畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）汽車油量檢測報(bào)警器

1、西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 論文題目： 汽車油量檢測報(bào)警器所屬系部： 自動化工程系指導(dǎo)老師：張玉蓮 職稱：教授 學(xué)生姓名 張振龍 班級、學(xué)號: 09603424專 業(yè)：電氣自動化西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制2011年 12 月 7 日西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書題目： 汽車油量檢測報(bào)警器任務(wù)與要求： 1用五個指示燈分別指示五種油量位置，當(dāng)汽車油量低于規(guī)定油量下限時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，提醒駕駛員及時(shí)補(bǔ)充油量。 時(shí)間： 年 月 日 至 年 月 日 共 周所屬系部：自動化工程系學(xué)生姓名：張振龍 學(xué) 號：09603424專業(yè)： 電氣自動化指導(dǎo)單位或教研室：應(yīng)用電子教研室指導(dǎo)教師：

2、張玉蓮 職 稱：教授西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院制 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃表日 期工 作 內(nèi) 容執(zhí) 行 情 況指導(dǎo)教師簽 字2011.10.25至2011.10.26根據(jù)學(xué)校安排指導(dǎo)老師發(fā)放題目，確定論文題目。2011.10.27至2011.11.1查閱資料，整理資料，確定設(shè)計(jì)方案2011.11.2至2011.11.23根據(jù)設(shè)計(jì)要求及查閱到的資料進(jìn)行控制電路設(shè)計(jì)2011.11.24至2011.11.30和指導(dǎo)老師進(jìn)行交流，對設(shè)計(jì)進(jìn)行修改完善2011.12.1至2011.12.7請指導(dǎo)老師對完善后的設(shè)計(jì)進(jìn)行審查修改教師對進(jìn)度計(jì)劃實(shí)施情況總評 簽名 年 月 日 本表作評定學(xué)生平時(shí)成績的依據(jù)之一

3、。汽車油量檢測報(bào)警器摘要：監(jiān)測報(bào)警器由油量采集、放大電路、閾值控制、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)電路、驅(qū)動電路組成。實(shí)現(xiàn)的具體功能是當(dāng)油箱的存油量達(dá)到預(yù)置的油量水平以下時(shí)警示燈常亮直至油量達(dá)到適當(dāng)水平，聲音報(bào)警時(shí)間約5s。為實(shí)現(xiàn)油量的監(jiān)測，本設(shè)計(jì)將油箱內(nèi)油量變化轉(zhuǎn)換為電阻阻值的變化，首先通過電橋電路來轉(zhuǎn)換電壓信號實(shí)現(xiàn)油量采集，再通過比較器設(shè)置的比較電壓進(jìn)行比較，判別是否低油量，再確定報(bào)不報(bào)警。格式不對關(guān)鍵詞：油量采集， 單穩(wěn)態(tài)電路， 電壓比較， 聲光報(bào)警目 錄1引言 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 2 什

4、么是油量檢測報(bào)警器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2 2.1 汽車油量檢測報(bào)警器設(shè)計(jì) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2.2 設(shè)計(jì)思想 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3油量檢測報(bào)警器設(shè)備的組成 - - - - - - - - - - - - -

5、- - - - - - - - 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.2 系統(tǒng)組成- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.3 系統(tǒng)功能 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.4 系統(tǒng)特點(diǎn) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.5 幾種

6、長見的油位測量技術(shù) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.6 傳感器的原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3.6.1 油位傳感器的發(fā)展方向- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 電路工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.1 主電路工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

7、 - - - - - - - 4.1.1 主電路元器件選擇- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.2 各組合電路的設(shè)計(jì)及其工作原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.2.1 油量采集及放大電路設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - 4.2.2 電壓比較器電路設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.2.3 555單穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計(jì)- - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.2.4 電源電路設(shè)計(jì)- -

8、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.3 555定時(shí)器的工作原理 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4.4 555定時(shí)器的電路調(diào)試- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5 主電路的調(diào)試- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 5.1 主電路的調(diào)試- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

9、結(jié)束語- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 謝辭- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 參考文獻(xiàn)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1引言 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子控制電路在日常生活中有著大量的應(yīng)用，各種報(bào)警專用集成電路、語音音效集成電路、傳感器的不斷推出，一些新穎實(shí)用的報(bào)警器、警示器電路

10、已廣泛應(yīng)用于家庭生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、機(jī)動車、通信和防盜、防災(zāi)等領(lǐng)域。本課題設(shè)計(jì)了一款簡易功能的監(jiān)控電路，該電路能對汽車油量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)汽車油箱內(nèi)油量過低時(shí)發(fā)出警報(bào)進(jìn)行提醒，以防止在行駛時(shí)油量耗盡，而帶來的不便。報(bào)警時(shí)能在視覺和聽覺上進(jìn)行提醒，以更加直觀有效的進(jìn)行警示。本設(shè)計(jì)實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用壽命長，顯示的油量數(shù)據(jù)精確；具有低油量報(bào)警，提醒駕駛員適時(shí)加油的功能。2 什么是油量檢測報(bào)警器2.1 汽車油量檢測報(bào)警器設(shè)計(jì) 本課題設(shè)計(jì)了一款簡易功能的監(jiān)控電路，該電路能對汽車油量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)汽車油箱內(nèi)油量過低時(shí)發(fā)出警報(bào)進(jìn)行提醒，以防止在行駛時(shí)油量耗盡，而帶來的不便。報(bào)警時(shí)能在視覺和聽覺上進(jìn)

