【正文】 與汽車空氣流量計的在線檢測系統(tǒng)有機地結合起來，使得汽車 空氣流量計的檢測出現(xiàn)較大誤差，進而對其的評價也存在了較大誤差。而在國內(nèi)部分生產(chǎn)廠家則是自設計只能測量流量計電壓的在線測試設備，由于電壓是直接信號，最后得出的流量是間接信號，所以必然會造成測量誤差，影響對流量計品質(zhì)的評價。有些廠家對于生產(chǎn)或銷售的流量計采用進口的檢測平臺進行檢測，不僅檢測成本高而且維 修保養(yǎng)困難，因此研究智能化汽車空氣流量計在線檢測與評價系統(tǒng)，不僅可以為填補我國汽車空氣流量計檢測平臺的技術空白，還可以為汽車零配件廠降低檢測成本，降低生產(chǎn)成本，提高我國流量計技術指標有著重要的意義。一臺汽車空氣流量計在線檢測系統(tǒng)檢測 100 臺流量計，一年檢測 20xx 臺，每年需要 67500 臺汽車空氣流量計檢測系統(tǒng)。 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 4 2 硬件 設計 本次設計中硬件設計是 將空氣流量計與 MC9S12XS128 單片機連接起來采集信號又經(jīng)過 MAX232 通信模塊將信號在電腦上顯示出來。 空氣流量計的基本組成 空氣流量計大體分為兩種類型： 質(zhì)量型空氣流量計和體積型空氣流量計。 結構特點： 傳感器殼體兩端設制有與進氣道相連接的圓形連接接頭，空氣入口和出口都設有防止傳感器受到機械損傷的防護網(wǎng)。圖 22 質(zhì)量型空氣流量計是安裝在進氣道上的插入型，它使一部分氣流進入檢測區(qū)域。通過直接測量進氣質(zhì)量，檢測精度可以提高，并且?guī)缀鯖]有進氣阻力。圖示的空氣流量計也有一個嵌入式進氣溫度傳感器 【 4】 ?？諝饬鬟^電熱絲造成降溫。保持電熱絲溫度所需的電流與空氣質(zhì)量的流量成正比。 內(nèi)部電路： 圖 22 熱絲式空氣流量傳感器組成 MAF 傳感器 進氣處 冷金屬線 熱金屬線 圖 23 熱絲式空氣流量計電路 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 6 如圖 23 所示，在實際空氣流量計，熱線并入橋式電路。當熱線 (Rh)被吸入的空氣冷卻時，電阻值降低導致 A 點、 B 點產(chǎn)生電位差。這樣熱線 (Rh)溫度上升使熱線阻值增大，直到 A 點和 B 點的電位相等 (A、 B 電壓升高 )。 熱膜式空氣流量傳感器： 熱膜式空氣流量計是熱絲式傳感器的改進產(chǎn)品，其發(fā)熱元件采用平面形鉑金屬薄膜 (厚約 200 nm)電阻器，故稱為熱膜電阻。其外形與熱絲式相似如圖 24，其結構如圖 25。當空氣從空氣濾清器流入空氣流量計，圖 24 熱模式空氣流量傳感器外形 圖 25 熱模式空氣流量計結構 1接線插座、 2護套、 3鉑金屬膜 4防護網(wǎng) 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 7 氣流推動計量板。與計量板軸向連接的電位計將吸入空氣量轉(zhuǎn)化成可以發(fā)送給發(fā)動機 ECM 的電壓信號。這既簡化了進氣道的構造，也減少了吸入空氣阻力。由于產(chǎn)生的卡特曼渦流的頻率與空氣流速成比例，氣流容積就可通過測量渦流頻率來計算。如下圖所示進氣量 (KS)信號是一個脈沖信號。當進氣量大時，信號就有很高的頻率。 MC9S12XS 系列具有非常豐富的輸入 /輸出端口資源，同事集成了多種功能模塊，端口包括 PORTA、 PORTB、 PORTE、 PORTK、 PORTT、 PORTS、 PORTM、 PORTP、PORTH、 PORTJ 和 PORTAD 共 11 個端口。所有端口都具有通用 I/O 口功能，其中 PORTA、 PORTB、和 PORTK 作為通用的 I/O 口； PORTE 中的 IRQ 和 XIRQ 引腳可以作為外部中斷輸入口； PORTT集成了 TIM模塊功能； PORTS 集成了 SCI模塊和 SPI模塊功能； PORTM集成了 CAN總線模塊； PORTP 集成了 PWM 模塊功能； PORTH 和 PORTJ 可作為外部中斷輸入口； PORTAD 集成了 ATD 模塊功能。這兩個模塊以及一些輔助模塊的 功能如下： ●內(nèi)部 PLL 模塊。 ●模 /數(shù)轉(zhuǎn)換（ ATD）。 ●串行通信接口（ SCI）。 MAX232 數(shù)據(jù)傳輸接口是數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布A，也是數(shù)據(jù)通信、計算機網(wǎng)絡的重要組成部分。為了使單片機適應不同標準的各類數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，必須對單片機的數(shù)據(jù)傳輸接口進行擴展。只要將待進行串行傳輸?shù)脑O備的發(fā)送和接收端相應的接上，編程即可。 每個接收器將 EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS 電平。 30V 的輸入。 