基于容積法的汽車(chē)油耗檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)

.z第1章緒論1.1引言隨著經(jīng)濟(jì)的快速開(kāi)展，汽車(chē)數(shù)量的不斷增加，而且石油資源需求快速激增，使能源供需矛盾日益突出。我國(guó)2009年中國(guó)石油表觀消費(fèi)量為40,837.5萬(wàn)噸，僅次于美國(guó)，預(yù)計(jì)2010年將到達(dá)4.27億噸。2009年中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別為1379.10萬(wàn)輛和1364.48萬(wàn)輛,成為世界汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)第一大國(guó)，2010年的汽車(chē)保有總量已到達(dá)7619萬(wàn)輛，由汽車(chē)消耗的燃料占我國(guó)燃料消耗總量的40%左右。汽車(chē)的主要能源是石油產(chǎn)品中的汽油和柴油。我國(guó)的石油消耗在過(guò)去20年里以每年5%的速度增加。目前，快速增長(zhǎng)的石油消耗造成的能源等問(wèn)題己經(jīng)出現(xiàn)。短缺的石油供給與經(jīng)濟(jì)快速開(kāi)展帶來(lái)石油需求間的矛盾突出，而燃油消耗快速增加成為首要因素。權(quán)威統(tǒng)計(jì)顯示，機(jī)動(dòng)車(chē)消耗了全國(guó)石油總產(chǎn)量的85%，柴油總產(chǎn)量的42%。預(yù)計(jì)到2010年底到達(dá)2.7—3.1億噸。而國(guó)內(nèi)年產(chǎn)量?jī)H能到達(dá)1.65—2億噸，供需缺口為1.05—1.1億噸。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)開(kāi)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)。同時(shí)汽車(chē)燃油消耗是衡量汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，是車(chē)輛技術(shù)等級(jí)評(píng)定的關(guān)鍵項(xiàng)。燃油經(jīng)濟(jì)性好，可以降低汽車(chē)的使用費(fèi)用、節(jié)省石油資源、降低發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的有害氣體的排放量，起到防止全球變暖的作用。因此，對(duì)車(chē)輛燃油經(jīng)濟(jì)性進(jìn)展檢測(cè)是十分重要和必要的。對(duì)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)價(jià)，一般是通過(guò)汽車(chē)燃油消耗量測(cè)量來(lái)確定的，它是用以評(píng)價(jià)在用汽車(chē)技術(shù)狀況與維修質(zhì)量的綜合性參數(shù)，也是診斷和分析汽車(chē)故障的重要參考，因此汽車(chē)燃油消耗量是汽車(chē)的重要性能之一。因?yàn)樗瞧?chē)的主要性能之一，所以準(zhǔn)確、迅速地對(duì)汽車(chē)燃油消耗量進(jìn)展檢測(cè)并作出評(píng)價(jià)，這是非常關(guān)鍵的。國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)定使用的是油耗計(jì)測(cè)定方法。傳統(tǒng)的油耗計(jì)對(duì)于化油器的汽油機(jī)燃油消耗的測(cè)量較為簡(jiǎn)單，但是，隨著汽車(chē)排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格和汽車(chē)電子技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，汽油機(jī)的化油器已被電控燃油噴射系統(tǒng)(EFI)所取代，汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)量的對(duì)象已全部變成了電控噴射發(fā)動(dòng)機(jī)。電控噴射發(fā)動(dòng)機(jī)由于需要處理多余燃油的回流問(wèn)題，使其對(duì)油耗的測(cè)量變得復(fù)雜。所以，相關(guān)的測(cè)量方法和儀器的研究受到了更多的關(guān)注。研發(fā)車(chē)輛油耗檢測(cè)儀，提高油耗檢測(cè)精度，擴(kuò)大儀器測(cè)量*圍，是實(shí)現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求，也是科學(xué)技術(shù)日益開(kāi)展的需要。基于容積法的汽車(chē)油耗檢測(cè)儀器能準(zhǔn)確檢測(cè)汽車(chē)油耗，可以對(duì)汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性有一個(gè)正確的評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，可為研制低油耗車(chē)提供依據(jù)；對(duì)營(yíng)運(yùn)車(chē)輛油耗檢測(cè)評(píng)價(jià)，可為其維護(hù)、維修提供依據(jù)；對(duì)于維修企業(yè)，也可用于判定維修質(zhì)量；還可用于教學(xué)、研究單位進(jìn)展其工作規(guī)律研究。

由此可見(jiàn)，汽車(chē)油耗不僅關(guān)系到環(huán)保節(jié)能更是汽車(chē)前沿技術(shù)的開(kāi)展和應(yīng)用。由此研制能快速、準(zhǔn)確測(cè)量汽車(chē)在各種工況下油耗的儀器，也已成為一項(xiàng)重要課題。1.2國(guó)內(nèi)外的油耗儀研究狀況及開(kāi)展趨勢(shì)1.2.1國(guó)內(nèi)外研究狀況1、國(guó)外汽車(chē)油耗儀的研究狀況國(guó)外汽車(chē)工業(yè)興旺國(guó)家，比擬重視環(huán)保與節(jié)能。其車(chē)輛油耗檢測(cè)技術(shù)較先進(jìn)，投入的人力和財(cái)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(kāi)發(fā)研制智能型油耗檢測(cè)裝置，其功能、測(cè)試工程、精度、顯示方式都在不斷開(kāi)展與完善之中，本錢(qián)逐漸趨向合理。目前，國(guó)外有關(guān)燃油消耗測(cè)量設(shè)備的報(bào)道較少，只有一些專(zhuān)利。燃油消耗量是評(píng)價(jià)汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，也是汽油機(jī)的重要測(cè)量參數(shù)之一。因此，燃油消耗量的測(cè)量是內(nèi)燃機(jī)性能試驗(yàn)的重要組成局部，其測(cè)量精度直接影響汽油機(jī)實(shí)際性能指標(biāo)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)確定和主要的選配及調(diào)整等。目前，內(nèi)燃機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)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(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量。隨著汽車(chē)技術(shù)飛速開(kāi)展，對(duì)其測(cè)試的手段也應(yīng)同步開(kāi)展。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(shí)間為0.ls，最小油量分辨率為1ml，傳感器量程為0.3～120L/h。渦輪流量?jī)x具有瞬時(shí)測(cè)量和累計(jì)功能，得到廣泛應(yīng)用，可測(cè)量0.05～1200L/min的液體流量，在標(biāo)定條件下，精度可達(dá)±0.5%，響應(yīng)時(shí)間2～10ms。中小功率汽油機(jī)燃油流量小，一般在10～3000mL/min，超出渦流流量計(jì)下限，為此國(guó)內(nèi)研制出不同大小的渦輪以滿(mǎn)足汽油機(jī)小流測(cè)量的需要。以上兩種流量?jī)x均用于汽車(chē)道路試驗(yàn)，只能測(cè)量體積流量。美國(guó)Pierburg儀器司的流量計(jì)為渦輪流量?jī)x的改良型，流量*圍可從1L/h起，響應(yīng)時(shí)間為200ms，精度可達(dá)±0.l%。奧地利的AVL公司研制的臺(tái)架試驗(yàn)中發(fā)動(dòng)機(jī)燃油耗的準(zhǔn)確測(cè)量?jī)x，在油量25g時(shí)精度較高，臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)量*圍為0～150kg/h，盡管該油耗儀可進(jìn)展動(dòng)態(tài)測(cè)試，但由于仍是靜態(tài)燃油測(cè)量秤的改良，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間大于200ms。目前，國(guó)外有關(guān)燃油消耗測(cè)量設(shè)備的報(bào)道較少，只有一些專(zhuān)利。美國(guó)、日本和歐洲各國(guó)汽車(chē)油耗、C02排放的測(cè)試循環(huán)和測(cè)量設(shè)備各不一樣，測(cè)試*圍也不全一致，但都是模擬汽車(chē)實(shí)際道路運(yùn)行狀況下，多工況法汽車(chē)油耗測(cè)試方法，主要限制產(chǎn)量較大的輕型(包括微型)車(chē)輛。歐洲法規(guī)或指令只規(guī)定了M1類(lèi)車(chē)的測(cè)試方法，且近十多年來(lái)不斷變化。早期是分別測(cè)量低速城市工況(即ECE15工況)油耗和90、120km/h的等速油耗;93年開(kāi)場(chǎng)采用城市工況和城郊高速工況(EUDC)的復(fù)合工況油耗，在排放實(shí)驗(yàn)室用碳平衡法而不是用油耗儀直接測(cè)量;2000年開(kāi)場(chǎng)采用冷啟動(dòng)而不是原來(lái)的熱啟動(dòng)狀態(tài)下的工況法來(lái)測(cè)量油耗，以求更真實(shí)測(cè)量汽車(chē)實(shí)際油耗的排放。以歐洲為例，1995年歐洲轎車(chē)平均C02排放量(采用模擬實(shí)際的冷啟動(dòng)后工況法測(cè)試循環(huán))為185g/km，2000年降低至169g/km，2008年將進(jìn)一步降低至140g/km(相當(dāng)于汽油車(chē)百公里油耗為5.9L，也是在1995年的根底上減低了約25%);美國(guó)是分別測(cè)量模擬市區(qū)(平均車(chē)速31.7km/h)和高速公路(平均車(chē)速77.4km/h)運(yùn)行狀態(tài)的工況法油耗，加權(quán)平均后作為汽車(chē)名義油耗。日本測(cè)量的是10—15工況(平均車(chē)速22.7km/h從小)運(yùn)行下的平均油耗。不僅如此，美國(guó)還規(guī)定了汽車(chē)制造公司的平均油耗(CAfE)限值，不滿(mǎn)足該限值則視差距大小處以數(shù)額不等的罰款;日本則規(guī)定了不同質(zhì)量的汽車(chē)油耗標(biāo)準(zhǔn)表，歐洲則規(guī)定Ml類(lèi)車(chē)型式認(rèn)證時(shí)必須測(cè)試油耗，確認(rèn)汽車(chē)廠的申報(bào)值并向社會(huì)公布。2、國(guó)內(nèi)汽車(chē)油耗檢測(cè)技術(shù)研究狀況在現(xiàn)代以科技為主導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)中，研究與開(kāi)發(fā)新型智能油耗軟件是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)油耗產(chǎn)品升級(jí)換代的要求，是科學(xué)技術(shù)日益開(kāi)展的需要。以前我國(guó)主要采用普通式汽車(chē)油耗計(jì)檢測(cè)油耗，隨著時(shí)代的變遷，科技的日新月異，這類(lèi)油耗計(jì)精度低、功耗大、適用*圍較窄、可靠性不大、抗干擾性不強(qiáng)等一系列弊端逐漸突顯出來(lái)，并函待改善。在國(guó)內(nèi)，由于技術(shù)上的落后，對(duì)汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的檢測(cè)重視較晚，直到1991年10月1日交通部才公布實(shí)施了涉及車(chē)輛燃油消耗檢測(cè)的法規(guī)—?汽車(chē)運(yùn)輸業(yè)綜合性能檢測(cè)站管理方法?，規(guī)定采用的測(cè)量方法為容積法和重量法。少數(shù)幾個(gè)大的科研單位雖然從國(guó)外引進(jìn)了一些相關(guān)的設(shè)備，但主要使用在測(cè)量汽車(chē)的尾氣排放，用碳平衡法原理測(cè)油耗，但是由于碳平衡法準(zhǔn)確計(jì)量排氣流量比擬困難，快速可靠的密封連接也十分困難很難，而且將測(cè)量誤差控制在5%以?xún)?nèi)。所以國(guó)內(nèi)沒(méi)有到達(dá)實(shí)用階段，還沒(méi)有引起重視。