11、行提醒，以更加直觀有效的進(jìn)行警示。 監(jiān)測報(bào)警器由油量采集、放大電路、閾值控制、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)電路、驅(qū)動電路組成。實(shí)現(xiàn)的具體功能是當(dāng)油箱的存油量達(dá)到預(yù)置的油量水平以下時(shí)警示燈常亮直至油量達(dá)到適當(dāng)水平，聲音報(bào)警時(shí)間約5s。為實(shí)現(xiàn)油量的監(jiān)測，本設(shè)計(jì)將油箱內(nèi)油量變化轉(zhuǎn)換為電阻阻值的變化，首先通過電橋電路來轉(zhuǎn)換電壓信號實(shí)現(xiàn)油量采集，再通過比較器設(shè)置的比較電壓進(jìn)行比較，判別是否低油量，再確定報(bào)不報(bào)警。本畢業(yè)論文從設(shè)計(jì)要求出發(fā)，經(jīng)過多個方案的分析比較，選擇了合適的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并制作完成了由油量采集、放大電路、閾值控制、電壓比較、單穩(wěn)態(tài)電路、驅(qū)動電路組成的汽車油量監(jiān)測報(bào)警器。該報(bào)警器能夠采集汽車油量信號，

12、當(dāng)油量不足時(shí)報(bào)警，并將報(bào)警信號分成聲光兩路發(fā)送出去。該報(bào)警器新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用壽命長，顯示的油量數(shù)據(jù)精確；還具有低油量報(bào)警，提醒駕駛員適時(shí)加油的功能。本設(shè)計(jì)實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用壽命長，顯示的油量數(shù)據(jù)精確；具有低油量報(bào)警，提醒駕駛員適時(shí)加油的功能。2.2 設(shè)計(jì)思想 汽車的油箱油量檢測通常是由水平檢測器 (一個與儀表板油量計(jì)串接的由浮標(biāo)控制的浮筒式電位器系統(tǒng))來完成的。當(dāng)油箱儲滿燃油時(shí)，浮標(biāo)動臂升起，將電位器的阻值調(diào)至最小(也有部分車型是將電位器的阻值調(diào)至最大），使油量計(jì) (實(shí)際上是一只毫安表)的指針作滿標(biāo)度的偏轉(zhuǎn);當(dāng)油箱中的油量水平下降時(shí)，可變電阻器的阻值被調(diào)高 (或調(diào)低)，流

13、過系統(tǒng)回路的電流將隨之變化，油量計(jì)的指針讀數(shù)也變小。本例介紹的汽車油量監(jiān)測報(bào)警器裝置，能形象、直觀地顯示出汽車油箱內(nèi)燃油的多少，還可以在油位降低至一定值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，以提醒駕駛員及時(shí)加油。2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)本例介紹的汽車油量監(jiān)測報(bào)警器，通過發(fā)光二極管的點(diǎn)亮數(shù)量來顯示機(jī)動車油箱內(nèi)的油量的多少，當(dāng)油位降至低油位時(shí)，它能及時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警信號，提醒駕駛員油箱內(nèi)油量己不多，應(yīng)及時(shí)加油。3 油量檢測報(bào)警器設(shè)備的組成3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則油量檢測設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)從實(shí)際需要出發(fā)，盡可能的使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、可靠，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的基本原則如下：（1）系統(tǒng)可靠必須高，即使工作電源發(fā)生故障，系統(tǒng)也必須處于隨時(shí)能夠工作

14、的狀態(tài)。（2）系統(tǒng)應(yīng)具備一定的擴(kuò)充能力，以適應(yīng)日后使用功能的變化。（3）當(dāng)受損時(shí)易于發(fā)現(xiàn)，且容易處理的場所。（4）系統(tǒng)應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，便于日后系統(tǒng)的維護(hù)和檢修。我們在為汽車油量檢測報(bào)警器設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮以上原則，為用戶設(shè)計(jì)最為適用的報(bào)警系統(tǒng)設(shè)備。3.2 系統(tǒng)組成目前汽車油量檢測報(bào)警器主要有以下幾種結(jié)構(gòu)組成原理框圖如圖1所示。主要包括放大電路，電壓比較電路，555單穩(wěn)態(tài)電路以及兩路聲光報(bào)警電路幾部分。油量采集放大電路閾值控制電壓比較器單穩(wěn)態(tài)電路聲音報(bào)警電路驅(qū)動電路光報(bào)警電路圖1原理框圖3.3 系統(tǒng)功能課題設(shè)計(jì)了一款簡易功能的監(jiān)控電路，該電路能對汽車油量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)汽車油箱內(nèi)油量過低時(shí)發(fā)出警報(bào)

15、進(jìn)行提醒，以防止在行駛時(shí)油量耗盡，而帶來的不便。報(bào)警時(shí)能在視覺和聽覺上進(jìn)行提醒，以更加直觀有效的進(jìn)行警示。3.4 系統(tǒng)特點(diǎn)1.反應(yīng)迅速反應(yīng)時(shí)間極短，檢測電路檢測到報(bào)警信號后立刻將報(bào)警信息反應(yīng)在人機(jī)界面上2. 直觀性系統(tǒng)狀態(tài)能夠全面直白的顯示在人機(jī)界面上3.傳輸可靠性電路連接相對簡單，所用元器件也相對較少，電路圖簡單，可靠性很高。4實(shí)時(shí)性能夠?qū)崟r(shí)顯示系統(tǒng)狀態(tài)，沒有延時(shí)5全中文界面采用全中文圖形界面，直觀的屏幕提示，界面友好美觀，操作簡單方便。3.5 幾種長見的油位測量技術(shù)汽車油位傳感器由于持續(xù)浸泡在各種燃油中使用環(huán)境惡劣，所以其失效一直是售后投訴的重點(diǎn)，也是傳感器供應(yīng)商研究改進(jìn)的最重要的課題。目

