機動車油耗量計算與顯示畢業(yè)論文

1、1 / 57編號： 畢業(yè)設計說明書 題 目： 機動車油耗量的計算與顯示機動車油耗量的計算與顯示 院 （系）：電子工程與自動化學院 專 業(yè)： 自動化 題目類型：題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發(fā)2013 年 5 月 20 日2 / 57摘 要汽車的發(fā)展是人類生活文明與進步的標志。汽車的發(fā)明一方面給人們的生活和生產(chǎn)帶來了極大的方便，另一方面也給社會帶來了環(huán)境污染和能源緊缺等嚴重問題。人類環(huán)境保護意識的逐漸加強，人們更加關心車輛油耗，要求限制車輛用油量的呼聲越來越強烈。因此，研究汽車的燃油消耗和降低排放污染就成為該研究領域的重點容之一。對汽車燃油經(jīng)濟性的評價，一般是通過

2、汽車燃油消耗量來確定的，也是診斷和分析汽車故障的重要參考。檢測汽車燃油消耗量常通過燃油消耗檢測儀測定燃油消耗量的容積或質(zhì)量來表示。普通式汽車油耗檢測裝置在測試圍、測試精度、顯示、使用維護和可靠性等方面都不是很理想，需要進一步改進。 本文在分析和總結目前國外車輛油耗檢測儀器普遍存在的問題的基礎上，根據(jù)油耗儀現(xiàn)有的技術水平和發(fā)展趨勢，采用傳感器技術、單片機技術和顯示技術，研制智能型汽車油耗檢測儀器。車輛智能油耗儀在單片機的控制下，通過計算流量傳感器送來的燃油流量脈沖信號和光電傳感器計算機動車的轉速的脈沖信號，在控制軟件的支撐下，能測量汽車的平均油耗、瞬時油耗、速度和里程。該系統(tǒng)的開發(fā)將會為汽車油耗

3、精確檢測技術的發(fā)展提供新方向，為我國汽車油耗檢測技術發(fā)展創(chuàng)造新的平臺，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)。關鍵詞：單片機；傳感器；油耗；速度；里程；智能檢測3 / 57AbstractAbstractThe development of the car is a sign of civilization and progress of human life. The invention of the automobile on the one hand a great convenience to peoples lives and production, on the other h

4、and, society brought about serious problems such as environmental pollution and energy shortages. The gradual strengthening of the human awareness of environmental protection, it is more concerned about the fuel consumption of the vehicle, to restrict the fuel consumption of the vehicle is more urge

5、nt. Therefore, the study of the cars fuel consumption and reduce emissions pollution has become one of the key elements of the research field.Vehicle fuel economy rating is generally determined by the vehicle fuel consumption, vehicle fault diagnosis and analysis of an important reference. The detec

6、tion of car fuel consumption is often the volume or quality of the detector measuring fuel consumption by fuel consumption. Ordinary car fuel consumption detection device in the test range, test accuracy, use and maintenance and reliability are not very satisfactory, need to be further improved.Anal

7、yze and summarize a common problem in the fuel consumption of the vehicle detection equipment at home and abroad on the basis of the existing level of technology and development trends of the oil consumption meter, sensor technology, single-chip technology and display technology, the development of

8、intelligent vehicle fuel consumption testing instruments. Intelligent Vehicle Fuel Consumption under the control of the microcontroller, the rotational speed of the motor vehicle fuel flow pulse signal sent by calculating the flow sensor and photoelectric sensor pulse signal control software support

9、, can measure a vehicles average fuel consumption, instantaneous fuel consumption, speed and mileage.The system was developed to provide a new direction will be the development of accurate detection of vehicle fuel consumption, to create a new platform for Chinas automotive fuel consumption detectio

10、n technology development, research and development of fuel-efficient vehicles to provide more accurate and reliable data on fuel consumption. 4 / 57Keywords:Keywords: microcontroller; sensor; fuel consumption; speed; mileage; intelligent detection5 / 57目 錄引言 11 緒論 211 國外汽車油耗智能檢測技術的研究背景 21.1.1 國背景 21

11、.1.2 國外背景 312 研究水平與發(fā)展趨勢 32 汽車油耗智能檢測技術研究的意義與容 421 汽車油耗檢測技術研究的意義 422 本文的主要研究容 423 系統(tǒng)的功能要求 424 總體設計思路 53 硬件電路設計 631 單片機的選擇 632 AT89S52 單片機的介紹 633 顯示模塊 1234 電源轉換模塊 1235 傳感器模塊 1336 單片機斷電檢測模塊 1737 數(shù)據(jù)保存芯片 24C021838 按鍵模塊 1939 本章小結 204 軟件的設計與調(diào)試2141 初始化程序 2142 測量油耗邏輯程序設計 2243 LCD 顯示程序 2444 本章小結 255 系統(tǒng)制作與調(diào)試 26

