机动车油耗量计算与显示毕业设计论文.doc

编号 毕业设计说明书 题 目 机动车油耗量的计算与显示机动车油耗量的计算与显示 院 系 电子工程与自动化学院 专 业 自动化 题目类型 题目类型 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2013 年 5 月 20 日 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 摘 要 汽车的发展是人类生活文明与进步的标志 汽车的发明一方面给人们的生活和生 产带来了极大的方便 另一方面也给社会带来了环境污染和能源紧缺等严重问题 人 类环境保护意识的逐渐加强 人们更加关心车辆油耗 要求限制车辆用油量的呼声越 来越强烈 因此 研究汽车的燃油消耗和降低排放污染就成为该研究领域的重点内容 之一 对汽车燃油经济性的评价 一般是通过汽车燃油消耗量来确定的 也是诊断和分 析汽车故障的重要参考 检测汽车燃油消耗量常通过燃油消耗检测仪测定燃油消耗量 的容积或质量来表示 普通式汽车油耗检测装置在测试范围 测试精度 显示 使用 维护和可靠性等方面都不是很理想 需要进一步改进 本文在分析和总结目前国内外车辆油耗检测仪器普遍存在的问题的基础上 根据 油耗仪现有的技术水平和发展趋势 采用传感器技术 单片机技术和显示技术 研制 智能型汽车油耗检测仪器 车辆智能油耗仪在单片机的控制下 通过计算流量传感器 送来的燃油流量脉冲信号和光电传感器计算机动车的转速的脉冲信号 在控制软件的 支撑下 能测量汽车的平均油耗 瞬时油耗 速度和里程 该系统的开发将会为汽车油耗精确检测技术的发展提供新方向 为我国汽车油耗 检测技术发展创造新的平台 为节能型汽车的研发提供更精确可靠的油耗数据 关键词 单片机 传感器 油耗 速度 里程 智能检测 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 Abstract The 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 people s lives and production on the other hand 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 urgent Therefore the study of the car s 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 detection 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 Analyze 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 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 can measure a vehicle s 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 China s automotive fuel consumption detection technology development research and development of fuel efficient vehicles to provide more accurate and reliable data on fuel consumption Keywords microcontroller sensor fuel consumption speed mileage intelligent detection 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 目 录 引言 1 1 绪论 2 1 1 国内外汽车油耗智能检测技术的研究背景 2 1 1 1 国内背景 2 1 1 2 国外背景 3 1 2 研究水平与发展趋势 3 2 汽车油耗智能检测技术研究的意义及内容 4 2 1 汽车油耗检测技术研究的意义 4 2 2 本文的主要研究内容 4 2 3 系统的功能要求 4 2 4 总体设计思路 5 3 硬件电路设计 6 3 1 单片机的选择 6 3 2 AT89S52 单片机的介绍 6 3 3 显示模块 12 3 4 电源转换模块 12 3 5 传感器模块 13 3 6 单片机断电检测模块 17 3 7 数据保存芯片 24C02 18 3 8 按键模块 19 3 9 本章小结 20 4 软件的设计与调试 21 4 1 初始化程序 21 4 2 测量油耗逻辑程序设计 22 4 3 LCD 显示程序 24 4 4 本章小结 25 5 系统制作及调试 26 5 1 板子的制作 26 5 1 1 Protel99 的使用步骤及经验 26 5 1 2 电路板的制作步骤 27 5 2 系统的软硬件调试 28 5 2 1 系统调试使用的仪器 28 5 2 2 系统调试的内容 28 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸 5 2 3 系统调试过程中遇到的问题 28 结 论 29 谢 辞 30 参考文献 31 附 录 32 原理图 32 PCB 图 33 