燃油量檢查控制系統(tǒng)設計

1、交通與汽車工程學院課程大作業(yè)論文課 程 名 稱: 汽車電子控制技術(shù)（實踐） 課 程 代 碼: 04913 題 目: 燃油量電控系統(tǒng)分析及仿真(匯編，89C51) 年級/專業(yè)/班: 11級/汽車服務工程 學 生 姓 名: 王 吉 宇 開 始 時 間: 2014 年 9 月 10 日完 成 時 間: 2014 年 10 月 10 日課程大作業(yè)成績： 目 錄摘要 21 引言 32 方案設計 32.1 燃油量檢測系統(tǒng)設計方案論證 3方案一 32.1.2方案二32.2方案一的總體設計框圖33 系統(tǒng)硬件設計 43.1 時鐘和復位電路 43.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 53.3 LED顯示器 63.4 聲光和電機控制

2、電路 84 系統(tǒng)軟件設計 94.1主程序流程圖 94.2 聲光和電機控制流程圖 104.3 程序初始化流程圖 114.4 顯示程序流程圖 115 系統(tǒng)仿真 125.1 Protel電路調(diào)試 125.2 程序調(diào)試 125.3 系統(tǒng)仿真電路圖 135.4 proteus仿真 13結(jié)論 16致謝 17參考文獻 18附錄 19摘 要本設計是基于AT89C51單片機為核心的汽車瞬時燃油測量檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0808對以電位器為模擬輸入的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再將模數(shù)轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量送入單片機，經(jīng)單片機對該數(shù)字量進行處理后，輸入控制信號，進行顯示和聲光報警，提示駕駛員采取相應的措施，并在油

3、量剩余很少的情況下，直流電動機轉(zhuǎn)動，使節(jié)氣門開度減少，以達到降低燃油消耗量的目的。用電位器輸出的電壓值（0-5V）表示燃油量（空-滿）。系統(tǒng)設計完成后進行仿真調(diào)試，實現(xiàn)設計功能。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機 ADC08090 燃油剩余量 聲光報警 直流電機 仿真1 引 言 1.1 問題的提出汽車主要是以燃燒燃油來獲取動力的，燃油量的多少決定了汽車能行駛多遠。在汽車行駛過程中要如何得知該汽車還有多少燃油，該何時加油以及加多少油，這都需要一套燃油檢測系統(tǒng)，實時監(jiān)測燃油量的多少，并在達到設定范圍內(nèi)進行聲光控制和直流電機的控制，以提醒駕駛員采取相應措施，維持汽車的正常行駛。在現(xiàn)代社會，汽車作為一種大眾

4、的交通工具在人們的生活中扮演越來越重要的角色。在汽車的使用過程中，車速這一參數(shù)對汽車多的性能及行車的安全的影響是非常大的。車速較高的時候，車輛的更難控制，操縱穩(wěn)定性要變差，使得汽車行駛的危險性增加，危害人類安全。據(jù)報道，交通事故中有很大的一部分是由于超速行駛而引起的。 因此實時的顯示車速，在車速過高時指示燈提示，并自動切斷燃油供給系統(tǒng)可以有效地減少此類事故的發(fā)生，使人們能夠更加安全的出行。1.2問題的分析本設計的目的是為了監(jiān)測汽車燃油量，顯示并作出聲光提示以及在必要條件下使發(fā)動機強行熄火。本系統(tǒng)假設油箱容量50L，顯示精度0.01L當燃油量達到40L以上。綠燈亮并發(fā)出低頻率的提示聲音，以提醒駕

5、駛員燃油快加滿了；當燃油量只有5-10L時，黃燈亮并發(fā)出中頻率的聲音，以提醒駕駛員燃油不多了，應該注意加油了；當燃油量還剩不到5L時，直流電動機轉(zhuǎn)動，帶動節(jié)氣門轉(zhuǎn)動，使其開度減小，以減小燃油的消耗速率，同時蜂鳴器發(fā)出高頻聲音報警。因此，本次燃油量電控系統(tǒng)的設計包含了AT89C51芯片和A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0808以及必要的外圍電路，A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0808將電位器產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并將電壓的數(shù)字信號輸送給單片機處理，再利用AT89C51的PO口驅(qū)動LED顯示油箱當前油量，并在燃油量高于40L時控制指示燈綠燈亮和揚聲器低頻鳴響；油量低于5L時控制電機轉(zhuǎn)動，以減小節(jié)氣門開度降低油耗