MAX232 內(nèi)部結構 MAX 內(nèi)部結構基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生+12v 和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。由 1 1 1 14 腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電。 （ 1） MAX232 主要 特點 ? 單 5V 電源工作 ? LinBiCMOSTM 工藝技術 ? 兩個驅(qū)動器及兩個接收器 ? 177。 12V, 電源僅僅作為數(shù)字和模擬控制轉(zhuǎn)換接口部件的小功率電源。 ； 變換 ......在這里我介紹一塊大家常用的芯片： MAX232. MAX232是 TTLRS232 電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為 uF 的時候，若輸入為 5V,輸出可以達到 14V 左右，輸入為 0V ,輸出可以達到 14V,在扇出電流為 20mA 的時候，處處電壓可以穩(wěn)定在 12V 和 ，在功耗不是很大的情況下，可以將 MAX232 的輸出信號經(jīng)穩(wěn)壓塊 后作電源使用 。在設計中運用Codeearrior 來編輯程序并將程序下載至 MC9S12XS128 單片機中，之后用 labview 編輯一個顯示界面，使采集到的信號數(shù)據(jù)在電腦上顯示出來。另外， CodeWarrior IDE 支持開發(fā)人員插入他們所喜愛的工具，使他們可以自由地以希望的方式工作。開發(fā)工作室提供高 度可視且自動化的框架，可以加速甚至是最復雜應用的開發(fā)，因此對于各種水平的開發(fā)人員來說，創(chuàng)建應用都是簡單而便捷的。在每個所支持的平臺上，性能及使用均是相同的。 CodeWarrior 開發(fā)工作室包括完成大多數(shù)嵌入式開發(fā)項目所需的所有工具 。 項目調(diào)試場景 項目調(diào)試場景有以下幾種： “ Full Chip Simulator”是芯片全功能模擬仿真，既無需任何目標系統(tǒng)的硬件資源，直接在你的的 PC 機上模擬運行單片機的程序，在模擬運行過程中可以觀察調(diào)試程序的各項控制和運行流程，分析代碼運行的時間，觀察各種變量，等等。 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 12 “Pamp。E 公司的硬件調(diào)試工具實現(xiàn)實時在線硬件調(diào)試。 BDM 調(diào)試是基于芯片本身內(nèi)含的在線調(diào)試功能，可實現(xiàn)程序下載，單步 /全速運行，可以設若干個斷點，可以觀察和修改任意寄存器或 RAM 內(nèi)存空間。 “SofTec HCS12”是另外一家 SofTec 公司提供的硬件調(diào)試工具，國內(nèi)使用較少?？梢园凑涨懊驷槍π马椖拷⒛０宓慕榻B，改變目標單片機的型號，或設定不同的當前目標開發(fā)調(diào)試場景。如圖 31 所示： 該圖標 完成項目配置選項設定。在這里你可以選擇最終編譯連接生成的代碼直接用于單片機程序運行（ Link for XS12），或?qū)⒏鱾€源代碼文件編譯連接生圖 31 選擇開發(fā)單片機型號 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 13 成一個庫文件（ Libmaker for XS12）。幾個選項按鈕解釋如下： 選擇配置編譯時產(chǎn)生的各種信息，其中包括普通一般信息（ Information）、告警信息（ Warning）、錯誤信息（ Error）和致命信息（ Fatal）。 完成編譯過程中代碼生成的各類選項設定，需要關注的是優(yōu)化欄“ Optimization”。 顯示編譯器當前設定的各類變量的長度和符號特性（針對字符和枚舉型變量），無特殊原因一般都不用對這些變量長度做任何修改。 圖 32 編譯選項設定 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 14 可以非常方便地實現(xiàn)代碼優(yōu)化時的綜合考慮。 連接器選項設定（ Linker for XS12），值得一提的 是其中對 prm 文件的選擇。缺省設置是利用此prm文件進行內(nèi)存分配和連接定位。當你的項目用的是純匯編單一文件且為絕對定位的編程模式，則不能選擇任何prm文件，必須設定成 “Absolute, Single File Assembly Project”。當你在 CW 環(huán)境中編輯項目中的各個文件時，只要文件內(nèi)容發(fā)生變化，項目列表窗內(nèi)該文件的左側會出現(xiàn)此小圖標，表明此文件已經(jīng)被更新 ，它們在代碼生成過程會被重新編譯。如果文件左側沒有出現(xiàn)此小圖標，表明該文件最近沒有被修改過，代碼生成時可能不會對它進行重新編譯，以節(jié)約時間。 該圖標進行代碼生成（ make），鼠標點擊該圖標后進行源程序的編譯和目標代碼的 連接定位。