程序 35 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第1页 共 50 页 引言 汽车的油耗检测是衡量汽车燃料经济性及汽车发动机性能的重要手段 它通过测 量发动机消耗一定燃料所需时间或者车辆行驶一定里程所需的燃油量来计算燃油消耗 率 检测汽车燃油消耗量常通过燃油消耗检测仪测定燃油消耗量的容积或质量来表示 对于耗油量的参数检测 不仅要保证有足够的精度 而且还要对汽车的正常运转不造 成任何的影响 随着传感器技术的微型化 多功能化 集成化和智能化方向发展 控制器功能的 不断完善 汽车油耗检测装置正在向微电脑控制 智能化方向控制发展 因此 研究 与开发新型智能油耗仪也是实现油耗仪产品升级换代的要求 也是科学技术日益发展 的需要 油耗检测装置精确检测汽车油耗 可为研制低油耗车提供依据 所以该系统 的开发将会为汽车油耗精确检测技术的发展提供新方向 为我国汽车油耗检测技术发 展创造新的平台 为节能型汽车的研发提供更精确可靠的油耗数据 为解决我国汽车 油耗使用量不断增加 石油 汽油 柴油 等非可再生资源的逐渐减少的问题做出重 要的贡献 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第2页 共 50 页 1 绪论 1 1 国内外汽车油耗智能检测技术的研究背景 1 1 1 国内背景 研究与开发新型智能油耗检测装置是实现油耗仪产品升级换代的要求 是科学技 术日益发展的需要 我国主要采用普通式汽车油耗计检测油耗 随着时代的变迁 科 技的日新月异 这类油耗计精度低 功耗大 适用范围较窄 可靠性不大 抗干扰性 不强等一系列弊端逐渐突显出来 而且急需改善 在国内 由于技术上的落后 对汽 车燃油经济性的检测重视较晚 因此我国交通部规定采用的测量方法为容积法和重量 法 自动容积式油耗仪主要用于汽油车消耗量的测量 质量法是直接测量一定时间间 隔发动机消耗的燃油质量 最简单的油耗测量方法是机械天平质量法 它用机械式天 平测量所消耗的燃油质量 手动秒表计时 成本低廉 但需专人操作 无法消除误差 测试精度较低 已逐渐被自动油耗仪所取代 一般汽油车常用容积法测量油耗 柴油 车常用质量法测量油耗 目前的油耗仪多为体积式的 FP 214型活塞式流量传感器 最低采样时间为0 1 最小油量分辨率为1ml 传感器量程为0 3 120L h 涡轮流量 仪具有瞬时测量和累计功能 得到广泛应用 可测量0 05 1200 L min的液体流量 中小功率汽油机燃油流量小 一般在10 3000mL min 超出涡流流量计下限 为此国 内研制出不同大小的涡轮以满足汽油机小流量测量的需要 以上两种流量仪均用于汽 车道路试验 只能测量体积流量 而采用较多的数字式油耗一转速自动测量仪 能实 现油耗和转速的自动测量 通过选择开关 可将仪器分成测量转速和油耗两部分 转 速测量采用数字式转速仪 油耗则采用容积式油耗仪 随着计算机技术的不断发展 硬件性能的不断提高 虚拟实验技术也开始用来进行车辆经济性方面的研究 车辆动 力性和经济性的虚拟实验系统的类型可分为纯软件型和硬件在环型 他们在体系结构 软硬件构成及开发环境 开发方法方面都有各自特点 纯软件型系统仅利用软件完成 整个系统仿真 它把实验环境 实验对象全部抽象为数学模型 其重点在于抽象的数 学模型和软件技术 可以利用Matlab或一些专用软件开发 硬件在环型系统是指将实 物硬件嵌入仿真系统的实时动态仿真技术 其强调软硬件技术以及电子技术的结合 获取的一些关键信号是由真实硬件发出 比纯软件方式可信度高 开发工具可以利用 一些通用开发工具或ADI等公司开发的仿真软件 硬件在环仿真系统HILSS是在计算机 软硬件技术发展到一定程度之后才出现的一种集多种技术于一体的综合系统 对硬件 和软件系统的要求很高 它依赖于计算机技术的飞速发展 需要同时完成大量运算 数据处理和执行多任务 目前国内汽车油耗检测主要采用普通式汽车油耗检测装置 其测试范围 测试精 度 显示 使用维护和可靠性等方面都不是很理想 一些院校和科研单位研制的电子 油耗检测装置 能测试平均油耗 瞬时油耗和累计油耗和图形显示等 在实际使用过 程中 一些宣传上的功能和性能与实际还有差距 甚至差距较大 其测试精度尚需进 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第3页 共 50 页 一步提高 装置的成本还需进一步降低 1 1 2 国外背景 燃油消耗量是评价汽油机经济性的重要指标 是汽油机的重要测量参数之一 因 此 燃油消耗量的测量是内燃机性能试验的重要组成部分 其测量精度直接影响汽油 机实际性能指标 各项技术参数确定和主要附件的选配及调整等 目前 内燃机台架 试验多属于稳态工况 仍沿用传统的质量法或体积法测量发动机燃油消耗量 随着汽 车技术飞速发展 对其测试的手段也应同步发展 目前的油耗仪多为体积式的 日本 小野公司的 FP 214 型活塞式流量传感器 最低采样时间为 0 1s 最小油量分辨率为 1ml 传感器量程为 0 3 120L h 涡轮流量仪具有瞬时测量和累计功能 得到广泛应 用 可测量 0 05 20L h 的液体流量 在标定条件下 精度可达 0 5 响应时间为 2 10ms 中小功率汽油机燃油流量小 一般在 10 3000mL min 超出涡流流量计下限 为此国内研制出不同大小的涡轮以满足汽油机小流量测量的需要 以上两种流量仪均 