【正文】 究智能化汽車空氣流量計(jì)在線檢測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，不僅可以為填補(bǔ)我國(guó)汽車空氣流量計(jì)檢測(cè)平臺(tái)的技術(shù)空白，還可以為汽車零配件廠降低檢測(cè)成本，降低生產(chǎn)成本，提高我國(guó)流量計(jì)技術(shù)指標(biāo)有著重要的意義。但上述的工具軟件并沒有與汽車空氣流量計(jì)的在線檢測(cè)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得汽車 空氣流量計(jì)的檢測(cè)出現(xiàn)較大誤差，進(jìn)而對(duì)其的評(píng)價(jià)也存在了較大誤差。進(jìn)入到 21 世紀(jì)，國(guó)外比較先進(jìn)的流量檢測(cè)臺(tái)具有自診斷技術(shù)，并且其流量傳感器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上遵循集成更多功能的理念。進(jìn)入 60 年代后，國(guó)外汽車流量計(jì)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展很快，并且大量的應(yīng)用電子技術(shù)。控制電路自動(dòng)增大電流，增大帕熱絲電阻使電橋重新恢復(fù)平衡。 空氣流量計(jì)系統(tǒng)介紹 空氣流量計(jì)是將進(jìn)入到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的空氣流量生成電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換之后傳送給 CPU，進(jìn)而通過(guò) CPU 來(lái)控制節(jié)氣門的開度大小。由于機(jī)械式的空氣流量計(jì)是體積流量型；所以測(cè)量范圍大；進(jìn)氣量增大測(cè)量精度降低；電位計(jì)滑動(dòng)觸頭影響精度；而且體積大，響應(yīng)慢。然后用 labview 編譯的界面將數(shù)據(jù)的變化顯示出來(lái)。以及根據(jù)空氣流量計(jì)的原理和硬件結(jié)構(gòu)，使用相應(yīng)的軟件進(jìn)行系統(tǒng)編程 ,并加以模擬。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 說(shuō)明書 題目名稱： 空氣流量信號(hào)處理 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱：機(jī)電學(xué)院 班 級(jí)：車輛 091 班 學(xué) 號(hào)： 20xx00374102 學(xué)生姓名： 趙蕊 指導(dǎo)教師：姜春英 20xx年 05 月 空氣流量信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) The design of air flow rate signal processing system 院系名稱：機(jī)電學(xué)院 班 級(jí)：車輛 091 班 學(xué) 號(hào)： 20xx00374102 學(xué)生姓名： 趙蕊 指導(dǎo)教師：姜春英 20xx年 05 月論文編號(hào) ： 20xx00374102 I 摘 要 空氣流量計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)重要部分， ，是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣量多少的傳感器，空氣流量計(jì)能夠把空氣流量的大小轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，空氣流量計(jì)將吸入的空氣量轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)送至發(fā)動(dòng)機(jī) ECU（電控單元），進(jìn)氣量的電信號(hào)被用來(lái)計(jì)算基本噴油持續(xù)時(shí)間和基本點(diǎn)火提前角。軟件編程主要分為兩 部分 ：A/D 轉(zhuǎn)換， SCI 通信 。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)給單片機(jī)一個(gè)模擬的變化的電壓信號(hào)使空氣流量計(jì)中的電壓變化在界面上顯示出來(lái)?；蛘呤菧y(cè)試精度高，可以輸出線形數(shù)字信號(hào)，信號(hào)處理簡(jiǎn)單；性能 穩(wěn)定，可靠性高；由于檢測(cè)的是體積流量，需對(duì)溫度和大氣壓進(jìn)行修正；但是制造成本比較高。 圖 11 空氣流量計(jì)工作的流程圖 圖 11 就是空氣流量計(jì)的工作流程圖。因電路中電流的增大，空氣流量計(jì) 空氣 CPU 信號(hào) 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 2 使精密電阻的電位增大。