16、前市場使用的油位傳感器種類繁多，原理各異，使用環(huán)境也是千差萬別，故十分必要對各傳感器的特點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，為新型傳感器的研究提供參考。方案一：浮筒液位計(jì)也稱為沉浸式浮筒液位計(jì)，是根據(jù)阿基米德定律進(jìn)行液位測量的儀表，可用來測量液位、界位和密度。比較適合用于測量壓力容器內(nèi)液位。其基本結(jié)構(gòu)見下圖。原理： 浸在液體中的浮筒受到向下的重力，向上的浮力和扭力管彈力的復(fù)合作用。當(dāng)這三個力達(dá)到平衡時(shí)，浮筒就靜止在某一位置。當(dāng)液位發(fā)生變化時(shí)，浮筒所受浮力相應(yīng)改變，平衡狀態(tài)被打破，從而引起彈力變化，以達(dá)到新的平衡。懸掛在扭力管上的位移筒體沉浸在被測液體中，并受到阿基米德向上浮力作用，其作用力與排開液體質(zhì)量成正比。根

17、據(jù)液位高低，筒體浸入深度不同，向上浮力發(fā)生變化，以達(dá)到測量結(jié)果。在結(jié)構(gòu)上浮筒液位計(jì)分為側(cè)裝和頂裝式，側(cè)裝式需要一個外筒，將液位引到設(shè)備外側(cè)進(jìn)行測量，可大大減少液面波動和介質(zhì)流動帶來的干擾；而頂裝式直接從罐頂將浮筒投入，結(jié)構(gòu)簡單。不少廠家將頂裝式浮筒的扭力管改為彈簧，簡化了結(jié)構(gòu)，但原理還是一樣的。圖中所示的的輸出為偏轉(zhuǎn)的刻度，如果將這種偏轉(zhuǎn)或扭力轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的遠(yuǎn)傳信號，就構(gòu)成液位變送器。油量計(jì)油量計(jì) 。用來顯示燃油的存量，從儀表的分類上來說，油量計(jì)屬于“液位顯示器”，因?yàn)樗墓ぷ髟恚褪窃谟拖淅镅b置一個浮筒，隨著燃油的減少、浮在燃油液面上的浮筒也會跟著下降、帶動油量計(jì)的指針顯示燃油存量。明白油量

18、計(jì)的工作原理之后。您當(dāng)可恍然大悟，為何有的油表前半段指針移動很慢、過了之后就下降飛快，總之，很少油表指針的移動是線性的；那是因?yàn)楦⊥仓荒茱@示液位，然而油箱的形狀卻不是規(guī)則的四方形，為了配合后座椅下方、或是行李廂尾端的結(jié)構(gòu)，油箱通常的形狀是上半部多少還能維持四方形，到了下半部，就不得不萎縮成三角狀，因此到了下半部，其實(shí)體積比起上半部幾乎小了有一半之多，這也就解釋了為何油表指針過半之后會飛快下降了這套方案原理和電路連接相對簡單，所用元器件也相對較少，電路圖簡單易懂，符合性價(jià)比高的要求。方案二：基于電容法測量液位的儀表一般稱為電容式液位計(jì)，它主要由掖位傳感器(液位-電容變送器)和測量、顯示部分組成。

19、傳感器部分實(shí)際上是一個可變電容器，這種電容器多為圓柱形，只是根據(jù)被測液體的不同性質(zhì)，在具體結(jié)構(gòu)和原理上有所差異。下面分別以導(dǎo)電液體和非導(dǎo)電液體為被測對象，主要介紹電容式液位傳感器的基本工作原理。 一、測量導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器 測量導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)主要利用傳感器兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化，從而引起電容量變化這種關(guān)系進(jìn)行液位測量，圖9-6為傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理圖。從整體上看，不銹鋼棒3、聚四氛乙烯套管4以及容器2內(nèi)的被測導(dǎo)電液體1共同構(gòu)成一圓柱形電容器，其中不銹鋼棒是電容器的一個電極(相當(dāng)于定片)，被測導(dǎo)電液體則是電容器的另一個電極(相當(dāng)于動片)，套在不銹鋼棒上的聚四氟

20、乙烯套管為兩電極間的絕緣介質(zhì)?？梢姡何簧邥r(shí)，兩電極極板的覆蓋面積增大，可變電容傳感器的電容量就成比例地增加；反之電容量就減小。因此，通過測量傳感器的電容量大小就可獲知被測液體液位的高低。當(dāng)可測量液體位h=0，即容器內(nèi)的實(shí)際液位低于h(非測量區(qū))時(shí)傳感器與容器之間存在分布電容、這時(shí)的電容量c0為 （9-8）式中，0為聚四氟乙烯套管和容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)；l為液位測量范圍(可變電容器兩電極的最大覆蓋長度)；d0為容器內(nèi)徑；d為個銹鋼棒直徑。當(dāng)液位高度為h時(shí)，傳感器的電容量ch為 （9-9） 式中，為聚四氛乙烯的介電常數(shù)，2；d為聚四氛乙烯套管外徑。因此當(dāng)容器內(nèi)的液位由零增加到h時(shí)，傳感器的