另外通過 CW 菜單“ Project→Make ”或鍵盤快捷鍵 F7 也可以實現(xiàn)相同功能。鼠標點擊該圖標后，如果你的項目文件中有最新更新， CW 會自動調(diào)用 make 功能進行編譯和連接。 CW菜單 “Project→Debug” 或鍵盤快捷鍵 “F5”同效。請注意圖 33 所示的黑點，該黑點表明編譯此文件時將產(chǎn)生調(diào)試信息，如果沒有此黑點，生成的 abs 文件中將沒有對應的源程序調(diào)試信息，你就無法在調(diào)試窗口中進行源代碼級調(diào)試，只能進行匯編代碼級調(diào)試。 系統(tǒng)流程 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 15 程序開始 單片機初始化 主處理程序 結束 圖 33 調(diào)試窗口 圖 34 系統(tǒng)總運行流程圖 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 16 在系統(tǒng)開始執(zhí)行之前，應先進行單片機的初始化，對各個模塊及各寄存器進行設定。系統(tǒng)總運行流程如圖 34 所示： 單片機程序初始化是在單片機程序運行之前，對所用到的模塊根據(jù)所需要的功能進行設定單片機各個模塊的初始值。 例如：設置單片機的波特率。其流程圖如圖35： A／Ｄ轉(zhuǎn)換模塊 設計 在計算機過程控制和數(shù)據(jù)采集等系統(tǒng)中，經(jīng)常要對一些過程參數(shù)進行測量和控制，這些參數(shù)往往是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力、流量和速度等。這些模擬量在進入計算機之前必須轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)碼表示的數(shù)字信號，能夠把模擬量變成數(shù)字量的器件稱為模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器。本次使用的是 A/D 轉(zhuǎn)換模塊中的信息采集和轉(zhuǎn)換功能。 如圖 36 可知， ATD 模塊由一個總線時鐘預分頻器、逐次逼近寄存器和 D/A 轉(zhuǎn)換器、采樣保持器、比較器和 16 通道多路開關等部分組成。 AN15AN0 是模擬量輸入通道 150，也可配置數(shù)字 I/O 口使用。 （ 2） A/D 模塊初始化設計 本次設計中對 A/D 模塊的初始化設計是根據(jù)需要其功能來設定的。 36 ATD 模塊框圖 中原工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 18 ATD1 控制寄存器 寄存器寫操作將中止當前轉(zhuǎn)換序列 如圖 37 所示 。設置 A/D 轉(zhuǎn)換結果分辨率，詳見表 8 位數(shù)據(jù)。 圖 38 ATD 控制寄存器 2 AFFC 設置為 1 表示 通過快速清除序列修改所有 ATD 轉(zhuǎn)換完成標志。 ICLKSTP 為 停止模式下內(nèi)部時鐘位。當進入停止模式且 ICLKSTP=1 時， ATD 轉(zhuǎn)換時鐘自動切換到內(nèi)部時鐘 ICLK。 ICLK 頻率下， ATDCTL4 寄存器中的 PRS4PRS0 預分頻因子無效。從運行模式轉(zhuǎn)換到停止模式期間，或者從停止模式轉(zhuǎn)換到運行模式期間，轉(zhuǎn)換結果不會寫入結果寄存器，不置位 CCF 標志位且不進行比較處理。 在本次設計中設定 ICLKSTP 為 0 表示進入停止位模式時如果 A/D 轉(zhuǎn)換序列正在進行，則中止當前轉(zhuǎn)換序列。該位確定外部觸發(fā)信號的極性。 在本次設計中采用下降沿觸發(fā)。該位允許 A/D 通道或者 ETRIG30 輸入端作為外部觸發(fā)源。外部觸發(fā)允許與外部事件實現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換。 本次設計中設定 ETRIGE 為 0 表示禁止外部觸發(fā)； ASCIE 為 ATD 轉(zhuǎn)換序列完成中斷使能位。 本次設定 ASCIE 為 1 表示允許 ATD 轉(zhuǎn)換序列完成產(chǎn)生中斷請求。該位使能，當自動比較功能使能，即ATDCMPE 寄存器中的比較使 能位 CMPEn=1，則相應比較位可申請中斷。 本次設計中設定 ACMPIE 為 0 表示禁止比較中斷請求。 如圖 39 所示。 DJM 為 結果寄存器數(shù)據(jù)對齊方式選擇位。 本次設計中設定 DJM 為 1 表示結果寄存器中的數(shù)據(jù)格式右對齊。這 4 位控制每個序列轉(zhuǎn)換的長度。 表 33 A/D 轉(zhuǎn)換序列長度定義 FIFO：結果寄存器先進先出（ FIFO）模式選擇位。 如果該位為１（ FIFO 模式），則 A/D 轉(zhuǎn)換開始 和結束時，轉(zhuǎn)換計數(shù)器不復位，轉(zhuǎn)換結果被