摘 要：介紹了以AT89S8252單片機(jī)為核心的汽車瞬時(shí)燃油測量檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用汽車噴油脈沖計(jì)算瞬時(shí)噴油量，并且具有油箱油量、瞬時(shí)油耗、百公里油耗等實(shí)時(shí)顯示功能。
關(guān)鍵詞：AT89S8252單片機(jī)；瞬時(shí)油耗；噴油脈沖
目前在大多數(shù)轎車上使用的汽車儀表內(nèi)的燃油表仍為三刻度式儀表，這種燃油表由于受油量傳感器的限制，駕駛?cè)藛T只能定性地了解油箱內(nèi)剩余的燃油量，毫無精度可言。本文所介紹的燃油檢測系統(tǒng)，使得駕駛員可以根據(jù)顯示屏上的瞬時(shí)油耗數(shù)值確認(rèn)油耗的實(shí)時(shí)變化情況，改變駕駛方法，避免駕駛過程中不當(dāng)?shù)牟僮鳎瑥亩_(dá)到降低油耗的目的。具有較好的推廣價(jià)值。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)以AT89S8252-24AI為控制核心，輔以油量傳感器、流量傳感器、LCD顯示模塊、電源模塊、鍵盤控制以及噴油脈沖信號(hào)模塊等組成。系統(tǒng)總體示意圖如圖1所示。
燃料消耗率（簡稱耗油率）的測定采用噴油器的噴油時(shí)間計(jì)算法，結(jié)合流量計(jì)法進(jìn)行測量。本測量系統(tǒng)由電源模塊向單片機(jī)供電，傳感器采集到的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理后，油量信號(hào)和出、回油流量信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器接入AT89S8252單片機(jī)，經(jīng)過CPU的運(yùn)算，得到各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際值，通過LCD模塊顯示出來，并定時(shí)地存入E2PROM中；系統(tǒng)中的鍵盤可以控制選擇瞬時(shí)油耗顯示和平均百公里油耗[1]。
2 汽車瞬時(shí)燃油油量檢測系統(tǒng)
汽車瞬時(shí)燃油油量檢測系統(tǒng)如圖2所示。檢測系統(tǒng)的單片機(jī)以汽車專用芯片AT89S8252-24AI為核心，瞬時(shí)燃油噴射的檢測以發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元產(chǎn)生的脈沖通過噴油器驅(qū)動(dòng)電路控制噴油器進(jìn)行噴油，通過信號(hào)處理電路來計(jì)算脈沖信號(hào)的周期或?qū)挾龋瑥亩?jì)算瞬時(shí)燃油量，并且通過平均值的辦法提高精確度。另外，通過體積法來提高瞬時(shí)燃油檢測系統(tǒng)的計(jì)量精確度，對(duì)進(jìn)油量和回油流量進(jìn)行同步采樣，從而達(dá)到復(fù)核驗(yàn)證的目的。
3 瞬時(shí)油耗檢測基本原理
燃料消耗率（簡稱耗油率）的測定通常有容積法、重量法、流量計(jì)法和流速計(jì)法等方法[2]，常規(guī)的容積法和重量法的測量精度較高，但不能測量瞬時(shí)耗油率，只適用于穩(wěn)定工況下燃油消耗率的測定。流量計(jì)法和流速計(jì)法可以測量瞬時(shí)耗油率，但因單位時(shí)間燃油的流量很小，導(dǎo)致測量精度低[3]。本測量系統(tǒng)主要采用噴油器的噴油時(shí)間計(jì)算法，再輔助流量計(jì)法進(jìn)行測量。
單次噴油量的計(jì)算公式為：
式中，μn為噴油嘴的流量系數(shù)；Fn為噴油嘴的面積；g為重力加速度；df為燃料密度；pf為燃料壓力；pb為進(jìn)氣壓力；t為閥開啟時(shí)間。
對(duì)于特定型號(hào)的噴油嘴來說，其流量系數(shù)和噴嘴面積都是定值。而EFI發(fā)動(dòng)機(jī)所要求的燃油噴射量是根據(jù)ECU加給噴油器的通電時(shí)間的長短來控制的，通過燃油壓力調(diào)節(jié)器的作用，使噴油嘴的噴油壓力與進(jìn)氣歧管的壓力差（pf-pb）保持恒定，所以噴油嘴的每次噴油量僅僅與閥開啟時(shí)間成正比。因此，每次噴油量可以通過控制噴油時(shí)間來確定，即Gf=K·t，其中，K為常數(shù)（對(duì)于特定的噴油嘴來說），t為噴油時(shí)間[4]。