用于汽车道路试验 只能测量体积流量 美国 日本等发达国家在 70 年代中期就对基 于碳平衡法理论的汽车油耗检测系统进行了大量的研究 并取得了一些成果及试验数 据 结果表明 该方法测汽车油耗是完全可行的 并且可以在检测汽车尾气排放的同 时进行 但该检测系统设备庞大 复杂 而且无法实现快速检测 采用这种检测系统 进行油耗量检测仅仅局限于实验室中 难以在实际中广泛应用 国外汽车工业发达国 家 比较重视环保与节能 其车辆油耗检测技术较先进 投入的人力和财力也较多 并大量采用了传感技术和微电脑技术 正在大力开发研制智能型油耗检测装置 其功 能 测试项目 精度 显示方式都在不断发展与完善之中 成本逐渐趋向合理 目前 国外有关燃油消耗测设备的报道较少 只有一些专利 研究开发汽车油耗智能型快速 检测仪器 采用流量传感器和单片机实现油耗智能检测 该仪器可用于汽车发动机在 不同工况时的油耗数据的测量 以及车辆行驶的等速油耗 变工况油耗及百公里油耗 测试 尤其是瞬时油耗测试的开发 将先进的智能传感器技术和智能仪表技术应用于 液体流量检测与显示 集机 电 液于一体 提高检测与显示精度和检测的自动化程 度 满足生产实际的需要 由于单片机的大规模应用 微电子技术的迅猛发展 加上 传感器的微型化 多功能化 集成化和智能化方向发展 控制器功能的不断完善 因 而目前国内外各国都在研究与开发微电脑油耗仪 并进一步向智能化方向发展 1 2 研究水平与发展趋势 研究开发汽车油耗智能型快速检测仪器 采用流量传感器 光电传感器和单片机 实现油耗智能检测 该仪器可用于汽车发动机在不同工况时的油耗数据的测量 以及 车辆行驶的等速油耗 变工况油耗及百公里油耗测试 尤其是瞬时油耗测试的开发 将先进的智能传感器技术和智能仪表技术应用于液体流量检测与显示 集机 电 液 于一体 提高检测与显示精度和检测的自动化程度 满足生产实际的需要 由于单片 机的大规模应用 微电子技术的迅猛发展 加上传感器的微型化 多功能化 集成化 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第4页 共 50 页 和智能化方向发展 因而目前国内外各国都在研究与开发微电脑油耗仪 并进一步向 智能化方向发展 2 汽车油耗检测技术研究的意义及内容 2 1 汽车油耗检测技术研究的意义 汽车的油耗检测是衡量汽车燃料经济性及汽车发动机性能的重要手段 而油耗仪 是进行油耗检测的专用仪器 它通过测量发动机消耗一定燃料所需时间或者车辆行驶 一定里程所需的燃油量来计算燃油消耗率 对于耗油量的参数检测 不仅要保证有足 够的精度 而且还要对汽车的正常运转不造成任何的影响 因此 研究与开发新型智 能油耗仪也是实现油耗仪产品升级换代的要求 也是科学技术日益发展的需要 油耗 检测装置精确检测汽车油耗 可为研制低油耗车提供依据 所以该系统的开发将会为 汽车油耗精确检测技术的发展提供新方向 为我国汽车油耗检测技术发展创造新的平 台 为节能型汽车的研发提供更精确可靠的油耗数据 2 2 本文的主要研究内容 本课题的内容是用电机带动负载模拟汽车车轮 利用单片机和光电传感器等构 成外围电路 对车速及里程进行测量和计算 采用液位传感器对燃油用量 或剩余 量 进行测量 利用燃油用量和里程数计算机油消耗量 包括瞬时油耗量 l km 和平均油耗量 l 100km 并实时显示 1 总体设计思路的确定 根据机动车油耗量的计算与显示系统的功能要求确定 总体设计思路 2 硬件部分的设计选择和匹配 对单片机 流量传感器 光电传感器 显示器 键盘 电源转换模块和电机模块等元件根据系统要求 以及目前上述各种元件的技术 状况 性能特点 性价比等 结合调研情况以及相关参考资料进行对比分析 确定采 用的元件的具体型号 并给出相应的接口电路 相互之间进行合理匹配 同时给出以 单片机为核心的控制系电路原理图 从而为各元件之间建立必要的联系 3 软件系统的设计与调试 软件部分配合硬件控制系统电路 共同完成对油耗 速度和里程测量测试 而软件功能是通过分程序模块来实现的 系统软件包括系统初 始化模块 频率测量模块 燃油用量模块 数据处理计算模块 数据存储与读取模 块 显示模块 定时中断服务程序模块等 同时进行程序的调试工作 以对编写的程 序进行运行检查 验证运行逻辑 运行流程等 4 进行油耗检测系统的可行性验证 通过试验分析油耗检测系统所采用的理论的 可行性 根据具体情况对理论模型进行修正 以提高其检测精度 2 3 系统的功能要求 1 掌握软硬件设计原理 2 熟练掌握AT89S52单片机的工作原理 能利用单片机内部中断设计程序 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第5页 共 50 页 完成系统功能 3 驱动电机部分需要用PWM调速 4 油耗量需要实时显示 要求每1s输出一次数据 并且有断电保存功能 5 程序要有复位功能 里程显示要有清零复位功能 2 4 总体设计思路 根据机动车油耗量的计算与显示系统功能的要求 使用单片机作为中心处理器 则需要为提供 5V 稳定电压的电源 我们知道机动车的电池电压一般是 12V 要为单片 机提供 5V 电压需要进行电源的转换 即将 12V 能转换为 5V 系统要求显示里程 瞬时油耗量和平均油耗量 所以应该用 LCD 或者数码管作为 显示模块 电机带负载模拟机动车的车轮 通过光电传感器测出车轮的转动频率从而测出机 动车的速度 机动车的油耗量测量 可以用水代替燃油 