2023年12月3日发(作者：吉普七座suv车型大全)
黑龙江工程学院本科生毕业设计
第1章 绪 论
1.1 引言
随着经济的快速发展，汽车数量的不断增加，而且石油资源需求快速激增，使能源供需矛盾日益突出。我国2009年中国石油表观消费量为40,837.5万吨，仅次于美国，预计2010年将达到4.27亿吨。2009年中国汽车产销分别为1379.10万辆和1364.48万辆, 成为世界汽车产销第一大国，2010年的汽车保有总量已达到7619万辆，由汽车消耗的燃料占我国燃料消耗总量的40%左右。
汽车的主要能源是石油产品中的汽油和柴油。我国的石油消耗在过去20年里以每年5%的速度增加。目前，快速增长的石油消耗造成的能源等问题己经出现。短缺的石油供应与经济快速发展带来石油需求间的矛盾突出，而燃油消耗快速增加成为首要因素。权威统计显示，机动车消耗了全国石油总产量的85%，柴油总产量的42%。预计到2010年底达到2.7—3.1亿吨。而国内年产量仅能达到1.65—2亿吨，供需缺口为1.05—1.1亿吨。为实现可持续发展的战略目标，节约能源和保护环境是一项长期而艰巨的任务。同时汽车燃油消耗是衡量汽车燃油经济性的重要指标，是车辆技术等级评定的关键项。燃油经济性好，可以降低汽车的使用费用、节省石油资源、降低发动机产生的有害气体的排放量，起到防止全球变暖的作用。因此，对车辆燃油经济性进行检测是十分重要和必要的。
对汽车燃油经济性的评价，一般是通过汽车燃油消耗量测量来确定的，它是用以评价在用汽车技术状况与维修质量的综合性参数，也是诊断和分析汽车故障的重要参考，因此汽车燃油消耗量是汽车的重要性能之一。
因为它是汽车的主要性能之一，所以准确、迅速地对汽车燃油消耗量进行检测并作出评价，这是非常关键的。国家有关标准中规定的燃油经济性的评定使用的是油耗计测定方法。传统的油耗计对于化油器的汽油机燃油消耗的测量较为简单，但是，随着汽车排放法规的日趋严格和汽车电子技术的长足进步，汽油机的化油器已被电控燃油喷射系统(EFI)所取代，汽车的燃油经济性测量的对象已全部变成了电控喷射发动机。电控喷射发动机由于需要处理多余燃油的回流问题，使其对油耗的测量变得复杂。所以，相关的 1 黑龙江工程学院本科生毕业设计
测量方法和仪器的研究受到了更多的关注。
研发车辆油耗检测仪，提高油耗检测精度，扩大仪器测量范围，是实现油耗仪产品更新换代的要求，也是科学技术日益发展的需要。基于容积法的汽车油耗检测仪器能精确检测汽车油耗，可以对汽车的燃油经济性有一个正确的评价和预测，可为研制低油耗车提供依据；对营运车辆油耗检测评价，可为其维护、维修提供依据；对于维修企业，也可用于判定维修质量；还可用于教学、研究单位进行其工作规律研究。
由此可见，汽车油耗不仅关系到环保节能更是汽车前沿技术的发展和应用。由此研制能快速、准确测量汽车在各种工况下油耗的仪器，也已成为一项重要课题。
1.2 国内外的油耗仪研究状况及发展趋势
1.2.1 国内外研究状况
1、国外汽车油耗仪的研究状况
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量设备的报道较少，只有一些专利。
燃油消耗量是评价汽油机经济性的重要指标，也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，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0.05～1200L/min 的液体流量，在标定条件下，精度可达±0.5%，响应时间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Pierburg仪器司的流量计为涡轮流量仪的改进型，流量范围可从1L/h 起，响应时间为200ms，精度可达±0.l%。奥地利的AVL公司研制的台架试验中发动机燃油耗的精确测量仪，在油量25g 时精度较高，台架试验测量范围为0～150kg/h，尽管该油耗仪可进行动态测试， 但由于仍是静态燃油测量秤的改进， 动态响应时间大于200ms。目前，国外有关燃油消耗测量设备的报道较少，只有一些专利。
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美国、日本和欧洲各国汽车油耗、C02排放的测试循环和测量设备各不相同，测试范围也不全一致，但都是模拟汽车实际道路运行状况下，多工况法汽车油耗测试方法，主要限制产量较大的轻型(包括微型)车辆。欧洲法规或指令只规定了M1类车的测试方法，且近十多年来不断变化。早期是分别测量低速城市工况(即ECE15工况)油耗和90、120km/h的等速油耗;93年开始采用城市工况和城郊高速工况(EUDC)的复合工况油耗，在排放实验室用碳平衡法而不是用油耗仪直接测量;2000年开始采用冷启动而不是原来的热启动状态下的工况法来测量油耗，以求更真实测量汽车实际油耗的排放。以欧洲为例，1995年欧洲轿车平均C02排放量(采用模拟实际的冷启动后工况法测试循环)为185 g/km，2000年降低至169 g/km，2008年将进一步降低至140 g/km(相当于汽油车百公里油耗为5.9L，也是在1995年的基础上减低了约25%);美国是分别测量模拟市区(平均车速31.7km/h)和高速公路(平均车速77.4km/h)运行状态的工况法油耗，加权平均后作为汽车名义油耗。日本测量的是10—15工况(平均车速22.7km/h从小)运行下的平均油耗。不仅如此，美国还规定了汽车制造公司的平均油耗(CAfE)限值，不满足该限值则视差距大小处以数额不等的罚款;日本则规定了不同质量的汽车油耗标准表，欧洲则规定Ml类车型式认证时必须测试油耗，确认汽车厂的申报值并向社会公布。
2、国内汽车油耗检测技术研究状况
在现代以科技为主导的经济社会中，研究与开发新型智能油耗软件是实现检测油耗产品升级换代的要求，是科学技术日益发展的需要。以前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，并函待改善。
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，直到1991年10月1日交通部才颁布实施了涉及车辆燃油消耗检测的法规—《汽车运输业综合性能检测站管理办法》，规定采用的测量方法为容积法和重量法。少数几个大的科研单位虽然从国外引进了一些相关的设备，但主要使用在测量汽车的尾气排放，用碳平衡法原理测油耗，但是由于碳平衡法精确计量排气流量比较困难，快速可靠的密封连接也十分困难很难，而且将测量误差控制在5%以内。所以国内没有达到实用阶段，还没有引起重视。
