謝建新

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汽車油耗測試系統(tǒng)設(shè)計*

謝建新

（青島黃海學院，山東 青島 266427）

隨著我國環(huán)境污染問題越來越嚴重。燃油消耗成為汽車研究的重點內(nèi)容之一。檢測汽車燃油消耗量常通過燃油消耗檢測儀測定。文章所設(shè)計的汽車燃油測試系統(tǒng)是在單片機的控制下，通過計算流量傳感器送來的燃油流量脈沖信號，測量汽車任意工況的油耗。該系統(tǒng)的開發(fā)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)。

汽車油耗測試儀；單片機；傳感器；測試程序

前言

汽車檢測耗油量用油耗儀通過檢測可以得出耗油量的數(shù)據(jù)，檢測它的參數(shù)時要保證這組數(shù)據(jù)的精確度，并且對正在行駛的汽車不造成任何的影響。新型油耗測試裝置能夠準確測試汽車油耗，為開發(fā)出節(jié)能型汽車提供了依據(jù)。所以這套測試系統(tǒng)的設(shè)計為汽車油耗測試技術(shù)的發(fā)展提供了方向。

1 系統(tǒng)的功能要求

汽車耗油量測試。傳出的信號由傳感器進行測試，運用軟件部分計算出結(jié)果，最后由顯示器對外呈現(xiàn)。還需要監(jiān)控整個行動，并進行現(xiàn)場通信。車輛的瞬時、平均等油耗必須在道路或臺架上可以測量而出。系統(tǒng)采用的理論是否具有可行性。反復進行實驗，確定實驗數(shù)據(jù)是否起伏大。

2 油耗測試系統(tǒng)設(shè)計方案

為了實現(xiàn)智能測試的要求，油耗測試系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)油耗儀選擇各部件，并組成硬件部分。耗油量的測試過程中遇到的干擾，分析原因，進行解決，以此來提高它的抗干擾能力，然后對所采用的理論可行性進行驗證。根據(jù)實際情況進行修正，提高準確度。

油耗測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：容積式傳感器、AT89S52單片機、顯示器等構(gòu)成了油耗測試儀器，其框架圖如圖1所示。流量傳感器用于檢測汽車發(fā)動機的耗油量，將信號送給單片機進行處理。單片機是汽車油耗檢測控制系統(tǒng)的核心，用于接收流量傳感器的信號，并調(diào)用內(nèi)存儲器中的數(shù)據(jù)和相關(guān)程序，進行分析處理，并將處理結(jié)果送給打印機或顯示器對外輸出。顯示器用于適時顯示汽車油耗的檢測數(shù)據(jù)。打印機用于打印汽車油耗的檢測結(jié)果。控制面板用于系統(tǒng)功能設(shè)定，實現(xiàn)人機交互。

圖1 汽車油耗測試系統(tǒng)框架圖

3 油耗測試儀硬件設(shè)計

3.1 單片機設(shè)計

單片機的型號匹配：AT89S52型號是設(shè)計所需的單片機，其優(yōu)點：高性能CMOS8位微控制器、低功耗，具有可編程Flash存儲器。采用高密度非易失性存儲技術(shù)，完全兼容于工業(yè)80C51產(chǎn)品和引腳。芯片上的閃存允許程序內(nèi)存在系統(tǒng)中可編程，也適用于傳統(tǒng)程序員。單芯片上擁有在系統(tǒng)可編程Flash和8位CPU，AT89S52有兩種可供選擇的節(jié)電模式，可使AT89S52降到0Hz 靜態(tài)邏輯操作。因此，設(shè)計所采用的AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。

3.2 傳感器的選擇

流量傳感器接在汽車發(fā)動機進、回油管道上，采集燃油流量信號，使信號通過脈沖發(fā)送到單片機。流量傳感器應(yīng)適合測量燃油，反應(yīng)速度很快，動作的時間短，可實現(xiàn)靜態(tài)測量和動態(tài)測量，測量準確度不受電機狀態(tài)的影響。與單片機等電子器件相匹配，達到了理想的測量準確度和一定的抗干擾能力，在設(shè)計中，選擇容積流量傳感器。

容積式流量傳感器的結(jié)構(gòu)主要由活塞、曲軸、連桿和信號轉(zhuǎn)換機構(gòu)組成。燃油在泵油壓力作用下推動活塞運動，再由活塞運動推動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周即四個活塞各往復運動一次，完成一個進、排油循環(huán)。活塞在油缸中處于進油行程還是排油行程，取決于活塞相對于進、排油口的位置。在燃油泵泵油壓力的作用下，即可完成定容量、連續(xù)泵油的作用。信號轉(zhuǎn)換機構(gòu)安裝在曲軸的另一端，由主從動磁鐵、光敏管、發(fā)光二極管和殼體等組成。主從動磁鐵安裝在曲軸上，從動磁鐵安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，由軸承支撐在殼體上。當曲軸旋轉(zhuǎn)時，軸上和軸上的旋轉(zhuǎn)光柵也由于永久磁鐵的吸引而旋轉(zhuǎn)。曲軸的旋轉(zhuǎn)通過光電發(fā)光二極管和光敏管的作用轉(zhuǎn)化為光電脈沖信號。內(nèi)部處理后，顯示燃油流量。