21、電容變化量c為通常，d。d，而且0，因而上式中第二項(xiàng)的數(shù)值要比第一項(xiàng)小得多，可以忽賂。則 （9-10）在式(9-10)中當(dāng)電極確定后，、d和d都是定值，故可以將式子改寫為 （9-11）可見，只要參數(shù)、d和d的數(shù)值穩(wěn)定，不受壓力、溫度等因素的影響，即k為常數(shù)，那么傳感器的電容變化量與液位的變化量之間就有著良好的線性關(guān)系。因此，通過測量傳感器電容量就可方便地求出被測液位。另外，式(9-11)還表明，絕緣材料的介電常數(shù)較大和絕緣層厚度較薄(d/d較小)時(shí)，傳感器的靈敏度較高。以上介紹的液位傳感器適用于電導(dǎo)率10-2sm的液體，但被測液體的粘度不能大，否則，當(dāng)液位下降時(shí)，被測液體會在電極的套管上產(chǎn)生粘

22、附層，該枯附層將繼續(xù)起著外電極的作用，從而產(chǎn)生虛假電容信號，以致形成虛假液位，使儀表指示液位高于實(shí)際液位。另外，還應(yīng)該再次指出，這種液位傳感器的底部約有10mm的非測量區(qū)(圖9-6中的h)。二、測量非導(dǎo)電液體的電容式液位傳感器測量非導(dǎo)電液體的電容式液位計(jì)主要利用被測液體液位變化時(shí)，可變電容傳感器兩電極之間充填介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起電容量變化這一特性進(jìn)行液位測量。適合的測量對象包括：電導(dǎo)率10-9sm的液體(如輕油類)、部分有機(jī)溶劑和液態(tài)氣體。傳感器部分的結(jié)構(gòu)原理如圖9-7所示。兩根同軸裝配、相互絕緣的不銹鋼管分別作為圓柱形可變電容傳感器的內(nèi)、外電極，外管管壁上布有通孔，以便被測液體自

23、由進(jìn)出。當(dāng)測量液位h為零時(shí)，兩電極間的介質(zhì)是空氣，這時(shí)傳感器的初始電容量c0為 （9-12）式中，0為空氣的介電常數(shù);l為兩電極的最大覆蓋長度;d和d分別為外電極的內(nèi)徑和內(nèi)電極的外徑。當(dāng)被測液體的液位上升為h時(shí)，傳感器的電容量ch為（9-13）式中，為被測液體的介電常數(shù)。因此，當(dāng)容器內(nèi)的液位由零增加到h時(shí)。傳感器的電容變化量c為 （9-14）可見當(dāng)電極給定后，參數(shù)、d和d均為定值，故傳感器的電容變化量只是液位h的單值函數(shù)，亦即測取傳感器的電容量就可確定被測液位。以上所述為電容式液位傳感器的基本工作原理，反映了電容式液位計(jì)將液位測量轉(zhuǎn)換為電容量測量的過程。在此基礎(chǔ)上液位計(jì)的測量電路將完成電容量的

24、測量，井最終顯示相應(yīng)的液位。目前，電容量的測量方法很多，常用的有交流電橋法、充放電法、調(diào)頻法和諧振法等。但是此種傳感器價(jià)格很高，儀表復(fù)雜，所以難以普及到普通汽車上通過比較可知兩套方案中，方案二的原理較方案一要復(fù)雜一些，所以選擇方案一，因?yàn)檫@套方案原理和電路連接相對簡單，所用元器件也相對較少，電路圖簡單易懂，符合性價(jià)比高的要求。3.6 傳感器的原理傳感器：能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。（實(shí)現(xiàn)直接測量或間接測量）。 檢測的分類1 被測量值的物理屬性： 電量、非電量。2 檢測原理（物理的、化學(xué)的、生物學(xué)的）： 電磁法、光學(xué)法、微波法、超聲法、核輻射法、電化學(xué)分析、

25、色譜分析、質(zhì)譜分析等。3 檢測方法： 直接與間接、開環(huán)與閉環(huán)、接觸式與非接觸式、動態(tài)和靜態(tài)。4 變送單元 使被測變量信號符合國際標(biāo)準(zhǔn)。1-5v dc或4-20ma dc模擬信號或數(shù)字信號5 調(diào)節(jié)單元 將變送器輸來的檢測信號與給定值進(jìn)行比較，并對比較結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)運(yùn)算，以輸出作為控制信號。 常規(guī)控制規(guī)律：位式調(diào)節(jié)、pid調(diào)節(jié)。 6 顯示單元 將檢測單元測量獲得的相關(guān)參數(shù)，以適當(dāng)方式顯示給操作人員。 顯示方式：曲線、數(shù)字和圖象。誤差分類(1). 系統(tǒng)誤差：指測量器件或方法引起的有規(guī)律的誤差，體現(xiàn)為與真值之間的偏差。(2). 隨機(jī)誤差：除可排除的系統(tǒng)誤差外，另外由隨機(jī)因素引起的，一般無法排除并難以校正

26、的誤差。(3). 粗大誤差：由于觀測者誤讀或傳感要素故障引起的歧異誤差。誤差原因分析1 被檢測物理模型的前提條件屬理想條件，與實(shí)際檢測條件有出入；2 測量器件的材料性能或制作方法不佳使檢測特性隨時(shí)間而發(fā)生劣化；3 電氣、空氣壓、油壓等動力源的噪聲及容量的影響；4 檢測線路接頭之間存在接觸電勢或接觸電阻；5 檢測系統(tǒng)的慣性即遲延傳遞特性不符合檢測的目的要求，因此要同時(shí)考慮系統(tǒng)靜態(tài)特性和動態(tài)特性；6 檢測環(huán)境的影響，包括溫度、濕度、氣壓、振動、輻射等；7 不同采樣所得測量值的差異造成的誤差；8 人為的疏忽造成誤讀，包括個人讀表偏差，知識和經(jīng)驗(yàn)的深淺，體力及精神狀態(tài)等因素； 9 測量器件進(jìn)入被測對象