進(jìn)入到 70 年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了汽車流量計(jì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)化，但僅僅局限在數(shù)據(jù)顯示上。 （ 2） 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 中國(guó)真正開始現(xiàn)代化流量檢測(cè)技術(shù)的研究，則是進(jìn)入到了上個(gè)世紀(jì)的 80 年代。這種現(xiàn)象也使得中國(guó)汽車流量計(jì)品質(zhì)有待提高。 （ 3）應(yīng)用前景 20xx 年中國(guó)的汽車生產(chǎn)量高達(dá) 800 萬(wàn)輛，其中電控汽油機(jī)汽車達(dá) 500 萬(wàn)量，需要汽車空氣流量計(jì)配套高達(dá) 500 萬(wàn)臺(tái)，再加上維修需要的汽車空氣流量計(jì)的約 850萬(wàn)臺(tái)，可以說(shuō) 20xx 年其需要量高達(dá) 1350 萬(wàn)臺(tái)。其中由于空氣流量計(jì)由于信號(hào)不穩(wěn)定，不太好采集，在本設(shè)計(jì)中用電位計(jì)產(chǎn)生的可變電壓來(lái)代替。傳感器入口與空氣濾清器一端的進(jìn)氣管連接，出口與節(jié)流閥體一端的進(jìn)氣管連接。而且，由于沒有使用專門的機(jī)械，這種流量計(jì)有很好的耐久性。電熱絲保持在一定的溫度，高于由冷卻絲所測(cè)得的周圍溫度。橋式電路具有這樣的特性：當(dāng)沿著對(duì)角線的阻值相等 ([Ra+R3]?R1=Rh． R2)時(shí)， A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)的電位相等。通過(guò)利用這種橋式電路的特性，空氣流量計(jì)就可以通過(guò)檢測(cè) B 點(diǎn)電壓來(lái)測(cè)量進(jìn)氣量。 體積型空氣流量計(jì) 葉片式流量計(jì) : 葉片式空氣流量計(jì)由許多零件組成。 光學(xué)卡爾曼渦流式 : 通過(guò)光電直接感應(yīng)吸入空氣量。渦流是這樣被檢測(cè)的：通過(guò)把渦流的壓力變化引向金屬箔膜制成的反光鏡表面，利用一對(duì)光敏付 (發(fā)光二極管和光電 晶體管 )來(lái)檢測(cè)反光鏡的振動(dòng)。 MC9S12XS128 內(nèi)部結(jié)構(gòu)、主要特性 MC9S12XS128 有 3 種封裝，分別是 64引腳封裝、 80 引腳封裝、 112 引腳封裝 【 4】 。 在本次設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用了兩個(gè)模塊： SCI 模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊。 ? ８位 /10 位 /12 位分辨率可選； 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 8 ? 3us 的 10 位單通道轉(zhuǎn)換時(shí)間； ? 左對(duì)齊 /右對(duì)齊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換； ? 外部和內(nèi)部轉(zhuǎn)換觸發(fā)功能； ? 停止模式下為轉(zhuǎn)換提供內(nèi)部時(shí)鐘； ? 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式； ? 16 個(gè)模擬輸入通道； ? 多通道掃描； ? 引腳能夠用于數(shù)字 I/O 口。單片機(jī)本身的數(shù)據(jù)傳輸接口主要為 8 位或 16 位并行數(shù)據(jù)接口、全雙工串行通信接口，但電子技術(shù)的迅速發(fā)展使得許多新的數(shù)據(jù)傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，大多數(shù)的單片機(jī)并沒有在硬件中集成這些新的數(shù)據(jù)傳輸接口。 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 9 MAX232 是一種雙組驅(qū)動(dòng)器 /接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單5V 電源供電時(shí)提供 EIA/TIA232E 電平。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將 TTL/CMOS 輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA232E 電平。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 30V 輸入電平 ? 低電源電流：典型值是 8mA ? 