基于超声波技术的汽车油耗检测仪器设计【汽车类】【8张CAD图纸】【优秀】

基于超声波技术的汽车油耗检测仪器设计

86页 44000字数+说明书+任务书+开题报告+8张CAD图纸【详情如下】

仪器下壳体A2.dwg

仪器接口A1.dwg

任务书.doc

基于超声波技术的汽车油耗检测仪器设计开题报告.doc

基于超声波技术的汽车油耗检测仪器设计说明书.doc

换能器装夹装置A2.dwg

换能器部分电路图A2.dwg

控制面板A2.dwg

油耗仪器内部装配图A1.dwg

电路图A0.dwg

答辩相关材料.doc

装配图A0.dwg

说明书封皮.doc

摘    要

　　　近年来，汽车工业有了突飞猛进的发展，由于全球高新技术的日新月异以及人们对环境保护与节约能源的更加关注，各种油耗检测仪器就应运而生，但是其中大部分为解体式油耗检测技术下的燃油消耗检测仪器，主要为容积法和质量法。由于此种检测设备的结构复杂，特别是在我国颁布的第一个关于乘用车燃料消耗量限制值的标准，使得汽车油耗检测的需求更加迫切，不解体油耗分析系统的开发研究是交通部重大科技攻关项目，此项目包括从方案确定、硬件设计、信号处理到软件编程等很多内容，本论文的目的就是设计一套不解体燃油消耗检测仪器--基于超声波技术的汽车油耗检测仪器。

　　　基于超声波技术下的燃油消耗检测仪器是一种利用超声波流量计技术测量燃油流量并通过计算电路得到燃油消耗情况的一种新型的燃油消耗检测仪器。

　　　超声波流量计具有不扰乱流场、无可动部件、无压力损失、测量精度高、性能稳定可靠、测量范围宽等特点，广泛应用于液体和气体的计量。

关键词：超声波换能器、流量、模块、环鸣法、FPGA、串行通讯

ABSTRACT

　　　In recent years, Automobile industry has been developing by leaps and bounds, due to the global high-tech is changing and people to the environmental protection and energy saving more attention, all kinds of fuel consumption testing instrument is made, but mostly disintegrated type of fuel detection technology fuel consumption testing instrument, mainly for volumetric method and quality standard. Because this test equipment of structure is complex, especially in the first China promulgated on passenger cars fuel consumption of standard, make cars limit consumption detection more urgent demand, not the disintegration of fuel consumption analysis system development research ministry of science research project is significant. The project including from plan, hardware design, signal processing to software programming and many other topics, the aim of this paper is to design a set of non-dismatiement testing instruments fuel consumption based on ultrasonic technology -- the fuel consumption testing instruments.

　　　Based on the fuel consumption under ultrasonic technology testing instrument is a use of ultrasonic flowmeter measurement fuel flow and technology through calculation of fuel consumption circuit get a new type of fuel consumption testing instruments.

　　　Ultrasonic flowmeter is not disturbed flow field, no moving parts, without pressure loss, high accuracy, stable and reliable performance, wide measuring range and other characteristics, widely used in liquid and gas measurement

Keywords： Ultrasonic Transducer, Flow, Module, Ring Sound Method, The FPGA,  Serial expert