目前我國(guó)主流中檔轎車(chē)的C02排放量為200~220g/km(相當(dāng)于汽油車(chē)百公里油耗為8.3L~9.2L)，考慮到眾多的國(guó)產(chǎn)在用車(chē)，我國(guó)城市的燃油消耗/C02排放水平應(yīng)該更高。我國(guó)急需借鑒國(guó)外經(jīng)歷，強(qiáng)制實(shí)施汽車(chē)多工況法油耗測(cè)試方法，作為汽車(chē)廠公布油耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)一測(cè)試基準(zhǔn)，并在每輛汽車(chē)上標(biāo)明其名義油耗，引導(dǎo)用戶(hù)比擬選擇。另外，針對(duì)我國(guó)實(shí)際狀況，應(yīng)盡快發(fā)布一個(gè)汽車(chē)油耗(C02排放)限值標(biāo)準(zhǔn)，一方面可以鼓勵(lì)經(jīng)濟(jì)型汽車(chē)的開(kāi)展，另一方面這也是我國(guó)汽車(chē)進(jìn)入家庭和汽車(chē)工業(yè)快速**開(kāi)展的必然要求。油耗儀器多為體積式的。應(yīng)用的比擬早的是車(chē)用油耗計(jì)，如國(guó)產(chǎn)的GD-30型車(chē)用油耗計(jì)，由傳感器和電磁計(jì)數(shù)器兩局部組成，其傳感器為容積膜片式，適用于汽油、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，使用中膜片不可防止地產(chǎn)生塑性變形，致使計(jì)量精度發(fā)生變化，因而需經(jīng)常校正，因而給實(shí)際檢測(cè)帶來(lái)不便。國(guó)內(nèi)研制的FC2000發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，它主要用于各種類(lèi)型的柴油機(jī)、汽油機(jī)、天然氣、液化氣發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)，同時(shí)它可以與國(guó)內(nèi)外各種不同的水力、電渦流、電力測(cè)功機(jī)配套，用于控制和測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、燃油/燃?xì)庀牧?、溫度、壓力、流量等各種不同類(lèi)型的參數(shù)。此儀器集成了許多功能模塊，智能油耗儀是它的一個(gè)子系統(tǒng)。主要用于測(cè)量各種汽油機(jī)，柴油機(jī)、電噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗。油耗儀采用一體化設(shè)計(jì)技術(shù)，油耗測(cè)量和顯示儀表集于一體，可獨(dú)立完成發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗的測(cè)量。FC系列智能油耗儀采用先進(jìn)的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，具有網(wǎng)絡(luò)特性，使多臺(tái)測(cè)試儀器可以聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)保存了標(biāo)準(zhǔn)的RS232串行接口。能在環(huán)境較惡劣的現(xiàn)場(chǎng)正常工作，即使在電磁閥完全失靈的情況下，燃油也不會(huì)溢出，保證使用的平安，特別適用一大回油量的電噴發(fā)動(dòng)機(jī)。儀器測(cè)量時(shí)間*圍是1～200S,測(cè)量結(jié)果以4位浮點(diǎn)數(shù)的形式顯示。具有零點(diǎn)標(biāo)定和滿(mǎn)度標(biāo)定功能，可進(jìn)展單次測(cè)量、循環(huán)測(cè)量、超量程測(cè)量。每次測(cè)完油耗后，數(shù)據(jù)輸出到CAN總線上。測(cè)量精度0.4%F.S。這種儀器主要用于臺(tái)架試驗(yàn)[5]。AM-2018燃油消耗測(cè)試儀(通稱(chēng)油耗儀)，是一種以單片計(jì)算機(jī)為核心的智能化儀器，并采用國(guó)際上流行的軟膜輕觸開(kāi)關(guān)面板，使儀器的可靠性與外觀都有很大的提高。該儀器可測(cè)定各類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的消耗量、瞬時(shí)流量；可進(jìn)展定容積、定重量、定時(shí)間等參數(shù)的測(cè)量及控制；可用于汽車(chē)道路實(shí)驗(yàn)，如等速油耗、加速油耗、百公里油耗等多種道路試驗(yàn)。該儀器具有數(shù)據(jù)存貯和處理的功能，能直接顯示打印計(jì)算結(jié)果。兩路傳感器可同時(shí)工作，特別適應(yīng)于有回油管路的測(cè)試；配接的傳感器采用獨(dú)特的兩路編碼技術(shù)，在小流量、油路脈動(dòng)情況下，具有測(cè)量精度高，工作穩(wěn)定可靠之優(yōu)點(diǎn)。這種儀器既可用于臺(tái)架試驗(yàn)又可用于道路試驗(yàn)。JDSZ-EP-1-3型汽車(chē)油耗計(jì)量?jī)x是動(dòng)態(tài)測(cè)試并顯示汽車(chē)行駛中的瞬時(shí)油耗、累計(jì)油耗測(cè)量?jī)x器，由油耗儀主機(jī)和CPU顯示器兩局部組成，為公交車(chē)輛、客運(yùn)車(chē)輛、貨運(yùn)車(chē)輛及工程車(chē)輛等進(jìn)展準(zhǔn)確的油耗統(tǒng)計(jì)與油料定額管理、為駕駛員提高節(jié)油操作技能、為國(guó)家推動(dòng)節(jié)能減排戰(zhàn)略，提供了一個(gè)有效的油耗測(cè)試手段，使節(jié)能減排有據(jù)可依。1.2.2開(kāi)展趨勢(shì)傳統(tǒng)的汽油汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中，汽油是經(jīng)過(guò)化油器后和空氣混合而進(jìn)入汽缸的，只要把流量傳感器串接在油路上即可測(cè)出燃油消耗量，方法較為簡(jiǎn)單，但測(cè)量精度比擬低，而且不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量、不能記錄數(shù)值等很多弊端。由于電控噴射發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)越性能，已逐步取代傳統(tǒng)的化油器。取而代之的是采用流量傳感器和單片機(jī)的智能油耗檢測(cè)技術(shù)，并且能通過(guò)顯示器和打印機(jī)對(duì)外輸出。基于容積法的汽車(chē)智能油耗檢測(cè)儀器能對(duì)汽車(chē)進(jìn)展不同工況的油耗數(shù)據(jù)測(cè)量，以及汽車(chē)行駛的等速油耗、加速油耗、便工況油耗及百公里油耗測(cè)量，尤其是瞬時(shí)油耗的測(cè)量，而且精度較高。將先進(jìn)的智能傳感技術(shù)和智能儀表應(yīng)用與液體流量檢測(cè)與顯示，集機(jī)、電、液于一體，提高檢測(cè)與顯示精度和檢測(cè)的自動(dòng)化程度，滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。由于單片機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，微電子技術(shù)的迅猛開(kāi)展，加上傳感器的微型化、多功能化、集成化和智能化的開(kāi)展，控制功能的不斷完善，因而目前國(guó)內(nèi)外各國(guó)都在研究與開(kāi)發(fā)微電腦油耗儀，并進(jìn)一步向智能化方向開(kāi)展。1.3課題研究目的和意義作為汽車(chē)的主要性能之一，準(zhǔn)確、迅速地對(duì)汽車(chē)燃油消耗量進(jìn)展檢測(cè)并作出評(píng)價(jià)，這是非常關(guān)鍵的。國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的燃油經(jīng)濟(jì)性的評(píng)定使用的是油耗計(jì)測(cè)定方法。目前國(guó)內(nèi)常用的發(fā)動(dòng)機(jī)油耗測(cè)量方法還是油耗儀測(cè)量方法，這些油耗測(cè)量?jī)x表種類(lèi)繁多，使用方法和測(cè)量精度也各有優(yōu)劣。傳統(tǒng)的油耗計(jì)對(duì)于化油器的汽油機(jī)燃油消耗的測(cè)量較為單一，但是，隨著汽車(chē)排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格和汽車(chē)電子技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，汽油機(jī)的化油器已逐漸被電控燃油噴射系統(tǒng)(EFI)所取代，汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)量的對(duì)象已全部變成了電控噴射發(fā)動(dòng)機(jī)。電控噴射發(fā)動(dòng)機(jī)由于需要處理多余燃油的回流問(wèn)題，使其對(duì)油耗的測(cè)量變得復(fù)雜。所以，相關(guān)的測(cè)量方法和儀器的研究受到了更多的關(guān)注。目前測(cè)定燃料消耗率(簡(jiǎn)稱(chēng)耗油率)的方法通常有容積法、重量法、流量計(jì)法和流速計(jì)法等。常規(guī)的容積法和重量法的測(cè)量精度較高,但不能測(cè)量瞬時(shí)耗油率,只適用于內(nèi)燃機(jī)穩(wěn)定工況下燃油消耗率的測(cè)定。流量計(jì)法和流速計(jì)法可以測(cè)量瞬時(shí)耗油率,但由于單位時(shí)間燃油的流量很小,因此測(cè)量精度較低。測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)各工況下的耗油率不僅可以判斷其經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)也有助于診斷燃油系統(tǒng)的缺陷和故障。本文設(shè)計(jì)了基于失重法的智能油耗測(cè)量系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)功能強(qiáng)、測(cè)量精度高、使用方便,而且能夠?qū)δ壳按蠖鄶?shù)電噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)展檢測(cè)，并且能夠直觀的反映出瞬時(shí)油耗情況，從而為檢測(cè)和診斷汽車(chē)故障以及內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。研究與開(kāi)發(fā)汽車(chē)油耗智能檢測(cè)儀器，能夠提高油耗檢測(cè)的精度，降低檢測(cè)儀器的使用功耗，提高儀器的抗干擾能力，擴(kuò)大儀器的測(cè)量*圍。對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)汽車(chē)的油耗性能，節(jié)約燃油和能源，減少車(chē)輛對(duì)環(huán)境的污染等具有重要意義。研究與開(kāi)發(fā)新型智能油耗檢測(cè)軟件也是實(shí)現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級(jí)換代的要求，也是科學(xué)技術(shù)日益開(kāi)展的需要?；谌莘e法的油耗檢測(cè)裝置可以準(zhǔn)確檢測(cè)汽車(chē)油耗，可為研制低油耗車(chē)提供依據(jù)；對(duì)營(yíng)運(yùn)車(chē)輛油耗檢測(cè)評(píng)價(jià)，可為其維護(hù)、維修提供依據(jù)；對(duì)于維修企業(yè)，可用于判定維修質(zhì)量；還可用于教學(xué)、研究單位進(jìn)展其工作規(guī)律研究。采用汽車(chē)油耗智能檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)的基于容積法的油耗儀是一種智能型儀器。研究與開(kāi)發(fā)智能型汽車(chē)油耗儀，能提高油耗檢測(cè)的精度，降低儀器的使用功耗，提高儀器的抗干擾能力，擴(kuò)大儀器的測(cè)量*圍。對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)汽車(chē)的油耗性能，節(jié)約燃油和能源，減少車(chē)輛對(duì)環(huán)境的污染等有重要的意義。是油耗產(chǎn)品升級(jí)換代的要求，是科學(xué)技術(shù)日益開(kāi)展的需要。汽車(chē)的燃油經(jīng)濟(jì)性是汽車(chē)的重要性能之一，汽車(chē)燃油供給系統(tǒng)技術(shù)狀況的好壞直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放凈化和可靠性，在使用中有較高的故障率。因此，基于容積法的汽車(chē)油耗儀是車(chē)輛診斷、檢測(cè)及維護(hù)的重要儀器。(1)總體方案確實(shí)定；介紹基于容積法的汽車(chē)油耗檢測(cè)技術(shù)理論；分析汽車(chē)油耗不同檢測(cè)方法的特點(diǎn)，廣泛查閱各種文獻(xiàn)，了解目前國(guó)內(nèi)外油耗測(cè)量方法的現(xiàn)狀，分析其長(zhǎng)處和缺乏；根據(jù)汽車(chē)油耗儀的功能要求，確定總體技術(shù)方案；〔2〕確定基于容積法的汽車(chē)油耗檢測(cè)的控制原理；建立汽車(chē)油耗檢測(cè)的數(shù)學(xué)模型；〔3〕硬件局部設(shè)計(jì)、選擇和匹配。