目前我国主流中档轿车的C02排放量为200~220g/km(相当于汽油车百公里油耗为8.3L~9.2L)，考虑到众多的国产在用车，我国城市的燃油消耗/C02排放水平应该更高。我国急需借鉴国外经验，强制实施汽车多工况法油耗测试方法，作为汽车厂公布油耗数据的统一测试基准，并在每辆汽车上标明其名义油耗，引导用户比较选择。另外，针对 3 黑龙江工程学院本科生毕业设计
我国实际状况，应尽快发布一个汽车油耗(C02排放)限值标准，一方面可以鼓励经济型汽车的发展，另一方面这也是我国汽车进入家庭和汽车工业快速健康发展的必然要求。
油耗仪器多为体积式的。应用的比较早的是车用油耗计，如国产的GD-30型车用油耗计，由传感器和电磁计数器两部分组成，其传感器为容积膜片式，适用于汽油、柴油发动机。但是，使用中膜片不可避免地产生塑性变形，致使计量精度发生变化，因而需经常校正，因而给实际检测带来不便。
国内研制的FC2000发动机自动测控系统，它主要用于各种类型的柴油机、汽油机、天然气、液化气发动机性能试验和出厂试验，同时它可以与国内外各种不同的水力、电涡流、电力测功机配套，用于控制和测量发动机的转速、扭矩、功率、燃油/燃气消耗量、温度、压力、流量等各种不同类型的参数。此仪器集成了许多功能模块，智能油耗仪是它的一个子系统。主要用于测量各种汽油机，柴油机、电喷发动机燃油消耗。油耗仪采用一体化设计技术，油耗测量和显示仪表集于一体，可独立完成发动机燃油消耗的测量。FC系列智能油耗仪采用先进的CAN现场总线技术，具有网络特性，使多台测试仪器可以联网，同时保留了标准的RS232串行接口。能在环境较恶劣的现场正常工作，即使在电磁阀完全失灵的情况下，燃油也不会溢出，保证使用的安全，特别适用一大回油量的电喷发动机。仪器测量时间范围是1～200S,测量结果以4位浮点数的形式显示。具有零点标定和满度标定功能，可进行单次测量、循环测量、超量程测量。每次测完油耗后，数据输出到CAN总线上。测量精度0.4%F.S。这种仪器主要用于台架试验[5]。
AM-2018燃油消耗测试仪(通称油耗仪)，是一种以单片计算机为核心的智能化仪器，并采用国际上流行的软膜轻触开关面板，使仪器的可靠性与外观都有很大的提高。该仪器可测定各类发动机燃料的消耗量、瞬时流量；可进行定容积、定重量、定时间等参数的测量及控制；可用于汽车道路实验，如等速油耗、加速油耗、百公里油耗等多种道路试验。该仪器具有数据存贮和处理的功能，能直接显示打印计算结果。两路传感器可同时工作，特别适应于有回油管路的测试；配接的传感器采用独特的两路编码技术，在小流量、油路脉动情况下，具有测量精度高，工作稳定可靠之优点。这种仪器既可用于台架试验又可用于道路试验。
JDSZ-EP-1-3型汽车油耗计量仪是动态测试并显示汽车行驶中的瞬时油耗、累计油耗测量仪器，由油耗仪主机和CPU显示器两部分组成，为公交车辆、客运车辆、货运车辆及工程车辆等进行精确的油耗统计与油料定额管理、为驾驶员提高节油操作技能、为国家推动节能减排战略，提供了一个有效的油耗测试手段，使节能减排有据可依。
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1.2.2 发展趋势
传统的汽油汽车发动机中，汽油是经过化油器后和空气混合而进入汽缸的，只要把流量传感器串接在油路上即可测出燃油消耗量，方法较为简单，但测量精度比较低，而且不能实现连续测量、不能记录数值等很多弊端。
由于电控喷射发动机的优越性能，已逐步取代传统的化油器。取而代之的是采用流量传感器和单片机的智能油耗检测技术，并且能通过显示器和打印机对外输出。
基于容积法的汽车智能油耗检测仪器能对汽车进行不同工况的油耗数据测量，以及汽车行驶的等速油耗、加速油耗、便工况油耗及百公里油耗测量，尤其是瞬时油耗的测量，而且精度较高。将先进的智能传感技术和智能仪表应用与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、集成化和智能化的发展，控制功能的不断完善，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。
1.3 课题研究目的和意义
作为汽车的主要性能之一，准确、迅速地对汽车燃油消耗量进行检测并作出评价，这是非常关键的。国家有关标准中规定的燃油经济性的评定使用的是油耗计测定方法。目前国内常用的发动机油耗测量方法还是油耗仪测量方法，这些油耗测量仪表种类繁多，使用方法和测量精度也各有优劣。传统的油耗计对于化油器的汽油机燃油消耗的测量较为单一，但是，随着汽车排放法规的日趋严格和汽车电子技术的长足进步，汽油机的化油器已逐渐被电控燃油喷射系统(EFI)所取代，汽车的燃油经济性测量的对象已全部变成了电控喷射发动机。电控喷射发动机由于需要处理多余燃油的回流问题，使其对油耗的测量变得复杂。所以，相关的测量方法和仪器的研究受到了更多的关注。
目前测定燃料消耗率(简称耗油率) 的方法通常有容积法、重量法、流量计法和流速计法等。常规的容积法和重量法的测量精度较高,但不能测量瞬时耗油率, 只适用于内燃机稳定工况下燃油消耗率的测定。流量计法和流速计法可以测量瞬时耗油率, 但由于单位时间燃油的流量很小, 因此测量精度较低。测量内燃机各工况下的耗油率不仅可以判断其经济性, 同时也有助于诊断燃油系统的缺陷和故障。本文设计了基于失重法的智能油耗测量系统，该测试系统功能强、测量精度高、使用方便, 而且能够对目前大多数电喷发动机进行检测，并且能够直观的反映出瞬时油耗情况，从而为检测和诊断汽车故障以及内燃机的设计提供可靠的依据。
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研究与开发汽车油耗智能检测仪器，能够提高油耗检测的精度，降低检测仪器的使用功耗，提高仪器的抗干扰能力，扩大仪器的测量范围。对于准确评价汽车的油耗性能，节约燃油和能源，减少车辆对环境的污染等具有重要意义。研究与开发新型智能油耗检测软件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。
基于容积法的油耗检测装置可以精确检测汽车油耗，可为研制低油耗车提供依据；对营运车辆油耗检测评价，可为其维护、维修提供依据；对于维修企业，可用于判定维修质量；还可用于教学、研究单位进行其工作规律研究。采用汽车油耗智能检测技术开发的基于容积法的油耗仪是一种智能型仪器。研究与开发智能型汽车油耗仪，能提高油耗检测的精度，降低仪器的使用功耗，提高仪器的抗干扰能力，扩大仪器的测量范围。对于准确评价汽车的油耗性能，节约燃油和能源，减少车辆对环境的污染等有重要的意义。是油耗产品升级换代的要求，是科学技术日益发展的需要。