27、，破壞了所要測量的原有狀態(tài)； 10 被測對象本身變動大，易受外界干擾以致測量值不穩(wěn)定等。3.6.1 油位傳感器的發(fā)展方向在油品情況復(fù)雜的中國市場，應(yīng)用最為廣泛的浮筒式油位傳感器也顯示出了其局限性，在售后失效中，80%以上是由于觸電腐蝕而引起的電阻輸出不正確或不穩(wěn)定。尤其是中國的油品市場，稂莠不齊，各地出產(chǎn)的原油本身差異比較大，煉制工藝也千差萬別，燃油中所含活性硫.酸性物質(zhì)也參差不齊，最近幾年風(fēng)行的生物用油，如e20，m15等也在一些省份大行其道。惡劣的燃油環(huán)境是傳感器發(fā)展中的最大阻礙。另外，隨著汽車市場競爭日趨激烈，價(jià)格已成為傳感器研發(fā)不能回避的問題。因此，兼顧價(jià)格，改善和提高浮筒式油位傳感器

28、構(gòu)件自身性能的嘗試非常多。例如使用貴金屬材料和高分子復(fù)合材料等。4 電路工作原理4.1 主電路工作原理該汽車油量監(jiān)測報(bào)警器電路由油位監(jiān)測電路、油位顯示電路、缺油警示電路和電源電路等組成，如圖2所示。圖2汽車油量檢測報(bào)警電路油位監(jiān)測電路由二極管vd2、輔助電位器rp1和汽車油箱內(nèi)浮筒式電位器rp2組成。油位顯示電路由發(fā)光二極管vl2vl7、晶體管v2v7等組成。缺油警示電路由二極管vd3、晶體管v1、發(fā)光二極管vl1，集成電路ic2、揚(yáng)聲器bl和有關(guān)阻容元件組成。電源電路由二極管vd1、三端集成穩(wěn)壓器ic1和濾波電容器c1c3組成。+l2v電壓經(jīng)vd1降壓和ic1穩(wěn)壓后，產(chǎn)生+9v電壓，供給ic

29、2和v1v7等電路。在汽車油箱內(nèi)儲滿燃油時(shí)，rp2的阻值在浮標(biāo)的作用下滑向最小值，使v2v7均導(dǎo)通，發(fā)光二極管vl2vl7均點(diǎn)亮。 當(dāng)油箱內(nèi)油量降為一半時(shí)，rp2的中心頭滑至中間位置，使v2v4導(dǎo)通，v5v7截止，vl2vl4仍亮，vl5vl7熄滅。當(dāng)油箱內(nèi)油位降低至限位時(shí)，rp2的阻值變?yōu)樽畲笾?，v2v7均截止。vl2vl7均熄滅，使v1導(dǎo)通，ic2的4腳由低電平變?yōu)楦唠娖?，由ic2和外圍元器件組成的多諧振蕩器振蕩 (工作頻率為lohz左右)工作，ic2的3腳間斷輸出高電平，使發(fā)光二極管vl1閃亮，揚(yáng)聲器bl發(fā)出嘟、嘟的報(bào)警聲。聲音報(bào)警5s結(jié)束，燈泡持續(xù)報(bào)警直到油箱內(nèi)油量達(dá)到適當(dāng)值。若僅黃色

30、發(fā)光二極管vl2亮，則說明油箱內(nèi)即將缺油。4.1.1 主電路元器件選擇r1r9均選用1/4w碳膜電阻器。rp1rp3可選用小型膜式電位器或全密封式電位器。c1、c4c7、c9均選用耐壓值為16v的鋁電解電容器;c2、c3和c8均選用滌綸電容器或獨(dú)石電容器。 vd1、vd2均選用in4001或in4007型硅整流二極管，vd3選用in4148型硅開關(guān)二極管。vl1vl7均選用 3mm高亮度發(fā)光二極管,其中vl1選紅色，vl2選黃色,vl3vl7均選綠色。 v1選用s8550或c8550型硅pnp晶體管;v2v7均選用s8050或c8o5o型硅npn晶體管。ic1選用lm7809型三端集成穩(wěn)壓器;

31、ic2選用ne555型時(shí)基集成電路。bl選用0.250.5w、8 電動式揚(yáng)聲器。4.2 各組合電路的設(shè)計(jì)及其工作原理4.2.1 油量采集及放大電路設(shè)計(jì)油量采集及放大電路圖如圖3所示：uo圖3 油量采集及放大電路油量采集及放大電路的構(gòu)成及原理 儀表放大器電路的典型結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。它主要 由兩級差分放大器電路構(gòu)成。其中 ,運(yùn)放 a1, a2為同 相差分輸入方式 ,同相輸入可以大幅度提高電路的輸入阻抗 ,減小電路對微弱輸入信號的衰減 ; 差分輸入可以使電路只對差模信號放大 ,而對共模輸入信號只起跟隨作用 ,使得送到后級的差模信號與共模信號的幅值之比 (即共模抑制比 cm r r) 得到提高。這樣