目  录

摘要I

AbstractII

第1章 绪论1

1.1燃油经济性的概念和意义1

1.2汽车油耗检测的发展概况2

1.3国内外汽车油耗仪检测研究现状2

1.4课题研究背景及意义3

1.5本设计主要研究内容6

第2章 超声波式燃油消耗检测仪的原理及方案的确定8

2.1汽车油耗仪器的测量方法与分类8

2.1.1直接测量法8

2.1.2间接测量法10

2.2超声波流量计发展历程与研究现状10

2.2.1超声波测量技术发展概况10

2.2.2超声波流量计国内外研究现状11

2.3管道流量测量的理论基础13

2.3.1流量的基本概念13

2.3.2管道内流体理论14

2.3.3流速补偿系数对流速公式的修正17

2.4超声波流量测量的原理18

2.4.1时差法18

2.4.2多普勒法20

2.4.3相关法20

2.5超声波测量方案的确定21

2.6本章小结22

第3章 超声波油耗检测仪器硬件电路的设计23

3.1 系统硬件电路的总体设计23

3.1.1 系统硬件的结构设计23

3.1.2系统工作原理及流程24

3.2系统硬件电路的模块设计25

3.2.1微控制器模块25

3.2.2看门狗电路的初设计26

3.2.3超声波发射模块27

3.2.4超声波接收及后续处理模块28

3.2.4发射/接收切换电路34

3.2.5实时时钟、看门狗及数据存储模块34

3.2.6液晶显示模块36

3.2.7 键盘模块37

3.2.8微型打印机的选择40

3.2.9 通讯接口的选择41

3.2.10电源模块42

3.2.11超声波换能器的选择43

3.3 本章小结44

第4章 智能型汽车油耗仪机械部分设计45

4.1 壳体材料的选择45

4.2 外型尺寸的确定45

4.3 控制面板的设计46

4.4 数据线接口的设计47

4.5 油耗仪器内部结构设计48

4.6 超声波换能器装夹结构设计49

4.7 本章小结50

第5章 FPGA的数字系统设计51

5.1  FPGA的芯片选择51

5.2 FPGA内部模块设计51

5.2.1高速计数器模块52

5.2.2时钟信号模块54

5.2.3逻辑控制模块54

5.3 FPGA的接口电路设计54

5.4 本章小结55

第6章 软件系统的设计56

6.1系统软件整体结构及功能56

6.2主要功能模块的设计57

6.2.1系统主程序模块57

6.2.2中断服务程序模块57

6.2.3计算模块的程序设计61

6.2.4数据存储模块62

6.2.5显示模块63

6.2.6按键的去抖功能的程序流程图设计64

6.3 本章小结65

第7章 试验研究及误差分析66

7.1 试验的目的和意义66

7.2零流量下的相关实验66

7.2.1换能器收发信号波形实验66

7.2.2过零检测67

7.2.3零速检测67

7.3实时流量实验68

7.3.1实验方法68

7.4误差分析71

7.4.1管道直径的影响72

7.4.2固有延迟的影响72

7.4.3测量时差的影响72

7.4.4参数的影响72

7.4.5流量修正系数的影响73

7.5温度和压力的修正75

7.6本章小结76

结论77

参考文献78

致谢81

　　　因此研究汽车油耗检测方法，采用不同的油耗检测方法适应不同的检测要求，具有重要意义。

1.5本设计主要研究内容

　　　我国对燃油消耗量的测量研究已取得一些成果。但是要提高汽车的燃油经济性，就要以燃油消耗量的准确测量为前提。基于超声波技术的燃油消耗检测仪器可以有效提高这种测量的精度。

本文主要研究的内容：

　　　（1）介绍基于超声波技术的汽车油耗检测技术理论；分析汽车油耗不同检测方法的特点；设计本次油耗仪器的结构；

　　　（2）确定基于超声波技术的汽车油耗检测的控制原理；设计建立汽车油耗检测的数学模型；

　　　（3）设计汽车油耗检测仪器的总体结构和选择硬件设备，并进行系统控制电路设计；

　　　（4）根据仪器功能要求和油耗检测数学模型等进行软件系统流程设计，编写控制程序流程图；

　　　（5）超声波检测仪器的外形设计；

　　　（6）超声波换能器的夹紧机构的设计。第2章 超声波式燃油消耗检测仪的原理及方案的确定

2.1汽车油耗仪器的测量方法与分类

　　　汽车油耗检测方法包括直接测量法和间接测量法两类。

2.1.1直接测量法

　　　直接测量法通过计量一定时间或里程内汽车所消耗的燃油体积或质量，得到汽车的燃油消耗量。包括容积法、质量法（失重法）等。

　　　该方法需要将油耗仪串入发动机的燃油供给系统,存在着安全问题(汽油挥发造成污染和易燃)；油耗仪串入到油路中会影响到发动机燃油的供给和燃油消耗量的测试精度；同时,油耗仪的安装连接十分不便；安装和测量过程时间较长。

　　　（1）容积法、质量法油耗检测原理

　　　如图2.1所示，系统采用流量传感器检测燃油流量信号，并将信号送给单片机处理，单片机根据存储器中存储的数据和相应的控制程序得到不同要求和条件下的油耗量，通过显示器或打印机进行数据输出，通过键盘实现人机交互功能，还可通过通讯接口实现数据传输，扩展系统功能。

　　　通常体积流量检测采用涡轮流量传感器、超声波流量计等，质量流量检测采用压差传感器（质量传感器）。

　　　本文研究了一种便携式能间接测量的，并且能精确测量汽油车（包括电控喷油式汽车）和柴油车燃油消耗的实用测量装置。本系统在软件系统和硬件系统的控制下，既能实现测量汽车油耗的台架试验又能实现道路试验。这种装置能实现油耗的快速测量，具有测量精度高，测试范围广和抗干扰能力强等优点。它能够实现汽车油耗的定时间测试、百公里测试、等速油耗、加速油耗的测试内容。测试精度高，测试精度为±0.4%。通过设计和试验以及数据处理，得到以下一些结论：

　　　（1）本设计从开始设计就注意各个元器件之间的性能匹配问题，保证系统能够稳定的工作，能最大限度地发挥出测试系统本身的特点。

　　　（2）在硬件电路设计以及电路板设计时，充分考虑到了系统整体性能的优化，尽量用较少的电路和布线来达到简化电路结构，节约成本的同时又实现了设计要求。达到了便携式的要求。

　　　（3）设计体现了低功耗的基本思想。让系统各个部分在需要的时候处于工作状态，其使用时各个部分处于省电的状态。

　　　（4）在硬件部分设计时，查阅大量的与设计相关芯片的资料。这些芯片通过反复的比对在类型、容量、速度、带载能力和功耗等方面，最终确定元器件。

　　　（5）设计出两套简单、实用、测试精度高的标定系统测量精度的试验方案，与别的试验相比，在以不使用价格昂贵的试验仪器为前提下，实现了对测试装置精度的测量。

　　　（6）由于试验条件和时间的限制，本装置在对系统的测试精度进行标定时，燃油体积的读取采用人工的方法，会引起读数上的误差和测试上的不同步。如果用软件自动计时与自动读取油耗量，将会大大提高测试的精度。

　　　（7）测试系统的整体性能还有待进一步优化，从而可以提高其工作效率和提高装置的性价比。

　　　（8）测试功能应该具有自身标定和自校正的功能，还需要进一步开发。

　　　（9）测试时最好能够具有量程转换功能，使得测试精度更加准确。

　　　（10）系统的软件部分最好有能升级更新的功能，同时若系统出现问题，使用者应能方便的对其维护。　　

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