通过液位流量传感器测出单位时间内 或者单位路程内所消耗的燃油 要求能对里程进行计数 单片机断电后能进行数据保存 需要一个断电数据保存 模块 因此 我们可以得出大概的关系结构图 燃油测量模块 数据保存模块 电源转换模块 单片机 显示模块 外围控制模块 速度测量模块 图 2 1 机动车油耗量计算与显示的控制关系结构图 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第6页 共 50 页 3 硬件电路设计 3 1 单片机的选择 根据系统功能要求 我们知道单片机要处理传感器的脉冲信号 计算和转化数据 存取读取数据 这些功能一般单片机类型都能胜任 因此单片机的选择要经济实惠和 熟悉操作的 AT89S52 单片机是一个较为经典的单片机 它作为教材的典例 在许多书籍中都有很 详细的介绍 因此 AT89S52 是最佳的选择 3 2 AT89S52 单片机的介绍 AT89S52 是一种低功耗 高性能 CMOS 8 位微控制器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 使用 Ateml 公司高密度非易失性存储器技术制造 与工业 80C51 产 品指令和引脚完全兼容 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程 亦适于常规编程 器 在单芯片上 拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 AT89S52 在众 多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用 主要性能主要性能 8K 字节在系统可编程 Flash 存储器 1000次擦写周期 全静态操作 0Hz 33MHz 三级加密程序存储器 32个可编程 I O 口线 三个16位定时器 计数器 六个中断源 全双工 UART 串行通道 低功耗空闲和掉电模式 掉电后中断可唤醒 看门狗定时器 双数据指针 掉电标识符 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第7页 共 50 页 图3 1 AT89S52引脚图 DIP 封装 AT89S52 是一种低功耗 高性能 CMOS8位微控制器 具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造 与工业80C51 产品 指令和引脚完 全兼容 片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程 亦适于 常规编程 器 在单芯片上 拥有灵巧的8 位 CPU 和在系统 可编程 Flash 使得 AT89S52为众 多嵌入式控制应用系统提 供高灵活 超有效的解决方案 AT89S52具有以下标准功 能 8k 字节 Flash 256字节 RAM 32 位 I O 口线 看门狗定时器 2 个数据指 针 三个16 位 定时器 计数器 一个6向量2级中断结构 全双工串行口 片内晶振 及时钟电路 另外 AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作 支持2种软件可选择节电 模式 空闲模式下 CPU 停止工作 允许 RAM 定时器 计数器 串口 中断继续工 作 掉电保护方式下 RAM 内容被保存 振荡器被冻结 单片机一切工作停止 直到 下一个中断或硬件复位为止 P0 口口 P0口是一个8位漏极开路的双向 I O 口 作为输出口 每位能驱动8个 TTL 逻 辑电平 对 P0端口写 1 时 引脚用作高阻抗输入 当访问外部程序和数据存储 器时 P0口也被作为低8位地址 数据复用 在这种模式下 P0不具有内部上拉电阻 在 flash 编程时 P0口也用来接收指令字节 在程序校验时 输出指令字节 程序校 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第8页 共 50 页 验 时 需要外部上拉电阻 P1 口口 P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向 I O 口 p1 输出缓冲器能驱 动4 个 TTL 逻辑电平 此外 P1 0和 P1 1分别作定时器 计数器2的外部计数输入 P1 0 T2 和定时器 计数器2 的触发输入 P1 1 T2EX 在 flash 编程和校验时 P1口接收低8位地址字 节 引脚号第二功能 P1 0 T2 定时器 计数器 T2的外部计数输入 时钟输出 P1 1 T2EX 定时器计数器 T2的捕捉 重载触发信号和方向控制 P1 5 MOSI 在系统编程用 P1 6 MISO 在系统编程用 P1 7 SCK 在系统编程用 P2 口口 P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向 I O 口 P2 输出缓冲器能驱 动4 个 TTL 逻辑电平 对 P2 端口写 1 时 内部上拉 电阻把端口拉高 此时可以作为输入 口使用 作为输入使用时 被外部拉低的引脚由 于内部电阻的原因 将输出电流 IIL 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外 部数据存储器 例如执行 MOVX DPTR 时 P2 