汽车的燃油经济性是汽车的重要性能之一，汽车燃油供给系统技术状况的好坏直接影响发动机的动力性、经济性、排放净化和可靠性，在使用中有较高的故障率。因此，基于容积法的汽车油耗仪是车辆诊断、检测及维护的重要仪器。
(1)总体方案的确定；
介绍基于容积法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，广泛查阅各种文献，了解目前国内外油耗测量方法的现状，分析其长处和不足；根据汽车油耗仪的功能要求，确定总体技术方案；
（2）确定基于容积法的汽车油耗检测的控制原理；建立汽车油耗检测的数学模型；
（3）硬件部分设计、选择和匹配。包括流量传感器、单片机、显示器、打印机、监控芯片、键盘、通讯接口、日历和时钟、电源等元器件。根据系统的要求，以及目前上述各种原件的技术状况、性能特点、性价比等，结合调研情况以及相关的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，相互之间进行合理的匹配。同时给出以单片机为核心的控制系统电路原理图，从而为各元件之间建立必要的联系；
（4）软件系统的设计和调试。根据仪器功能要求和油耗检测数学模型等进行软件系统的选择与设计，选择语言编写控制程序。完成对油耗的智能化测试，软件功能是通过分程序模块来实现的，主要包括初始化模块、二进制和十进制转换程序模块、显示模块和耗油量测试模块等。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。软件部分配合硬件控制系统，共同完成对油耗的智能化测试，而 6 黑龙江工程学院本科生毕业设计
软件功能是通过分程序模块来实现的，主要包括初始化模块、键盘管理模块、二进制和十进制转化模块、浮点数模块、显示模块和油耗量测试模块。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；
（5）仪器机械部分的设计。主要是油耗仪的外型尺寸的设计，壳体材料的选择，控制面板的设计、数据线接口的设计、芯片安装方式的确定。
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第2章 基于容积法的汽车油耗仪的总体技术方案
2.1仪器的功能及要求
（1）系统需完成车辆的油耗智能检测。采用容积式传感器检测燃油流量信号，通过单片机在相应软件的支持下进行处理，在通过显示器或打印机对外输出。同时，要采用监视器对成个系统进行监控，采用通讯接口与计算机实时通讯；
（2）应能在道路或台架试验台上完成汽油车和柴油车的百公里油耗、等速油耗、加速油耗的测试、平均油耗和瞬时油耗。同时能实现定容积测试、定质量测试、定时间测试的功能；
（3）系统采用的理论应具有可行性，系统能实现对自身的标定和对传感器的标定；
（4）该项技术完成后测试精度要高和抗电磁干扰能力要强；
（5）该项技术完成后使用要简单，可操控性要强，该项技术产品化之后，同比之下成本要低、精度要高。
2.2总体设计方案的确定
2.2.1仪器总体方案的确定
根据车辆的油耗监测系统要实现智能化检测功能的要求，针对基于容积法的智能油耗仪的具体应用情况，选择系统组成元件，构成油耗检测系统的硬件部分。系统要实现的各种使用功能，合理地选择元器件，并仔细考虑各元件之间的搭配关系和性价比，完成对系统的控制电路的设计。
根据汽车的发动机供油系统的工作原理和汽车的运行条件，确定油耗检测方法，建立油耗监测系统的数学模型，配合硬件部分控制电路选择或编写控制软件，共同完成对基于容积法的油耗仪器的智能化测试。
针对油耗检测系统工作过程中遇到的干扰，分析原因，采取相应办法，提高容积法油耗检测系统的抗干扰能力。
通过实验分析油耗系统所采用的理论可行性，根具体情况对理论模型进行修正，提 8 黑龙江工程学院本科生毕业设计
供其检测精度。
进行系统试验误差分析，为了更合理的选用测试装置和测试方法，对产生的误差应进行正确的分析并确定其产生的原因，并提出减小误差的方法，并对试验数据进行科学的分析，以便得到更理想的实验结果。
2.2.2 仪器的组成和原理
基于容积法的车辆油耗检测系统主要由流量传感器、单片机、显示器、打印机和控制面板等组成，其控制关系如图2.1所示。
图2.1 智能油耗仪的控制关系示意图
基于容积法的汽车油耗仪实际上是一个微型计算机系统，它是具有微处理器的总线接口的仪器。其中包括：由流量传感器构成的信号采集与处理（放大、整形）；模—数转换；具有人机对话功能的键盘和显示器；具有通讯功能的RS232接口；数据存贮器(RAM)、程序存储器(EPROM)；数—模转换器驱动器以及执行机构[8]。
其组成原理如图2.2所示。
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键盘
液晶显示模块
流量传感器
信号调节电路
PIC单片机
RS232
打印机
执行装置
驱动器
EPROM RAM
图2.2 检测系统组成关系
流量传感器用于检测汽车发动机的耗油量，将信号送给单片机进行处理。
单片机是汽车油耗检测控制系统的核心，用于接收流量传感器的信号，并调用内存储器中的数据和相关程序，进行分析处理，并将处理结果送给打印机或显示器对外输出。
显示器用于适时显示汽车油耗的检测数据。打印机用于打印汽车油耗的检测结果。
控制面板用于系统功能设定，实现人机交互。通过控制面板还可实现系统标定。
测量系统的监控程序固化在程序存贮器EPROM中，被测参量通过传感器将非电量变换成电量，然后经过信号处理和模数转换后变为微处理器能直接识别的数字信号所采集的数据或从键盘上输入的数据以及经过一定的算法运算后的数据均暂存于数据存储器RAM中。
油耗测量系统采用流量传感器的流量信号，并将信号送给单片机进行处理，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传输，通过控制面板实现人机对话功能，还可以通过通讯接口RS-232实现数据传输，扩展系统功能[1,5]。
油耗测量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 10 黑龙江工程学院本科生毕业设计
示器或打印机进行数据输出，通过控制面板实现人机交互功能，还可通过通讯接口RS一232实现数据传输，扩展系统功能。
对于回油量较小或没有回油的车辆，通常采用一个流量传感器，并将传感器安装在发动机进油管路中，以检测进油管路的燃油流量，流量信号传给单片机，进行相关处理后，把数据输出到显示器显示。
传感器连接方式如图2.3所示。
油箱
油泵
滤清器
流量传感器
发动机
图2.3 回油量较小的车辆传感器连接方式
由于燃油供给系统也存在回油，但回油不经过流量传感器，汽油机通过压力调节器直接流回油箱，柴油机回油也不经过流量传感器，通过三通阀继续通过喷油器对气缸供油。