32、在以運(yùn)放a3為核心部件組成的差分放大電路中 ,在 cm r r 要求不 變情況下 ,可明顯降低對電阻 r3和r4, rf和r5的精度匹配要求,從而使儀表放大器電路比簡單的差分放大電路具有更好的共模抑制能力。在 r1= r2, r3 = r4 , rf = r5的條件下 , 圖 1 電路的增益為 : g= ( 1 +2 r1 / rg ) ( rf / r3 ) 3 。由公式可見 ,電路增益的調(diào)節(jié)可以 通過改變 rg 阻值實(shí)現(xiàn)。（其中a1 a3都是使用l m741） 油量采集及放大電路采用4個電阻組成電橋電路的形式 ,將雙端差分輸入變?yōu)閱味说男盘栐摧斎?。性能測試主要是從信號源 v s 的最大輸入

33、和v s 最小輸入、電路的最大增益及共模抑制比幾方面進(jìn) 行仿真和實(shí)際電路性能測試。測試數(shù)據(jù)分別見表 1 和表 2 。其中 ,v最大輸入是指在給定測試條件下使電路輸出不失真時(shí)的信號源最大 (小) 輸入 ;最大增益是指在給定測試條件下 ,使輸出不失真時(shí)可以實(shí)現(xiàn)的電路 最 大 增 益 值。共 模 抑 制 比由 公 式kcm rr=20l ga vd / a vc ( db) 計(jì)算得出。表 1 仿真數(shù)據(jù)v s 最大輸入 v s最小輸入 最大增益 kcmrr測試條件 f=25hz ; g=4100 ;rp=5k ；v s = 100 v；rp = 5 k；v cm = 10 v 15 . 2 mv 2

34、v 204 204 123 db表 2 實(shí)測數(shù)據(jù)v s 最大輸入 v s最小輸入 最大增益 kcmrr測測試條件 f=25hz ; g=4100 ;rp=5k ；v s = 100 v；rp = 5 k；v cm = 10 v13 mv 2 mv 16 250 98 db說明 :(1) f 為 v s 輸入信號的頻率 ;(2) 表格中的電壓測量數(shù)據(jù)全部以峰峰值表示 ;(3) 表格中的表示以 l m741為核心組成的儀表放大器電路 。由表 1 和表 2 可見 ,仿真性能明顯優(yōu)于實(shí)際測試性 能 。這是因?yàn)榉抡骐娐返男阅芑旧鲜怯煞抡嫫骷?性能和電路的結(jié)構(gòu)形式確定的 ,沒有外界干擾因素 ,為理想條

35、件下的測試 ;而實(shí)際測試電路由于受環(huán)境干擾因 素 (如環(huán)境溫度、空間電磁干擾等) 、人為操作因素 、實(shí)際測試儀器精確度、準(zhǔn)確度和量程范圍等的限制 ,使測試條件不夠理想 ,測量結(jié)果具有一定的誤差。在實(shí)際電路 設(shè)計(jì)過程中 ,仿真與實(shí)際測試各有所長。一般先通過仿 真測試 ,初步確定電路的結(jié)構(gòu)及器件參數(shù) ,再通過實(shí)際電 路測試 ,改進(jìn)其具體性能指標(biāo)及參數(shù)設(shè)置。這樣 ,在保證 電路功能、性能的前提下 ,大大提高電路設(shè)計(jì)的效率。電路的設(shè)計(jì)方案確定以后 ,在具體的電路設(shè)計(jì)過程中 ,要注意以下幾個方面：(1) 注意關(guān)鍵元器件的選取 , 比如對圖 2 所示電 路 ,要注意使運(yùn)放 a1 ,a2 的特性盡可能一致

36、; 選用電阻時(shí) ,應(yīng)該使用低溫度系數(shù)的電阻 ,以獲得盡可能低的漂移 ; 對 r3 , r4 , r5 和 r6 的選擇應(yīng)盡可能匹配。 ( 2) 要注意在電路中增加各種抗干擾措施 , 比如在 電源的引入端增加電源退耦電容 , 在信號輸入端增加 rc 低通濾波或在運(yùn)放 a1 ,a2 的反饋回路增加高頻消 噪電容 , 在 pcb 設(shè)計(jì)中精心布局合理布線 , 正確處理地線等 ,以提高電路的抗干擾能力 ,最大限度地發(fā)揮電路的性能4.2.2 電壓比較器電路設(shè)計(jì) 電壓比較器原理電壓比較器是集成運(yùn)放非線性應(yīng)用電路, 他常用于各種電子設(shè)備中, 它將一個模擬量電壓信號和一個參考固定電壓相比較, 在二者 幅度相等的

37、附近,輸出電壓將產(chǎn)生躍變,相應(yīng)輸出高電平或低電平.比較器可以組成非正弦 波形變換電路及應(yīng)用于模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，電壓比較器，它可用于報(bào)警器電路, 自動控制電路, 測量技術(shù),也可用于 v/f 變換電路,a/d 變換電路,高速采樣電路,電源電壓監(jiān)測電路,振 蕩器及壓控振蕩器電路,過零檢測電路等. 如圖所示為一電壓比較器，ur 為參考電壓,加在運(yùn)放的同相的輸入端,輸入電壓 ui 加在反相的輸入端. (a)電路圖 (b)傳輸特性圖4 電壓比較電路（1）當(dāng) uiur 時(shí), 運(yùn)放輸出低電平, 正向?qū)? dz 輸出電壓等于穩(wěn)壓管的正向 壓降 ud, uo 即 =-ud 因此,以 ur 為界,當(dāng)輸入電