口送出高八位地址 在这种应用 中 P2 口使用很强的内部上拉发送1 在使用 8位地址 如 MOVX RI 访问外部 数据存储器时 P2口输出 P2锁存器的内容 在 flash 编程和校验时 P2口也接收高8 位地址字节和一些控制信号 P3 口口 P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向 I O 口 p3 输出缓冲器能驱 动4 个 TTL 逻辑电平 P3口亦作为 AT89S52特殊功能 第二功能 使用 如下表 所示 在 flash 编程和校验时 P3口也接收一些控制信号 端口引脚第二功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 P3 2 INTO 外中断0 P3 3 INT1 外中断1 P3 4 TO 定时 计数器0 P3 5 T1 定时 计数器1 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 此外 P3口还接收一些用于 FLASH 闪存存储器和程序校验的控制信号 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将是 单片机复位 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第9页 共 50 页 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允许 输 出脉冲用于锁存地址的低8位字节 一般情况下 ALE 仍以时钟振荡频率的1 6输出固 定的脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于定时目的 要注意的是 每当访问外部 数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 对 FLASH 存储器编程期间 该引脚还用于输入 编程脉冲 PROG 如有必要 可通过对特殊功能寄存器 SFR 区中的8EH 单元的 D0位置位 可禁止 ALE 操作 该位置位后 只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活 此外 该引脚会被微弱拉高 单片机执行外部程序时 应设置 ALE 禁止位 无效 PSEN 程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号 当 AT89S52由外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次 PSEN 有效 即 输出两个脉冲 在此期间 当访问外部数据存储器 将跳过两次 PSEN 信号 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 地址为0000H FFFFH EA 端必须保持低电平 接地 需注意的是 如果加密位 LB1被编程 复位 时内部会锁存 EA 端状态 如 EA 端为高电平 接 Vcc 端 CPU 则执行内部程序存储 器的指令 FLASH 存储器编程时 该引脚加上 12V 的编程允许电源 Vpp 当然这必 须是该器件是使用12V 编程电压 Vpp XTAL1 振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 寄存器寄存器 并不是所有的地址都被定义了 片上没有定义的地址是不能用的 读这些地址 一般将得到一个随机数据 写入的数据将会无效 用户不应该给这些未定义的地址写入数据 1 由于这些寄存器在将来可能被赋予 新的功能 复位后 这些位都为 0 定时器2寄存器 寄存器 T2CON 和 T2MOD 包含定时器2 的控制位和状态位 如表1和表2所示 寄存器对 RCAP2H 和 RCAP2L 是定时器2的捕捉 自动重载寄存 器 中断寄存器中断寄存器 各中断允许位在 IE 寄存器中 六个中断源的两个优先级也可在 IE 中 设置 表3 1 T2CON 定时器 计数器2控制寄存器 T2CON 地址为0C8H 复位值 0000 0000B 位可寻址 TF2EXF2RLCLKTCLKEXEN2TR2C T2CP RL2 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第10页 共 50 页 76543210 符 号 功能 TF 2 定时器2 溢出标志位 必须软件清 0 RCLK 1 或 TCLK 1 时 TF2不用置位 E X F2 定时器2 外部标志位 EXEN2 1 时 T2EX 上的负跳变而出现捕捉 或重载时 EXF2 会被硬件置位 定时器2 打开 EXF2 1 时 将引 导 CPU 执行定时器2 中断程序 EXF2 必须如见清 0 在向下 向上 技术模式 DCEN 1 下 EXF2不能引起中断 R L C LK 串行口接收数据时钟标志位 若 RCLK 1 串行口将使用定时器2 溢 出脉冲作为串行口工作模式1 和3 的串口接收时钟 RCLK 0 将使 用定时器1计数溢出作为串口接收时钟 T C LK 串行口发送数据时钟标志位 若 TCLK 1 串行口将使用定时器2 溢 出脉冲作为串行口工作模式1 和3 的串口发送时钟 TCLK 0 将使 用定时器1计数溢出作为串口发送时钟 E X E N 2 定时器2外部允许标志位 