流量传感器的连接方式如图2.4所示。
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图2.4 1一油箱；2一回油管；3-传感器信号线；4一供油管：5一流量传感器；
6一电动汽油泵：7一燃油滤清器：8一出油口：9一进油口：
10一燃油压力调节器；11-燃油分配总管；12—气缸
单流量传感器的安装方式(汽油车)
对于回油量较大的车辆，回油管路中需要安装一个流量传感器，用来提高测试精度，也为了满足燃油供给系统正常工作的要求。采用两个流量传感器应分别安装在发动机进油管路和回油管路中。通过计算进、回油管道的流量差值得到油耗量，即“测出供油量-测出回油量=当前油耗量”。
流量传感器的连接方式如图2.5所示。
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油箱
油泵
滤清器
流量传感器1
发动机
流量传感器2
图2.5 回油量较大的车辆传感器连接方式
2.3 本章小结
介绍了基于容积法的汽车油耗检测仪采用传感器检测燃油流量信号，通过单片机在相应软件的支持下进行处理，在通过显示器或打印机对外输出。同时，要采用监视器对成个系统进行监控，采用通讯接口与计算机实时通讯，实现汽油车和柴油车的百公里油耗、等速油耗、加速油耗的测试。同时能实现定容积测试、定质量测试、定时间测试的功能。在此基础上确定了基于容积法的汽车油耗检测仪的总体设计方案。
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第3章 基于容积法的汽车油耗仪中硬件的设计与选择
3.1 流量传感器的选择
3.1.1 主要功能
流量传感器安装在发动机的进油和回油管路中，用来检测燃油流量，检测到的脉冲信号被送到微处理器中处理。考虑到连接到汽车发动机油路中，传感器工作时受到的影响因素比较多，流量传感器的反应速度要快，动作时间要短。即能实现静态测量又能实现动态测量，同时又能在恶劣条件下工作。
流量传感器安装在发动机的进油和回油管路中，用来检测燃油流量，检测到的脉冲信号被送到单片机进行处理。考虑连接到汽车发动机油路中，传感器工作时受到的影响因素比较多，流量传感器的反应速度要快，动作时间要短。即能实现静态测量又能实现动态测量，测量精度不受汽车运动状态影响。与单片机等电子元件相匹配，使系统达到理想的测量精度，有一定的抗干扰能力。
3.1.2 类型及检测方法
容积式油耗传感器有容量式和定容式两种，容量式油耗传感器通过累计发动机工作中所消耗的燃料总容量，用时间和里程来计算油耗量。它可以连续测量，其结构有行星活塞式、往复活塞式、膜片式、油泡式等，现以行星活塞式油耗传感器为例予以说明，其流量检测装置是由流量变换机构及信号转换机构组成。流量变换机构是将一定容积的燃油流量变为曲轴的旋转运动，它是由十字形配置的四个活塞和旋转曲轴构成。
容积式传感器检测方法：
容积式传感器采用行星活塞式流量传感器在底盘测功机试验台或道路上进行油耗检测，测定一定体积燃油的消耗时间。它主要由活塞、曲轴、连杆和信号转换机构组成。
容积式油耗传感器通过累计发动机工作中所消耗的燃油总量，用时间或里程来计算油耗量。流量变换机构是将一定容积的燃油量变为曲轴的旋转运动，它由十字形配置的四个活塞和旋转曲轴构成，其工作原理如图3.1所示[11]。燃油在泵油压力作用下推动活塞运动，再由活塞运动推动曲轴旋转，曲轴旋转一周(即四个活塞各往复运动一次)，完成一个进排油循环。如此反复，在燃油泵泵油压力的作用下，就可完成实现定容量、连续泵油的作用。曲轴旋转一周，各缸分别排油一次，其排油量可用下公式确 14 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
定：
V?4???d24?2h?2h?d2 （3.1）
式中，V— 四缸排油量，cm3；
4— 代表四个油缸；
?d24— 代表某一活塞截面积，cm2；
2h— 2倍的曲轴偏心距，即活塞行程，cm。
1、2、3、4—活塞；5—曲轴；6—连杆
P1、P2、P3、P4—油道；E1、E2、E3、E4—排油口
图3.1 传感器工作原理
容积式流量传感器在经过长期使用后，其活塞、曲轴、连杆会产生不同程度的磨 15 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
损，对其测量精度产生较大影响，且脉冲信号的产生和发送需要一定的时间，在测量上出现滞后性。
3.1.3 传感器的选择原则
流量传感器的选择应遵循以下原则：
选择时应遵循以下原则：
（1）灵敏度。既要考虑能检测出微弱信号量值，又要噪声小。
（2）频率响应特性。必须在所测频率范围内尽量保持不失真测量条件，并且传感器的延迟时间越短越好。
（3）稳定性。实际工作环境中，长期使用后，其输出特性不发生变化的特性。
（4）精确度。一般希望传感器的精度要高，指传感器输出与被测量真值的符合程度。
（5）测量方式。尽可能考虑结构简单，体积小，重量轻，维修方便，易于更换。
容积式燃油流量计采用一个带有光栅的向心四活塞式马达作为油耗传感器。由于活塞与缸体是精密磨合的，因此马达每转排油量是恒定的，即马达的转速与油的流量(即油耗)成正比。通过光栅，经光电转换将转速变成电脉冲以代表油量。将电脉冲经接口送到测量仪器，经整形倍频、可逆计数、量纲换算等处理，达到直接读取显示油耗。
基于以上的要求，初步选定容积式流量传感器，型号为YH-2。其技术参数如表3.1所示：
表3.1 YH-2型流量传感器的技术参数
项目
电源/V
输出信号/脉冲当量/（ml/脉冲）
最大流量/（l/h）
质量/kg
使用温度/℃
应用特点
DC，+5
＜0.1，TTL电平，正脉冲
180
1.9
0～40
有两路脉冲信号输出，需通过程序判断正反转，直接输出数字信号，送入单片机
3.1.4 流量检测数学模型的建立
根据检测系统确定的容积式型号为YH-2的流量传感器，在测量范围内，传感器输出的脉冲频率与体积流量成正比，这个比值即体积仪表系数：
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参数 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
K?3600?fN或K? （3.2）
QV式中，f—为流量信号频率，Hz；
Q—为体积流量，L/h；
N—为脉冲数；
V—为体积总量，L。
把仪表系数K预先置入单片机的存储器中，单片机根据所获得的流量脉冲频率f与仪表系数K之比即可求得管路中燃油的流量Q之值。因此，燃油流量检测的数学模型可采用数学公式：
Q?3600f （3.3）
K3.2 单片机的选择