包括流量傳感器、單片機(jī)、顯示器、打印機(jī)、監(jiān)控芯片、鍵盤(pán)、通訊接口、日歷和時(shí)鐘、電源等元器件。根據(jù)系統(tǒng)的要求，以及目前上述各種原件的技術(shù)狀況、性能特點(diǎn)、性?xún)r(jià)比等，結(jié)合調(diào)研情況以及相關(guān)的參考資料進(jìn)展比照分析，確定采用的元件的具體型號(hào)，并給出相應(yīng)的接口電路，相互之間進(jìn)展合理的匹配。同時(shí)給出以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)電路原理圖，從而為各元件之間建立必要的聯(lián)系；〔4〕軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試。根據(jù)儀器功能要求和油耗檢測(cè)數(shù)學(xué)模型等進(jìn)展軟件系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)，選擇語(yǔ)言編寫(xiě)控制程序。完成對(duì)油耗的智能化測(cè)試，軟件功能是通過(guò)分程序模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括初始化模塊、二進(jìn)制和十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序模塊、顯示模塊和耗油量測(cè)試模塊等。同時(shí)進(jìn)展程序的調(diào)試工作，以對(duì)編寫(xiě)的程序進(jìn)展運(yùn)行檢查，驗(yàn)證運(yùn)行邏輯、運(yùn)行流程等。軟件局部配合硬件控制系統(tǒng)，共同完成對(duì)油耗的智能化測(cè)試，而軟件功能是通過(guò)分程序模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括初始化模塊、鍵盤(pán)管理模塊、二進(jìn)制和十進(jìn)制轉(zhuǎn)化模塊、浮點(diǎn)數(shù)模塊、顯示模塊和油耗量測(cè)試模塊。同時(shí)進(jìn)展程序的調(diào)試工作，以對(duì)編寫(xiě)的程序進(jìn)展運(yùn)行檢查，驗(yàn)證運(yùn)行邏輯、運(yùn)行流程等；〔5〕儀器機(jī)械局部的設(shè)計(jì)。主要是油耗儀的外型尺寸的設(shè)計(jì)，殼體材料的選擇，控制面板的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)線接口的設(shè)計(jì)、芯片安裝方式確實(shí)定。第2章基于容積法的汽車(chē)油耗儀的總體技術(shù)方案2.1儀器的功能及要求〔1〕系統(tǒng)需完成車(chē)輛的油耗智能檢測(cè)。采用容積式傳感器檢測(cè)燃油流量信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)在相應(yīng)軟件的支持下進(jìn)展處理，在通過(guò)顯示器或打印機(jī)對(duì)外輸出。同時(shí)，要采用監(jiān)視器對(duì)成個(gè)系統(tǒng)進(jìn)展監(jiān)控，采用通訊接口與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊；〔2〕應(yīng)能在道路或臺(tái)架試驗(yàn)臺(tái)上完成汽油車(chē)和柴油車(chē)的百公里油耗、等速油耗、加速油耗的測(cè)試、平均油耗和瞬時(shí)油耗。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)定容積測(cè)試、定質(zhì)量測(cè)試、定時(shí)間測(cè)試的功能；〔3〕系統(tǒng)采用的理論應(yīng)具有可行性，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)自身的標(biāo)定和對(duì)傳感器的標(biāo)定；〔4〕該項(xiàng)技術(shù)完成后測(cè)試精度要高和抗電磁干擾能力要強(qiáng)；〔5〕該項(xiàng)技術(shù)完成后使用要簡(jiǎn)單，可操控性要強(qiáng)，該項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品化之后，同比之下本錢(qián)要低、精度要高。2.2總體設(shè)計(jì)方案確實(shí)定2.2.1儀器總體方案確實(shí)定根據(jù)車(chē)輛的油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)功能的要求，針對(duì)基于容積法的智能油耗儀的具體應(yīng)用情況，選擇系統(tǒng)組成元件，構(gòu)成油耗檢測(cè)系統(tǒng)的硬件局部。系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的各種使用功能，合理地選擇元器件，并仔細(xì)考慮各元件之間的搭配關(guān)系和性?xún)r(jià)比，完成對(duì)系統(tǒng)的控制電路的設(shè)計(jì)。根據(jù)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)供油系統(tǒng)的工作原理和汽車(chē)的運(yùn)行條件，確定油耗檢測(cè)方法，建立油耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，配合硬件局部控制電路選擇或編寫(xiě)控制軟件，共同完成對(duì)基于容積法的油耗儀器的智能化測(cè)試。針對(duì)油耗檢測(cè)系統(tǒng)工作過(guò)程中遇到的干擾，分析原因，采取相應(yīng)方法，提高容積法油耗檢測(cè)系統(tǒng)的抗干擾能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析油耗系統(tǒng)所采用的理論可行性，根具體情況對(duì)理論模型進(jìn)展修正，提供其檢測(cè)精度。進(jìn)展系統(tǒng)試驗(yàn)誤差分析，為了更合理的選用測(cè)試裝置和測(cè)試方法，對(duì)產(chǎn)生的誤差應(yīng)進(jìn)展正確的分析并確定其產(chǎn)生的原因，并提出減小誤差的方法，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)展科學(xué)的分析，以便得到更理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.2.2儀器的組成和原理基于容積法的車(chē)輛油耗檢測(cè)系統(tǒng)主要由流量傳感器、單片機(jī)、顯示器、打印機(jī)和控制面板等組成，其控制關(guān)系如圖2.1所示。圖2.1智能油耗儀的控制關(guān)系示意圖基于容積法的汽車(chē)油耗儀實(shí)際上是一個(gè)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它是具有微處理器的總線接口的儀器。其中包括：由流量傳感器構(gòu)成的信號(hào)采集與處理〔放大、整形〕；?！獢?shù)轉(zhuǎn)換；具有人機(jī)對(duì)話功能的鍵盤(pán)和顯示器；具有通訊功能的RS232接口；數(shù)據(jù)存貯器(RAM)、程序存儲(chǔ)器(EPROM)；數(shù)—模轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)[8]。其組成原理如圖2.2所示。流量傳感器流量傳感器PIC單片機(jī)液晶顯示模塊EPROMRS232打印機(jī)RAM信號(hào)調(diào)節(jié)電路鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行裝置圖2.2檢測(cè)系統(tǒng)組成關(guān)系流量傳感器用于檢測(cè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量，將信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)展處理。單片機(jī)是汽車(chē)油耗檢測(cè)控制系統(tǒng)的核心，用于接收流量傳感器的信號(hào)，并調(diào)用內(nèi)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)和相關(guān)程序，進(jìn)展分析處理，并將處理結(jié)果送給打印機(jī)或顯示器對(duì)外輸出。顯示器用于適時(shí)顯示汽車(chē)油耗的檢測(cè)數(shù)據(jù)。打印機(jī)用于打印汽車(chē)油耗的檢測(cè)結(jié)果?？刂泼姘逵糜谙到y(tǒng)功能設(shè)定，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。通過(guò)控制面板還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)定。測(cè)量系統(tǒng)的監(jiān)控程序固化在程序存貯器EPROM中，被測(cè)參量通過(guò)傳感器將非電量變換成電量，然后經(jīng)過(guò)信號(hào)處理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后變?yōu)槲⑻幚砥髂苤苯幼R(shí)別的數(shù)字信號(hào)所采集的數(shù)據(jù)或從鍵盤(pán)上輸入的數(shù)據(jù)以及經(jīng)過(guò)一定的算法運(yùn)算后的數(shù)據(jù)均暫存于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM中。油耗測(cè)量系統(tǒng)采用流量傳感器的流量信號(hào)，并將信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)展處理，單片機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的控制程序得到不同要求和條件下的油耗量，通過(guò)顯示器或打印機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)控制面板實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，還可以通過(guò)通訊接口RS-232實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，擴(kuò)展系統(tǒng)功能[1,5]。油耗測(cè)量系統(tǒng)采用流量傳感器檢測(cè)燃油流量信號(hào)，并將信號(hào)送給單片機(jī)處理，單片機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的控制程序得到不同要求和條件下的油耗量，通過(guò)顯示器或打印機(jī)進(jìn)展數(shù)據(jù)輸出，通過(guò)控制面板實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，還可通過(guò)通訊接口RS一232實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，擴(kuò)展系統(tǒng)功能。對(duì)于回油量較小或沒(méi)有回油的車(chē)輛，通常采用一個(gè)流量傳感器，并將傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油管路中，以檢測(cè)進(jìn)油管路的燃油流量，流量信號(hào)傳給單片機(jī)，進(jìn)展相關(guān)處理后，把數(shù)據(jù)輸出到顯示器顯示。傳感器連接方式如圖2.3所示。油箱油箱油泵濾清器流量傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)圖2.3回油量較小的車(chē)輛傳感器連接方式由于燃油供給系統(tǒng)也存在回油，但回油不經(jīng)過(guò)流量傳感器，汽油機(jī)通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器直接流回油箱，柴油機(jī)回油也不經(jīng)過(guò)流量傳感器，通過(guò)三通閥繼續(xù)通過(guò)噴油器對(duì)氣缸供油。流量傳感器的連接方式如圖2.4所示。圖2.41一油箱；2一回油管；3-傳感器信號(hào)線；4一供油管：5一流量傳感器；6一電動(dòng)汽油泵：7一燃油濾清器：8一出油口：9一進(jìn)油口：10一燃油壓力調(diào)節(jié)器；11-燃油分配總管；12—?dú)飧讍瘟髁總鞲衅鞯陌惭b方式(汽油車(chē))對(duì)于回油量較大的車(chē)輛，回油管路中需要安裝一個(gè)流量傳感器，用來(lái)提高測(cè)試精度，也為了滿(mǎn)足燃油供給系統(tǒng)正常工作的要求。采用兩個(gè)流量傳感器應(yīng)分別安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油管路和回油管路中。通過(guò)計(jì)算進(jìn)、回油管道的流量差值得到油耗量，即“測(cè)出供油量-測(cè)出回油量=當(dāng)前油耗量〞。