当 EXEN2 1时 如果定时器2没有用作串 行时钟 T2EX P1 1 的负跳变将引起定时器2 捕捉和重载 若 EXEN2 0 定时器2将视 T2EX 端的信号无效 T R 2 开始 停止控制定时器2 TR2 1 定时器2开始工作 C T2 定时器 2 定时 计数选择标志位 C T2 0 定时 C T2 1 外部 事件计数 下降沿触发 C P R L2 捕捉 重载选择标志位 当 EXEN2 1时 CP RL2 1 T2EX 出现负 脉冲 会引起捕捉操作 当定时器2溢出或 EXEN2 1时 T2EX 出现负 跳变 都会出现自动重载操作 CP RL2 0 将引起 T2EX 的负脉冲 当 RCKL 1或 TCKL 1时 此标志位无效 定时器2溢出时 强制做 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第11页 共 50 页 自动重载操作 表3 2 中断允许控制寄存器 IE MSB LSB EAET2ESET1EX1ET0EX0 中断允许控制位 1 允许中断 中断允许控制位 0 禁止中断 符号位地址功能 EAIE 7 中断总允许控制位 EA 0 中断总禁止 EA 1 各中断 由各自的控制位设定 IE 6预留 ET2IE 5定时器2中断允许控制位 ESIE 4串行口中断允许控制位 ET1IE 3定时器1中断允许控制位 EX1IE 2外部中断1允许控制位 ET0IE 1定时器0中断允许控制位 EX0IE 0外部中断0允许控制位 中断源中断源 AT89S52 有6个中断源 两个外部中断 INT0 和 INT1 三个定时中断 定时 器0 1 2 和一个串行中断 这些中断如图10所示每个中断源都可以通过置位或清除 特殊寄存器 IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效 IE 还包括一个 中断允许总控制位 EA 它能一次禁止所有中断 如表5所示 IE 6位是不可用的 对于 AT89S52 IE 5位也是不能用的 用户软件 不应给这些位写1 它们为 AT89系列新产品预留 定时器2可以被寄存器 T2CON 中的 TF2和 EXF2的或逻辑触发 程序进入中断服 务后 这些标志位都可以由硬件清0 实际上 中断服务程序必须判定是否是 TF2 或 EXF2激活中断 标志位也必须由软件清0 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第12页 共 50 页 定时器0和定时器1标志位 TF0 和 TF1在计数溢出的那个周期的 S5P2被置位 它 们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来 然而 定时器2 的标志位 TF2 在计数溢出 的那个周期的 S2P2被置位 在同一个周期被电路捕捉下来 3 3 显示模块 显示模块选择数码管或者 LCD 来显示 我们要从中选择一种 因此要对比它们的 优缺点 数码管 数码管 优点 价格便宜 亮度足够大 原理简单程序代码容易读写 缺点 显示内容有限只能显示数字 外围电路相对 LCD 复杂 LCD 优点 可以同时显示多个数据字符和数字 外围电路简单 缺点 价格相对数码管昂贵 程序读写相对复杂 经过对比数码管和 LCD 的优缺点和结合系统功能的要求 可知选择 LCD 作为显 示模块更为佳 LCD 能同时显示速度 油耗量和里程 图 3 2 LCD1602 仿真图 3 4 电源转换模块 机动车自身的电源电压一般是 12V 或者 24V 而单片机工作的电压为 5V 为此需 要将 12V 或者 24V 转换成 5V 电压 基于经济实惠 简单操作和稳定的原则 选择 7805 芯片 7805基本介绍 基本介绍 三端稳压集成电路 lm7805 电子产品中 常见的三端稳压集成电 路有正电压输出的 lm78 系列和负电压输出的 lm79 系列 顾名思义 三端 IC 是 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第13页 共 50 页 指这种稳压用的集成电路 只有三条引脚输出 分别是输入端 接地端和输出端 它 的样子象是普通的三极管 TO 220 的标准封装 也有 lm9013样子的 TO 92封装 用 lm78 lm79系列三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少 电路内部还有过流 过热及调整管的保护电路 使用起来可靠 方便 而且价格便宜 该系列集成稳压 IC 型号中的 lm78或 lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压 如 lm7806表 示输出电压为正6V lm7909表示输出电压为负9V 因为三端固定集成稳压电路的使用 方便 电子制作中经常采用 图3 3 7805实物图 图3 4 7805连接原理图 VS 是机动车提供的12V 电源 VCC 是提供单片机和其他硬件的5V 电源 加个二 极管 D5 是因为系统需要断电数据保存 防止断电后电容干扰 MAX813的断电检测 电容起到两个作用 一 滤波稳定 二 储能元件 开始电容选择470和100 做出硬 件后 发现数据保存出现问题 部分数据无法保存 原因是电容存储能量不够维持断 电后单片机保存重要的数据 将电容改为1000和470后 问题得到解决 3 