【正文】 量發(fā)動機消耗一定燃料所需時間或者車輛行駛一定里程所需的燃油量來計算燃油消耗率。對于耗油量的參數(shù)檢測，不僅要保證有足夠的精度，而且還要對汽車的正常運轉(zhuǎn)不造成任何的影響。因此，研究與開發(fā)新型智能油耗儀也是實現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級換代的要求，也是科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的需要。所以該系統(tǒng)的開發(fā)將會為汽車油耗精確檢測技術(shù)的發(fā)展提供新方向，為我國汽車油耗檢測技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造新的平臺，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)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 2 頁 共 50 頁1 緒論 國內(nèi)外汽車油耗智能檢測技術(shù)的研究背景 國內(nèi)背景研究與開發(fā)新型智能油耗檢測裝置是實現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級換代的要求，是科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的需要。在國內(nèi)，由于技術(shù)上的落后，對汽車燃油經(jīng)濟性的檢測重視較晚，因此我國交通部規(guī)定采用的測量方法為容積法和重量法。質(zhì)量法是直接測量一定時間間隔發(fā)動機消耗的燃油質(zhì)量。但需專人操作，無法消除誤差，測試精度較低，已逐漸被自動油耗儀所取代。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，最小油量分辨率為1ml，～120L/h。中小功率汽油機燃油流量小，一般在10～3000mL/min，超出渦流流量計下限，為此國內(nèi)研制出不同大小的渦輪以滿足汽油機小流量測量的需要。而采用較多的數(shù)字式油耗一轉(zhuǎn)速自動測量儀，能實現(xiàn)油耗和轉(zhuǎn)速的自動測量，通過選擇開關(guān)，可將儀器分成測量轉(zhuǎn)速和油耗兩部分，轉(zhuǎn)速測量采用數(shù)字式轉(zhuǎn)速儀，油耗則采用容積式油耗儀。車輛動力性和經(jīng)濟性的虛擬實驗系統(tǒng)的類型可分為純軟件型和硬件在環(huán)型，他們在體系結(jié)構(gòu)、軟硬件構(gòu)成及開發(fā)環(huán)境、開發(fā)方法方面都有各自特點。其重點在于抽象的數(shù)學(xué)模型和軟件技術(shù)，可以利用Matlab或一些專用軟件開發(fā)；硬件在環(huán)型系統(tǒng)是指將實物硬件嵌入仿真系統(tǒng)的實時動態(tài)仿真技術(shù)，其強調(diào)軟硬件技術(shù)以及電子技術(shù)的結(jié)合，獲取的一些關(guān)鍵信號是由真實硬件發(fā)出，比純軟件方式可信度高，開發(fā)工具可以利用一些通用開發(fā)工具或ADI等公司開發(fā)的仿真軟件。目前國內(nèi)汽車油耗檢測主要采用普通式汽車油耗檢測裝置，其測試范圍、測試精度、顯示、使用維護和可靠性等方面都不是很理想。在實際使用過程中，一些宣傳上的功能和性能與實際還有差距，甚至差距較大。 國外背景燃油消耗量是評價汽油機經(jīng)濟性的重要指標(biāo)，是汽油機的重要測量參數(shù)之一。目前，內(nèi)燃機臺架試驗多屬于穩(wěn)態(tài)工況，仍沿用傳統(tǒng)的質(zhì)量法或體積法測量發(fā)動機燃油消耗量。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，最低采樣時間為 ，最小油量分辨率為1ml，傳感器量程為 ～120L/h。%，響應(yīng)時間為2～10ms。以上兩種流量儀均用于汽車道路試驗，只能測量體積流量。采用這種檢測系統(tǒng)進行油耗量檢測僅僅局限于實驗室中，難以在實際中廣泛應(yīng)用。其車輛油耗檢測技術(shù)較先進，投入的人力和財力也較多，并大量采用了傳感技術(shù)和微電腦技術(shù)，正在大力開發(fā)研制智能型油耗檢測裝置，其功能、測試項目、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。研究開發(fā)汽車油耗智能型快速檢測儀器，采用流量傳感器和單片機實現(xiàn)油耗智能檢測。將先進的智能傳感器技術(shù)和智能儀表技術(shù)應(yīng)用于液體流量檢測與顯示，集機、電、液于一體，提高檢測與顯示精度和檢測的自動化程度，滿足生產(chǎn)實際的需要。 研究水平與發(fā)展趨勢研究開發(fā)汽車油耗智能型快速檢測儀器，采用流量傳感器、光電傳感器和單片機實現(xiàn)油耗智能檢測。將先進的智能傳感器技術(shù)和智能儀表技術(shù)應(yīng)用于液體流量檢測與顯示，集機、電、液于一體，提高檢測與顯示精度和檢測的自動化程度，滿足生產(chǎn)實際的需要。2 汽車油耗檢測技術(shù)研究的意義及內(nèi)容 汽車油耗檢測技術(shù)研究的意義汽車的油耗檢測是衡量汽車燃料經(jīng)濟性及汽車發(fā)動機性能的重要手段，而油耗儀是進行油耗檢測的專用儀器，它通過測量發(fā)動機消耗一定燃料所需時間或者車輛行駛一定里程所需的燃油量來計算燃油消耗率。因此，研究與開發(fā)新型智能油耗儀也是實現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級換代的要求，也是科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的需要。所以該系統(tǒng)的開發(fā)將會為汽車油耗精確檢測技術(shù)的發(fā)展提供新方向，為我國汽車油耗檢測技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造新的平臺，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)。（1）總體設(shè)計思路的確定。（2）硬件部分的設(shè)計選擇和匹配。同時給出以單片機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。軟件部分配合硬件控制系統(tǒng)電路，共同完成對油耗、速度和里程測量測試，而軟件功能是通過分程序模塊來實現(xiàn)的，系 統(tǒng) 軟 件 包 括 系 統(tǒng) 初始 化 模 塊 、 頻 率 測 量 模 塊 、 燃 油 用 量 模 塊 、 數(shù) 據(jù) 處 理 計 算 模 塊 、 數(shù) 據(jù) 存 儲 與 讀 取 模塊 、 顯 示 模 塊 、 定 時 中 斷 服 務(wù) 程 序 模 塊 等 同時進行程序的調(diào)試工作，以對編寫的程序進行運行檢查，驗證運行邏輯、運行流程等。通過試驗分析油耗檢測系統(tǒng)所采用的理論的可行性，根據(jù)具體情況對理論模型進行修正，以提高其檢測精度。 總體設(shè)計思路根據(jù)機動車油耗量的計算與顯示系統(tǒng)功能的要求。