流量傳感器的連接方式如圖2.5所示。油箱油箱油泵濾清器流量傳感器1發(fā)動(dòng)機(jī)流量傳感器2圖2.5回油量較大的車(chē)輛傳感器連接方式2.3本章小結(jié)介紹了基于容積法的汽車(chē)油耗檢測(cè)儀采用傳感器檢測(cè)燃油流量信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)在相應(yīng)軟件的支持下進(jìn)展處理，在通過(guò)顯示器或打印機(jī)對(duì)外輸出。同時(shí)，要采用監(jiān)視器對(duì)成個(gè)系統(tǒng)進(jìn)展監(jiān)控，采用通訊接口與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)汽油車(chē)和柴油車(chē)的百公里油耗、等速油耗、加速油耗的測(cè)試。同時(shí)能實(shí)現(xiàn)定容積測(cè)試、定質(zhì)量測(cè)試、定時(shí)間測(cè)試的功能。在此根底上確定了基于容積法的汽車(chē)油耗檢測(cè)儀的總體設(shè)計(jì)方案。-.z第3章基于容積法的汽車(chē)油耗儀中硬件的設(shè)計(jì)與選擇3.1流量傳感器的選擇3.1.1主要功能流量傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)油和回油管路中，用來(lái)檢測(cè)燃油流量，檢測(cè)到的脈沖信號(hào)被送到微處理器中處理?？紤]到連接到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)油路中，傳感器工作時(shí)受到的影響因素比擬多，流量傳感器的反響速度要快，動(dòng)作時(shí)間要短。即能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)量又能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，同時(shí)又能在惡劣條件下工作。流量傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)油和回油管路中，用來(lái)檢測(cè)燃油流量，檢測(cè)到的脈沖信號(hào)被送到單片機(jī)進(jìn)展處理?？紤]連接到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)油路中，傳感器工作時(shí)受到的影響因素比擬多，流量傳感器的反響速度要快，動(dòng)作時(shí)間要短。即能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)量又能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)量精度不受汽車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)影響。與單片機(jī)等電子元件相匹配，使系統(tǒng)到達(dá)理想的測(cè)量精度，有一定的抗干擾能力。3.1.2類(lèi)型及檢測(cè)方法容積式油耗傳感器有容量式和定容式兩種，容量式油耗傳感器通過(guò)累計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作中所消耗的燃料總?cè)萘浚脮r(shí)間和里程來(lái)計(jì)算油耗量。它可以連續(xù)測(cè)量，其構(gòu)造有行星活塞式、往復(fù)活塞式、膜片式、油泡式等，現(xiàn)以行星活塞式油耗傳感器為例予以說(shuō)明，其流量檢測(cè)裝置是由流量變換機(jī)構(gòu)及信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)組成。流量變換機(jī)構(gòu)是將一定容積的燃油流量變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是由十字形配置的四個(gè)活塞和旋轉(zhuǎn)曲軸構(gòu)成。容積式傳感器檢測(cè)方法：容積式傳感器采用行星活塞式流量傳感器在底盤(pán)測(cè)功機(jī)試驗(yàn)臺(tái)或道路上進(jìn)展油耗檢測(cè)，測(cè)定一定體積燃油的消耗時(shí)間。它主要由活塞、曲軸、連桿和信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)組成。容積式油耗傳感器通過(guò)累計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作中所消耗的燃油總量，用時(shí)間或里程來(lái)計(jì)算油耗量。流量變換機(jī)構(gòu)是將一定容積的燃油量變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它由十字形配置的四個(gè)活塞和旋轉(zhuǎn)曲軸構(gòu)成，其工作原理如圖3.1所示[11]。燃油在泵油壓力作用下推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，再由活塞運(yùn)動(dòng)推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸旋轉(zhuǎn)一周(即四個(gè)活塞各往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次)，完成一個(gè)進(jìn)排油循環(huán)。如此反復(fù)，在燃油泵泵油壓力的作用下，就可完成實(shí)現(xiàn)定容量、連續(xù)泵油的作用。曲軸旋轉(zhuǎn)一周，各缸分別排油一次，其排油量可用下公式確定：〔3.1〕式中，—四缸排油量，cm3；—代表四個(gè)油缸；—代表*一活塞截面積，cm2；—2倍的曲軸偏心距，即活塞行程，cm。1、2、3、4—活塞；5—曲軸；6—連桿P1、P2、P3、P4—油道；E1、E2、E3、E4—排油口圖3.1傳感器工作原理容積式流量傳感器在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，其活塞、曲軸、連桿會(huì)產(chǎn)生不同程度的磨損，對(duì)其測(cè)量精度產(chǎn)生較大影響，且脈沖信號(hào)的產(chǎn)生和發(fā)送需要一定的時(shí)間，在測(cè)量上出現(xiàn)滯后性。3.1.3傳感器的選擇原則流量傳感器的選擇應(yīng)遵循以下原則：選擇時(shí)應(yīng)遵循以下原則：〔1〕靈敏度。既要考慮能檢測(cè)出微弱信號(hào)量值，又要噪聲小?！?〕頻率響應(yīng)特性。必須在所測(cè)頻率*圍內(nèi)盡量保持不失真測(cè)量條件，并且傳感器的延遲時(shí)間越短越好。〔3〕穩(wěn)定性。實(shí)際工作環(huán)境中，長(zhǎng)期使用后，其輸出特性不發(fā)生變化的特性。〔4〕準(zhǔn)確度。一般希望傳感器的精度要高，指?jìng)鞲衅鬏敵雠c被測(cè)量真值的符合程度?！?〕測(cè)量方式。盡可能考慮構(gòu)造簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，維修方便，易于更換。容積式燃油流量計(jì)采用一個(gè)帶有光柵的向心四活塞式馬達(dá)作為油耗傳感器。由于活塞與缸體是精細(xì)磨合的，因此馬達(dá)每轉(zhuǎn)排油量是恒定的，即馬達(dá)的轉(zhuǎn)速與油的流量(即油耗)成正比。通過(guò)光柵，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換將轉(zhuǎn)速變成電脈沖以代表油量。將電脈沖經(jīng)接口送到測(cè)量?jī)x器，經(jīng)整形倍頻、可逆計(jì)數(shù)、量綱換算等處理，到達(dá)直接讀取顯示油耗?；谝陨系囊?，初步選定容積式流量傳感器，型號(hào)為YH-2。其技術(shù)參數(shù)如表3.1所示：表3.1YH-2型流量傳感器的技術(shù)參數(shù)工程參數(shù)電源/VDC，+5輸出信號(hào)/脈沖當(dāng)量/〔ml/脈沖〕＜0.1，TTL電平，正脈沖最大流量/〔l/h〕180質(zhì)量/kg1.9使用溫度/℃0～40應(yīng)用特點(diǎn)有兩路脈沖信號(hào)輸出，需通過(guò)程序判斷正反轉(zhuǎn)，直接輸出數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)3.1.4流量檢測(cè)數(shù)學(xué)模型的建立根據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)確定的容積式型號(hào)為YH-2的流量傳感器，在測(cè)量*圍內(nèi)，傳感器輸出的脈沖頻率與體積流量成正比，這個(gè)比值即體積儀表系數(shù)：〔3.2〕式中，—為流量信號(hào)頻率，Hz；—為體積流量，L/h；—為脈沖數(shù)；—為體積總量，L。把儀表系數(shù)預(yù)先置入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，單片機(jī)根據(jù)所獲得的流量脈沖頻率與儀表系數(shù)之比即可求得管路中燃油的流量之值。因此，燃油流量檢測(cè)的數(shù)學(xué)模型可采用數(shù)學(xué)公式：〔3.3〕3.2單片機(jī)的選擇3.2.1單片機(jī)的匹配原則1、單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展局部設(shè)計(jì)(包括存儲(chǔ)器擴(kuò)展和接口擴(kuò)展)和各功能模塊設(shè)計(jì)(測(cè)量功能模塊、信號(hào)控制功能模塊和人機(jī)對(duì)話模塊)。為了使系統(tǒng)設(shè)計(jì)盡可能合理，依據(jù)以下原則:〔1〕盡可能采用功能強(qiáng)的芯片，以簡(jiǎn)化電路；〔2〕要留有余地，考慮到以后的修改、擴(kuò)展的方便。包括ROM空間、RAM空間、I/O端口以及A/D和D/A通道；〔3〕兼顧工藝設(shè)計(jì)，包括機(jī)體、面板、配線、接插件等。必須考慮安裝、調(diào)試、維修的方便。另外，抗干擾設(shè)施必須一并考慮。2、單片機(jī)的選擇原則當(dāng)今單片機(jī)品種繁多，產(chǎn)品性能各異。主要分集中指令集(CISC)和精簡(jiǎn)指令集(RISC)。采用CISC構(gòu)造的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線分時(shí)復(fù)用，它的指令豐富，功能較強(qiáng)，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時(shí)進(jìn)展，速度受限，價(jià)格也高。采用RISC構(gòu)造的單片機(jī)數(shù)據(jù)線和指令線別離，這種構(gòu)造的單片機(jī)取指令包含更多的處理信息，執(zhí)行效率更高，速度也更快。同時(shí)，這種單片機(jī)指令多為單字節(jié)，程序存儲(chǔ)器的空間利用率大大提高，有利于實(shí)現(xiàn)超小型化設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于控制方式較簡(jiǎn)單的家電，可以采用RISC型單片機(jī)；對(duì)于控制關(guān)系較復(fù)雜的場(chǎng)合，如通信產(chǎn)品，工業(yè)控制系統(tǒng)，應(yīng)采用CISC單片機(jī)。根據(jù)功能需要和性?xún)r(jià)比以及匹配關(guān)系，在這里選擇CISC型的單片機(jī)，它主要包括Intel系列、Motorola系列、Atmel系列的AT89系列等等。選擇單片機(jī)還應(yīng)注意以下幾方面：〔1〕了解單片機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的的適用性。單片機(jī)是否含有所需的I/O端口數(shù)目；是否含有所需的外圍端口部件；CPU是否有適合的吞吐量；極限性能是否滿(mǎn)足要求；〔2〕了解單片機(jī)的可購(gòu)置性。單片機(jī)是否可以直接買(mǎi)到；是否有足夠的供給量；是否維修方便；是否仍在生產(chǎn)中；〔3〕了解單片機(jī)的可開(kāi)發(fā)性。編輯軟件；程序?qū)懭牍ぞ撸徽{(diào)試工具；技術(shù)支持；語(yǔ)言體系與成熟程度。根據(jù)以上原則對(duì)單片機(jī)進(jìn)展選擇，可選擇出較適宜的單片機(jī)，從而保證系統(tǒng)的可靠性、最優(yōu)的性?xún)r(jià)比、最好的升級(jí)換代性。3.2.2MCS196單片機(jī)的特點(diǎn)MCS196系列單片機(jī)是Intel公司繼8*9*之后推出的16位嵌入式微控制器。它除了保存8*9*全部功能外，在功能部件和指令支持上又有很大改良，性能上也有了顯著提高，使得它適用于更復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制場(chǎng)合。MCS196單片機(jī)有多種型號(hào)，不同型號(hào)配置有不同的功能部件，且具有不同存儲(chǔ)器空間和尋址能力，可滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的要求。MCS196系列單片機(jī)都有1個(gè)基于存放器到存放器構(gòu)造的內(nèi)核。這種構(gòu)造消除了累加器的瓶頸現(xiàn)象，加快了數(shù)據(jù)傳輸。另有多種功能部件，在不同型號(hào)中進(jìn)展不同配置。