12、51 板子的制作 265.1.1 Protel99 的使用步驟與經(jīng)驗 265.1.2 電路板的制作步驟 2752 系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試 285.2.1 系統(tǒng)調(diào)試使用的儀器 285.2.2 系統(tǒng)調(diào)試的容 286 / 575.2.3 系統(tǒng)調(diào)試過程中遇到的問題 28結論 29辭 30參考文獻 31附錄 32原理圖 32PCB 圖 33程序 351 / 57引言汽車的油耗檢測是衡量汽車燃料經(jīng)濟性與汽車發(fā)動機性能的重要手段，它通過測量發(fā)動機消耗一定燃料所需時間或者車輛行駛一定里程所需的燃油量來計算燃油消耗率。檢測汽車燃油消耗量常通過燃油消耗檢測儀測定燃油消耗量的容積或質(zhì)量來表示。對于耗油量的參數(shù)檢測，不僅要

13、保證有足夠的精度，而且還要對汽車的正常運轉不造成任何的影響。隨著傳感器技術的微型化、多功能化、集成化和智能化方向發(fā)展，控制器功能的不斷完善，汽車油耗檢測裝置正在向微電腦控制、智能化方向控制發(fā)展。因此，研究與開發(fā)新型智能油耗儀也是實現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級換代的要求，也是科學技術日益發(fā)展的需要。油耗檢測裝置精確檢測汽車油耗，可為研制低油耗車提供依據(jù)。所以該系統(tǒng)的開發(fā)將會為汽車油耗精確檢測技術的發(fā)展提供新方向，為我國汽車油耗檢測技術發(fā)展創(chuàng)造新的平臺，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)。為解決我國汽車油耗使用量不斷增加，石油（汽油、柴油）等非可再生資源的逐漸減少的問題做出重要的貢獻。2 / 571

14、緒論1.1 國外汽車油耗智能檢測技術的研究背景1.1.1 國背景研究與開發(fā)新型智能油耗檢測裝置是實現(xiàn)油耗儀產(chǎn)品升級換代的要求，是科學技術日益發(fā)展的需要。我國主要采用普通式汽車油耗計檢測油耗，隨著時代的變遷，科技的日新月異，這類油耗計精度低、功耗大、適用圍較窄、可靠性不大、抗干擾性不強等一系列弊端逐漸突顯出來，而且急需改善。在國，由于技術上的落后，對汽車燃油經(jīng)濟性的檢測重視較晚，因此我國交通部規(guī)定采用的測量方法為容積法和重量法。自動容積式油耗儀主要用于汽油車消耗量的測量。質(zhì)量法是直接測量一定時間間隔發(fā)動機消耗的燃油質(zhì)量。最簡單的油耗測量方法是機械天平質(zhì)量法，它用機械式天平測量所消耗的燃油質(zhì)量，手

15、動秒表計時，成本低廉。但需專人操作，無法消除誤差，測試精度較低，已逐漸被自動油耗儀所取代。一般汽油車常用容積法測量油耗，柴油車常用質(zhì)量法測量油耗。目前的油耗儀多為體積式的，F(xiàn)P214型活塞式流量傳感器，最低采樣時間為0.1，最小油量分辨率為1ml，傳感器量程為0.3120L/h。渦輪流量儀具有瞬時測量和累計功能，得到廣泛應用，可測量0051200 L/min的液體流量。中小功率汽油機燃油流量小，一般在103000mL/min，超出渦流流量計下限，為此國研制出不同大小的渦輪以滿足汽油機小流量測量的需要。以上兩種流量儀均用于汽車道路試驗，只能測量體積流量。而采用較多的數(shù)字式油耗一轉速自動測量儀，能

16、實現(xiàn)油耗和轉速的自動測量，通過選擇開關，可將儀器分成測量轉速和油耗兩部分，轉速測量采用數(shù)字式轉速儀，油耗則采用容積式油耗儀。隨著計算機技術的不斷發(fā)展，硬件性能的不斷提高，虛擬實驗技術也開始用來進行車輛經(jīng)濟性方面的研究。車輛動力性和經(jīng)濟性的虛擬實驗系統(tǒng)的類型可分為純軟件型和硬件在環(huán)型，他們在體系結構、軟硬件構成與開發(fā)環(huán)境、開發(fā)方法方面都有各自特點。純軟件型系統(tǒng)僅利用軟件完成整個系統(tǒng)仿真，它把實驗環(huán)境、實驗對象全部抽象為數(shù)學模型。其重點在于抽象的數(shù)學模型和軟件技術，可以利用Matlab或一些專用軟件開發(fā)；硬件在環(huán)型系統(tǒng)是指將實物硬件嵌入仿真系統(tǒng)的實時動態(tài)仿真技術，其強調(diào)軟硬件技術以與電子技術的結合