3.2.1 单片机的匹配原则
1、单片机控制系统的设计原则：
单片机控制系统的硬件设计包括单片机系统的扩展部分设计(包括存储器扩展和接口扩展)和各功能模块设计(测量功能模块、信号控制功能模块和人机对话模块)。为了使系统设计尽可能合理，依据以下原则:
（1）尽可能采用功能强的芯片，以简化电路；
（2）要留有余地，考虑到以后的修改、扩展的方便。包括ROM空间、RAM空间、I/O端口以及A/D和D/A通道；
（3）兼顾工艺设计，包括机体、面板、配线、接插件等。必须考虑安装、调试、维修的方便。另外，抗干扰设施必须一并考虑。
2、单片机的选择原则
当今单片机品种繁多，产品性能各异。主要分集中指令集(CISC)和精简指令集(RISC)。采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用，它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格也高。采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离，这种结构的单片机取指令包含更多的处理信息，执行效率更高，速度也更快。同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有利于实现超小型化设计。
一般来说，对于控制方式较简单的家电，可以采用RISC型单片机；对于控制关系较复杂的场合，如通信产品，工业控制系统，应采用CISC单片机。根据功能需要和性价比以及匹配关系，在这里选择CISC型的单片机，它主要包括Intel系列、Motorola 17 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
系列、Atmel系列的AT89系列等等。
选择单片机还应注意以下几方面：
（1）了解单片机对控制系统的的适用性。单片机是否含有所需的I/O端口数目；是否含有所需的外围端口部件；CPU是否有适合的吞吐量；极限性能是否满足要求；
（2）了解单片机的可购买性。单片机是否可以直接买到；是否有足够的供应量；是否维修方便；是否仍在生产中；
（3）了解单片机的可开发性。编辑软件；程序写入工具；调试工具；技术支持；语言体系与成熟程度。
根据以上原则对单片机进行选择，可选择出较合适的单片机，从而保证系统的可靠性、最优的性价比、最好的升级换代性。
3.2.2 MCS196单片机的特点
MCS196系列单片机是Intel公司继8X9X之后推出的16位嵌入式微控制器。它除了保留8X9X全部功能外，在功能部件和指令支持上又有很大改进，性能上也有了显著提高，使得它适用于更复杂的实时控制场合。MCS196单片机有多种型号，不同型号配置有不同的功能部件，且具有不同存储器空间和寻址能力，可满足不同场合的要求。
MCS196系列单片机都有1个基于寄存器到寄存器结构的内核。这种结构消除了累加器的瓶颈现象，加快了数据传输。另有多种功能部件，在不同型号中进行不同配置。这些功能部件除包括在8X9X中就有的I/O口、10位A/D转换器、PWM（脉宽调制器）、SIO（全双工串行I/O口）、中断源、看门狗定时器、16位定时/计数器、HSI/O（高速输入/输出口）等以外，还包括在MCS196中出现的PTS（外围事务服务器）、EPA（事件处理器阵列）、WG（波形发生器）等。与其他系列（如MCS51系列、PIC系列等）相比，HSI/O、PTS、EPA、WG是MCS196最具特色的功能部件。
HSI/O（High Speed Inputs and Outputs）：其中HSI用于记录某一外部事件相对于时间基准（如定时器1）的发生时刻。此功能部件在检测到引脚上规定的跳变事件（包括正跳变、负跳变、每次正跳变、8个正跳变）后，将发生事件的类型与时刻记录下来，并产生相关中断。此部件适用于信号的时间参数测量。HSO则用于按程序规定的时间去触发某一事件（如置位/清零口线、启动A/D转换等），要求CPU的开销极小，速度极高。此部件便于实时输出控制，可用来产生多种信号波形。
EPA（Event Processor Array）：实质上是捕捉/比较模块。所谓“捕捉”就是捕获产生于引脚上的跳变事件（有正跳变、负跳变、正负跳变等），记载这些输入事件相对于时基定时器发生的时刻；“比较”则是和预先规定好的时间作比较，预定时间一到就去执行某种输出功能（比如输出置为高、输出置为低、输出翻转、启动A/D转换、 18 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
复位定时器等等）。可见，EPA和HSI/O的功能类似，但EPA在CPU开销上要求更少，性能更好一些。表1给出在不同时钟频率下两者分辨能力的比较。
PTS（Peripheral Transaction Server）：实质上是中断服务机制的改进。对正常的中断服务，CPU都要“亲自”去执行，而现在的PTS提供了一种类似DMA的操作。当中断发生后，由微代码执行PTS周期。该周期就像DMA周期那样插入正常的指令流中，完成中断服务，这样CPU的开销比一般的中断响应要少得多。
WG（Waveform Generator）：可产生独立的、具有相同频率和工作方式的3对PWM波形。特别适合控制三相交流感应电机、直流无刷电机和其他需要多个PWM输出的场合。
另外，MCS196单片机总线控制器还具有可编程的等待状态发生器，可方便地与慢速外设接口。在运行中可动态选择8位或者16位的总线宽度，并能通过HOLD/HLDA协议方便地实现多处理器通信。 目前，MCS196系列主要有3种：① HSI/O系列，这类芯片具有高速输入、输出口；② EPA系列，这类芯片内部具有事件处理器阵列；③ Motor Control系列，这类芯片适用于电机控制。要注意上述分类也不是绝对的，往往在同一个型号的部件中，可同时具有多种功能。
HSI/O系列本系列主要芯片有8XC196KB、8XC196KC、8XC196KD
8XC196KB是MCS196系列的第1个成员，片内具有8KB程序空间，232个字节的寄存器RAM。它采用高速输入/输出口进行事件处理。HSI/O最多有4个高速输入口，6个高速输出口。2个16位的定时/计数器均可用作时基发生器。其余的片内资源有：1路PWM，1个全双工串行通信口，1个看门狗定时器，1个8通道10位A/D转换器。48条输入/输出口（与部件复用）。
8XC196KC的性能比8XC196KB要更进一步。它的片内有16KB的程序空间，488个字节的寄存器RAM，最高工作频率可达20MHz。除了具有8XC196KB的全部特点外，还具有如下特点：有3路PWM发生器；A/D转换器具有8位和10位2种方式；可对采样率和转换时间编程。在片内还加入外围事务处理服务器PTS，可大大减轻CPU在中断处理上的负担。