5 传感器模块 光电传感器介绍 光电传感器介绍 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器 它首先把 被测量的变化转换成光信号的变化 然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第14页 共 50 页 光电传感器一般由光源 光学通路和光电元件三部分组成 光电检测方法具有精度高 反应快 非接触等优点 而且可测参数多 传感器的结构简单 形式灵活多样 因此 光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛 光电传感器是各种光电检测系统中实现 光电转换的关键元件 它是把光信号 红外 可见及紫外光辐射 转变成为电信号的 器件 光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器 它可用于检测直接引起光 量变化的非电量 如光强 光照度 辐射测温 气体成分分析等 也可用来检测能转 换成光量变化的其他非电量 如零件直径 表面粗糙度 应变 位移 振动 速度 加速度 以及物体的形状 工作状态的识别等 光电式传感器具有非接触 响应快 性能可靠等特点 因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用 近年来 新的光 电器件不断涌现 特别是 CCD 图像传感器的诞生 为光电传感器的进一步应用开创了 新的一页 光电传感器工作原理光电传感器工作原理 由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系 统是多种多样的 按光电元件 光学测控系统 输出量性质可分二类 即模拟式光电传感器 和脉冲 开关 式光电传感器 模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流 它 与被测量间呈单值关系 模拟式光电传感器按被测量 检测目标物体 方法可分为透射 吸 收 式 漫反射式 遮光式 光束阻档 三大类 所谓透射式是指被测物体放在光路中 恒光源 发出的光能量穿过被测物 部份被吸收后 透射光投射到光电元件上 所谓漫反射式是指 恒光源发出的光投射到被测物上 再从被测物体表面反射后投射到光电元件上 所谓遮光 式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份 使投射到光电元件上的光通量改 变 改变的程度与被测物体在光路位置有关 光敏二极管是最常见的光传感器 光敏二极管的外型与一般二极管一样 只是它 的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口 以便于光线射入 为增加受光面积 PN 结的面积 做得较大 光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下 并与负载电阻相串联 当无光 照时 它与普通二极管一样 反向电流很小 A 称为光敏二极管的暗电流 当有光照时 载流子被激发 产生电子 空穴 称为光电载流子 在外电场的作用下 光电载流子参于导电 形成比暗电流大得多的反向电流 该反向电流称为光电流 光 电流的大小与光照强度成正比 于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的 电信号 光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外 还有对电信 号放大的功能 光敏三级管的外型与一般三极管相差不大 一般光敏三极管只引出两 个极 发射极和集电极 基极不引出 管壳同样开窗口 以便光线射入 为增大光 照 基区面积做得很大 发射区较小 入射光主要被基区吸收 工作时集电结反偏 发射结正偏 在无光照时管子流过的电流为暗电流 Iceo 1 Icbo 很小 比一般 三极管的穿透电流还小 当有光照时 激发大量的电子 空穴对 使得基极产生的电流 Ib 增大 此刻流过管子的电流称为光电流 集电极电流 Ic 1 Ib 可见光电三极 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第15页 共 50 页 管要比光电二极管具有更高的灵敏度 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信 号的变化来实现控制的 光电传感器在一般情况下 有三部分构成 它们分为 发送 器 接收器和检测电路 发送器对准目标发射光束 发射的光束一般来源于半导体光 源 发光二极管 LED 激光二极管及红外发射二极管 光束不间断地发射 或者改变 脉冲宽度 接收器有光电二极管 光电三极管 光电池组成 在接收器的前面 装有 光学元件如透镜和光圈等 在其后面是检测电路 它能滤出有效信号和应用该信号 此外 光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维 三角反射板是结构牢固的发射 装置 它由很小的三角锥体反射材料组成 能够使光束准确地从反射板中返回 具有 实用意义 它可以在与光轴0到25的范围改变发射角 使光束几乎是从一根发射线 经 过反射后 还是从这根反射线返回 利用光电传感器测速利用光电传感器测速 此次设计中利用光电测速传感器实物图如下 图3 5 光电传感器实物图 