17、，獲取的一些關鍵信號是由真實硬件發(fā)出，比純軟件方式可信度高，開發(fā)工具可以利用一些通用開發(fā)工具或ADI等公司開發(fā)的仿真軟件。硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)HILSS是在計算機軟硬件技術發(fā)展到一定程度之后才出現(xiàn)的一種集多種技術于一體的綜合系統(tǒng)，對硬件和軟件系統(tǒng)的要求很高，它依賴于計算機技術的飛速發(fā)展，需要同時完成大量運算、數(shù)據(jù)處理和執(zhí)行多任務。目前國汽車油耗檢測主要采用普通式汽車油耗檢測裝置，其測試圍、測試精度、顯示、使用維護和可靠性等方面都不是很理想。一些院校和科研單位研制的電子油耗檢測裝置，能測試平均油耗、瞬時油耗和累計油耗和圖形顯示等。在實際使用過程中，一些宣傳上的功能和性能與實際還有差距，甚至差距較大。

18、其測試精度尚需進一步提3 / 57高，裝置的成本還需進一步降低。1.1.2 國外背景燃油消耗量是評價汽油機經(jīng)濟性的重要指標，是汽油機的重要測量參數(shù)之一。因此，燃油消耗量的測量是燃機性能試驗的重要組成部分，其測量精度直接影響汽油機實際性能指標、各項技術參數(shù)確定和主要附件的選配與調(diào)整等。目前，燃機臺架試驗多屬于穩(wěn)態(tài)工況，仍沿用傳統(tǒng)的質(zhì)量法或體積法測量發(fā)動機燃油消耗量。隨著汽車技術飛速發(fā)展，對其測試的手段也應同步發(fā)展。目前的油耗儀多為體積式的，日本小野公司的 FP214 型活塞式流量傳感器，最低采樣時間為 0.1s，最小油量分辨率為1ml，傳感器量程為 0.3120L/h。渦輪流量儀具有瞬時測量和累

19、計功能，得到廣泛應用，可測量 00520L/h 的液體流量，在標定條件下，精度可達0.5%，響應時間為210ms。中小功率汽油機燃油流量小，一般在 103000mL/min，超出渦流流量計下限，為此國研制出不同大小的渦輪以滿足汽油機小流量測量的需要。以上兩種流量儀均用于汽車道路試驗，只能測量體積流量。美國、日本等發(fā)達國家在 70 年代中期就對基于碳平衡法理論的汽車油耗檢測系統(tǒng)進行了大量的研究，并取得了一些成果與試驗數(shù)據(jù)，結果表明，該方法測汽車油耗是完全可行的，并且可以在檢測汽車尾氣排放的同時進行，但該檢測系統(tǒng)設備龐大、復雜，而且無法實現(xiàn)快速檢測。采用這種檢測系統(tǒng)進行油耗量檢測僅僅局限于實驗室中

20、，難以在實際中廣泛應用。國外汽車工業(yè)發(fā)達國家，比較重視環(huán)保與節(jié)能。其車輛油耗檢測技術較先進，投入的人力和財力也較多，并大量采用了傳感技術和微電腦技術，正在大力開發(fā)研制智能型油耗檢測裝置，其功能、測試項目、精度、顯示方式都在不斷發(fā)展與完善之中，成本逐漸趨向合理。目前，國外有關燃油消耗測設備的報道較少，只有一些專利。研究開發(fā)汽車油耗智能型快速檢測儀器，采用流量傳感器和單片機實現(xiàn)油耗智能檢測。該儀器可用于汽車發(fā)動機在不同工況時的油耗數(shù)據(jù)的測量，以與車輛行駛的等速油耗、變工況油耗與百公里油耗測試，尤其是瞬時油耗測試的開發(fā)。將先進的智能傳感器技術和智能儀表技術應用于液體流量檢測與顯示，集機、電、液于一體

21、，提高檢測與顯示精度和檢測的自動化程度，滿足生產(chǎn)實際的需要。由于單片機的大規(guī)模應用，微電子技術的迅猛發(fā)展，加上傳感器的微型化、多功能化、集成化和智能化方向發(fā)展，控制器功能的不斷完善，因而目前國外各國都在研究與開發(fā)微電腦油耗儀，并進一步向智能化方向發(fā)展。1.2 研究水平與發(fā)展趨勢研究開發(fā)汽車油耗智能型快速檢測儀器，采用流量傳感器、光電傳感器和單片機實現(xiàn)油耗智能檢測。該儀器可用于汽車發(fā)動機在不同工況時的油耗數(shù)據(jù)的測量，以與車輛行駛的等速油耗、變工況油耗與百公里油耗測試，尤其是瞬時油耗測試的開發(fā)。將先進的智能傳感器技術和智能儀表技術應用于液體流量檢測與顯示，集機、電、液于一體，提高檢測與顯示精度和檢

22、測的自動化程度，滿足生產(chǎn)實際的需要。由于單片機的大規(guī)模應用，微電子技術的迅猛發(fā)展，加上傳感器的微型化、多功能化、集成化4 / 57和智能化方向發(fā)展，因而目前國外各國都在研究與開發(fā)微電腦油耗儀，并進一步向智能化方向發(fā)展。2 汽車油耗檢測技術研究的意義與容2.1 汽車油耗檢測技術研究的意義汽車的油耗檢測是衡量汽車燃料經(jīng)濟性與汽車發(fā)動機性能的重要手段，而油耗儀是進行油耗檢測的專用儀器，它通過測量發(fā)動機消耗一定燃料所需時間或者車輛行駛一定里程所需的燃油量來計算燃油消耗率。對于耗油量的參數(shù)檢測，不僅要保證有足夠的精度，而且還要對汽車的正常運轉不造成任何的影響。因此，研究與開發(fā)新型智能油耗儀也是實現(xiàn)油耗儀