這些功能部件除包括在8*9*中就有的I/O口、10位A/D轉(zhuǎn)換器、PWM〔脈寬調(diào)制器〕、SIO〔全雙工串行I/O口〕、中斷源、看門(mén)狗定時(shí)器、16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、HSI/O〔高速輸入/輸出口〕等以外，還包括在MCS196中出現(xiàn)的PTS〔外圍事務(wù)效勞器〕、EPA〔事件處理器陣列〕、WG〔波形發(fā)生器〕等。與其他系列〔如MCS51系列、PIC系列等〕相比，HSI/O、PTS、EPA、WG是MCS196最具特色的功能部件。HSI/O〔HighSpeedInputsandOutputs〕：其中HSI用于記錄*一外部事件相對(duì)于時(shí)間基準(zhǔn)〔如定時(shí)器1〕的發(fā)生時(shí)刻。此功能部件在檢測(cè)到引腳上規(guī)定的跳變事件〔包括正跳變、負(fù)跳變、每次正跳變、8個(gè)正跳變〕后，將發(fā)生事件的類(lèi)型與時(shí)刻記錄下來(lái)，并產(chǎn)生相關(guān)中斷。此部件適用于信號(hào)的時(shí)間參數(shù)測(cè)量。HSO則用于按程序規(guī)定的時(shí)間去觸發(fā)*一事件〔如置位/清零口線、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換等〕，要求CPU的開(kāi)銷(xiāo)極小，速度極高。此部件便于實(shí)時(shí)輸出控制，可用來(lái)產(chǎn)生多種信號(hào)波形。EPA〔EventProcessorArray〕：實(shí)質(zhì)上是捕捉/比擬模塊。所謂“捕捉〞就是捕獲產(chǎn)生于引腳上的跳變事件〔有正跳變、負(fù)跳變、正負(fù)跳變等〕，記載這些輸入事件相對(duì)于時(shí)基定時(shí)器發(fā)生的時(shí)刻；“比擬〞則是和預(yù)先規(guī)定好的時(shí)間作比擬，預(yù)定時(shí)間一到就去執(zhí)行*種輸出功能〔比方輸出置為高、輸出置為低、輸出翻轉(zhuǎn)、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、復(fù)位定時(shí)器等等〕?？梢?jiàn)，EPA和HSI/O的功能類(lèi)似，但EPA在CPU開(kāi)銷(xiāo)上要求更少，性能更好一些。表1給出在不同時(shí)鐘頻率下兩者分辨能力的比擬。PTS〔PeripheralTransactionServer〕：實(shí)質(zhì)上是中斷效勞機(jī)制的改良。對(duì)正常的中斷效勞，CPU都要“親自〞去執(zhí)行，而現(xiàn)在的PTS提供了一種類(lèi)似DMA的操作。當(dāng)中斷發(fā)生后，由微代碼執(zhí)行PTS周期。該周期就像DMA周期那樣插入正常的指令流中，完成中斷效勞，這樣CPU的開(kāi)銷(xiāo)比一般的中斷響應(yīng)要少得多。WG〔WaveformGenerator〕：可產(chǎn)生獨(dú)立的、具有一樣頻率和工作方式的3對(duì)PWM波形。特別適合控制三相交流感應(yīng)電機(jī)、直流無(wú)刷電機(jī)和其他需要多個(gè)PWM輸出的場(chǎng)合。另外，MCS196單片機(jī)總線控制器還具有可編程的等待狀態(tài)發(fā)生器，可方便地與慢速外設(shè)接口。在運(yùn)行中可動(dòng)態(tài)選擇8位或者16位的總線寬度，并能通過(guò)HOLD/HLDA協(xié)議方便地實(shí)現(xiàn)多處理器通信。目前，MCS196系列主要有3種：①HSI/O系列，這類(lèi)芯片具有高速輸入、輸出口；②EPA系列，這類(lèi)芯片內(nèi)部具有事件處理器陣列；③MotorControl系列，這類(lèi)芯片適用于電機(jī)控制。要注意上述分類(lèi)也不是絕對(duì)的，往往在同一個(gè)型號(hào)的部件中，可同時(shí)具有多種功能。HSI/O系列本系列主要芯片有8*C196KB、8*C196KC、8*C196KD8*C196KB是MCS196系列的第1個(gè)成員，片內(nèi)具有8KB程序空間，232個(gè)字節(jié)的存放器RAM。它采用高速輸入/輸出口進(jìn)展事件處理。HSI/O最多有4個(gè)高速輸入口，6個(gè)高速輸出口。2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器均可用作時(shí)基發(fā)生器。其余的片內(nèi)資源有：1路PWM，1個(gè)全雙工串行通信口，1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，1個(gè)8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器。48條輸入/輸出口〔與部件復(fù)用〕。8*C196KC的性能比8*C196KB要更進(jìn)一步。它的片內(nèi)有16KB的程序空間，488個(gè)字節(jié)的存放器RAM，最高工作頻率可達(dá)20MHz。除了具有8*C196KB的全部特點(diǎn)外，還具有如下特點(diǎn)：有3路PWM發(fā)生器；A/D轉(zhuǎn)換器具有8位和10位2種方式；可對(duì)采樣率和轉(zhuǎn)換時(shí)間編程。在片內(nèi)還參加外圍事務(wù)處理效勞器PTS，可大大減輕CPU在中斷處理上的負(fù)擔(dān)。8*C196KD除具有8*C196KC所具有的全部特點(diǎn)以外，它的片內(nèi)還具有32KB的程序空間，1000個(gè)字節(jié)的存放器RAM。由于片內(nèi)存儲(chǔ)空間的增大，所以，更適合于使用高級(jí)語(yǔ)言編程。這種芯片的最高頻率也可達(dá)20MHz。表3.2HIS/O和EPA分辨能力的比擬部件名稱(chēng)時(shí)鐘頻率/MHz單位16202550HSI1125900750600nsHSO1000800600400nsEPA25020016080ns這里初選MCS196系列中HIS/O系列的80C196KC的單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制芯片。80C196KC單片機(jī)具有16KB的程序空間，488個(gè)字節(jié)的存放器RAM，最高工作頻率可達(dá)20MHz。有3路PWM發(fā)生器;A/D轉(zhuǎn)換器具有8位和10位2種方式;可對(duì)采樣率和轉(zhuǎn)換時(shí)間編程。在片內(nèi)還參加外圍事務(wù)處理效勞器PTS，可大大減輕CPU在中斷處理上的負(fù)擔(dān)。它采用高速輸入/輸出口進(jìn)展事件處理。HSI/0最多有4個(gè)高速輸入口，6個(gè)高速輸出口。2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器均可用作時(shí)間發(fā)生器。其余的片內(nèi)資源有:1個(gè)串行通信口，1個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器。3.3擴(kuò)展芯片的選擇與匹配3.3.1.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的選擇微處理器通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線及控制總線與存儲(chǔ)器連接。如下列圖所示：控制總線地址總線存儲(chǔ)器CPU控制總線地址總線存儲(chǔ)器CPU數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 地址總線為地址信號(hào)，用來(lái)指明選中的存儲(chǔ)單元地址。 數(shù)據(jù)總線為數(shù)據(jù)信號(hào)，它是微處理器送往存儲(chǔ)器的信息或存儲(chǔ)器送往微處理器的信息。它包括指令和數(shù)據(jù)。 控制總線發(fā)出存儲(chǔ)器讀寫(xiě)信號(hào)，以便從ROM、RAM中讀出指令或數(shù)據(jù)，或者向RAM寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 在微機(jī)系統(tǒng)中，常用的靜態(tài)RAM有6116、6264、62256等。在本實(shí)驗(yàn)中使用的是6264。6264為8K╳8位的靜態(tài)RAM。其邏輯圖如下：6264A0～12VCCI/O0～7WROECS2GNDCS1其中A0～12為13根地址線，I/O0～7為8根數(shù)據(jù)線，CS1、CS2為兩個(gè)片選端，OE為數(shù)據(jù)輸出選通端，WR為寫(xiě)信號(hào)端。其工作方式見(jiàn)下表：控制信號(hào)CS1CS2OEWR數(shù)據(jù)線讀LHLH輸出寫(xiě)LH╳L輸入非選H╳╳╳高阻態(tài)非選╳L╳╳高阻態(tài)輸出制止LHHH高阻態(tài)6264是一種采用CMOS工藝制成的8K×8位28引腳的靜態(tài)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器，其讀寫(xiě)時(shí)間根據(jù)不同型號(hào)從20ns～200ns。數(shù)據(jù)輸入和輸出引腳共用，三態(tài)輸出；采用單一電源+5V，其輸入輸出電平與TTL兼容，具有低功耗操作方式。當(dāng)未選通時(shí)，芯片處于低功耗狀態(tài)，這時(shí)可減少80%以上的功耗，只有2V電源電壓，幾十微安電流就可保證數(shù)據(jù)不變，這個(gè)性能用于電池供電的數(shù)據(jù)斷電保護(hù)操作。工作溫度*圍：0℃～+70℃?；谝陨显颍⒖紤]到其性?xún)r(jià)比，選擇6264作為靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其管腳排列如圖3.2所示[19]。62646264111213141516171810987654324232022225261272119A0D0A1D1A2D2A3D3A4D4A5D5A6D6A7D7A8A9A10A11A12A13A14A15WEOE/VPPCE圖3.26264管腳排列圖3.3.2.片外擴(kuò)展I/O口選擇型號(hào)為8255〔改良型為8255A及8255A-5〕，具有24條輸入/輸出引腳、可編程的通用并行輸入/輸出接口電路。它是一片使用單一+5V電源的40腳雙列直插式大規(guī)模集成電路。8255A的通用性強(qiáng)，使用靈活，通過(guò)它CPU可直接與外設(shè)相連接。8255A是Intel公司采用CHMOS工藝生產(chǎn)的一種高性能通用可編程輸入/輸出并行接口芯片，可以方便地應(yīng)用在微處理器系統(tǒng)中。8255A是40引腳雙列直插式芯片，片內(nèi)有A,B,C3個(gè)8位I/O端口，可提供24條可編程的輸入/輸出端口線8255A是一個(gè)有40引腳的塑封芯片，功能較強(qiáng)，廣泛的應(yīng)用在計(jì)算機(jī)電路中。256字節(jié)的靜態(tài)RAM,存取時(shí)間為400ns，它有三個(gè)8位口A、B、C，總共可以擴(kuò)展出22條接線。它含一個(gè)可預(yù)置的計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)*圍從2～16383，可用于延時(shí)、計(jì)數(shù)或分頻。它內(nèi)部還有256字節(jié)的RAM，可以補(bǔ)充CPU內(nèi)存的缺乏。單一+5V電源供電。為了能夠設(shè)置芯片的工作方式和了解芯片的狀態(tài)，內(nèi)部還有命令存放器和狀態(tài)存放器?；谝陨系奶攸c(diǎn)和性?xún)r(jià)比，初選芯片8255A。圖3.3為8255A的引腳圖[19]。8255A8255A40393837363534333231302928272625242322211234567891011121314151617181920PA3PA4PA2PA5PA1PA6PA0PA7RDWRCSRESETGNDD0A1D1A0D2PC7D3PC6D4PC5D5PC4D6PC0D7PC1VccPC2PB7PC3PB6PB0PB5PB1PB4PB2PB3圖3.38255A引腳圖3.3.3程序存儲(chǔ)器的選擇27512是INTEL公司產(chǎn)品，是一種64k×8位紫外線擦除電可編程只讀EPROM，不同的一點(diǎn)是它采用NMOS工藝制成，其讀寫(xiě)時(shí)間從170ns～450ns，采用單一+5V電源供電，三態(tài)輸出，與TTL電平兼容，工作溫度*圍從0℃～+70℃工作電流最大125mA，維持電流40nA，讀出時(shí)間最大為250us。基于以上原因，并考慮到與80C196KC兼容匹配性和性?xún)r(jià)比，初選27512為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。27512為28腳雙列直插式封裝，其管腳排列如圖3.4所示[19]。圖3.427512管腳排列圖3.4顯示器的選擇與電路接口設(shè)計(jì)隨著計(jì)算機(jī)和液晶技術(shù)的開(kāi)展，圖形點(diǎn)陣液晶顯示器以其體積小、重量輕、功耗低和顯示信息量大等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制、儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已開(kāi)展成為當(dāng)今顯示技術(shù)的主流,顯示器主要有數(shù)碼管(LED)顯示和液晶(LCD)顯示兩大類(lèi)[20,21]。