6、；而處在5L-10L之間時，控制黃燈亮，以提示駕駛員燃油剩余不多，可以加油。最終實現(xiàn)燃油量電控系統(tǒng)的功能。2 方案設計2.1 燃油量檢測系統(tǒng)設計方案論證2.1.1方案一采用單片機AT89C51為核心控制元件，壓電傳感器收集信號,ADC0808將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，7SEG-MPX4-CC-BLUE元件作為顯示元件,實行聲光控制和電機控制，仿真時用電位器模擬傳感器收集的信號。2.1.2方案二采用8031為核心控制元件，利用ADC0809進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，采用4位共陰極LED，模擬電機。2.2方案一的總體設計 電位器ADC0809復位電路時鐘電路AT89C51單片機LED顯示器發(fā)光二級管蜂鳴器直流

7、電機圖2-2 系統(tǒng)設計流程圖3 系統(tǒng)硬件設計3.1 時鐘及復位電路復位電路本次設計采用“RC+按鍵”復位形式，復位電路的示意圖如圖3-1-1所示。按鍵復位原理：按鍵后：電容器被短路放電、RST直接和VCC相連，就是高電平，此時進入“復位狀態(tài)”。松手后：電源開始對電容器充電，此時，充電電流在電阻上，形成高電平送到RST，仍然是“復位狀態(tài)”；稍后，充電結(jié)束，電流降為0，電阻上的電壓也將為0，RST降為低電平，開始正常工作。 圖3-1-1 復位電路時鐘電路時鐘電路示意圖如圖3-1-2所示。圖3-1-2 時鐘電路3.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片(ADC0808)ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進

8、行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉(zhuǎn)換，實際使用時采用ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換。圖3-2-1 ADC0808引腳圖引腳功能（外部特性）ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。各引腳功能如下： 15和2628（IN0IN7）：8路模擬量輸入端。 8、14、15和1721：8位數(shù)字量輸出端。 22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 6（START）： AD轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸

9、入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 7（EOC）： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 10（CLK）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 12（VREF（+）和16（VREF（-）：參考電壓輸入端 11（Vcc）：主電源輸入端。 13（GND）：地。 2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路  &

10、#160; 極限參數(shù)電源電壓（Vcc）：6.5V 控制端輸入電壓：-0.3V15V 其它輸入和輸出端電壓：-0.3VVcc+0.3V 貯存溫度：-65+150 功耗（T=+25）：875mW 引線焊接溫度：氣相焊接（60s）：215；紅外焊接(15s)：220 抗靜電強度：400V 輸出端注意out8為最低位-out1為最高位，out8-out1分別接單片機的P0.0到P0.7端。 3.3 LED顯示器LED顯示器件是通過發(fā)光二極管顯示字段的器件。在單片機控制系統(tǒng)中常用的是由8段LED數(shù)碼管，它的顯示塊中有8個發(fā)光二極管，7個發(fā)光二極管組成字符“8”，1個發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點，因此有人稱8段L

11、ED數(shù)碼管為8段顯示器7。LED數(shù)碼管的管腳配置如圖（a）所示。LED數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩類，如圖所示。共陰極LED數(shù)碼管的發(fā)光二極管的陰極共地，如圖（b），當某個發(fā)光二極管的陽極電壓為高電平時，二極管發(fā)光；而共陽極LED數(shù)碼管是發(fā)光二極管的陽極共接，如圖（c），當某個二極管的陰極電壓為低電平時，二極管發(fā)光。圖3-3-1 LED數(shù)碼管LED的顯示方式分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。1. LED靜態(tài)顯示方式所謂靜態(tài)顯示，是指各位共陰極或共陽極連接在一起并接地或+5伏；每位段碼線（a dp）分別與一個8位的鎖存器輸出相連。之所以成為靜態(tài)顯示，是因為各個LED的顯示字符一經(jīng)確認，相應鎖存器的鎖存的代碼輸

12、出將維持不變，直到送入另一個字符的段碼為止，正因為如此，靜態(tài)顯示的亮度都較高3。但是這樣的方式占用的I/O口線多，當顯示器的位數(shù)較多時，在這里我們共需要12位數(shù)碼管，所以不適宜用靜態(tài)顯示。下圖表示的是一個四位靜態(tài)LED顯示電路。 圖3-3-2 LED靜態(tài)顯示電路2、LED動態(tài)顯示方式當顯示器位數(shù)較多時，可以采用動態(tài)顯示。所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器的各個位（掃描），對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次。雖然在同一時刻只有一位顯示器在工作（點亮），但由于人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄滅時的余輝，我們看到的卻是多個字符“同時”顯示。顯示器亮度既與點亮時的導通電流有關(guān)，也與點亮