23、產(chǎn)品升級換代的要求，也是科學技術日益發(fā)展的需要。油耗檢測裝置精確檢測汽車油耗，可為研制低油耗車提供依據(jù)。所以該系統(tǒng)的開發(fā)將會為汽車油耗精確檢測技術的發(fā)展提供新方向，為我國汽車油耗檢測技術發(fā)展創(chuàng)造新的平臺，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)。2.2 本文的主要研究容本課題的容是用電機帶動負載模擬汽車車輪，利用單片機和光電傳感器等構成外圍電路，對車速與里程進行測量和計算，采用液位傳感器對燃油用量（或剩余量）進行測量，利用燃油用量和里程數(shù)計算機油消耗量，包括瞬時油耗量（l/km）和平均油耗量（ l/100km） ，并實時顯示。（1）總體設計思路的確定。 根據(jù)機動車油耗量的計算與顯示系統(tǒng)的功能

24、要求確定總體設計思路。（2）硬件部分的設計選擇和匹配。 對單片機、流量傳感器、光電傳感器、顯示器、鍵盤、電源轉換模塊和電機模塊等元件根據(jù)系統(tǒng)要求，以與目前上述各種元件的技術狀況、性能特點、性價比等，結合調(diào)研情況以與相關參考資料進行對比分析，確定采用的元件的具體型號，并給出相應的接口電路，相互之間進行合理匹配。同時給出以單片機為核心的控制系電路原理圖，從而為各元件之間建立必要的聯(lián)系。（3）軟件系統(tǒng)的設計與調(diào)試。軟件部分配合硬件控制系統(tǒng)電路，共同完成對油耗、速度和里程測量測試，而軟件功能是通過分程序模塊來實現(xiàn)的，系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)初始化模塊、頻率測量模塊、燃油用量模塊、數(shù)據(jù)處理計算模塊、數(shù)據(jù)存儲與讀

25、取模塊、顯示模塊、定時中斷服務程序模塊等 同時進行程序的調(diào)試工作，以對編寫的程序進行運行檢查，驗證運行邏輯、運行流程等。（4）進行油耗檢測系統(tǒng)的可行性驗證。通過試驗分析油耗檢測系統(tǒng)所采用的理論的可行性，根據(jù)具體情況對理論模型進行修正，以提高其檢測精度。2.3 系統(tǒng)的功能要求 （1）掌握軟硬件設計原理； （2）熟練掌握AT89S52單片機的工作原理，能利用單片機部中斷設計程序，5 / 57 完成系統(tǒng)功能； （3）驅(qū)動電機部分需要用PWM調(diào)速； （4）油耗量需要實時顯示，要求每1s輸出一次數(shù)據(jù)，并且有斷電保存功能； （5）程序要有復位功能，里程顯示要有清零復位功能。 2.4 總體設計思路根據(jù)機動車

26、油耗量的計算與顯示系統(tǒng)功能的要求。使用單片機作為中心處理器，則需要為提供 5V 穩(wěn)定電壓的電源。我們知道機動車的電池電壓一般是 12V，要為單片機提供 5V 電壓需要進行電源的轉換，即將 12V 能轉換為 5V。系統(tǒng)要求顯示里程、瞬時油耗量和平均油耗量，所以應該用 LCD 或者數(shù)碼管作為顯示模塊。電機帶負載模擬機動車的車輪，通過光電傳感器測出車輪的轉動頻率從而測出機動車的速度。機動車的油耗量測量，可以用水代替燃油，通過液位流量傳感器測出單位時間或者單位路程所消耗的燃油。要求能對里程進行計數(shù)，單片機斷電后能進行數(shù)據(jù)保存；需要一個斷電數(shù)據(jù)保存模塊。因此，我們可以得出大概的關系結構圖： 燃油測量模塊

27、 數(shù)據(jù)保存模塊 電源轉換模塊 單片機 顯示模塊 外圍控制模塊 速度測量模塊 圖 2.1 機動車油耗量計算與顯示的控制關系結構圖 3 硬件電路設計31 單片機的選擇 根據(jù)系統(tǒng)功能要求，我們知道單片機要處理傳感器的脈沖信號，計算和轉化數(shù)據(jù)，存取讀取數(shù)據(jù)；這些功能一般單片機類型都能勝任，因此單片機的選擇要經(jīng)濟實惠和熟悉操作的。AT89S52 單片機是一個較為經(jīng)典的單片機，它作為教材的典例，在許多書籍中都有很詳6 / 57細的介紹，因此 AT89S52 是最佳的選擇。3.3. 2 AT89S52AT89S52 單片機的介紹AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系

28、統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Ateml 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 在眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)中得到廣泛應用。主要性能主要性能8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz-33MHz；三級加密程序存儲器；32個可編程 I/O 口線；三個16位定時器/計數(shù)器；六個中斷源；全雙工 UART 串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時器；