當(dāng)系統(tǒng)需要顯示少量數(shù)據(jù)時(shí)，采用LED數(shù)碼管進(jìn)展顯示是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。顯示器價(jià)格比擬廉價(jià)，但功能比擬單一，只能顯示數(shù)字。同時(shí)它也存在兩個(gè)主要的技術(shù)問(wèn)題。液晶顯示器不但能夠顯示數(shù)據(jù)，還能顯示文字和圖形，其顯示效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)數(shù)碼管。液晶顯示器具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在儀器儀表和控制系統(tǒng)中。筆記本電腦、手機(jī)和計(jì)數(shù)器上采用的都是液晶顯示屏幕。液晶顯示屏有兩種類(lèi)型：智能型和普通型。智能型液晶顯示屏具有一套接口命令(類(lèi)似于繪圖儀和打印機(jī))，顯示內(nèi)容的圖形局部直接用命令輸入，用戶(hù)編程非常簡(jiǎn)單。普通型液晶顯示屏必須由用戶(hù)編程實(shí)現(xiàn)全部顯示功能，用戶(hù)編程工作量較大，但價(jià)格比智能型液晶顯示屏要低很多。針對(duì)以上要求本設(shè)計(jì)選用點(diǎn)陣式MGLS-12032A液晶顯示模塊。MGLS-12032A液晶模塊以?xún)善琒ED1520液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器為核心,集行列驅(qū)動(dòng)器和控制器于一體,被廣泛的應(yīng)用于小規(guī)模的液晶顯示模塊。其主要特點(diǎn)如下:①內(nèi)置2560位顯示RAM區(qū)。RAM中的1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)像素的亮、暗狀態(tài)?！?〞表示亮,“0〞表示暗;②具有16個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和61個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出;(在MGLS-12032中用到了全部16個(gè)行驅(qū)動(dòng)口和其中60個(gè)列驅(qū)動(dòng)口);③可直接與微處理器相連,時(shí)鐘信號(hào)由SED1520內(nèi)部產(chǎn)生;④驅(qū)動(dòng)占空比為1/16或1/32;⑤可以與SED1520級(jí)聯(lián)使用,以便擴(kuò)展行、列的驅(qū)動(dòng)能力。SED1520功能特點(diǎn)SED1520是集行、列驅(qū)動(dòng)器和控制器于一體的液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器，可廣泛用于小規(guī)模液晶顯示模塊，例如**精電公司的MGLS-12032、MGLS10032等。SED1520液晶顯示驅(qū)動(dòng)器具有以下特性：●內(nèi)置顯示RAM區(qū)，RAM容量為2560位。RAM中的1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)點(diǎn)的亮滅狀態(tài)：“1表示亮〞，“0〞表示不亮?！窬哂?6個(gè)行驅(qū)動(dòng)口和61個(gè)列驅(qū)動(dòng)口?！窨芍苯优c80系列或68系列微處理器相連。●驅(qū)動(dòng)占空比為1/16或1/32?！窨梢耘cSED1520配合使用，以便擴(kuò)展列驅(qū)動(dòng)口數(shù)目。對(duì)于液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō),由于SED1520已經(jīng)集成化,其內(nèi)部的顯示時(shí)序發(fā)生器、顯示存儲(chǔ)器以及管理電路只要了解就足夠,但是對(duì)于驅(qū)動(dòng)局部和接口局部來(lái)說(shuō)就必須掌握他們的詳細(xì)運(yùn)做方式和相關(guān)電路。系統(tǒng)采用的液晶模塊級(jí)聯(lián)了兩片SED1520,一片是處于主工作方式,一片處于從工作方式。驅(qū)動(dòng)的工作原理是:在兩片SED1520級(jí)聯(lián)時(shí),處于主工作方式的SED1520完成第1行至第16行的驅(qū)動(dòng)和左半屏顯示的列驅(qū)動(dòng)輸出;處于從工作方式的SED1520則承當(dāng)?shù)?行至第32行的行驅(qū)動(dòng)和右半屏顯示的列驅(qū)動(dòng)輸出。驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造如圖一所示。這要求我們?cè)诰幊痰臅r(shí)候要特別注意顯示漢字和字符時(shí)在邊界區(qū)域,也就是兩片SED1520交接處的切換。SED1520的接口局部包括I/O緩沖器,復(fù)位電路,指令譯碼和狀態(tài)字存放器等。其中I/O緩沖器的作用是連接兩個(gè)不同時(shí)鐘下工作的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)通訊。為了使計(jì)算機(jī)操作與SED1520內(nèi)部的操作在時(shí)序上匹配,所有計(jì)算機(jī)寫(xiě)入的數(shù)據(jù)(包括指令代碼和顯示數(shù)據(jù))都在I/O緩沖器內(nèi)被鎖存,轉(zhuǎn)換成內(nèi)部控制時(shí)序處理。MGLS-12032模塊分直接方式和間接方式,如圖3.5所示。從原理圖中可以看到直接方式不占用系統(tǒng)地址/數(shù)據(jù)總線以外的資源,但是外部邏輯電路相對(duì)復(fù)雜。間接控制方式的連接電路簡(jiǎn)單,但是需要占用196額外的I/O端口?？紤]到196豐富的接口資源和系統(tǒng)調(diào)試的方便,本設(shè)計(jì)以間接方式為根底。圖3.5196KC與LCD芯片的連接3.5打印機(jī)的選擇與電路接口設(shè)計(jì)為了能使顯示器顯示的數(shù)據(jù)被保存、便于隨時(shí)隨地進(jìn)展對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的研究，初選用智能微型打印機(jī)。能打印出汽車(chē)的百公里油耗、等速油耗、加速油耗等信息。為了減小油耗檢測(cè)儀器的體積，把微型打印機(jī)設(shè)計(jì)成內(nèi)嵌式安裝方式，把它和整個(gè)系統(tǒng)安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，使整個(gè)儀器質(zhì)量減輕，到達(dá)便于攜帶的目的。選擇原則：〔1〕換紙方便，最好能前端換紙；〔2〕體積要小、操作簡(jiǎn)單、構(gòu)造緊湊；〔3〕能滿(mǎn)足大局部非標(biāo)準(zhǔn)儀器、儀外表板的使用要求；〔4〕兼容性能要好。SIUPO迅普SP-E系列微型打印機(jī)是一種可插裝在各種儀器、儀表、計(jì)算機(jī)應(yīng)用裝置機(jī)箱面板上的嵌入〔盤(pán)裝〕式打印輸出設(shè)備機(jī)專(zhuān)為在機(jī)箱面板上安裝打印機(jī)而設(shè)計(jì)，采用了獨(dú)特的面板嵌入構(gòu)造，需按要求尺寸在機(jī)箱面板上開(kāi)一個(gè)安裝孔〔103mm57mm〕，便可將整個(gè)打印機(jī)固定在面板上。無(wú)需拔出整個(gè)打印機(jī)，便可完成換紙等操作。使用簡(jiǎn)單方便，解決了配套安裝微型打印機(jī)的問(wèn)題。E系列打印機(jī)體積小、操作簡(jiǎn)單、連接方便、構(gòu)造緊湊、面板尺寸符合儀器儀表的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)〔80mm160mm〕，并滿(mǎn)足大局部非標(biāo)準(zhǔn)儀器、儀外表板的使用要求，是設(shè)計(jì)各種需要微型打印輸出的首選。E系列打印機(jī)并行接口采用與Centronics標(biāo)準(zhǔn)兼容的并行打印機(jī)接口，接口連接器為26線雙排針插座；串行接口采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)兼容或TTL電平的串行接口，接口連接器為5線單排針型插座；使用了符合ESC/P標(biāo)準(zhǔn)的打印控制命令與標(biāo)準(zhǔn)的IBM和EPSON打印機(jī)兼容；考慮到打印機(jī)安裝于垂直面板的需要，增設(shè)了反向〔倒置〕打印功能；打印機(jī)內(nèi)設(shè)大容量輸入緩存器，具有“假脫機(jī)打印〞功能。性能指標(biāo)：①打印方法：針式撞擊點(diǎn)陣打印；②打印速度：0.4～1.0字符行/秒〔5×7點(diǎn)陣ASCII字符〕；結(jié)合本系統(tǒng)的功能要求，由于數(shù)據(jù)信息變化的動(dòng)態(tài)*圍比擬窄，并且本系統(tǒng)中沒(méi)有復(fù)雜的數(shù)據(jù)需要處理，所以采用定點(diǎn)數(shù)據(jù)格式。在數(shù)據(jù)顯示中，有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)掃描兩種。靜態(tài)掃描相對(duì)容易，顯示比擬清晰，亮度一般較高，但是要求占用很多的輸入輸出I/O口線，本錢(qián)較高。所以，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了動(dòng)態(tài)掃描。不僅簡(jiǎn)化了電路和降低了本錢(qián)，而且還有利于動(dòng)態(tài)掃描顯示數(shù)據(jù)的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，獲得視覺(jué)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)[25]。測(cè)試系統(tǒng)顯示程序的設(shè)計(jì)，主要從以下兩方面考慮：〔1〕代碼轉(zhuǎn)換由于直接驅(qū)動(dòng)顯示的是段選碼，而人們習(xí)慣顯示的是0、1、2、3……F等字符。因此，需將待顯示的字符轉(zhuǎn)換成段選碼，轉(zhuǎn)換用查表的方法進(jìn)展；〔2〕通過(guò)位選信號(hào)控制發(fā)光管，實(shí)現(xiàn)逐位輪流點(diǎn)亮顯示器。數(shù)據(jù)顯示程序框圖，如圖4.3所示。3、控制面板管理程序模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)試功能是在控制面板的控制下完成的，因此，控制面板管理和控制顯得非常重要。在設(shè)計(jì)測(cè)試程序時(shí)，把控制面板管理程序模塊設(shè)計(jì)成主程序模塊，其它模塊都是在該模塊的控制下進(jìn)展的。NNY開(kāi)場(chǎng)置顯示字符首地址選通段碼(字形)數(shù)據(jù)輸入口取出要顯示的字形編碼(段碼)段碼輸出到段數(shù)據(jù)口取出要顯示的字形編碼(段碼)取出要顯示的位碼將位碼輸出到位數(shù)據(jù)口調(diào)延時(shí)程序字符地址加1位選碼循環(huán)右移一次最末一位是否顯示完完畢YN循環(huán)顯示完圖4.3數(shù)據(jù)顯示程序框圖該系統(tǒng)采用的是4×2簡(jiǎn)易的控制面板，有一套較復(fù)雜的程序控制面板進(jìn)展管理，控制面板的工作方式采用編程掃描方式來(lái)響應(yīng)鍵輸入要求。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)本系統(tǒng)的功能要求，設(shè)置了8個(gè)功能鍵，在執(zhí)行鍵功能程序時(shí)，系統(tǒng)會(huì)完成該鍵的設(shè)置功能，CPU不再響應(yīng)鍵輸入要求。各功能鍵完成相應(yīng)的的任務(wù)后，都將返回控制面板管理的主程序模塊，等待控制面板的下一項(xiàng)指示，其控制流程框圖如圖4.4所示。開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)NYNY掃描控制面板是否有鍵和上延時(shí)去抖動(dòng)逐行掃描是否有鍵和上指向下一行全部掃描一遍返回行列信號(hào)拼裝求出查表特征字特征字暫存數(shù)據(jù)單元設(shè)查表初值查表求鍵值是否找到指向下一個(gè)單元延時(shí)鍵是否釋放根據(jù)鍵值查命令鍵轉(zhuǎn)移表轉(zhuǎn)向各命令鍵處理程序NYNYNY圖4.4監(jiān)控程序框圖4、油耗測(cè)試程序模塊設(shè)計(jì)在測(cè)量*圍內(nèi)，傳感器輸出的脈沖頻率與體積流量成正比，這個(gè)比值即體積儀表系數(shù)K=。將儀表系數(shù)K預(yù)先置入單片機(jī)存儲(chǔ)器中，單片機(jī)即可根據(jù)獲得的流量脈沖頻率與儀表系數(shù)K之比來(lái)求得管道燃油流量之值。