我們知道機動車的電池電壓一般是 12V，要為單片機提供 5V 電壓需要進行電源的轉(zhuǎn)換，即將 12V 能轉(zhuǎn)換為 5V。電機帶負載模擬機動車的車輪，通過光電傳感器測出車輪的轉(zhuǎn)動頻率從而測出機動車的速度。要求能對里程進行計數(shù)，單片機斷電后能進行數(shù)據(jù)保存；需要一個斷電數(shù)據(jù)保存模塊。AT89S52 單片機是一個較為經(jīng)典的單片機，它作為教材的典例，在許多書籍中都有很詳細的介紹，因此 AT89S52 是最佳的選擇。使用 Ateml 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 50 頁 AT89S52引腳圖 DIP 封裝 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash，256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。P0 口：P0 口是一個8位漏極開路的雙向 I/O 口。對 P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0不具有內(nèi)部上拉電阻。程序校 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁 共 50 頁驗 時，需要外部上拉電阻。此外， /計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（ ） 。引腳號第二功能： T2（定時器/計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入） ，時鐘輸出 T2EX（定時器計數(shù)器 T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1 。 在flash 編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。端口引腳第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口) INTO(外中斷0) INT1(外中斷 1) TO(定時/計數(shù)器0) T1(定時 /計數(shù)器1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 )此外，P3口還接收一些用于 FLASH 閃存存儲器和程序校驗的控制信號。當(dāng)振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將ALE 激活。PSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V 編程電壓 Vpp。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。片上沒有定義的地址是不能用的。用戶不應(yīng)該給這些未定義的地址寫入數(shù)據(jù)“1”。定時器2寄存器：寄存器 T2CON 和 T2MOD 包含定時器2 的控制位和狀態(tài)位（如表1和表 2所示） ，寄存器對 RCAP2H 和 RCAP2L 是定時器2的捕捉/ 自動重載寄存器。表31 T2CON：定時器/ 計數(shù)器 2控制寄存器 T2CON 地址為0C8H 復(fù)位值：0000 0000B 位可尋址TF2 EXF2 RLCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RL2 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 50 頁7 6 5 4 3 2 1 0符號 功能TF2定時器2 溢出標(biāo)志位。RCLK=1 或 TCLK=1 時，TF2不用置位。EXEN2=1 時，T2EX 上的負跳變而出現(xiàn)捕捉或重載時，EXF2 會被硬件置位。EXF2 必須如見清“0”。RLCLK串行口接收數(shù)據(jù)時鐘標(biāo)志位。TCLK串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時鐘標(biāo)志位。EXEN2定時器2外部允許標(biāo)志位。若EXEN2=0，定時器 2將視 T2EX 端的信號無效TR2開始/停止控制定時器2 。C/T2 =0，定時； C/T2 =1，外部事件計數(shù)（下降沿觸發(fā)）CP/RL2捕捉/重載選擇標(biāo)志位。CP/RL2=0 將引起 T2EX 的負脈沖。 表32 中斷允許控制寄存器（IE） （MSB） （LSB）EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 中斷允許控制位=1，允許中斷 中斷允許控制位=0，禁止中斷符號 位地址 功能EA 中斷總允許控制位。這些中斷如圖10所示每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器 IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。如表5所示， 。用戶軟件不應(yīng)給這些位寫1 。定時器2可以被寄存器 T2CON 中的 TF2和 EXF2的或邏輯觸發(fā)。實際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是 TF2 或EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由軟件清0 。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。3. 3 顯示模塊顯示模塊選擇數(shù)碼管或者 LCD 來顯示，我們要從中選擇一種，因此要對比它們的優(yōu)缺點。 缺點：顯示內(nèi)容有限只能顯示數(shù)字，外圍電路相對 LCD 復(fù)雜。 缺點：價格相對數(shù)碼管昂貴，程序讀寫相對復(fù)雜。LCD 能同時顯示速度、油耗量和里程。而單片機工作的電壓為 5V,為此需要將 12V 或者 24V 轉(zhuǎn)換成 5V 電壓。7805基本介紹：三端穩(wěn)壓集成電路 lm7805。顧名思義，三端 IC 是 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 13 頁 共 50 頁指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。用lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。加個二極管 D5，是因為系統(tǒng)需要斷電數(shù)據(jù)保存，防止斷電后電容干擾 MAX813的斷電檢測。開始電容選擇470和100，做出硬件后，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存出現(xiàn)問題，部分數(shù)據(jù)無法保存，原因是電容存儲能量不夠維持斷電后單片機保存重要的數(shù)據(jù)。3. 5 傳感器模塊 光電傳感器介紹：光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 14 頁 共 50 頁光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位