13、時間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可以實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示3。 下圖表示的是一個8位動態(tài)LED顯示電路。 圖3-3-3 LED動態(tài)顯示電路通過對比，為了提高系統(tǒng)的性價比，數(shù)碼管的顯示方式采用了動態(tài)顯示方案。雖然動態(tài)顯示方式不像靜態(tài)顯示方式那樣只需較小的驅(qū)動電流就可以得到較高的顯示亮度，但動態(tài)顯示方式所需元件數(shù)量和元件種類較靜態(tài)顯示方式要少的多，并且利用人眼的視覺暫留效應和發(fā)光二極管熄滅時的余輝，動態(tài)顯示方式可以較好地“同時”顯示多個字符，只要掃描頻率足夠高就不會使人產(chǎn)生閃爍的感覺。3.4 聲光和電機控制電路聲光和電機控制電路由兩個個發(fā)光二極管、一個蜂鳴器和一個直流電機組成。當P

14、2.4輸出高電平時，表示油量過少(<5L)，此時電機轉(zhuǎn)動，控制節(jié)氣門開度，從而使汽車燃油消耗率減小，同時蜂鳴器高頻鳴響報警；當油量剩余為5-10L時，P2.5輸出高電平，控制黃燈亮并控制蜂鳴器中頻鳴響，此時表示油量剩余不多，提示駕駛員應及時加油；當燃油量大于40L時，P2.6輸出高電平，控制綠燈亮，表示燃油快要加滿，蜂鳴器低頻鳴響報警。如圖3-4所示。圖3-4 聲光和電機控制電路圖4 系統(tǒng)軟件的設計4.1 主程序流程圖 開始調(diào)用初始化程序inint（）調(diào)用顯示程序display()調(diào)用AD轉(zhuǎn)換程序AD（）圖4-1 主程序流程圖主程序說明：開始之后調(diào)用初始化子程序inint（），對定時器和

15、ADC0808進行初始化，接著調(diào)用AD（），對電位器的輸入值進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并由單片機作出處理，控制發(fā)光二極管和蜂鳴器的運行，最后調(diào)用顯示程序display()，在LED顯示器上顯示燃油量。程序在采樣和顯示之間循環(huán)，不斷的采樣并顯示。4.2 聲光和電機控制程序流程圖開始得到并處理AD轉(zhuǎn)換值啟動AD轉(zhuǎn)換判斷該值是否小于1000？判斷是否完成轉(zhuǎn)換？判斷該值是否大于4000返回電機轉(zhuǎn)，調(diào)用語音程序yuyin（1）綠燈滅黃燈滅電機不轉(zhuǎn)綠燈亮，調(diào)用語音程序yuyin（2）黃燈亮，調(diào)用語音程序yuyin（3）YNNNYYYN判斷該值是否小于500圖4-2 聲光和電機控制流程圖聲光和電機控制程序流程圖說明：調(diào)

16、用AD轉(zhuǎn)換程序后，先啟動轉(zhuǎn)換，接著判斷是否轉(zhuǎn)換完成，當轉(zhuǎn)換完成后，將結(jié)果送入單片機處理，最后判斷結(jié)果在哪個范圍，如小于500，電機轉(zhuǎn)動，并調(diào)用語音程序yuyin(1): 如大于500但小于1000，黃燈亮，并調(diào)用語音程序yuyin(3): 如大于4000，綠燈亮，并調(diào)用語音程序yuyin(2),其他情況不做聲光和電機控制。4.3 程序初始化流程圖開始定時器0工作模式選擇，并裝初值給ADC0808賦初值開總中斷，啟動定時器返回 圖4-3 初始化程序流程圖初始化程序流程圖說明： 在初始化中，定時器采用方式一，即十六位計數(shù)器，并裝入初值，開啟定時器，并打開T0中斷，總中斷。定時時間為24us，即將單

17、片機的頻率五分頻得到ADC0808所需的時鐘頻率500Hz。最后給ADC0808賦初值為零。4.4 顯示程序流程圖 開始1燈位選通，送顯示段碼，顯示小數(shù)點，延時4ms，關(guān)閉1燈2燈位選通，送顯示段碼，延時4ms，關(guān)閉2燈返回3燈位選通，送顯示段碼，延時4ms，關(guān)閉3燈圖4-4 顯示程序流程圖顯示程序流程圖說明： 調(diào)用顯示程序后，先選通1燈，并送顯示段碼，再顯示小數(shù)點，延時4ms，最后關(guān)閉1燈。下面選通2燈，并送顯示段碼，延時4ms,最后關(guān)閉2燈。再選通3燈，并送顯示段碼，再顯示小數(shù)點，延時4ms，最后關(guān)閉3燈。如此，實現(xiàn)3個燈的依次點亮。5 系統(tǒng)仿真通過以上的硬件設計和軟件設計過程，工作已經(jīng)基