測(cè)試中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，油路中會(huì)產(chǎn)生較大的回油脈沖壓力波，當(dāng)壓力波傳至流量傳感器時(shí)，推動(dòng)活塞、曲軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定的角度，使遮光片遮光一次，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)而被記錄，從而使測(cè)試流量值與實(shí)際流量值相對(duì)誤差較大，并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，其誤差也發(fā)生變化，使得測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性較差。流量傳感器采用兩對(duì)紅外線光敏管，有兩路脈沖輸出，由于輸出狀態(tài)不一樣，用程序判斷正反脈沖，即正脈沖計(jì)數(shù)，反脈沖忽略。這就克制了回油干擾的影響。流量傳感器輸出狀態(tài)圖如圖4.5所示。流量傳感器正轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖信號(hào)1→2→3→4→5的順序輸出，輸出狀態(tài)分別為00→10→11→01→00順序變化，此時(shí)程序計(jì)數(shù)器記錄脈沖數(shù)；相反，假設(shè)脈沖信號(hào)按5→4→3→2→1的順序輸出，則輸出狀態(tài)分別為00→01→11→10→00順序變化，反映了回油干擾的影響。112345(a)(b)12345(a)正轉(zhuǎn)脈沖；(b)反轉(zhuǎn)脈沖圖4.5流量傳感器脈沖輸出狀態(tài)4.3系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)4.3.1干擾的來(lái)源油耗測(cè)量控制系統(tǒng)的可靠性是由多種因素決定的,其中系統(tǒng)的抗干擾性能的好壞是影響系統(tǒng)可靠性的重要因素。一般把影響控制測(cè)控系統(tǒng)正常工作的信號(hào)稱(chēng)為噪聲.在單片機(jī)系統(tǒng)中,出現(xiàn)了干擾,就會(huì)影響指令的正常執(zhí)行,造成控制事故或控制失靈,在測(cè)量通道中出現(xiàn)了干擾,就會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生誤差,計(jì)數(shù)器收到干擾,有可能亂計(jì)數(shù),造成計(jì)數(shù)不準(zhǔn),電壓的沖擊有可能使系統(tǒng)遭到致命的毀壞。環(huán)境對(duì)控制系統(tǒng)的干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入系統(tǒng)的,干擾竄入控制系統(tǒng)的渠道主要有三條[30]。1、空間干擾空間干擾來(lái)源于太陽(yáng)及其他天體輻射的電磁波；播送電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波；周?chē)碾姎庠O(shè)備如發(fā)射機(jī)、中頻爐、可控硅逆變電源等發(fā)出的電干擾和磁干擾；空中雷電，甚至地磁場(chǎng)的變化也會(huì)引起干擾。這些空間輻射干擾可能會(huì)使單片機(jī)系統(tǒng)不能正常工作?？臻g干擾及抗干擾措施?？臻g干擾主要指電磁場(chǎng)在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。干擾來(lái)自應(yīng)用系統(tǒng)的內(nèi)部和外部，市電電源線是無(wú)線電波的媒介，而在電網(wǎng)中有脈沖源工作時(shí)，它又是輻射天線，因而任一線路、導(dǎo)線、殼體等在空間均同時(shí)存在輻射、承受、調(diào)制。在現(xiàn)場(chǎng)解決空間干擾時(shí)，首先要正確判斷是否是空間干擾，可在系統(tǒng)供電電源入口處接入WRY性微機(jī)干擾抑制器或大型磁飽和穩(wěn)壓器，觀察磁干擾現(xiàn)象是否繼續(xù)存在，如干擾現(xiàn)象繼續(xù)存在則可認(rèn)為是空間干擾?？臻g干擾不一定來(lái)自系統(tǒng)外部，空間干擾的抗干擾設(shè)計(jì)主要是地線系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的屏蔽與布局設(shè)計(jì)。此外，在測(cè)量的時(shí)候還可能遇到其他一些干擾因素，例如在動(dòng)態(tài)中測(cè)量車(chē)輛油耗時(shí)，由于汽車(chē)的上下坡、加速、減速等因素造成油耗儀的左右或上下震動(dòng)，這會(huì)對(duì)測(cè)量的精度造成影響，這時(shí)，我們可以通過(guò)多測(cè)幾次取平均值來(lái)提高測(cè)量的精度。2、供電系統(tǒng)干擾由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的大功率設(shè)備眾多，特別是大感性設(shè)備的啟停會(huì)造成電網(wǎng)的嚴(yán)重污染，使得電網(wǎng)電壓大幅度漲落，工業(yè)電網(wǎng)電壓的欠壓或過(guò)壓常常到達(dá)額定電壓的±15%以上。這種狀況有時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾分鐘、幾小時(shí)，甚至幾天。由于大功率開(kāi)關(guān)的通斷，電機(jī)的啟停，電焊等原因，電網(wǎng)上常常出現(xiàn)幾百伏，甚至幾千伏的尖峰脈沖干擾。供電系統(tǒng)干擾及抗干擾措施。單片機(jī)系統(tǒng)中最重要、并且危害最嚴(yán)重的干擾來(lái)源于電源。根據(jù)電源電壓變化持續(xù)時(shí)間的大小可把電源干擾分為過(guò)壓、欠壓、停電；浪涌、下陷、半周降出；尖峰電壓；射頻干擾等。解決過(guò)壓、欠壓、停電的方法是使用各種穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器，對(duì)付短時(shí)間的停電則配置不連續(xù)電源。解決浪涌、下陷與半周降的方法是使用快速響應(yīng)的交流電源調(diào)壓器。尖峰電壓的解決方法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器、參數(shù)穩(wěn)壓器或超隔離變壓器。射頻干擾對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)影響不大，一般加接2~3節(jié)低通濾波器即可解決。單片機(jī)供電系統(tǒng)除對(duì)電源本身性能有一定的要求以外，必須要完整的設(shè)計(jì)整個(gè)電源供電系統(tǒng)。電源分配系統(tǒng)首要的是要有良好的接地，系統(tǒng)的地線必須能吸收來(lái)自所有電源系統(tǒng)的全部電流。應(yīng)該采用粗導(dǎo)線作為電源連接線；地線應(yīng)盡量短而直接接線；對(duì)于插件式電路板，應(yīng)多給電源線、地線分配幾個(gè)沿插頭方向均勻分布的插針。3、過(guò)程通道干擾為了到達(dá)數(shù)據(jù)采集或?qū)崟r(shí)控制的目的，開(kāi)關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入、輸出是比不可少的。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這些輸入輸出的信號(hào)線和控制線多至幾百條甚至幾千條，其長(zhǎng)度往往達(dá)幾百米或幾千米，因此不可防止的將干擾引入單片機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)有大的電氣設(shè)備漏電，接地系統(tǒng)不完善，或者測(cè)量部件絕緣不好，都會(huì)使通道中直接串入干擾信號(hào)；各通道的線路如果同處一根電纜中或綁扎在一起，各路間會(huì)通過(guò)電磁感應(yīng)而產(chǎn)生瞬間的干擾，尤其是假設(shè)將0~15V的信號(hào)與交流220V的電源線同套在一根長(zhǎng)達(dá)幾百米的管中其干擾更為嚴(yán)重。這種彼此感應(yīng)產(chǎn)生的干擾其表現(xiàn)形式仍然是通道中形成干擾電壓。這樣，會(huì)使測(cè)量的信號(hào)發(fā)生誤差，重者會(huì)使有用信號(hào)完全淹沒(méi)。有時(shí)這種通過(guò)感應(yīng)產(chǎn)生的干擾電壓會(huì)到達(dá)幾十伏以上，使單片機(jī)系統(tǒng)無(wú)法工作[5]。過(guò)程通道干擾的抑制措施過(guò)程通道是系統(tǒng)輸入、輸出以及單片機(jī)之間進(jìn)展信息傳輸?shù)穆窂?。過(guò)程通道的干擾主要是利用隔離技術(shù)、雙絞線傳輸、阻抗匹配等措施抑制單片機(jī)系統(tǒng)工作時(shí)受到的干擾。4.3.2抗干擾的措施1、硬件的抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)輸入通道的干擾會(huì)使輸入的模擬信號(hào)失真，數(shù)字信號(hào)出錯(cuò)。對(duì)輸出通道的干擾使各輸出信號(hào)混亂，不能正常反映微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的真實(shí)輸出量，從而導(dǎo)致一系列嚴(yán)重后果。干擾可使微機(jī)系統(tǒng)內(nèi)核總線上的數(shù)字信號(hào)錯(cuò)亂，CPU得到錯(cuò)誤的地址信號(hào)后，引起程序計(jì)數(shù)器出錯(cuò)，使程序運(yùn)行離開(kāi)正常軌道，導(dǎo)致程序失控或死循環(huán)等嚴(yán)重后果。針對(duì)此問(wèn)題主要采取以下幾種措施〔1〕PCB設(shè)計(jì)：微處理器及其輔助電路(時(shí)鐘、復(fù)位和中斷等)要盡量靠近,在印制電路板(PCB)上要遠(yuǎn)離強(qiáng)電壓電路。PCB輸入端一般使用100μF電容進(jìn)展容性濾波(引線要盡可能短),緊靠并聯(lián)一只0.1μF陶瓷電容，或者串接鐵氧體磁珠濾波器,可以有效地濾去一些高頻強(qiáng)脈沖(開(kāi)關(guān)或電源引線、接插件的噪聲)[20，29]?！?〕接地選擇：信號(hào)工作頻率小于1MHz時(shí),采用單點(diǎn)接地;信號(hào)頻率大于10MHz時(shí),為了降低地線阻抗應(yīng)采用多點(diǎn)接地；工作頻率為1MHz～10MHz時(shí),如采用單點(diǎn)接地,則地線長(zhǎng)度不得超過(guò)波長(zhǎng)的1/20,否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地。多級(jí)電路接地點(diǎn)應(yīng)選在低電平電路的輸入端,使該端最接近于基準(zhǔn)地位；同時(shí),輸入級(jí)的接地線也可縮短,使受干擾的可能性減少?！?〕在電源線和地線之間并聯(lián)47μF和0.1μF兩個(gè)去耦電容，并聯(lián)大電容為了消除低頻干擾，并聯(lián)小電容為了去除高頻干擾。所有芯片應(yīng)可靠接地，并且與接地線構(gòu)成回路?！?〕隔離技術(shù)：通過(guò)隔離可以把外來(lái)的干擾通道切斷,同時(shí)起到抑制漂移和平安保護(hù)的作用。常見(jiàn)的隔離方式有光電耦合、變壓器隔離等。在兩個(gè)電路間參加隔離變壓器以切斷地回路,可實(shí)現(xiàn)前后電路的隔離,兩個(gè)電路接地點(diǎn)就不會(huì)產(chǎn)生共模干擾。但這種隔離方式不能用于直流信號(hào)。用金屬外殼整機(jī)或局部器件包圍起來(lái)，再將金屬外殼接地，就能起到屏蔽的作用，這對(duì)通過(guò)電磁感應(yīng)引起的各種干擾特別有效。2、軟件的抗干擾設(shè)計(jì)采用硬件方法阻斷干擾進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)是十分必要的,但是由于干擾的隨機(jī)性,將單片機(jī)的軟件干擾抑制技術(shù)與硬件干擾抑制技術(shù)相結(jié)合,可大大提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作的可靠性。我們已經(jīng)了解單片機(jī)系統(tǒng)最容易受到干擾的部位是電源、接地系統(tǒng)、輸入和輸出通道。針對(duì)這幾種情況采取的措施也不一樣[20]。數(shù)字濾波是模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后才能被單片機(jī)接收，干擾作用于模擬信號(hào)之后，使轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離其真實(shí)值。如果僅采樣一次，我們是無(wú)法確定該結(jié)果是否可信，必須經(jīng)過(guò)屢次采樣，得到一個(gè)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換的系列，通過(guò)*種軟件算法處理后，才得到一個(gè)可信度較高的結(jié)果。這種從數(shù)據(jù)系列中提取逼近真值數(shù)據(jù)的軟件算法，通常稱(chēng)為數(shù)字濾波算法，是消除隨即干擾的有效手段，很容易解決較低頻信號(hào)的濾波問(wèn)題。除此之外，軟件中還采用指令冗余技術(shù)、延時(shí)指令來(lái)抑制瞬變干擾。冗余技術(shù)能使“跑飛〞的程序自動(dòng)恢復(fù)到正常狀態(tài)下運(yùn)行,它包括指令的冗余設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)程序的冗余設(shè)計(jì)。