單片機(jī)的空氣質(zhì)量流量顯示裝置設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 單片機(jī)的空氣質(zhì)量流量顯示裝置設(shè)計(jì) 空燃比是發(fā)動(dòng)機(jī)工作動(dòng)力性的一個(gè)重要參數(shù)，它不僅影響車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，更對(duì)日益嚴(yán)重的尾氣排放環(huán)保性有著苛刻的要求。準(zhǔn)確的顯示流入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣質(zhì)量流量為發(fā)動(dòng)機(jī)獲得空燃比提供數(shù)據(jù)借鑒。以簡(jiǎn)單易控制的STC89C52單片機(jī)為控制，經(jīng)過(guò)AD模塊的轉(zhuǎn)換，完成對(duì)空氣質(zhì)量流量計(jì)的顯示裝置，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)顯示結(jié)果的分析找出模擬量與數(shù)字量之間的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而為發(fā)動(dòng)機(jī)提供空燃比設(shè)立參照途徑。 1 羅蒙斯特質(zhì)量流量計(jì)的工作原理 羅蒙斯特質(zhì)量流量計(jì)的計(jì)量系統(tǒng)包括一臺(tái)傳感器和一臺(tái)用于信號(hào)處理的變送器。傳感器由外殼、微振動(dòng)測(cè)量管、振動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和信號(hào)檢測(cè)器及溫度

2、補(bǔ)償元件等主要部件組成。當(dāng)氣體通過(guò)振動(dòng)測(cè)量管時(shí)，在氣體推動(dòng)及外加于測(cè)量管的振動(dòng)力作用下，測(cè)量管將獲得附加的科里奧力，其大小與氣體的質(zhì)量流量成正比，科里奧力引起測(cè)量管的微小扭曲導(dǎo)致振動(dòng)時(shí)的相位差轉(zhuǎn)換為線性的電信號(hào)輸出，變送器就將此電信號(hào)轉(zhuǎn)換為15V的電壓信號(hào)，通過(guò)AD模塊顯示在顯示裝置上。 2 硬件電路設(shè)計(jì) 電信號(hào)的轉(zhuǎn)換是單通道，在此選擇容易掌握的ADC0804芯片，其模數(shù)轉(zhuǎn)換功能已足夠滿足需求。顯示裝置采用4段8位數(shù)碼管，度到個(gè)位。其模塊圖如圖1所示。 輸入模塊是經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)，其幅值在15V之間變化；AD模塊就是AD芯片，ADC0804是COMS依次逼近型的AD轉(zhuǎn)換器，三態(tài)鎖定輸出

3、，分辨率為8位，存取時(shí)間135us,轉(zhuǎn)換時(shí)間100us,從功能與成本角度考慮，ADC0804是比較合適的；控制模塊選用STC89C52單片機(jī)，其性能高，成本低的優(yōu)點(diǎn)在小型控制器的使用上得到普遍的應(yīng)用。顯示模塊在此選取的是4段8位數(shù)碼管，由經(jīng)驗(yàn)常識(shí)可知5V電壓值對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為255,所以在精度要求不是太高的情況下4段8位數(shù)碼管可以滿足其顯示準(zhǔn)確性的要求。 2.1 PROTEL電路原理圖 PROTEL是PROTEL公司推出的一款用于電子設(shè)計(jì)的EDA軟件，因其模塊功能的多樣化和人性化得到眾多電子設(shè)計(jì)者的青睞。在設(shè)計(jì)空氣質(zhì)量流量顯示裝置電路板時(shí)，首先需要在PROTEL環(huán)境下對(duì)原理圖開(kāi)展構(gòu)思繪制。經(jīng)過(guò)對(duì)

4、電路中所需各模塊的分析繪制出如下的電路原理圖，如圖2所示。 2.2 Proteus仿真電路 為了保證電路的搭建正確性和各模塊功能自檢的完善，還需要在Proteus仿真軟件中對(duì)搭建的電路原理圖開(kāi)展仿真測(cè)試，如圖3所示是在Proteus仿真環(huán)境中對(duì)搭建的電路原理圖開(kāi)展的仿真。 從圖中可以看出，電路包括基本的功能模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位功能模塊，AD模塊和數(shù)碼管的顯示模塊。外接的電壓是5V電壓值，為了可以實(shí)時(shí)模擬變送器輸出的電壓信號(hào)，在此添加一個(gè)電位器器件，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器的阻值變化來(lái)模擬輸出電壓信號(hào)的變化；從數(shù)碼管的數(shù)字顯示值上看，本次搭建電路和仿真是正確的；調(diào)節(jié)電位器的阻值發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的數(shù)字量隨阻值大小的

5、變化實(shí)時(shí)變化，說(shuō)明此電路圖可以模擬變送器器輸出的電壓信號(hào)。在完成基本功能需求的根底上，本電路圖在搭建時(shí)考慮到了為尋找后續(xù)電壓數(shù)字值和模擬量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，添加了一直流電壓表，用來(lái)顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字值所代表的電壓值。 3 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì) 利用Kiel51C語(yǔ)言對(duì)各模塊開(kāi)展編程，程序部分主要由主程序，AD采樣、轉(zhuǎn)換程序，數(shù)碼管顯示程序等組成。軟件程序的流程圖如圖4所示。 圖4 軟件程序的流程圖 4 結(jié)果分析 在做好的顯示裝置上采集一系列的電壓值與數(shù)字值。分析電壓值和數(shù)字值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，找出之間的比例關(guān)系，并對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)果整理分析計(jì)算出顯示裝置的誤差率。采集的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表1所示： 將所采集的電壓值與

6、數(shù)碼管顯示的數(shù)字值分析整理可得出他們之間的線性關(guān)系，如圖5所示。 圖5 數(shù)字值和電壓值之間的關(guān)系 從圖中選取幾組數(shù)字值和電壓值計(jì)算出數(shù)字值和電壓值之間滿足線性關(guān)系的斜率為50.33,即以Y表示數(shù)字值，X為電壓值，則Y=50.33X. 由表1中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算出顯示裝置的相對(duì)顯示誤差。 產(chǎn)生誤差的原因是受限于顯示設(shè)備的精度和程序的設(shè)計(jì)，數(shù)碼管以到個(gè)位為精準(zhǔn)度，在顯示中個(gè)位的數(shù)字會(huì)因外界的干擾發(fā)生變動(dòng)；程序設(shè)計(jì)中因受限于顯示設(shè)備是4位的數(shù)碼管，所以在程序的編寫(xiě)過(guò)程中沒(méi)有附加考慮小數(shù)點(diǎn)后的精度。但從數(shù)值與電壓值之間的線性關(guān)系函數(shù)角度考慮，顯示裝置的目的已經(jīng)做到了。通過(guò)電壓值與數(shù)字值之間的函數(shù)關(guān)系，在顯示裝置上顯示出實(shí)時(shí)變化的數(shù)字量，通過(guò)線性函數(shù)關(guān)系找到對(duì)應(yīng)的電壓值，通過(guò)變送器的逆向轉(zhuǎn)換可以得到科里奧力的大小，進(jìn)而計(jì)算出空氣質(zhì)量流量的大小。 5 結(jié)束語(yǔ) 顯示裝置的設(shè)計(jì)是空氣質(zhì)量流量計(jì)設(shè)備上一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，