基于单片机的汽车油量检测系统设计分解
基于汽车燃油油量检测系统的设计
目录
1前言 (1)
2系统总体设计 (2)
2.1汽车瞬时燃油油量检测系统 (3)
2.2瞬时油耗检测基本原理 (3)
3系统硬件设计 (4)
3.1AT89S8252单片机简介 (5)
3.2信号采集电路 (5)
3.3键盘控制电路 (6)
3.4液晶显示电路 (6)
4 系统软件设计 (7)
结语 (9)
参考文献 (10)
1前言
目前在大多数轿车上使用的汽车仪表内的燃油表仍为三刻度式仪表，这种燃油表由于受油量传感器的限制，驾驶人员只能定性地了解油箱内剩余的燃油量，毫无精度可言。本文所介绍的燃油检测系统，使得驾驶员可以根据显示屏上的瞬时油耗数值确认油耗的实时变化情况，改变驾驶方法。避免驾驶过程中不当的操作。从而达到降低油耗的目的，具有较好的推广价值。
，
2系统总体设计
本系统以AT89S8252AI为控制核心，辅以油量传感器、流量传感器、LCD显示模块、电源模块、键盘控制以及喷油脉冲信号模块等。
图2.1单片机测量系统
燃料消耗率（简称耗油率）的测定采用喷油器的喷油时间计算法，结合流量计法进行测量。本测量系统由电源模块向单片机供电。传感器采集到的信号经过信号处理后，油量信号和出、回油流量信号通过A/D转换器接入AT89S8252单片机，经过CPU 的运算，一般到各项参数的实际值，通过LCD模块显示出来，并定时地存人E2PROM 中；系统中的键盘可以控制选择瞬时油耗显示和平均百公里油耗。
2.1汽车瞬时燃油油量检测系统
汽车瞬时燃油检测系统如图 2.2所示。检测系统的单片机以汽车专用芯片AT89S8252AI为核心，瞬时燃油喷射的检测以发动机电控单元产生的脉冲通过喷油器驱动电路控制喷油器进行喷油，通过信号处理电路来计算脉冲信号的周期或宽度，从而计算瞬时燃油量，并且通过平均值的办法提高精确度。另外，通过体积法来提高瞬时燃油检测系统的计量精确度。对进油量和回油流量进行同步采样，从而达到复核验证的目的。
图2.2汽车瞬时油量检测系统
2.2瞬时油耗检测基本原理
燃料消耗率（简称耗油率）的测定通常有容积法、重量法、流量计法和流速计法等方法，常规的容积法和重量法的测量精度较高。但不能测量瞬时耗油率。只适用于稳定工况下燃油消耗率的测定。流量计法和流速计法可以测量瞬时耗油率，但因单位时间燃油的流量很小，导致测量精度低。本测量系统主要采用喷油器的喷油时间计算法，再辅助流量计法进行测量。
3系统硬件设计
3.1AT89S8252AI单片机简介
该芯片有8KB可下载Flash存储器，这种存储器可以在电路板上快速擦除和写入程序，从而实现了软件的在线调试功能；内部有一个2KB的E2PROM提高了存储容量；具有256B的RAM；有32条可编程的端口；具有4V-6V的工作电压范围；具有3级程序存储器加密锁定功能；具有9个中断响应的功能；具有SPI接口；具有Watchdog定时器；具有双数据指针功能；具有从电源下降的中断恢复功能；具有3个16位定时/计数器。该单片机完全可以满足油耗测量系统的需要15J。
3.2信号采集电路
本测量系统主要采用喷油器的喷油时间计算法，再辅助流量计法进行测量。电控燃油喷射系统使用电磁喷油器直接向各缸进气门附近（多点喷射）或者进气总管（单点喷射）喷油。从电磁喷油阀两端测取驱动电压，经过信号整形电路处理就可以得到单片机所需要的方波脉冲信号，根据具体喷油器的稳态喷油量和动态流量特性进行计算，可以得到瞬时喷油量16J。燃油供给系统工作流程图如图3.1。
图3.1燃油供给系统流程图
喷油信号采集电路如图3.2所示。
图3.2汽车喷油脉冲信号整型电路
喷油信号电压较高，可达12V以上，且变化较大，为防止干扰，采用1N4148对输入进行处理。当输入信号电压大于2V时，LMLLL的7脚升至高电平：当输入信号小于5V时，LMLLL的7脚为低电平。将喷油器信号转换成为0V-5V的脉冲信号。模拟脉冲信号如图3.3所示。
图3.3 模拟脉冲信号波形
3.3键盘控制电路
键盘控制电路如图3.4所示。油耗测试系统使用了P1.0-P1.3作为键盘控制接口。设置P1.0和P1.3为输出。作为列扫描线；P1.0和P1.1为输入，作为行扫描线。从而构成了2×2的键盘：将P1.0和P1.1设置为输出低电平，P1.2和P1.3经上拉电阻与电源相连。同时将P1.2和P1.3信号送入与非门的输入端。将与非门的输出端与外部中断输入端相连。
图3.4键盘控制电路
3.4 液晶显示电路
图3.5为液晶控制显示电路，负责油量的检测显示工作。选用LM016L型液晶显示片，共有11个引脚与单片机相连，通过P0口接液晶接口和键盘控制，实现测量、保存以及标定等功能。
图3.5液晶显示控制电路
4系统软件设计
瞬时油耗喷油器脉冲计算法流程图如图4.1所示。
图4.1瞬时油耗喷油器脉冲计算法流程图
系统要开始工作就要对单片机进行初始化，系统初始化部分程序如下：#include
#include
#define SYSCLK 11.059200
#define unsigned char