29、雙數(shù)據(jù)指針；掉電標識符。7 / 57 圖3.1 AT89S52引腳圖 DIP 封裝AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完 全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看

30、門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口， 片晶振與時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許 RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。P0P0 口口：P0口是一個8位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個 TTL邏 輯電平。對 P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模

31、式下， P0不具有部上拉電阻。 在 flash 編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗 時，需要外部上拉電阻。8 / 57P1P1 口口：P1 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。此外，P1.0和 P1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX） 。 在 flash 編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能：P1.0 T2（定時器/計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入） ，時鐘輸出P1.1 T2EX（定時器計數(shù)器 T2的捕捉/重載觸發(fā)

32、信號和方向控制）P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）P2P2 口口：P2 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL） 。 在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR） 時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器

33、時，P2口輸出 P2鎖存器的容。 在 flash 編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3P3 口口：P3 口是一個具有部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 TTL 邏輯電平。 P3口亦作為 AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。端口引腳第二功能：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INTO(外中斷0)P3.3 INT1(外中斷1)P3.4 TO(定時/計數(shù)器0)P3.5 T1(定時/計數(shù)器1)P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7

34、RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)此外，P3口還接收一些用于 FLASH 閃存存儲器和程序校驗的控制信號。RSTRST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。ALE/PROGALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈9 / 57沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG） 。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（

35、SFR）區(qū)中的8EH 單元的 D0位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 禁止位無效。PSENPSEN：程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 AT89S52由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。EA/VPPEA/VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH） ，EA 端必須保持低電平（接地） 。需注

36、意的是：如果加密位 LB1被編程，復位時部會鎖存EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執(zhí)行部程序存儲器的指令。FLASH 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源 Vpp，當然這必須是該器件是使用12V 編程電壓 Vpp。XTAL1XTAL1：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。寄存器寄存器并不是所有的地址都被定義了。片上沒有定義的地址是不能用的。讀這些地址，一般將得到一個隨機數(shù)據(jù)；寫入的數(shù)據(jù)將會無效。用戶不應該給這些未定義的地址寫入數(shù)據(jù)“1” 。由于這些寄存器在將來可能被賦予新的功能，復位后，這些位都為

37、“0” 。定時器2寄存器：寄存器 T2CON 和 T2MOD 包含定時器2 的控制位和狀態(tài)位（如表1和表2所示） ，寄存器對 RCAP2H 和 RCAP2L 是定時器2的捕捉/自動重載寄存器。中斷寄存器中斷寄存器：各中斷允許位在 IE 寄存器中，六個中斷源的兩個優(yōu)先級也可在 IE 中設置。表3-1 T2CON：定時器/計數(shù)器2控制寄存器T2CON 地址為0C8H 復位值：0000 0000B 位可尋址TF2EXF2RLCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL27654321010 / 57符號功能TF2定時器2 溢出標志位。必須軟件清“0” 。RCLK=1 或 TCLK=1 時，TF2

38、不用置位。EXF2定時器2 外部標志位。EXEN2=1 時，T2EX 上的負跳變而出現(xiàn)捕捉或重載時，EXF2 會被硬件置位。定時器2 打開，EXF2=1 時，將引導CPU 執(zhí)行定時器2 中斷程序。EXF2 必須如見清“0” 。在向下/向上技術模式（DCEN=1）下 EXF2不能引起中斷。RLCLK串行口接收數(shù)據(jù)時鐘標志位。若 RCLK=1，串行口將使用定時器2 溢出脈沖作為串行口工作模式1 和3 的串口接收時鐘；RCLK=0，將使用定時器1計數(shù)溢出作為串口接收時鐘。TCLK串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時鐘標志位。若 TCLK=1，串行口將使用定時器2 溢出脈沖作為串行口工作模式1 和3 的串口發(fā)送時鐘；TC

39、LK=0，將使用定時器1計數(shù)溢出作為串口發(fā)送時鐘。EXEN2定時器2外部允許標志位。當 EXEN2=1時，如果定時器2沒有用作串行時鐘，T2EX（P1.1）的負跳變將引起定時器2 捕捉和重載。若EXEN2=0，定時器2將視 T2EX 端的信號無效TR2開始/停止控制定時器2。TR2=1，定時器2開始工作C/T2定時器 2 定時/計數(shù)選擇標志位。C/T2 =0，定時； C/T2 =1，外部事件計數(shù)（下降沿觸發(fā)）CP/RL2捕捉/重載選擇標志位。當 EXEN2=1時， CP/RL2=1，T2EX 出現(xiàn)負脈沖，會引起捕捉操作；當定時器2溢出或 EXEN2=1時 T2EX 出現(xiàn)負跳變，都會出現(xiàn)自動重載