3.3 油耗測試儀控制面板的設(shè)計

控制面板是人機交互的主要手段，可以在控制系統(tǒng)中輸入數(shù)據(jù)并向單片機傳輸命令。常用的控制面板接口有兩個，分別是獨立式按鍵接口和矩陣控制面板接口。獨立式按鍵的鍵數(shù)越多，輸入線越多，電路結(jié)構(gòu)越復雜，所以控制面板較少適合用。矩陣控制面板與數(shù)據(jù)線連接，用于大量按鍵。它由行和列組成，在行和列的交集處按鍵。顯然，當有更多的按鈕時，矩陣控制面板比獨立控制面板節(jié)省了很多I/O行。

智能燃油表的設(shè)計需要八個按鈕，包括上、下、左、右、啟動，結(jié)束，打印，發(fā)送。選擇測試項目用上、下、左、右光標鍵；準備好后，按啟動鍵開始測試，當測試值達到時，測試結(jié)束，儀器顯示結(jié)果。按下結(jié)束鍵完成測試，可以進行下一次測試。按打印測試結(jié)果；按發(fā)送鍵從RS-232發(fā)送測試結(jié)果。

4 油耗測試儀軟件的設(shè)計

軟件部分主要是用所編寫的語言程序來配合相應(yīng)的硬件電路，控制所設(shè)計電路實現(xiàn)所預(yù)期功能的部分。軟件部分分成幾大模塊來實現(xiàn)單片機的功能。程序主函數(shù)的設(shè)計，由于設(shè)計中使用了相應(yīng)的芯片，通過主程序，能夠控制整個硬件系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。測試系統(tǒng)中軟件是配合控制硬件電路，共同完成對油耗的智能化測試，其功能通過分程序模塊實現(xiàn)。

對所有模塊進行初始化，初始化是為了讓系統(tǒng)正常工作，而給一些變量參數(shù)賦以初值的程序。初始化程序主要任務(wù)是清屏幕。系統(tǒng)加電后進行初始化，測量系統(tǒng)進入起始狀態(tài)，等待控制面板輸入。系統(tǒng)檢測控制面板輸入，根據(jù)控制面板輸入進入相應(yīng)測量程序，汽車油耗智能檢測系統(tǒng)的應(yīng)用軟件根據(jù)系統(tǒng)功能要求而設(shè)計，以可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)功能。設(shè)計時，將控制面板管理程序模塊設(shè)計成主程序模塊，其他模塊在該模塊的控制下進行。應(yīng)用的子程序?qū)嵭袠酥净芾恚丛谛枵{(diào)用的程序模塊之前，都設(shè)置了程序?qū)崿F(xiàn)的功能名稱，調(diào)用時可直接轉(zhuǎn)向該模塊程序，這樣既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改，程序的調(diào)試工作是檢驗在計算機上編寫的程序運行是否正常、有無語法錯誤等，查看運行結(jié)果是否符合設(shè)計目的，再通過掛接硬件電路，模擬現(xiàn)場測試，檢查硬件的電路連接和軟件程序流程。在測試中由于存在干擾，軟件程序設(shè)計中需要編寫抗干擾程序，以提高采集數(shù)據(jù)的準確度。

5 結(jié)論

文章確定了汽車油耗智能檢測系統(tǒng)總體技術(shù)方案，并進行了油耗檢測系統(tǒng)硬件的設(shè)計與選擇，構(gòu)建了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。針對智能油耗儀的具體應(yīng)用情況，選擇系統(tǒng)組成元件，進行各組成元件之間的合理匹配，設(shè)計系統(tǒng)控制電路，完成硬件部分的設(shè)計。汽車油耗檢測系統(tǒng)的設(shè)計主要解決目前汽車油耗檢測產(chǎn)品存在的精度不高、測試項目少、成本較高等問題。

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Design of vehicle fuel consumption test system*

Xie Jianxin

( Qingdao Huanghai College, Shandong Qingdao 266427 )

As China's environmental pollution problem is becoming more and more serious. Fuel consumption has become one of the key contents of vehicle research. Fuel consumption is often measured by fuel consumption tester. The automobile fuel testing system designed in this paper is controlled by a single-chip microcomputer. By calculating the fuel flow pulse signal sent by the flow sensor, the fuel consumption of the automobile under any working condition is measured. The development of the system provides more accurate and reliable fuel consumption data for the development of energy efficient vehicles.

Automobile fuel consumption tester; single chip microcomputer; sensor; testing program

U462

A

1671-7988(2018)21-172-03

U462

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1671-7988(2018)21-172-03

謝建新，青島黃海學院，研究生，副教授，汽車制造與管理。課題獲青島黃海學院重點專業(yè)課題項目（2016dxkj12）資助。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.21.058