蔡亮明

基于富士通MB9BF506R的車輛油耗采集系統(tǒng)

蔡亮明

福州大學至誠學院

該文研究基于富士通MB9BF506R 的車輛油耗采集系統(tǒng)，這是一種實時的油耗監(jiān)控儀器，它能夠在不改變汽車構造、不更換任何配件且不影響車輛任何操作和功能的基礎上，全程實時監(jiān)控車輛燃油消耗，確定實際加油量和非正常消耗的時間與數(shù)量，有利于管理人員對油料消耗的有效管理。油耗信息采集部分使用油耗傳感器進行采集，通過焊接在MB9BF506R開發(fā)板上一個外設引腳的連線進行傳輸，油耗統(tǒng)計部分以外設引腳上的外部中斷方式對油耗脈沖進行計數(shù),并在LCD上顯示，油耗報警部分則通過對采集的脈沖進行分析實現(xiàn)。

cortex-m3 油耗監(jiān)控 MB9BF506F

0 引言

隨著不可再生資源石油的消耗不斷增加，汽車油料消耗在運輸成本中的比重也日益增大，同時油料的非正常消耗現(xiàn)象也隨著油價的上漲而愈演愈烈。而企業(yè)目前尚無有效的監(jiān)控方式和技術手段，給企業(yè)造成了不必要的經(jīng)濟損失。因此,企業(yè)管理者迫切需要一種實時的油耗監(jiān)控儀器，能夠在不改變汽車構造、不更換任何配件且不影響車輛任何操作和功能的基礎上，全程實時監(jiān)控車輛燃油消耗，確定實際加油量和非正常消耗的時間與數(shù)量，有利于管理人員對油料消耗的有效管理。

1 系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)由油耗傳感器和FSS MB9BF506R[1]開發(fā)板組成。其中，油耗傳感器實現(xiàn)油耗采集以及脈沖傳送到MB9BF506R 開發(fā)板，MB9BF506R 開發(fā)板進行油耗脈沖統(tǒng)計，得出油量消耗的情況，并通過對脈沖的統(tǒng)計分析，實時監(jiān)測油耗異常消耗情況，定時上報油耗信息。

基于ARM cortex[2]的車輛油耗采集系統(tǒng)的系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能模塊圖

1.1 系統(tǒng)設計

1.1.1系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)是以MB9BF506R開發(fā)板的一個引腳作為油耗傳感器[3]的脈沖接收引腳，采集統(tǒng)計脈沖數(shù)，通過LCD顯示統(tǒng)計的油耗數(shù)，在采集統(tǒng)計中還包括LED燈，用于對當前油耗非正常消耗的報警。

圖2為開發(fā)板按鍵的簡化電路圖，圖中按鍵處于高電平，當按鍵壓下時會產(chǎn)生一個低電平的脈沖。由于油耗傳感器傳輸過來的是一個低脈沖，可選用UP口作為脈沖接收口，實現(xiàn)油耗脈沖的捕獲。在開發(fā)板上焊接UP口的引腳，連接油耗傳感器的線路，實現(xiàn)車輛油耗采集系統(tǒng)的硬件連接。

圖2 開發(fā)板按鍵簡化電路圖

1.1.2系統(tǒng)軟件設計

(1)I/O口設置

圖3可以看出，UP引腳位于芯片外設的引腳AD22，經(jīng)查開發(fā)板的硬件數(shù)據(jù)手冊[4]，可取得該引腳p41,為復用引腳（p41,TIOA1_0，RTO11_1，INT13_1，MAD21）?？蓪⒁_p41配置成外部中斷觸發(fā)引腳，用于低脈沖發(fā)生時，進行中斷觸發(fā)。

通過設置I/O口各寄存器[5]，可以選擇I/O方向或者確定I/O口作為GPIO或外設端口。本系統(tǒng)將該P41引腳用作外設功能的I/O引腳，EINT-ch13的輸入引腳使用INT13_1。其設置流程圖如圖4所示。