指令冗余設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)程序時(shí)在*一雙字節(jié)或三字節(jié)指令后人為地增加一些單字節(jié)指令(如NOP)，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)一次，這樣當(dāng)程序執(zhí)行混亂時(shí)，一遇到單片字節(jié)指令便可恢復(fù)正常執(zhí)行。例如在雙字節(jié)和三字節(jié)指令之后插入兩條NOP指令，不管CPU如何取指令，最終均能取出正確的指令字節(jié)，從而使程序走上正軌。但采取這樣的方法會(huì)使CPU執(zhí)行程序速度放慢，因此，常在一些對(duì)程序流向起決定作用的指令之前插入兩條NOP指令，以保證出亂的程序迅速納入正確的控制軌道。對(duì)程序流向起決定作用的指令RET、RETI、LJMP等后面重復(fù)寫(xiě)這些指令。設(shè)置監(jiān)視跟蹤定時(shí)器也可以起到軟件抗干擾的措施。監(jiān)視跟蹤定時(shí)器，也稱(chēng)為看門(mén)狗定時(shí)器(Watchdog)，可以使陷入“死機(jī)〞的系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位，重新啟動(dòng)程序運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)的CPU部件受到干擾信號(hào)的作用時(shí)，將使系統(tǒng)失控。最典型的故障是破壞程序計(jì)數(shù)器PC的狀態(tài)值，導(dǎo)致程序在地址空間內(nèi)“亂飛〞，或者陷入死循環(huán)。軟件“看門(mén)狗〞技術(shù)的原理是因?yàn)樵谝话闱闆r下，程序跑飛或者陷入“死循環(huán)〞時(shí)，中斷功能可能不受影響，CPU仍然像正常運(yùn)行時(shí)一樣響應(yīng)和執(zhí)行中斷子程序。這時(shí)如果僅在中斷子程序中插有“喂狗〞指令，則“看門(mén)狗〞定時(shí)器始終處于正常無(wú)溢出狀態(tài)，無(wú)法對(duì)已經(jīng)混亂的單片機(jī)系統(tǒng)重新啟動(dòng)以回復(fù)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。假設(shè)將“喂狗〞指令單獨(dú)插在主程序中顯然又是不夠的。我們可以將“喂狗〞指令分解開(kāi)來(lái)，將取反指令變成置位和清零兩種指令(即SETBP1.0和CLRP1．0)，將置位指令插在主程序中(利用T1監(jiān)控)，而將清零指令插在中斷子程序中(利用110監(jiān)控)，這樣將兩者結(jié)合起來(lái)，缺一不可。因此無(wú)論是主程序運(yùn)行失效，還是中斷請(qǐng)求失效，都不能完成完整的“喂狗〞指令，從而造成“看門(mén)狗〞動(dòng)作，確保了系統(tǒng)平安可靠地工作[29]。4.4本章小結(jié)測(cè)試系統(tǒng)中軟件是配合控制硬件電路，共同完成對(duì)油耗的智能化測(cè)試，其功能通過(guò)分程序模塊實(shí)現(xiàn)，本章主要介紹了與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)有關(guān)的問(wèn)題，軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境和編成語(yǔ)言是如何選擇的和設(shè)計(jì)時(shí)的主體思想，也結(jié)合本系統(tǒng)的實(shí)際情況介紹了各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)。介紹了軟件系統(tǒng)的功能構(gòu)造，提出整個(gè)軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可看成是由假設(shè)干個(gè)功能模塊組成的思想，即程序的編寫(xiě)應(yīng)采用構(gòu)造化和模塊化方法編程，這對(duì)查錯(cuò)和調(diào)試極為有利。最后介紹了抗干擾的措施，從硬件和軟件兩個(gè)方面分別說(shuō)明了其具體的措施。第5章基于容積法的汽車(chē)油耗儀機(jī)械局部設(shè)計(jì)5.1殼體材料的選擇鋁合金是一種較年輕的金屬材料，在20世紀(jì)初才開(kāi)場(chǎng)工業(yè)應(yīng)用。鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)有色金屬構(gòu)造材料，在航空、航天、汽車(chē)、機(jī)械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。隨著近年來(lái)科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速開(kāi)展，對(duì)鋁合金焊接構(gòu)造件的需求日益增多，使鋁合金的焊接性研究也隨之深入。第二次世界大戰(zhàn)期間，鋁材主要用于制造軍用飛機(jī)。戰(zhàn)后，由于軍事工業(yè)對(duì)鋁材的需求量驟減，鋁工業(yè)界便著手開(kāi)發(fā)民用鋁合金，使其應(yīng)用*圍由航空工業(yè)擴(kuò)展到建筑業(yè)、容器包裝業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、電力和電子工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和石油化工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，應(yīng)用到人們的日常生活當(dāng)中。鋁合金的廣泛應(yīng)用促進(jìn)了鋁合金焊接技術(shù)的開(kāi)展，同時(shí)焊接技術(shù)的開(kāi)展又拓展了鋁合金的應(yīng)用領(lǐng)域，因此鋁合金的焊接技術(shù)正成為研究的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)在，鋁材的用量之多，*圍之廣，僅次于鋼鐵，成為第二大金屬材料。鋁材應(yīng)用的迅速開(kāi)展是世界鋁工業(yè)界不斷開(kāi)發(fā)新的鋁合金材料的結(jié)果。純鋁的密度小〔ρ=2.7g/cm3〕，大約是鐵的1/3，熔點(diǎn)低〔660℃〕，鋁是面心立方構(gòu)造，故具有很高的塑性〔δ:32~40%，ψ:70~90%〕，易于加工，可制成各種型材、板材?？垢g性能好以鋁為基的合金總稱(chēng)。主要合金元素有銅、硅、鎂、鋅、錳，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。鋁合金是向純鋁中參加Mg，Zn，Si，Cu等金屬，改變物理性質(zhì)的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕的特點(diǎn)，參加其他金屬后顯著提高了機(jī)械性能，而且鋁合金的制造周期短、本錢(qián)低、耐高溫抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，最重要的是它能阻斷電磁等信號(hào)波的干擾，為機(jī)體的正常運(yùn)作提供平安可靠的工作空間。表5.1列出了多種型號(hào)鋁合金的特性：根據(jù)汽車(chē)油耗儀體積小、重量輕、工作環(huán)境較好等特點(diǎn)，選用6000系列6A02〔LD2〕型號(hào)鋁合金。表5.1鋁合金特性表合金牌號(hào)橫截面積CM2壁厚(mm)外形尺寸(mm)合金特性及應(yīng)用領(lǐng)域1060〔代L2〕

1050A〔代L3〕

1035〔代L4〕5A02〔LF2〕

5A03〔LF3〕

5A05〔LF5〕

5A06〔LF6〕5052

54540.2-901-10010-320中強(qiáng)度合金、耐蝕、熔接性良好

用于化工業(yè)配管、機(jī)器零件、照相機(jī)鏡筒2A11〔LY11〕

2A12〔LY12〕2017

20240.2-901-10010-320高強(qiáng)度、切削性?xún)?yōu)秀、耐蝕性不強(qiáng)。多用于切削材、零件螺絲等構(gòu)造材、飛機(jī)材、鍛造用素材、汽機(jī)車(chē)油壓零件、運(yùn)動(dòng)用品等。7A04〔LC4〕

7A09〔LC9〕70750.2-901-10010-320中強(qiáng)度、耐蝕性強(qiáng)、熔接性差。多用作車(chē)輛、汽車(chē)、機(jī)車(chē)零件、飛機(jī)機(jī)械零件、運(yùn)動(dòng)用品等。6A02〔LD2〕6061〔LD30〕6063〔LD31〕0.2-901-10010-320中強(qiáng)度、耐腐蝕、焊接性好、可熔接、加工性好。用于路上車(chē)輛、船舶、海上運(yùn)輸機(jī)材、道路用建材、裝飾品材、家電制品材及其他一般泛用品0.3-211-1510-1505.2外型尺寸確實(shí)定基于容積法的汽車(chē)油耗儀是一種測(cè)量?jī)x器，考慮到它使用方便性，將其外型設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體，這樣不僅攜帶方便而且易于放置，能保持儀器的平衡性，可以任何時(shí)間任何地方對(duì)汽車(chē)油耗進(jìn)展測(cè)量。經(jīng)過(guò)測(cè)量計(jì)算將油耗儀的規(guī)格定為415mm×290mm×95mm。在油耗儀下面板和后側(cè)面板設(shè)計(jì)了散熱排風(fēng)孔，使得通風(fēng)效果增強(qiáng)，降低主板溫度。在油耗儀的下面板安裝四個(gè)圓臺(tái)形橡膠支撐底座，通過(guò)螺釘安裝在油耗儀的下面板上。這種橡膠材料的底座可塑性強(qiáng)、本錢(qián)低、可購(gòu)置性好，而且有一定的單性可以起到減震的效果，抗腐蝕不易損壞使用壽命長(zhǎng)，能減少儀器在使用過(guò)程中的磨損起到保護(hù)的作用。顯示面板為群眾化長(zhǎng)方形顯示面板，包含液晶顯示器和控制面板，顯示面板的尺寸為272mm(長(zhǎng))×121mm(寬)，在顯示面板的上方設(shè)有“智能型汽車(chē)油耗儀〞的儀器名稱(chēng)欄，中間是LCD液晶顯示器，在液晶顯示器的下方是四個(gè)電源指示等，分別為“充電〞指示燈，“電源〞指示燈，“油耗Ⅰ〞指示燈，“油耗Ⅱ〞指示燈。在液晶顯示器的右側(cè)為油耗儀的控制面板(說(shuō)明如下節(jié))。E系列*LF微型打印機(jī)是一種可插裝在各種儀器、計(jì)算機(jī)應(yīng)用裝置機(jī)箱面板上的嵌入式打印輸出設(shè)備。它的外形尺寸：125mm(寬)×85mm(高)×60mm(深)。該機(jī)專(zhuān)為在機(jī)箱面板上安裝打印進(jìn)而設(shè)計(jì)，采用了獨(dú)特的面板嵌入構(gòu)造，只需按要求尺寸在機(jī)箱面板上開(kāi)一個(gè)安裝孔，便可通過(guò)緊固螺釘固定在機(jī)箱上。使用時(shí)無(wú)需拔出打印機(jī)便可完成打印機(jī)操作。5.3控制面板的設(shè)計(jì)控制面板在單片機(jī)控制系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人機(jī)交互的主要手段。常用的鍵盤(pán)可以分為獨(dú)立按鍵接口和行列按鍵接口兩類(lèi)。獨(dú)立式按鍵是指各按鍵相互獨(dú)立，并只接通一條輸入數(shù)據(jù)線。一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、配置靈活、軟件編輯簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是每個(gè)按鍵都需要占用一個(gè)輸入口線，所以在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路構(gòu)造復(fù)雜，故此種鍵盤(pán)適用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合[20,21]。行列式按鍵接口適用于鍵數(shù)較多的場(chǎng)合。行列矩陣鍵盤(pán)中，每個(gè)按鍵都分別跨接在一根行線和一根列線上。每一水平線(行線)與垂直線(列線)的穿插處不相通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵來(lái)連通。利用這種行列矩陣構(gòu)造只需N條行線和M條列線，即可組成具有NM個(gè)按鍵的鍵盤(pán)，不僅節(jié)省了I/O線，還降低了本錢(qián)。所以根據(jù)使用功能需要，決定采用行列矩陣式鍵盤(pán)，即42個(gè)按鍵的鍵盤(pán)共8個(gè)按鍵包括“↑〞、“↓〞、“→〞、“←〞、“開(kāi)場(chǎng)〞、“完畢〞、“打印〞、“發(fā)送〞鍵。選擇測(cè)試工程時(shí)按“↑〞、“↓〞、“→〞、“←〞光標(biāo)鍵；選擇要進(jìn)展的，準(zhǔn)備好時(shí)，按“開(kāi)場(chǎng)〞鍵，進(jìn)展測(cè)試。等到達(dá)測(cè)試值后，測(cè)試完畢，按“完畢〞鍵，可以完畢測(cè)試，也可以進(jìn)展下一次測(cè)試。按“打印〞鍵，打印測(cè)試結(jié)果，按“發(fā)送〞鍵，將測(cè)試結(jié)果由RS232口發(fā)送出去。圖5.3為控制面板的示意圖。圖5.3為控制面板的示意圖按鍵的材料選用丁晴膠橡膠，該材料