4 檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
4.1 AT89S8252單片機(jī)簡介
該芯片有8 KB可下載Flash存儲(chǔ)器，這種存儲(chǔ)器可以在電路板上快速擦除和寫入程序，從而實(shí)現(xiàn)了軟件的在線調(diào)試功能；內(nèi)部有一個(gè)2 KB的E2PROM提高了存儲(chǔ)容量；具有256 B的RAM；有32條可編程的I/O端口；具有4 V～6 V的工作電壓范圍；具有3級(jí)程序存儲(chǔ)器加密鎖定功能；具有9個(gè)中斷響應(yīng)的功能；具有SPI接口；具有Watchdog定時(shí)器；具有雙數(shù)據(jù)指針功能；具有從電源下降的中斷恢復(fù)功能；具有3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。該單片機(jī)完全可以滿足油耗測量系統(tǒng)的需要[5]。
4.2 信號(hào)采集電路
本測量系統(tǒng)主要采用噴油器的噴油時(shí)間計(jì)算法，再輔助流量計(jì)法進(jìn)行測量。電控燃油噴射系統(tǒng)使用電磁噴油器直接向各缸進(jìn)氣門附近（多點(diǎn)噴射）或者進(jìn)氣總管（單點(diǎn)噴射）噴油。從電磁噴油閥兩端測取驅(qū)動(dòng)電壓，經(jīng)過信號(hào)整形電路處理就可以得到單片機(jī)所需要的方波脈沖信號(hào)，根據(jù)具體噴油器的穩(wěn)態(tài)噴油量和動(dòng)態(tài)流量特性進(jìn)行計(jì)算，可以得到瞬時(shí)噴油量[6]。燃油供給系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。
噴油信號(hào)采集電路如圖4所示。噴油信號(hào)電壓較高，可達(dá)12 V以上，且變化較大，為防止干擾，采用1N4148對(duì)輸入進(jìn)行處理。當(dāng)輸入信號(hào)電壓大于2 V時(shí)， LM111的7腳升至高電平；當(dāng)輸入信號(hào)小于5 V時(shí)， LM111的7腳為低電平，將噴油器信號(hào)轉(zhuǎn)換成為0 V～+5 V的脈沖信號(hào)。模擬輸出波形如圖5所示。
4.3 鍵盤控制電路
鍵盤控制電路如圖6所示。油耗測試系統(tǒng)使用了P1.0~P1.3作為鍵盤控制接口，設(shè)置P1.2和P1.3為輸出，作為列掃描線；P1.0和P1.1為輸入，作為行掃描線，從而構(gòu)成了2×2的鍵盤；將P1.0和P1.1設(shè)置為輸出低電平，P1.2和P1.3經(jīng)上拉電阻與電源相連，同時(shí)將P1.2和P1.3信號(hào)送入與非門的輸入端，將與非門的輸出端與外部中斷輸入端相連。
4.4 液晶顯示電路
油量測量系統(tǒng)選用LM016L型液晶顯示片，它可以同時(shí)顯示2行各16個(gè)字符，每個(gè)字符由5×7點(diǎn)陣組成，共有11個(gè)引腳與AT89S8252單片機(jī)相連，通過單片機(jī)的P0口接液晶的D0~D7，/RD、/WR、T1控制液晶的E、WR、RS引腳，通過儀器上鍵盤的控制，可以切換當(dāng)前的顯示內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)測量、保存以及標(biāo)定等功能。液晶控制電路如圖7所示。
5 軟件設(shè)計(jì)
瞬時(shí)油耗噴油器脈沖計(jì)算法流程圖如圖8所示。
本系統(tǒng)充分利用了AT89S8252-24AI自身的軟硬件資源，具有體積小、功能多、精度高等特點(diǎn)，可以測量汽車瞬時(shí)油耗和百公里油耗，操作安全簡便，信號(hào)處理實(shí)時(shí)化，測量數(shù)值精確。
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