18、本完成，之后的工作就是對所設計好的應用系統(tǒng)進行調(diào)試。通過調(diào)試可以檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯誤，從而進行改正使系統(tǒng)優(yōu)化。5.1 Protel電路調(diào)試結(jié)果圖 5-1 Protel電路ERC調(diào)試結(jié)果5.2 程序調(diào)試·程序經(jīng)過調(diào)試顯示“0錯誤，0警告”。表示程序調(diào)試通過。圖5-1 程序調(diào)試通過示意圖5.3 系統(tǒng)仿真電路圖圖5-1 電路仿真電路圖5.4 Proteus仿真圖5-3-1-1 當燃油量大于40L時，綠燈亮圖5-3-1-2 綠燈亮的同時，蜂鳴器低頻報警，提示燃油快要加滿，此時電機不轉(zhuǎn)圖5-3-2-1 當燃油量小于10升大于5升時，黃燈亮圖5-3-2-2 黃燈亮的同時，蜂鳴器中頻報警提示燃

19、油剩余不多，電機仍然不轉(zhuǎn)圖5-3-3-1 燃油快耗盡時，報警燈熄滅，電機開始轉(zhuǎn)動圖5-3-3-2 電機帶動節(jié)氣門減小開度使燃油消耗速率減小，同時蜂鳴器高頻報警 結(jié) 論通過本次課程設計，我進一步掌握了AT89C51單片機的應用，對ADC0808等各種芯片的使用方法有了初步的了解和掌握，并且鞏固了C語言編程的有關(guān)方法和使用電氣專業(yè)相關(guān)軟件的使用等等，這個過程讓我受益匪淺。而最終的設計結(jié)果基本達到了本次設計的目的，可以對被測系統(tǒng)進行剩余燃油量的基本測量并對駕駛員做出提示，同時還可以對汽車進行低速控制。由于該系統(tǒng)是采用電位器模擬壓力傳感器的檢測信號，可能在實際應用中還達不到要求。只能說在老師的指導和同

20、學的幫助下，我們的設計初步成功。致 謝感謝陳飛老師，在他的精心指導下，我完成了本次課程設計。他的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術(shù)目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多為人處世的道理。本設計從選題到完成，每一步都是在他的指導下完成的，傾注了老師大量的心血。另外，本設計的完成也離不開其他老師和各位同學給我的建議和幫助，是他們讓我明白了團隊合作的精神。在此，我謹向陳飛老師以及幫助過我的老師和同學們，表示崇高的敬意和衷心的感謝！參考文獻 1.單片機系統(tǒng)的protues

21、設計與仿真張靖武編著，北京：電子工業(yè)出版社，20072.單片機原理及接口技術(shù)李朝青編著，北京：北京航空航天大學出版社，20053.MCS-51單片機應用開發(fā)實用子程序邊春遠編著，北京：人民郵電出版社，20054.微型計算機控制技術(shù)臺方編著，北京：中國水利水電出版社，20015.單片機在電子電路設計中的應用赫建國, 鄭燕, 薛延俠編著，北京：清華大學出版社 20066.微機接口技術(shù)300例李恩林編著，北京：機械工業(yè)出版社，20037.基于AT89S8252單片機的汽車瞬時燃油油量檢測系統(tǒng)的設計 程越，謝佩軍 寧波大學附錄程序代碼：#include <reg51.h>#define u

22、char unsigned char#define uint unsigned int/*定義*/sbit led1 =P20;sbit led2 =P21;sbit led3 =P22;sbit led4 =P23;sbit hd =P24;sbit cd =P25;sbit ld =P26;sbit lb =P27;sbit OE =P30;sbit EOC =P31;sbit START =P32;sbit clk =P33;sbit dot =P17;uint digtial4,getdataend;unsigned char dis=0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,

23、0x82,0xF8,0x80,0x90,0x7f;uchar getdata;/*延時(t*1ms)函數(shù)*/void delay1ms(unsigned char t) unsigned char i,j; for( ;t;t-); for(i=4;i>0;i-); for(j=123;j>0;j-);/*給ADC8090產(chǎn)生500khz時鐘頻率函數(shù)*/void time_time_clk() interrupt 1 using 0 TH0=(65536-24)/256; /給高八位賦值 TL0=(65536-24)%256; /給低八位賦值 clk=clk;/*初始化定時器.ADC0809*/void inint()TMOD=0x01;/選擇工作模式 16位TH0=(65536-20)/256;/給高八位賦值TL0=(65536-20)%256;/給低八位賦值EA=1;/開總中斷ET0=1;/啟動定時器0；TR0=1;/開定時器0START=0;/給ADC0809賦初值OE=0;/*數(shù)碼管動態(tài)顯示電壓值*/void display() led1=1; P1=disdigtial3; dot=0; delay1ms(5); P1