圖4 GPIO設置流程圖

1.1.3系統(tǒng)程序流程圖

本系統(tǒng)使用雙定時器和中斷嵌套[6]實現(xiàn)多任務系統(tǒng)，提高cortex-m3芯片的作用率，在整個系統(tǒng)工作中，使用三個任務進行整個系統(tǒng)控制。

主程序流程圖（見圖5）中，主程序相當于一個任務，用來顯示當前采集到的油耗脈沖數(shù)和設定一些供中斷使用的設定值等，這些信息通過全局變量[7]進行控制，使各個中斷都能使用，讓程序聯(lián)系緊密。

圖5 主程序流程圖

2 基于ARM courtex車輛油耗采集系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)硬件連接的實現(xiàn)

先目測，觀察開發(fā)板制作是否精細，表面引腳是否有短接情況，觀察電路板的引線布置，對按鍵UP的外設引腳進行觀察，用外用表測量按鍵之間是否導通、短路。檢查無誤后可以開始焊接油耗傳感器的電路線到相應的外設引腳上，焊接完再次檢查焊接引腳是否導通、短路，檢查無誤后方可進行系統(tǒng)調(diào)試。油耗傳感器的連接見圖6。

圖6 油耗傳感器連接

2.2 車輛油耗采集系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.2.1油耗采集的實現(xiàn)

通過向油耗傳感器吹氣，推動傳感器里面的門閥，每5mL的油耗產(chǎn)生一個低脈沖，傳遞到開發(fā)板進行統(tǒng)計。圖7為油耗采集系統(tǒng)成功統(tǒng)計到脈沖數(shù)和油耗，并在LCD上顯示。

圖7 油耗采集系統(tǒng)的實現(xiàn)

2.2.2油耗異常消耗報警的實現(xiàn)

通過對采集到的油耗信息進行統(tǒng)計分析，當油耗每秒的脈沖數(shù)超過正常值的峰值5時，LED4亮起報警，當開發(fā)板每小時采集到的油耗大于正常消耗的峰值10L時，LED3亮起報警（這里為實現(xiàn)的方便，取10L在20秒內(nèi)的平均脈沖值55），見圖8。

圖8 每20秒內(nèi)油耗異常消耗報警

3 結論

本系統(tǒng)基于ARM cortex-m3的車輛油耗采集系統(tǒng)的設計，包括硬件設計、軟件設計和系統(tǒng)程序流程以及系統(tǒng)調(diào)試，仿真實驗和實現(xiàn)。通過使用油耗傳感器，焊接到MB98BF506R開發(fā)板的一個外設引腳，實現(xiàn)油耗信息的采集和傳輸。使用基于Cortex-M3的Fujitsu MB98BF506R開發(fā)板，通過采集到油耗傳感器發(fā)送的脈沖數(shù)，進行統(tǒng)計分析，計算出油耗消耗量和油耗消耗速率，進行油耗采集信息的分析和處理，實時監(jiān)控油量消耗，自動報警非正常的油耗消耗，定時上報油耗消耗信息。

[1] 富士通MB9BF5006R-數(shù)據(jù)手冊. 2011.

[2] （英）Joseph Yiu．ARM Cortex-M3權威指南[M]. 北京：北京航空航天大學出版社, 2009.

[3] 劉洪濤．嵌入式系統(tǒng)技術與設計[M]．北京：人民郵電學出版社, 2010．

[4] 周立功. ARM微處理器基礎與實戰(zhàn)[M]. 北京：北京航空航天大學出版社, 2011.

[5] 韓斌杰. GPRS原理及其網(wǎng)絡優(yōu)化[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社，2010.

[6] 杜春雷. ARM體系結構與編程[M]. 北京: 清華大學出版社，2010.

[7]劉洪濤, 等. ARM嵌入式體系結構與接口技術[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2011.