38、壓 ui 變化時(shí),輸出端反映出兩種狀態(tài),高電位和低電位. （3）表示輸出電壓與輸入電壓之間關(guān)系的特性曲線,稱為傳輸特性. 圖 (b)為(a)圖比較器 的傳輸特性元器件選擇：比較器選用型號lm339r1=10 kr2=30 kr=20 kdz選用4.2.3 555單穩(wěn)態(tài)電路設(shè)計(jì)555 時(shí)基電路的特性555 集成電路開始是作定時(shí)器運(yùn)用 的，所以叫做 555 定時(shí)器或 555 時(shí)基電路。但后來經(jīng)過開發(fā)，它除 了作定時(shí)延時(shí)控制外，還可用于調(diào)光、調(diào)溫、調(diào)壓、調(diào)速等多種控制及計(jì)量檢測。此外，還可以組成脈沖 振蕩、單穩(wěn)、雙穩(wěn)和脈沖調(diào)制電路，用于交流信號源、電源變換、頻率變換、脈沖調(diào)制等。由于它工作可 靠、運(yùn)

39、用方便、價(jià)錢低廉，當(dāng)前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555 集成電路內(nèi)部有幾十個元器件，有分壓 器、比較器、基本 r-s 觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較龐雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體，如圖5所示圖5 555集成電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖555 集成電路是 8 腳封裝，雙列直插型，如圖 5所示，按輸入輸出的排列可看成如圖 2(b)所示。其 中 6 腳稱閾值端(th)，是上比較器的輸入；2 腳稱觸發(fā)端(tr)，是下比較器的輸入；3 腳是輸出端(vo)，它 有 o 和 1 兩種狀態(tài)，由輸入端所加的電平?jīng)Q定；7 腳是放電端(dis)，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接 地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定；4

40、 腳是復(fù)位端(mr)，加上低電日?？墒馆敵鰹榈碗娖?；5 腳是控 制電壓端(vc),可用它改動上下觸發(fā)電平值；8 腳是電源端，1 腳是地端。555 的運(yùn)用 電路許多，只要改動 555 集成電路的外部附加電路，就可以構(gòu)成幾百種運(yùn)用 電路，大體 上可分為 555 單穩(wěn)、555 雙穩(wěn)及 555 無穩(wěn)(即振蕩器)三類。555 脈沖啟動型單穩(wěn)態(tài)電路的設(shè)計(jì)單穩(wěn)電路有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，是運(yùn)用 電容的充放電形成暫穩(wěn)態(tài)的，因此它的輸入端都帶有定時(shí) 電阻和定時(shí)電容，將 555 電路的 6、7 腳并接起來接在定時(shí)電容 ct 上，用 2 腳作輸入就成為脈沖啟動型單穩(wěn)電路，如圖 6(a)所示，電路的 2 腳日常接高電

41、平，當(dāng)輸入接低電平或輸入負(fù)脈沖時(shí)才啟動電路，用等效觸發(fā)器替代 555 后見圖6（b）所示，下面剖析它的工作原理： 穩(wěn)態(tài)：接上電源后，r=1，s=1，輸出 vo=0，dis 端接地，ct 上的電壓為 0 即 r=0，輸出仍保持 vo= 0，這是它的穩(wěn)態(tài)。 暫穩(wěn)態(tài)：輸入負(fù)脈沖后，輸入 s=0，輸出立即翻轉(zhuǎn)成 vo=1，dis 端開路，電源通過 rt 向 ct 充電， 暫穩(wěn)態(tài)開始。經(jīng)過時(shí)間 td 后，ct上電壓上升到& gt;2/3vdd 時(shí)，輸入又成為 r=1，s=1，這時(shí)負(fù)脈沖已經(jīng)消散，輸出又翻轉(zhuǎn)成 vo=0，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。這時(shí)內(nèi)部放電開關(guān)接通，dis 端接地，ct 上電荷很快放到零， 為下一次定

42、時(shí)控打造準(zhǔn)備。電路的定時(shí)時(shí)間 td=1.1rtct。圖6 脈沖啟動型單穩(wěn)電路4.2.4 電源電路設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源是指能為負(fù)載提供穩(wěn)定直流電源的電子裝置。它的供電電源大都是交流電源，當(dāng)交流供電電源的電壓或負(fù)載電阻變化時(shí)，穩(wěn)壓器的直流輸出電壓都會保持穩(wěn)定。設(shè)計(jì)一個完整的直流穩(wěn)壓電源電路，其主要技術(shù)指標(biāo)要求： 輸出電壓可調(diào)：uo=+3v+15v 最大輸出電流：iomax=800ma 輸出電壓變化量：uo15mv 穩(wěn)壓系數(shù)：sv0.003。直流穩(wěn)壓電源是一種將220v工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個環(huán)節(jié)才能完成，如圖7：圖7 直流穩(wěn)壓電源的組成設(shè)計(jì)原理（1）電

43、源變壓器：是降壓變壓器，它將汽車發(fā)電機(jī)交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。（2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?0hz的正弦交流電變換成脈動的直流電（3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。（4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。直流穩(wěn)壓電源電路*注：設(shè)計(jì)過程中的仿真圖均由調(diào)試完后的結(jié)果而來。變壓電源設(shè)計(jì)變壓器原理：變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電變壓器原理圖流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出