40、操作。CP/RL2=0 將引起 T2EX 的負脈沖。當 RCKL=1或 TCKL=1時，此標志位無效，定時器2溢出時，強制做自動重載操作。表3-2 中斷允許控制寄存器（IE）（MSB） （LSB）11 / 57EAET2ESET1EX1ET0EX0中斷允許控制位=1，允許中斷中斷允許控制位=0，禁止中斷符號位地址功能EAIE.7中斷總允許控制位。EA=0，中斷總禁止；EA=1，各中斷由各自的控制位設定IE.6預留ET2IE.5定時器2中斷允許控制位ESIE.4串行口中斷允許控制位ET1IE.3定時器1中斷允許控制位EX1IE.2外部中斷1允許控制位ET0IE.1定時器0中斷允許控制位EX0IE

41、.0外部中斷0允許控制位中斷源中斷源AT89S52 有6個中斷源：兩個外部中斷（INT0 和 INT1） ，三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。這些中斷如圖10所示每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器 IE 中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE 還包括一個中斷允許總控制位 EA，它能一次禁止所有中斷。如表5所示，IE.6位是不可用的。對于 AT89S52，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應給這些位寫1。它們?yōu)?AT89系列新產(chǎn)品預留。定時器2可以被寄存器 T2CON 中的 TF2和 EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。實際上，

42、中斷服務程序必須判定是否是 TF2 或 EXF2激活中斷，標志位也必須由軟件清0。定時器0和定時器1標志位 TF0 和 TF1在計數(shù)溢出的那個周期的 S5P2被置位。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，定時器2 的標志位 TF2 在計數(shù)溢出的那個周期的 S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。3. 3 顯示模塊顯示模塊選擇數(shù)碼管或者 LCD 來顯示，我們要從中選擇一種，因此要對比它們的優(yōu)缺點。12 / 57數(shù)碼管：數(shù)碼管：優(yōu)點：價格便宜，亮度足夠大，原理簡單程序代碼容易讀寫。 缺點：顯示容有限只能顯示數(shù)字，外圍電路相對 LCD 復雜。LCDLCD：優(yōu)點：可以同時顯示多個數(shù)據(jù)字符和

43、數(shù)字，外圍電路簡單。 缺點：價格相對數(shù)碼管昂貴，程序讀寫相對復雜。經(jīng)過對比數(shù)碼管和 LCD 的優(yōu)缺點和結合系統(tǒng)功能的要求，可知選擇 LCD 作為顯示模塊更為佳。LCD 能同時顯示速度、油耗量和里程。圖 3.2 LCD1602 仿真圖3. 4 電源轉換模塊機動車自身的電源電壓一般是 12V 或者 24V。而單片機工作的電壓為 5V,為此需要將 12V 或者 24V 轉換成 5V 電壓。基于經(jīng)濟實惠、簡單操作和穩(wěn)定的原則，選擇 7805芯片。78057805基本介紹：基本介紹：三端穩(wěn)壓集成電路 lm7805。電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 lm78 系列和負電壓輸出的 lm79系

44、列。顧名思義，三端 IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，TO- 220 的標準封裝，也有 lm9013樣子的 TO-92封裝。用 lm78/lm79系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路部還有過流、過熱與調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC型號中的 lm78或 lm79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 lm7806表示輸出電壓為正6V，lm7909表示輸出電壓為負9V。因為三端固定集成穩(wěn)壓電路的使用方13 / 57便，電子制作中經(jīng)常采用。 圖3.3 7805

45、實物圖 圖3.4 7805連接原理圖VS 是機動車提供的12V 電源， VCC 是提供單片機和其他硬件的5V 電源。加個二極管 D5，是因為系統(tǒng)需要斷電數(shù)據(jù)保存，防止斷電后電容干擾 MAX813的斷電檢測。電容起到兩個作用，一、濾波穩(wěn)定，二、儲能元件。開始電容選擇470和100，做出硬件后，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存出現(xiàn)問題，部分數(shù)據(jù)無法保存，原因是電容存儲能量不夠維持斷電后單片機保存重要的數(shù)據(jù)。將電容改為1000和470后，問題得到解決。3. 5 傳感器模塊光電傳感器介紹：光電傳感器介紹：光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉

46、換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此,光電式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉換的關鍵元件，它是把光信號（紅外、可見與紫外光輻射）轉變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以與物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。光電式傳感器具有非接觸、

47、響應快、性能可靠等特點，因此在工業(yè)自動化裝置和機器人中獲得廣泛應用。近年來，新的光電器件不斷涌現(xiàn)，特別是 CCD 圖像傳感器的誕生，為光電傳感器的進一步應用開創(chuàng)了新的一頁。14 / 57光電傳感器工作原理光電傳感器工作原理：由光通量對光電元件的作用原理不同所制成的光學測控系統(tǒng)是多種多樣的,按光電元件(光學測控系統(tǒng))輸出量性質(zhì)可分二類,即模擬式光電傳感器和脈沖(開關)式光電傳感器.模擬式光電傳感器是將被測量轉換成連續(xù)變化的光電流,它與被測量間呈單值關系.模擬式光電傳感器按被測量(檢測目標物體)方法可分為透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻檔)三大類.所謂透射式是指被測物體放在光路中,恒光源發(fā)

