摘 要：介紹了以AT89S8252單片機為核心的汽車瞬時燃油測量檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用汽車噴油脈沖計算瞬時噴油量，并且具有油箱油量、瞬時油耗、百公里油耗等實時顯示功能。
關(guān)鍵詞：AT89S8252單片機；瞬時油耗；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)顯示屏上的瞬時油耗數(shù)值確認油耗的實時變化情況，改變駕駛方法，避免駕駛過程中不當?shù)牟僮鳎瑥亩_到降低油耗的目的。具有較好的推廣價值。
1 系統(tǒng)總體設計
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間計算法，結(jié)合流量計法進行測量。本測量系統(tǒng)由電源模塊向單片機供電，傳感器采集到的信號經(jīng)過信號處理后，油量信號和出、回油流量信號通過A/D轉(zhuǎn)換器接入AT89S8252單片機，經(jīng)過CPU的運算，得到各項參數(shù)的實際值，通過LCD模塊顯示出來，并定時地存入E2PROM中；系統(tǒng)中的鍵盤可以控制選擇瞬時油耗顯示和平均百公里油耗[1]。
2 汽車瞬時燃油油量檢測系統(tǒng)
汽車瞬時燃油油量檢測系統(tǒng)如圖2所示。檢測系統(tǒng)的單片機以汽車專用芯片AT89S8252-24AI為核心，瞬時燃油噴射的檢測以發(fā)動機電控單元產(chǎn)生的脈沖通過噴油器驅(qū)動電路控制噴油器進行噴油，通過信號處理電路來計算脈沖信號的周期或?qū)挾龋瑥亩嬎闼矔r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燃油檢測系統(tǒng)的計量精確度，對進油量和回油流量進行同步采樣，從而達到復核驗證的目的。
3 瞬時油耗檢測基本原理
燃料消耗率（簡稱耗油率）的測定通常有容積法、重量法、流量計法和流速計法等方法[2]，常規(guī)的容積法和重量法的測量精度較高，但不能測量瞬時耗油率，只適用于穩(wěn)定工況下燃油消耗率的測定。流量計法和流速計法可以測量瞬時耗油率，但因單位時間燃油的流量很小，導致測量精度低[3]。本測量系統(tǒng)主要采用噴油器的噴油時間計算法，再輔助流量計法進行測量。
單次噴油量的計算公式為：
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為進氣壓力；t為閥開啟時間。
對于特定型號的噴油嘴來說，其流量系數(shù)和噴嘴面積都是定值。而EFI發(fā)動機所要求的燃油噴射量是根據(jù)ECU加給噴油器的通電時間的長短來控制的，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間成正比。因此，每次噴油量可以通過控制噴油時間來確定，即Gf=K·t，其中，K為常數(shù)（對于特定的噴油嘴來說），t為噴油時間[4]。
4 檢測系統(tǒng)硬件設計
4.1 AT89S8252單片機簡介
該芯片有8 KB可下載Flash存儲器，這種存儲器可以在電路板上快速擦除和寫入程序，從而實現(xiàn)了軟件的在線調(diào)試功能；內(nèi)部有一個2 KB的E2PROM提高了存儲容量；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級程序存儲器加密鎖定功能；具有9個中斷響應的功能；具有SPI接口；具有Watchdog定時器；具有雙數(shù)據(jù)指針功能；具有從電源下降的中斷恢復功能；具有3個16位定時/計數(shù)器。該單片機完全可以滿足油耗測量系統(tǒng)的需要[5]。
4.2 信號采集電路
本測量系統(tǒng)主要采用噴油器的噴油時間計算法，再輔助流量計法進行測量。電控燃油噴射系統(tǒng)使用電磁噴油器直接向各缸進氣門附近（多點噴射）或者進氣總管（單點噴射）噴油。從電磁噴油閥兩端測取驅(qū)動電壓，經(jīng)過信號整形電路處理就可以得到單片機所需要的方波脈沖信號，根據(jù)具體噴油器的穩(wěn)態(tài)噴油量和動態(tài)流量特性進行計算，可以得到瞬時噴油量[6]。燃油供給系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。
噴油信號采集電路如圖4所示。噴油信號電壓較高，可達12 V以上，且變化較大，為防止干擾，采用1N4148對輸入進行處理。當輸入信號電壓大于2 V時， LM111的7腳升至高電平；當輸入信號小于5 V時， LM111的7腳為低電平，將噴油器信號轉(zhuǎn)換成為0 V～+5 V的脈沖信號。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，同時將P1.2和P1.3信號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，它可以同時顯示2行各16個字符，每個字符由5×7點陣組成，共有11個引腳與AT89S8252單片機相連，通過單片機的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，可以切換當前的顯示內(nèi)容，從而實現(xiàn)測量、保存以及標定等功能。液晶控制電路如圖7所示。
5 軟件設計
瞬時油耗噴油器脈沖計算法流程圖如圖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，可以測量汽車瞬時油耗和百公里油耗，操作安全簡便，信號處理實時化，測量數(shù)值精確。
參考文獻
[1] 錢國剛,高海洋,海田啟司,等. 電噴法及空燃比法車載測量汽車油耗[J] .汽車工程, 2006,28（12）：1114-1116.
[2] 陸際清,劉崢,莊人雋.汽車發(fā)動機燃料供給與調(diào)節(jié)[M].北京: 清華大學出版社，2002.
[3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業(yè)出版社，2003.
[4] 孫培巖，唐軼，唐運榜，等. 電噴汽車百公里油耗隨車測量新方法[J] .小型內(nèi)燃機與摩托車，2004，33（06）：34-36.
[5] 耿德根,宋建國,馬潮,等.AVR高速嵌人式單片機原理與應用[M].北京:北京航空航天大學出版社，2001.
[6] 王磊,朱達力. 用測量脈寬方法計量電控噴射汽車油耗的試驗研究[J] .農(nóng)業(yè)與技術(shù), 2006,26(01)：180-181.