǔn)串行接 RS-232。圖3.11 通訊接口電路36 電源部分 電源是為系統(tǒng)的工作提供能量的，在電子線路和自

53、動(dòng)控制裝置中，需要電壓非常穩(wěn)定的直流電源，目前廣泛采用各種半導(dǎo)體直流電源。半導(dǎo)體直流電源是使用半導(dǎo)體（晶 體二極管）和一些電子元件，互聯(lián)布線制作的一種直流電源。目前市場(chǎng)上有許多可輸出312V電壓的可調(diào)整流電源供選用在測(cè)試系統(tǒng)中，流量傳感器和單片機(jī)供電都需要 +5V,單獨(dú)設(shè)計(jì)制作每個(gè)電源，不僅成本高，而且用起來(lái)比較繁瑣、不方便。隨著穩(wěn)壓電源向集成化方向的發(fā)展，即多個(gè) 電源集中制作在一塊絕緣基片上，結(jié)構(gòu)上比較緊密，與分立散裝的電源相比，大大減少 了體積、質(zhì)量、引出線和焊接點(diǎn)的數(shù)目，提高了電路性能和可靠性，同時(shí)降低了成本。 電源電壓的不穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生測(cè)量和計(jì)算的誤差，引起控制裝置的工作不穩(wěn)定，甚至根本無(wú)

54、 常工作，特別是精密電子測(cè)量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，要求有穩(wěn)定的直流電源供電，引起電壓 不穩(wěn)定的原因是交流電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化。圖 3.12 系統(tǒng)電源原理圖37 本章小結(jié) 本章是汽車油耗智能檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)與匹配，對(duì)單片機(jī)、流量傳感器、顯示器、控制面板、通訊接口、電源等六種元件，根據(jù)系統(tǒng)要求，以及目前上述各種元件的技術(shù)狀況、性能特點(diǎn)、性價(jià)比等，結(jié)合調(diào)研情況以及相關(guān)參考資料進(jìn)行了對(duì)比分析， 確定了采用的元件的具體型號(hào)， 并給出了相應(yīng)的接口電路， 相互之間做到了很好的匹配。同時(shí)給出了以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)電路原理圖，使其建立一個(gè)完整的系統(tǒng)4 軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試軟件部分主要是用所編寫的語(yǔ)言程序來(lái)

55、配合相應(yīng)的硬件電路， 控制所設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn) 所預(yù)期功能的部分。AT89S52單片機(jī)的程序可以使用C語(yǔ)言,也可以使用匯編語(yǔ)言，或者 是兩者的結(jié)合，本設(shè)計(jì)使用 C語(yǔ)言編寫程序?qū)崿F(xiàn)汽車油耗檢測(cè)的功能。軟件部分分成幾大模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的功能。程序主函數(shù)的設(shè)計(jì)，由于設(shè)計(jì)中使用了相應(yīng)的芯片，所以必須首先對(duì)相應(yīng)的芯片進(jìn)行初始化并對(duì)瞬時(shí)油耗、平均油耗、百公 里油耗和總油耗測(cè)量的行初始化、中斷向量的設(shè)計(jì)以及開(kāi)中斷、循環(huán)等待等準(zhǔn)備。程序 的詳細(xì)如附錄中的程序部分所示。41 初始化程序?qū)λ心K進(jìn)行初始化，例如單片機(jī)的初始化、LED碼管顯示的初始化等。程序如附錄中所示。初始化是為了讓系統(tǒng)正常工作，而給一些變量參數(shù)賦以

56、初值的程序。初始化程序主要任務(wù)是清屏幕。初始化模塊，如圖 4.1 所示。系統(tǒng)加電后進(jìn)行初始化，測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)入起始狀態(tài)，等待控制面板輸入。系統(tǒng)檢測(cè)控制面板輸入，根據(jù)控制面板輸入 進(jìn)入相應(yīng)測(cè)量程序。對(duì)單片機(jī)以及各 接口的芯片初始化顯示開(kāi)機(jī)界面04顯示主界面掃描按鍵邏輯程序執(zhí)行油耗測(cè)量邏輯程序顯示界面更新圖4.1主程序流程圖汽車油耗智能檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計(jì)，以可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。設(shè)計(jì)時(shí)，將控制面板管理程序模塊設(shè)計(jì)成主程序模塊，其他模塊在該模塊的控制下 進(jìn)行。應(yīng)用的子程序?qū)嵭袠?biāo)志化管理，即在需調(diào)用的程序模塊之前，都設(shè)置了程序?qū)崿F(xiàn) 的功能名稱，調(diào)用時(shí)可直接轉(zhuǎn)向該模塊程序，這樣既便于調(diào)試、，又便于移植、修改： 程序的調(diào)試工作是米用仿真器檢驗(yàn)在計(jì)算機(jī)上編寫的程序運(yùn)行是否正常、有無(wú)語(yǔ)法錯(cuò)誤等，查看運(yùn)行結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)目的，再通過(guò)仿真器掛接硬件電路，模擬現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，檢 查硬件的電路連接和軟件程序流程。在測(cè)試中由于存在干擾，軟件程序設(shè)計(jì)中需要編寫 抗干擾程序，以提高采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。4.2測(cè)量油耗邏輯程序設(shè)計(jì)測(cè)量油耗邏輯程序是通過(guò)軟件程序的編寫，