8XC196KD除具有8XC196KC所具有的全部特点以外，它的片内还具有32KB的程序空间，1000个字节的寄存器RAM。由于片内存储空间的增大，所以，更适合于使用高级语言编程。这种芯片的最高频率也可达20MHz。
表3.2 HIS/O和EPA分辨能力的比较
部件名称
时钟频率/MHz
16 20 25 50
单位
19 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
HSI
HSO
EPA
1125
1000
250
900
800
200
750
600
160
600
400
80
ns
ns
ns
这里初选MCS196系列中HIS/O系列的80C196KC的单片机作为系统的控制芯片。
80C196KC单片机具有16KB的程序空间，488个字节的寄存器RAM，最高工作频率可达20MHz。有3路PWM发生器;A/D转换器具有8位和10位2种方式;可对采样率和转换时间编程。在片内还加入外围事务处理服务器PTS，可大大减轻CPU在中断处理上的负担。它采用高速输入/输出口进行事件处理。HSI/0最多有4个高速输入口，6个高速输出口。2个16位的定时/计数器均可用作时间发生器。其余的片内资源有: 1个串行通信口，1个看门狗定时器。
3.3扩展芯片的选择与匹配
3.3.1.数据存储器的选择
微处理器通过数据总线、地址总线及控制总线与存储器连接。
如下图所示：
地址总线
CPU
存储器
数据总线
控制总线
地址总线为地址信号，用来指明选中的存储单元地址。
数据总线为数据信号，它是微处理器送往存储器的信息或存储器送往微处理器的信息。它包括指令和数据。
控制总线发出存储器读写信号，以便从ROM、RAM中读出指令或数据，或者向RAM写入数据。
在微机系统中，常用的静态RAM有6116、6264、62256等。在本实验中使用的是6264。6264为8K╳8位的静态RAM。
其逻辑图如下：
20 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
6264
A0～12 VCC
I/O0～7
WR
OE
CS2 GND
CS1
其中A0～12为13根地址线，I/O0～7为8根数据线，CS1 、CS2为两个片选端，OE为数据输出选通端，WR为写信号端。其工作方式见下表：
控制信号
读
写
非选
非选
输出禁止
6264是一种采用CMOS工艺制成的8K×8位28引脚的静态读写存储器，其读写访问时间根据不同型号从20ns～200ns。数据输入和输出引脚共用，三态输出；采用单一电源+5V，其输入输出电平与TTL兼容，具有低功耗操作方式。当未选通时，芯片处于低功耗状态，这时可减少80%以上的功耗，只有2V电源电压，几十微安电流就可保证数据不变，这个性能用于电池供电的数据断电保护操作。工作温度范围：0℃～+70℃。基于以上原因，并考虑到其性价比，选择6264作为静态数据存储器。
其管脚排列如图3.2所示[19]。
CS1 CS2
L H
L H
H ╳
╳ L
L H
OE
L
╳
╳
╳
H
WR
H
L
╳
╳
H
数据线
输出
输入
高阻态
高阻态
高阻态
21 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
6264
10
9
8
7
6
5
4
3
24
23
20
22
2
25
26
1
27
21
19
A0 D0
A1 D1
A2 D2
A3 D3
A4 D4
A5 D5
A6 D6
A7 D7
A8
A9
A10
A11
A12
A13
A14
A15
WE
OE/VPP
CE
11
12
13
14
15
16
17
18
图3.2 6264管脚排列图
3.3.2.片外扩展I/O口选择
型号为8255（改进型为8255A及8255A-5），具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。
8255A是Intel公司采用CHMOS工艺生产的一种高性能通用可编程输入/输出并行接口芯片，可以方便地应用在微处理器系统中。
8255A是40引脚双列直插式芯片，片内有A, B, C 3个8位I/O端口，可提供24条可编程的输入/输出端口线
8255A是一个有40引脚的塑封芯片，功能较强，广泛的应用在计算机电路中。256字节的静态RAM,存取时间为400ns，它有三个8位口A、B 、C，总共可以扩展出22条接线。它含一个可预置的计数器，计数范围从2～16383，可用于延时、计数或分频。它内部还有256字节的RAM，可以补充CPU内存的不足。单一+5V电源供电。为了能够设置芯片的工作方式和了解芯片的状态，内部还有命令寄存器和状态寄存器。基于以上的特点和性价比，初选芯片8255A。图3.3为8255A的引脚图[19]。
22 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
8255A
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
PA3 PA4
39
PA2 PA5
38
PA1 PA6
PA0 PA7
37
RD WR
36
CS RESET
35
GND D0
34
A1 D1
33
A0 D2
32
PC7 D3
31
PC6 D4
30
PC5 D5
29
PC4 D6
28
PC0 D7
27
PC1 Vcc
26
PC2 PB7
25
PC3 PB6
24
PB0 PB5
23
PB1 PB4
22
PB2 PB3
21
图3.3 8255A引脚图
3.3.3程序存储器的选择
27512是INTEL公司产品，是一种64k×8位紫外线擦除电可编程只读EPROM，不同的一点是它采用NMOS工艺制成，其读写访问时间从170ns～450ns，采用单一+5V电源供电，三态输出，与TTL电平兼容，工作温度范围从0℃～+70℃工作电流最大125mA，维持电流40nA，读出时间最大为250us。基于以上原因，并考虑到与80C196KC兼容匹配性和性价比，初选27512为扩展程序存储器。27512为28脚双列直插式封装，其管脚排列如图3.4所示[19]。
23 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
..275712022.A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A13A14A15CEOE
图3.4 27512管脚排列图
R?D0D1D2D3D4D5D6D771819.