48、出的光能量穿過被測物,部份被吸收后,透射光投射到光電元件上;所謂漫反射式是指恒光源發(fā)出的光投射到被測物上,再從被測物體表面反射后投射到光電元件上;所謂遮光式是指當光源發(fā)出的光通量經(jīng)被測物光遮其中一部份,使投射到光電元件上的光通量改變,改變的程度與被測物體在光路位置有關.光敏二極管是最常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN 結的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負載電阻相串聯(lián)，當無光照時，它與普通二極管一樣，反向電流很?。?amp;micro;A） ，稱為光敏二極管的暗電流；當有光照時，載

49、流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場的作用下，光電載流子參于導電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強度成正比，于是在負載電阻上就能得到隨光照強度變化而變化的電信號。光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號轉換成電信號的功能外，還有對電信號放大的功能。光敏三級管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個極發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時集電結反偏，發(fā)射結正偏。在無光照時管子流過的電流為暗電流 Iceo=（1+）Icbo（很?。?，比一般三極

50、管的穿透電流還??；當有光照時，激發(fā)大量的電子-空穴對，使得基極產(chǎn)生的電流 Ib 增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流 Ic=（1+）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管與紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應

51、用該信號。此外，光電開關的結構元件中還有發(fā)射板和光導纖維。三角反射板是結構牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐體反射材料組成，能夠使光束準確地從反射板中返回，具有實用意義。它可以在與光軸0到25的圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。利用光電傳感器測速利用光電傳感器測速：此次設計中利用光電測速傳感器實物圖如下：15 / 57 圖3.5 光電傳感器實物圖3線制接口(S 為信號輸出端,+為正電源,-為負電源也就是地線)，TTL 電平（可直接連接單片機 I/0號，有擋礙物時,指示燈亮，輸出高 電平；無擋礙物時,指示燈不亮，輸出底電平。 ） 。模塊中的紅外對管一邊是發(fā)射

52、一邊是接收。模塊工作時發(fā)射管不斷發(fā)出紅外光, 當沒有障礙物遮擋紅外發(fā)射管發(fā)送給接收管的紅外光時,接收管接模塊輸出低電平，指示燈不亮；當有障礙物遮住紅外發(fā)射管發(fā)送給接收管的紅外光時,模塊輸出高電平，指示燈亮。 圖3.6 電機與光電傳感器安裝圖電機上的碼盤十個槽，當電機轉動一圈時候，光電傳感器將感應到十個高低電平信號傳遞給單片機處理。光電傳感器的信號觸發(fā)單片機外部中斷，外部中斷進行傳感器低電平信號計數(shù)。設機動車車輪周長為 S（m)，單位時間1秒光電傳感器傳遞給單片機的低電平信號次數(shù)是 N。則機動車速度為 V=(N/10)*S (m/s)液體測量傳感器：液體測量傳感器：此次設計中液體測量（即是燃油測

53、量）既是重點又是難點。液16 / 57體測量傳感器測量量精確度關系到整個系統(tǒng)的精確度，經(jīng)研究對比發(fā)現(xiàn)日本小野公司的 FP214型活塞式流量傳感器是相當不錯的選擇；精準度高，價格合適。然而基于本人資金有限，還不能購買 FP214型活塞式流量傳感器，所以考慮其他的傳感器，但所利用的原理是一樣的。開始考慮通過測量燃油的剩余量來測出耗油量，但發(fā)現(xiàn)油箱是固定的，無法測量其剩余油量重量。于是考慮到用壓力傳感器，通過測量油箱底的壓力，轉化為燃油的體積，然而發(fā)現(xiàn)機動車在行駛過程中燃油液面會波動的，這樣測量精準度較低。因此本設計中用到一個普通的流量傳感器（本質(zhì)是霍爾傳感器），與 FP214型活塞式流量傳感器相比

54、其精準度低許多，但原理一樣。要測量精準數(shù)據(jù)，只須將傳感器換為FP214型活塞式流量傳感器即可。圖3.7 液體流量傳感器當有液體通過時候，液體帶動傳感器中輪子，輪子轉動霍爾元件會發(fā)生信號變化，從而能測出液體的通過量。傳感器流量脈沖特性：f=98*Q 其中 f 為脈沖頻率（Hz）Q 為流量速度（L/min） 。通過單片機計算傳感器傳遞的單位時間1秒脈沖數(shù)，即可得到f，從而可求出 Q=f/98。17 / 57圖3.8 max813連接原理圖圖3.8 斷電檢測原理圖圖3.8中 R1是10K 電阻、2K 電阻，VS 電源電壓12V，PFI 檢測電壓是1.25V。所以VS=1.25/(2/12)=7.8V