3线制接口 S 为信号输出端 为正电源 为负电源也就是地线 TTL 电平 可直 接连接单片机 I 0号 有挡碍物时 指示灯亮 输出高 电平 无挡碍物时 指示灯不亮 输出底电平 模块中的红外对管一边是发射一边是接收 模块工作时发射管不断发 出红外光 当没有障碍物遮挡红外发射管发送给接收管的红外光时 接收管接模块输出 低电平 指示灯不亮 当有障碍物遮住红外发射管发送给接收管的红外光时 模块输出 高电平 指示灯亮 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第16页 共 50 页 图3 6 电机与光电传感器安装图 电机上的码盘十个槽 当电机转动一圈时候 光电传感器将感应到十个高低电平 信号传递给单片机处理 光电传感器的信号触发单片机外部中断 外部中断进行传感 器低电平信号计数 设机动车车轮周长为 S m 单位时间1秒内光电传感器传递给单 片机的低电平信号次数是 N 则机动车速度为 V N 10 S m s 液体测量传感器 液体测量传感器 此次设计中液体测量 即是燃油测量 既是重点又是难点 液 体测量传感器测量量精确度关系到整个系统的精确度 经研究对比发现日本小野公司 的 FP 214型活塞式流量传感器是相当不错的选择 精准度高 价格合适 然而基于本人资金有限 还不能购买 FP 214型活塞式流量传感器 所以考虑其他的传 感器 但所利用的原理是一样的 开始考虑通过测量燃油的剩余量来测出耗油量 但发现油箱是固定的 无法测量 其剩余油量重量 于是考虑到用压力传感器 通过测量油箱底的压力 转化为燃油的 体积 然而发现机动车在行驶过程中燃油液面会波动的 这样测量精准度较低 因此 本设计中用到一个普通的流量传感器 本质是霍尔传感器 与 FP 214型活塞式流量 传感器相比其精准度低许多 但原理一样 要测量精准数据 只须将传感器换为 FP 214型活塞式流量传感器即可 图3 7 液体流量传感器 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第17页 共 50 页 当有液体通过时候 液体带动传感器中轮子 轮子转动霍尔元件会发生信号变化 从而能测出液体的通过量 传感器流量脉冲特性 f 98 Q 其中 f 为脉冲频率 Hz Q 为流量速度 L min 通过单片机计算传感器传递的单位时间1秒内脉冲数 即可得 到 f 从而可求出 Q f 98 图3 8 max813连接原理图 图3 8 断电检测原理图 图3 8中 R1是10K 电阻 2K 电阻 VS 电源电压12V PFI 检测电压是1 25V 所 以 VS 1 25 2 12 7 8V 当 VS 低于等于7 8V 触发 PFI 管脚 管脚 PFO 产生低电平 通知单片机 P1 0T2计数器溢出中断 主电源断电 让单片机利用电容存储能量及时保 存重要数据 3 6 单片机断电检测模块 利用电容作为储能元件 当主电源断电时 MAX813检测 到电源断电 第一时间通知单片机 让单片机在电容供电的时间内及时处理数据 MAX813引脚说明引脚说明 1脚 MR 手动复位输入端 当该端输入低电平保持140ms 以 上 MAX813就输出复位信号 该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的 抖动 MR 与 TTL CMOS 兼容 2脚 VCC 5V 电源 3脚 GND 电源地 4脚 PFI 电源检测输入端 当电压低于1 25V 时候 PFO 输出低电平 可将需要检测的电 桂林电子科技大学毕业设计 论文 报告用纸第18页 共 50 页 源连接于此 不用时接地或电源 5脚 PFO 电源检测输出端 被检测电源正常时 输出高电平 否则输出低电平 6脚 WDI 看门狗输入端 俗称 喂狗 信号 程序 正常运行时 必须在小于1 6s 的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号 以清除芯 片内部的看门狗定时器 若超过1 6s 该输入端收到脉冲信号 则内部定时器溢出 8脚 由高电平变为低电平 7脚 RESET 上电时自动产生200ms 的复位脉冲 手动复位 端输入低电平时 该端也产生复位信号输出 8脚 WDO 看门狗输出端喂狗信号在 1 6s 内能及时送入时 该脚即产生1个低电平信号 图3 9 MAX813封装图 3 7 数据保存芯片数据保存芯片24C02 串行 E2PROM 是基于 I2C BUS 的存储器件 遵循二线制 协议 由于其具有接口方便 体积小 数据掉电不丢失等特点 在仪器仪表及工业自 动化控制中得到大量的应用 24C02与单片机的接口非常简单 图示 图3 10 M24C02 E0 E1 E2为器件地址线 WP 为些保护引脚 SCL SDA 为二线串行接口 符合 I2C 总线协议 在一般单片机系统中 24C02 数据 受到干扰的情况是很少的 但是随着单片机抗干扰性能的变差 以及恶劣工业环境中 单片机系统的应用 一些智能单片机控制系统相继出现24C02数据被冲掉的问题 而 且随着单片机的牌号以及24C02的牌号不同而出现不同程度的干扰现象 以前通过简 单的器件间替换比较 发现不同牌号的24C02其抗干扰性能是不一样的 于是就认定 24C02器件存在 质量 好坏的问题 后来在一次偶然的机会里 发现有些24C02的 WP 引脚并不起到保护作用 也就是说将 WP 引脚与 CPU 输出引脚断开并保