44、電壓（或電流）。如圖8是一個10to1的變壓器，他的作用是使變壓后的電壓為原來的1/10。圖8 變壓電源電路圖仿真后的波形圖9圖9 變壓電源仿真波形圖整流電路設(shè)計(jì)整流電路的作用是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。通常采用橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ?，用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。u20時(shí)，d1,d3導(dǎo)通，d2,d4截至。電流通路：ad1r1d3u20時(shí)，d2,d4導(dǎo)通，d1,d3截至。電流通路：d2r1d4a加上4.1中的變壓電路得到了如圖10所示的電路。圖10 整流電路圖仿真測試后波形如圖11圖11 整流電路仿真波形圖濾波電路設(shè)計(jì)濾波電路其基本原理就是利用電路的頻率特性實(shí)現(xiàn)對信號中頻率成分的

45、選擇。濾波是信號處理非常。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，每一個滿足一定條件的信號，都可以被看成是由無限個正弦波疊加而成。而濾波電路只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而另一部分頻率成分不能通過的電路。由此設(shè)計(jì)出濾波電路。如圖12。圖12 濾波電路圖仿真后結(jié)果如圖13圖13 濾波電路仿真波形圖穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路的作用是輸出穩(wěn)定的直流電壓。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，如圖14所示，是一個串聯(lián)三極管穩(wěn)壓電路。主要依據(jù)質(zhì)量指標(biāo)選擇電路方案，電路應(yīng)當(dāng)盡量簡單而又滿足指標(biāo)要求。本次設(shè)計(jì)中，穩(wěn)壓系數(shù)sr0.05、內(nèi)阻r0的要求不高，工作溫度變化不大，所以選用典型電路即可。220v交流電經(jīng)變壓器tf1降壓后，由d1硅堆進(jìn)行橋式整

46、流，得到脈動直流，然后由c1濾除其交流成份，得到直流電壓。圖14 穩(wěn)壓電路圖經(jīng)過仿真，得到如圖15所示的波形圖，輸出端（out）的參數(shù)為0-15v，如圖16符合設(shè)計(jì)要求。圖15 穩(wěn)壓電路波形圖圖16 穩(wěn)壓電路輸出端波形圖直流穩(wěn)壓電源電路如圖17，經(jīng)過測試，我選用的是一個7000歐的滑動變阻器，如果沒有此型號的可以用多個滑動變阻器串聯(lián)或者用10000歐的滑動變阻箱調(diào)到7000歐姆檔。圖17 直流穩(wěn)壓電源電路總圖在滑動變阻器阻值為7000歐姆時(shí)的仿真波形如圖18，輸出端（out）的電壓為3v。圖18 直流穩(wěn)壓電路輸出端仿真波形圖調(diào)試與測試根據(jù)設(shè)計(jì)出的總電路圖和仿真，逐漸確定所用的各電阻、電容的參數(shù)

47、，如圖19中所示。經(jīng)過仿真得出如下波形，在滑動變阻器的阻值為7000歐時(shí)輸出端電壓為3v，阻值接近于0時(shí)輸出電壓為15v，符合設(shè)計(jì)要求。圖19 當(dāng)滑動變阻器阻值為7000時(shí)的直流穩(wěn)壓電路波形仿真圖4.3 555定時(shí)器的工作原理常用的555定時(shí)器有雙極型和cm0s兩種類型，其型號分別有ne555（或5g555）和c7555等多種，它們的結(jié) 構(gòu)及工作原理基本相同。還有的是在同一個基片上集成2個555如556，558是在同一個基片上集成4個555。555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，外形為雙列直插8腳結(jié)構(gòu)，體積很小，使用起來方便。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，邏輯符號和引腳如圖3所示。只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)?/p>

48、阻容元件，就可以構(gòu)成史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及自激多諧振蕩器等脈沖信號產(chǎn)生與變換電路。它在波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制、定時(shí)電路、家用電器、電子玩具、電子樂器等方面有廣泛的應(yīng)用。rc微分電路如圖4所示，而555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路及波形如圖5所示。集成555定時(shí)器有雙極性型和cmos型兩種產(chǎn)品。一般雙極性型產(chǎn)品型號的最后三位數(shù)都是555，cmos型產(chǎn)品型號的最后四位數(shù)都是7555.它們的邏輯功能和外部引線排列完全相同。器件電源電壓推薦為4512v，最大輸出電流200ma以內(nèi)，并能與ttl、cmos邏輯電平相兼容。1集成555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖20（a）所示。它由分壓器、兩

49、個電壓比較器、基本rs觸發(fā)器、晶體管及緩沖器 組成。555定時(shí)器邏輯符號如圖20（b）所示。1腳是接地端gnd，2腳是低電平觸發(fā)端（也稱觸發(fā)端），3腳是輸出端out，4腳是復(fù)位端ft，5腳是電 壓控制端，6腳是高電平觸發(fā)端（也稱閾值端），7腳是放電端，8腳是電源端vcc。2集成555定時(shí)器的功能555定時(shí)器功能表見表3，其中4腳rd，為復(fù)位端，當(dāng)rd為低電平時(shí)，不管其他輸人端的狀態(tài)如何，輸出 uo為低電平。只有當(dāng)rd為高電平時(shí)，輸出的狀態(tài)將由2腳低電平觸發(fā)端和6腳高電平觸發(fā)端電壓的大小來決 定，因此，在正常工作時(shí)，應(yīng)將4腳接高電平。當(dāng)uil(2/3)vcc,u2(1/3)vcc時(shí)，放電晶體管vt截止，輸出端仍。為高電平。圖20 555定時(shí)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邏輯符號當(dāng)uil(2/3)vcc,ui2(1/3)vcc時(shí)，放電晶體管vt導(dǎo)通，輸出端uo為低電平。當(dāng)uil(2/3)vcc,ui2(1/3)vcc時(shí)，電路亦保