55、，當 VS 低于等于7.8V 觸發(fā) PFI 管腳，管腳 PFO 產(chǎn)生低電平通知單片機(P1.0T2計數(shù)器溢出中斷）主電源斷電，讓單片機利用電容存儲能量與時保存重要數(shù)據(jù)。3. 6 單片機斷電檢測模塊：利用電容作為儲能元件，當主電源斷電時，MAX813檢測到電源斷電，第一時間通知單片機，讓單片機在電容供電的時間與時處理數(shù)據(jù)。MAX813MAX813引腳說明引腳說明：1腳MR：手動復位輸入端，當該端輸入低電平保持140ms 以上，MAX813就輸出復位信號。該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關的抖動，MR 與 TTL/CMOS 兼容。 2腳 VCC：5V 電源。 3腳 GND：電源地。 4腳

56、 PFI：電源檢測輸入端，當電壓低于1.25V 時候 PFO 輸出低電平。可將需要檢測的電源連接于此，不用時接地或電源。 5腳PFO：電源檢測輸出端。被檢測電源正常時，輸出高電平，否則輸出低電平。 6腳 WDI：看門狗輸入端，俗稱“喂狗”信號。程序正常運行時，必須在小于1.6s 的時間間隔向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片部的看門狗定時器。若超過1.6s 該輸入端收到脈沖信號，則部定時器溢出，8腳由高電平變?yōu)榈碗娖健?7腳 RESET：上電時自動產(chǎn)生200ms 的復位脈沖；手動復位端輸入低電平時，該端也產(chǎn)生復位信號輸出。 8腳WDO：看門狗輸出端喂狗信號在1.6s 能與時送入時，該腳即產(chǎn)生

57、1個低電平信號。 圖3.9 MAX813封裝圖3. 7 數(shù)據(jù)保存芯片數(shù)據(jù)保存芯片24C0224C02：串行 E2PROM 是基于 I2C-BUS 的存儲器件，遵循二線制協(xié)議，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點，在儀器儀表與工業(yè)自動化控18 / 57制中得到大量的應用。24C02與單片機的接口非常簡單，圖示 圖3.10 M24C02E0，E1，E2為器件地址線，WP 為些保護引腳，SCL，SDA 為二線串行接口，符合 I2C 總線協(xié)議。在一般單片機系統(tǒng)中，24C02 數(shù)據(jù)受到干擾的情況是很少的，但是隨著單片機抗干擾性能的變差，以與惡劣工業(yè)環(huán)境中單片機系統(tǒng)的應用，一些智能單片機控制系

58、統(tǒng)相繼出現(xiàn)24C02數(shù)據(jù)被沖掉的問題，而且隨著單片機的牌號以與24C02的牌號不同而出現(xiàn)不同程度的干擾現(xiàn)象。以前通過簡單的器件間替換比較，發(fā)現(xiàn)不同牌號的24C02其抗干擾性能是不一樣的，于是就認定24C02器件存在質(zhì)量好壞的問題。后來在一次偶然的機會里，發(fā)現(xiàn)有些24C02的 WP 引腳并不起到保護作用，也就是說將 WP 引腳與CPU 輸出引腳斷開并保持高電平的情況下，CPU 仍然能夠?qū)?4C02中的數(shù)據(jù)進行修改寫入！在驚訝之余，筆者收集了許多不同牌號的24C02 進行試驗，除了基本的讀寫功能外，還對地址功能以與 WP 引腳保護功能進行了全面的檢測，發(fā)現(xiàn)一種 ATMEL（激光印字）以與 XICO

59、R 牌號的24C02具有全面的符合 I2C 總線協(xié)議的功能，而有些牌號24C02要么沒有 WP 引腳保護功能，要么沒有器件地址功能（即2 片24C02不能共用一個 I2C總線） ，有些甚至兩種功能均無。所以說一些同樣功能型號的電子器件在兼容性上往往會帶來意想不到的問題，值得引起注意。無論是智能儀器儀表還是單片機工業(yè)控制系統(tǒng)都要求其數(shù)據(jù)能夠安全可靠而不受干擾，特別是一些重要的設定參數(shù)（如溫度控制設定值）受到干擾后變成一個很大的數(shù)字，那么就有可能發(fā)生燒箱毀物的破壞性后果，給生產(chǎn)和經(jīng)濟帶來損失，因此必須選用可靠的24C02器件作為數(shù)據(jù)儲存單元。對于只用一片24C02器件的系統(tǒng)，因為不需要分辨不同的地

60、址，只要 WP 保護功能正常就可以了，這只要斷開 WP 與 CPU 連線且保持高電平，再試一下系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫功能是否正常就可以了。而這一點對軟件抗干擾技術也是至關重要的。一般來說，同種牌號的24C02器件性能是一樣的，可以采用抽樣試驗決定取舍；對于有2片24C02以上的系統(tǒng)，必須嚴格檢查其器件尋址功能，這可以輪流撥下其中一片24C02器件，檢查相應的數(shù)據(jù)存取功能，若沒有交叉出錯現(xiàn)象則可以選用。提高提高24C0224C02數(shù)據(jù)安全的軟件措施數(shù)據(jù)安全的軟件措施（1）建議數(shù)據(jù)以十進制 BCD 碼方式存入24C02，這樣可以提高有效數(shù)據(jù)的冗余度，即24C02中的存儲單元其有效數(shù)據(jù)為0-9，大于9則為無效數(shù)據(jù)。這