符合甚至優(yōu)于 ANSI 標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA232E 及 ITU 推薦標(biāo)準(zhǔn) ? ESD 保護(hù)大于 MILSTD883（方 法 3015）標(biāo)準(zhǔn)的 20xxV （ 2） MAX232 串口連接圖 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 10 MAX232 獲得正負(fù)電源的另一種方法 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，我們時(shí)常要用到數(shù)/模（ D/A）或者模 /數(shù) (A/D)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負(fù)電源，例如： 9V,9V。下圖 26 為 MX232 雙串口的連接圖，可以分別接單片機(jī)的串行通信口或者實(shí)驗(yàn)板的其它串行通信接口： 圖 26 MAX232 連接圖 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 11 3 軟件 設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中所涉用到的軟件有 CodeWarrior 以及 labview。 CodeWarrior 開發(fā)工作室將尖端的調(diào)試技術(shù)與健全開發(fā)環(huán)境的簡(jiǎn)易性結(jié)合在一起，將 C/C++源級(jí)別調(diào)試和嵌入式應(yīng)用開發(fā)帶入新的水平。無(wú)需擔(dān)心主機(jī)至主機(jī)的不兼容。 CW提供了功能強(qiáng)大的模擬 激勵(lì)功能，可以在模擬運(yùn)行時(shí)模擬一些外部事件的輸入，配合程序調(diào)試。實(shí)際就是經(jīng)常說(shuō)的 BDM 調(diào)試。 CodeWarrior 中項(xiàng)目的基本管理和設(shè)定 該圖標(biāo)可以即時(shí)改變目標(biāo)單片機(jī)型號(hào)和開發(fā)調(diào)試場(chǎng)景。點(diǎn)擊該圖標(biāo)會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，里面所含的內(nèi)容非常繁雜，這里只解釋幾個(gè)日常使用時(shí)最常用的選項(xiàng)配置： 最終目標(biāo)代碼類型設(shè)定（ Target Setting）。出現(xiàn)一般或告警信息時(shí)編譯能順利完成，所以你可以有選擇地將某些你不希望太關(guān)注的信息屏蔽掉（ Disable）；但如果有任何錯(cuò)誤或致命信息出現(xiàn)，當(dāng)前源程序的編譯將立即終止，你必須按給出的信息提示解決這些錯(cuò)誤，然后才能繼續(xù)編譯。按常規(guī)，在滿足功能要求的前提下，變量長(zhǎng)度盡可能短，字符型變量盡量選擇無(wú)符號(hào)型，以便提高代碼編譯效率和程序運(yùn)行速度。通過(guò)項(xiàng)目模板建立的項(xiàng)目其中必含有本項(xiàng)目專用的一個(gè) prm文件。 該圖標(biāo)檢查項(xiàng)目文件是否被更新。在任何時(shí)候你都可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊源文件左側(cè)該小圖標(biāo)的位置以顯現(xiàn)此圖標(biāo)（如果原本沒有顯現(xiàn)的話），讓編譯器在代碼生成過(guò)程中無(wú)條件重新編譯此文件。 該圖標(biāo)用于打開并進(jìn)入代碼調(diào)試窗口。因?yàn)殛P(guān)系到以后調(diào)試程序的方便，在這里還要特別提到編譯過(guò)程中調(diào)試信息的打開和關(guān)閉控制。初始化過(guò)程結(jié)束之后就要進(jìn)行主程序的處理。 單片機(jī)初始化包括：初始化鎖相環(huán)、 A/D 初始化、初始化 SCI、 。 本次使用的單片機(jī)為 Freescale 公司的 MC9S12XS128 的 122 腳單片機(jī)。 ATD 模塊共有 20 個(gè)外部引腳，其中有 4 個(gè)電源相關(guān)引腳和 16 路模擬量輸入引腳， VRH、 VRL 兩個(gè)引腳為 A/D 轉(zhuǎn)換提供工作電源和電源地。 ? ATD0CTL10 設(shè)定為 0000 ATD 控制寄存器 1 各個(gè)位進(jìn)行設(shè)定。所以這兩位為 00. ? ATD 控制寄存器 2 ATD0CTLL2 本次設(shè)計(jì)中初始化設(shè)定為 0100 38 所示，該寄存器寫操作將中止當(dāng)前轉(zhuǎn)換序列。該位使能停止模式下的 A/D 轉(zhuǎn)換。停止模式下 的 A/D 轉(zhuǎn)換，表 31 A/D 分辨率編碼 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 19 外部觸發(fā)將不工作；自動(dòng)比較中斷或序列完成中斷處理 A/D 采樣值。退出停止模式時(shí) A/D 轉(zhuǎn)換自動(dòng)重啟； ETRIGLE：外部觸發(fā)極性控制位。 ETRIGE 為 外部觸發(fā)模式使能位。停止模式下的 A/D 轉(zhuǎn)換，外部觸發(fā)不工作 。 ACMPIE 為 ATD 比較中斷使能位。 ? ATD 控制寄存器 3 表 32 外部觸發(fā)設(shè)置 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 20 ATDCTL3 在本次設(shè)計(jì)中設(shè)定為 1000 1000。該位確定結(jié)果寄存器中轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的對(duì)齊格式，轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)總是無(wú)符號(hào)。 A/D 轉(zhuǎn)換序列長(zhǎng)度定義詳見表 ， S4C 默認(rèn)為 1，所以默認(rèn)的 A/D 轉(zhuǎn)換序列的長(zhǎng)度為 1。轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器值（ ATDSTAT0 寄存器中的CC3CC0）確定當(dāng)前轉(zhuǎn)換結(jié)果存放的相應(yīng)結(jié)果寄存器，結(jié)果寄存器保存的有效數(shù)據(jù)圖 39 ATD 寄存器 3 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 21 可查詢轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位獲悉。當(dāng)背景調(diào)試程序時(shí)，如果遇到斷點(diǎn)，有時(shí)希望此時(shí) ATD 模塊停止工作。 如圖 310 所示，該寄存器寫操作將中止當(dāng)前轉(zhuǎn)換序列。 PRS4PRS0： ATD 時(shí)鐘預(yù)分頻因子選擇位。 SC：特殊通道轉(zhuǎn)換位，如果改為置位，可使用本寄存器中的 CD、 CC、 CB、和CA 選擇特殊通道轉(zhuǎn)換。 本次設(shè)計(jì)中設(shè)定 SCAN 為 1 表示連續(xù)轉(zhuǎn)換序列模式。 本次設(shè)計(jì)中設(shè)定 MULT 為 0 表示單通道采樣。這 4 位用于選擇相應(yīng)的模擬輸入通到。 //禁止數(shù)字輸入 ATD0CTL1=0X00。 //4 周期， PRS=3 ATD0CTL5=0x20。 串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送的方式，其突出優(yōu)點(diǎn)是 只需要一根傳輸線，可大大降低成本，特別適合遠(yuǎn)距離通信。波特率計(jì)算公式為： SCI 波特率 =SCI 模塊時(shí)鐘 /（ 16 BR） 式中， BR 是 SCI 波特率寄存器中 SBR12 到 SBR0 的 13 位數(shù)值。 SCI 控制寄存器 1 如圖 315 所示： 圖 315 SCI 控制寄存器 1 LOOPS 為 SCI 環(huán)路使能控制位。 設(shè)定 SCISWAI 為 0 表示在等待模式下允許 SCI 停止位。 PE 為 奇偶校驗(yàn)使能位，該位使能奇偶校驗(yàn)功能。 設(shè)定 TIE 為 0 表示禁止 TDRE 中斷請(qǐng)求。 設(shè)定 TE 為 1 表示 SCI 使用發(fā)送器。//使能 SCI 正常模式，在等待模式下允許 SCI 停止位、 1 位起始位， 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位停止位、空閑線喚醒、空閑字符起始于起始位、禁止奇偶校驗(yàn)功能 SCI0CR2=0x0C。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此， LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。像許多重要的軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh 的多種版本。在流程圖中對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 28 前面板上的輸入和輸出功能。 圖標(biāo)連接器 圖標(biāo) /連接器是子 VI 被其它 VI 調(diào)用的接口。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù) ， 詳 圖 317 前面板界面 中原工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 29 細(xì)情況稍后介紹。所以加在電位器兩端的電壓來(lái)作為模擬信號(hào)。按下開始按鈕，觀察數(shù)據(jù)是否與設(shè)想中的數(shù)據(jù)一致。如果采集不到數(shù)據(jù)，檢查程序是否錯(cuò)誤或者在 A/D 初始化時(shí)，各個(gè)寄存器的初始設(shè)定值是否于所需要的功能重合或者相違背，修改其初始值。首先給 SCI 一固定值，看其是否能夠在電腦上顯示 。 調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題 在本次設(shè)計(jì)中，調(diào)試時(shí) 出現(xiàn)的第一個(gè)問(wèn)題是采集不到