3.4 显示器的选择与电路接口设计
随着计算机和液晶技术的发展，图形点阵液晶显示器以其体积小、重量轻、功耗低和显示信息量大等优点在工业控制、仪器仪表、家用电器等领域的应用越来越广泛，已发展成为当今显示技术的主流,显示器主要有数码管(LED)显示和液晶(LCD)显示两大类[20,21]。当系统需要显示少量数据时，采用LED数码管进行显示是一种经济实用的方法。显示器价格比较便宜，但功能比较单一，只能显示数字。同时它也存在两个主要的技术问题。液晶显示器不但能够显示数据，还能显示文字和图形，其显示效果远远超过数码管。
液晶显示器具有功耗低、抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用在仪器仪表和控制系统中。笔记本电脑、手机和计数器上采用的都是液晶显示屏幕。液晶显示屏有两种类型：智能型和普通型。智能型液晶显示屏具有一套接口命令(类似于绘图仪和打印机)，显示内容的图形部分直接用命令输入，用户编程非常简单。普通型液晶显示屏必须由用户编程实现全部显示功能，用户编程工作量较大，但价格比智能型液晶显示屏要低很多。针对以上要求本设计选用点阵式MGLS-12032A液晶显示模块。
24 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
MGLS-12032A液晶模块以两片SED1520液晶显示控制驱动器为核心,集行列驱动器和控制器于一体,被广泛的应用于小规模的液晶显示模块。其主要特点如下:
①内置2560位显示RAM区。RAM中的1位数据控制液晶屏上一个像素的亮、暗状态。“1”表示亮,“0”表示暗;
②具有16个行驱动输出和61个列驱动输出;(在MGLS-12032中用到了全部16个行驱动口和其中60个列驱动口);
③可直接与微处理器相连,时钟信号由SED1520内部产生;
④驱动占空比为1/16或1/32;
⑤可以与SED1520级联使用,以便扩展行、列的驱动能力。
SED1520功能特点
SED1520是集行、列驱动器和控制器于一体的液晶显示控制驱动器，可广泛用于小规模液晶显示模块，例如香港精电公司的MGLS-12032、MGLS10032等。
SED1520液晶显示驱动器具有以下特性：
●内置显示RAM区，RAM容量为2560位。RAM中的1位数据控制液晶屏上一个点的亮灭状态：“1表示亮”，“0”表示不亮。
●具有16个行驱动口和61个列驱动口。
●可直接与80系列或68系列微处理器相连。
●驱动占空比为1/16或1/32。
●可以与SED1520配合使用，以便扩展列驱动口数目。
对于液晶显示控制驱动器来说,由于SED1520已经集成化,其内部的显示时序发生器、显示存储器以及管理电路只要了解就足够,但是对于驱动部分和接口部分来说就必须掌握他们的详细运做方式和相关电路。系统采用的液晶模块级联了两片SED1520,一片是处于主工作方式,一片处于从工作方式。驱动的工作原理是:在两片SED1520级联时,处于主工作方式的SED1520完成第1行至第16行的驱动和左半屏显示的列驱动输出;处于从工作方式的SED1520则承担第7行至第32行的行驱动和右半屏显示的列驱动输出。驱动的结构如图一所示。这要求我们在编程的时候要特别注意显示汉字和字符时在边界区域,也就是两片SED1520交接处的切换。SED1520的接口部分包括I/O缓冲器,复位电路,指令译码和状态字寄存器等。其中I/O缓冲器的作用是连接两个不同时钟下工作的系统,实现通讯。为了使计算机操作与SED1520内部的操作在时序上匹配,所有计算机写入的数据(包括指令代码和显示数据)都在I/O缓冲器内被锁存,转换成内部控制时序处理。
MGLS-12032模块分直接访问方式和间接访问方式,如图3.5所示。从原理图中可 25 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
以看到直接访问方式不占用系统地址/数据总线以外的资源,但是外部逻辑电路相对复杂。间接控制方式的连接电路简单,但是需要占用196额外的I/O端口。考虑到196丰富的接口资源和系统调试的方便,本设计以间接访问方式为基础。
单片机 显示器芯片
图3.5 196KC与LCD芯片的连接
3.5打印机的选择与电路接口设计
为了能使显示器显示的数据被保留、便于随时随地进行对试验数据的研究，初选用智能微型打印机。能打印出汽车的百公里油耗、等速油耗、加速油耗等信息。
为了减小油耗检测仪器的体积，把微型打印机设计成内嵌式安装方式，把它和整个系统安装在一个壳体内，使整个仪器质量减轻，达到便于携带的目的。选择原则：
（1）换纸方便，最好能前端换纸；
（2）体积要小、操作简单、结构紧凑；
（3）能满足大部分非标准仪器、仪表面板的使用要求；
（4）兼容性能要好。
SIUPO迅普SP-E系列微型打印机是一种可插装在各种仪器、仪表、计算机应用装置机箱面板上的嵌入（盘装）式打印输出设备机专为在机箱面板上安装打印机而设计，采用了独特的面板嵌入结构，需按要求尺寸在机箱面板上开一个安装孔（103mm?57mm），便可将整个打印机固定在面板上。无需拔出整个打印机，便可完成换纸等操作。使用简单方便，解决了配套安装微型打印机的问题。 E系列打印机体积小、操作简单、连接方便、结构紧凑、面板尺寸符合仪器仪表的行业标准（80mm?160mm）， 26 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
并满足大部分非标准仪器、仪表面板的使用要求，是设计各种需要微型打印输出的首选。
E系列打印机并行接口采用与Centronics标准兼容的并行打印机接口，接口连接器为26线双排针插座；串行接口采用RS-232标准兼容或TTL电平的串行接口，接口连接器为5线单排针型插座；使用了符合ESC/P标准的打印控制命令与标准的IBM和EPSON打印机兼容；考虑到打印机安装于垂直面板的需要，增设了反向（倒置）打印功能；打印机内设大容量输入缓存器，具有“假脱机打印”功能。
性能指标：
①打印方法：针式撞击点阵打印；
②打印速度：0.4～1.0字符行/秒（5×7点阵ASCII字符）；
结合本系统的功能要求，由于数据信息变化的动态范围比较窄，并且本系统中没有复杂的数据需要处理，所以采用定点数据格式。