#define unsigned int
#define unsigned long
#define R 4
#define PI 314
接下来是定时/计数器初始化，设置工作方式控制寄存器TMOD。TMOD=0x51
TL1=0x00; TH1=0x00;
TL0=0x00; TH0=0x4c;
单片机跳中断处理，处理后返回主程序，最后用数码管显示数据，1秒钟更新一次，结束程序。当单片机执行中断程序的时候要重新设置定时计数器的初值，每次从传感器传来一个脉冲的时候，单片机计数器加“1”。如果每50ms中断一次，那么当k=20的时候（即定时器每到 1 秒钟），程序跳出中断返回到主程序，执行显示程序。该程序的功能是利用单片机将传感器采集到的信号进行处理。将处理后得到的数据通过P0口送到LED数码管显示出来。
系统初始化：
TMOD=0x51; //初始化，工作方式控制寄存器TMOD十六进制51转化成二进制为01010001。T1计数工作方式，工作在方式1；T0定时工作方式，工作在方式1。
TL1=0x00; TH1=0x00; //T1计数初值为0。
TL0=0x00; TH0=0x4c; //每50ms=50000us中断一次。系统初始化：TMOD=0x51; //初始化，工作方式控制寄存器TMOD十六进制51转化成二进制为01010001。T1计数工作方式，工作在方式1；T0 定时工作方式，工作在方式1。
TL1=0x00; TH1=0x00; //T1计数初值为0。
TL0=0x00; TH0=0x4c; //每50ms=50000us中断一次。
IE=0x82; //中断控制IE，EA=1，CPU 开放中断；ET0=1，允许定时器中断。
TR0=1; //定时开始。
中断函数程序如下：
void timer0(void) interrupt 1
{
TR1=0;TR0=0; //启动计数/定时器
TF0=0; //中断标志位
TL0=0x00;
TH0=0x4c;
k++;
if(k>=20) //每1s 钟计算一次脉冲宽度js。
{
js=TH1*256+TL1;TH1=0;TL1=0;k=0;
}
js=0;TR0=1;
}
实训结语
本系统充分利用了AT89S8252AI自身的软硬件资源，具有体积小、功能多、精度高等特点，可以测量汽车瞬时油耗和百公里油耗，操作安全简便，处理信号实时化，测量数值准确。
在设计过程中，在具体硬件电路设计方面，如控制电路、整型电路，怎样达到要求，存在着疑惑。在软件设计方面，用单片机的编程也很不熟练。综合软硬件，并不能很好的结合起来。
本次课程设计有一定难度，但利用网络资源，我还是有些收获。做设计不容易，需要很好的构思一下整体过程，而在实际设计中，更会有很多问题等着你去解决，需要很大的信心、决心、毅力。很多设计往往与生活密切联系，具有很强的锻炼能力的作用。我们应尽力从每次的锻炼中，积累经验，不断完善自己。
参考文献
[1] 耿德根等.A VR高速嵌入式单片机原理与应用[M].北京航空航天大学出版社，2001
[2] 陆清标等.汽车发动机燃料供给与调节[M].清华大学出版社，2002
[3]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社，2003
[4] 陈小忠.单片机接口技术实用子程序[M].北京航空航天大学出版社，1997
[5]朱大奇，李念强.单片机原理接口及应用[M].南京大学出版社，2003
[6] 陈成.微机电子仪器的使用设计[M].水利电力出版社，1997
[7] 何利民.单片机应用系统设计[M].北京航空航天大学出版社，1989
[8] 孙培岩等.电喷汽车百公里油耗随车测量新方法[J].小型内燃机与摩托车，2004
[9] 工磊，朱达力.用测量脉宽方法计量电控喷射汽车油耗的试验研究[J].农业与技术，2006
[10] 钱国刚，高海洋.电喷法及空燃比法车载测量汽车油耗[J].汽车工程，2006
[11]李广弟单片机基础，北京：北京航空航天大学出版社[M]，2001
[12]胡汉才单片机原理及其接口技术，北京：清华大学出版社[M]，1996
[13] J.Otto. Sensors for Distance Measurement and Their Applications in Automobiles[J]. Sensors Update, 2002,10:231-255
[14] Peter Hauptmann, Henning. Ultrasonic Sensors for Process Control[J]. Sensors Update, 1998,3:163-207
[15] Category Recognition System Using Two Ultrasonic Sensors and Combinational Logic Circuit[J]. Electronics and Communications in Japan, 2005,88(7):33-42