在数据显示中，有动态扫描和静态扫描两种。静态扫描相对容易，显示比较清晰，亮度一般较高，但是要求占用很多的输入输出I/O口线，成本较高。所以，本系统设计中采用了动态扫描。不仅简化了电路和降低了成本，而且还有利于动态扫描显示数据的视觉暂留现象，获得视觉稳定的显示状态[25]。测试系统显示程序的设计，主要从以下两方面考虑：
（1）代码转换由于直接驱动显示的是段选码，而人们习惯显示的是0、1、2、3……F等字符。因此，需将待显示的字符转换成段选码，转换用查表的方法进行；
（2）通过位选信号控制发光管，实现逐位轮流点亮显示器。数据显示程序框图，如图4.3所示。
27 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
3、控制面板管理程序模块设计
系统的测试功能是在控制面板的控制下完成的，因此，控制面板管理和控制显得非常重要。在设计测试程序时，把控制面板管理程序模块设计成主程序模块，其它模块都是在该模块的控制下进行的。
28 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
开始
置显示字符首地址
调延时程序
选通段码(字形)数据输入口
字符地址加1
取出要显示的字形编码(段码)
位选码循环右移一次
取出要显示的字形编码(段码)
N
最末一位是
否显示完
段码输出到段数据口
Y
取出要显示的位码
N
循环显示完
将位码输出到位数据口
Y
结束
图4.3 数据显示程序框图
29 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
该系统采用的是4×2简易的控制面板，有一套较复杂的程序控制面板进行管理，控制面板的工作方式采用编程扫描方式来响应键输入要求。设计时，根据本系统的功能要求，设置了8个功能键，在执行键功能程序时，系统会完成该键的设置功能，CPU不再响应键输入要求。各功能键完成相应的的任务后，都将返回控制面板管理的主程序模块，等待控制面板的下一项指示，其控制流程框图如图4.4所示。
开始
扫描控制面板 行列信号拼装
延时
N
是否有
键和上
求出查表特征字
Y
延时去抖动
特征字暂存
数据单元
键是否释放
N
Y
逐行扫描
设查表初值
根据键值查命令键转移表
是否有
键和上
Y
查表求键值
转向各命令键处理程序
N
指向下一行
是否
找到
Y
N
N
全部扫
描一遍
指向下一个单元
Y
返回
图4.4 监控程序框图
30 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
4、油耗测试程序模块设计
在测量范围内，传感器输出的脉冲频率与体积流量成正比，这个比值即体积仪表系数K=3600?fQ。将仪表系数K预先置入单片机存储器中，单片机即可根据获得的流量脉冲频率f与仪表系数K之比来求得管道燃油流量Q之值。
测试中，由于发动机工作时，油路中会产生较大的回油脉冲压力波，当压力波传至流量传感器时，推动活塞、曲轴逆时针旋转一定的角度，使遮光片遮光一次，产生一个脉冲信号而被记录，从而使测试流量值与实际流量值相对误差较大，并且随着发动机转速的变化，其误差也发生变化，使得测试结果的准确性和可靠性较差。
流量传感器采用两对红外线光敏管，有两路脉冲输出，由于输出状态不一样，用程序判断正反脉冲，即正脉冲计数，反脉冲忽略。这就克服了回油干扰的影响。流量传感器输出状态图如图4.5所示。
流量传感器正转时，脉冲信号1→2→3→4→5的顺序输出，输出状态分别为00→10→11→01→00顺序变化，此时程序计数器记录脉冲数；相反，若脉冲信号按5→4→3→2→1的顺序输出，则输出状态分别为00→01→11→10→00顺序变化，反映了回油干扰的影响。1 2 3 4 5
(a)
1 2 3 4 5
(b)
(a)正转脉冲；(b)反转脉冲
图4.5 流量传感器脉冲输出状态
31 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
4.3系统抗干扰设计
4.3.1干扰的来源
油耗测量控制系统的可靠性是由多种因素决定的,其中系统的抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的重要因素。一般把影响控制测控系统正常工作的信号称为噪声.在单片机系统中,出现了干扰,就会影响指令的正常执行,造成控制事故或控制失灵,在测量通道中出现了干扰,就会使测量产生误差,计数器收到干扰,有可能乱计数,造成计数不准,电压的冲击有可能使系统遭到致命的毁坏。环境对控制系统的干扰一般都是以脉冲的形式进入系统的,干扰窜入控制系统的渠道主要有三条[30]。
1、空间干扰
空间干扰来源于太阳及其他天体辐射的电磁波；广播电台或通讯发射台发出的电磁波；周围的电气设备如发射机、中频炉、可控硅逆变电源等发出的电干扰和磁干扰；空中雷电，甚至地磁场的变化也会引起干扰。这些空间辐射干扰可能会使单片机系统不能正常工作。
空间干扰及抗干扰措施。空间干扰主要指电磁场在线路、导线、壳体上的辐射、吸收与调制。干扰来自应用系统的内部和外部，市电电源线是无线电波的媒介，而在电网中有脉冲源工作时，它又是辐射天线，因而任一线路、导线、壳体等在空间均同时存在辐射、接受、调制。在现场解决空间干扰时，首先要正确判断是否是空间干扰，可在系统供电电源入口处接入WRY性微机干扰抑制器或大型磁饱和稳压器，观察磁干扰现象是否继续存在，如干扰现象继续存在则可认为是空间干扰。空间干扰不一定来自系统外部，空间干扰的抗干扰设计主要是地线系统设计、系统的屏蔽与布局设计。
此外，在测量的时候还可能遇到其他一些干扰因素，例如在动态中测量车辆油耗时，由于汽车的上下坡、加速、减速等因素造成油耗仪的左右或上下震动，这会对测量的精度造成影响，这时，我们可以通过多测几次取平均值来提高测量的精度。
2、供电系统干扰
由于工业现场运行的大功率设备众多，特别是大感性设备的启停会造成电网的严重污染，使得电网电压大幅度涨落，工业电网电压的欠压或过压常常达到额定电压的±15%以上。这种状况有时长达几分钟、几小时，甚至几天。由于大功率开关的通断，电机的启停，电焊等原因，电网上常常出现几百伏，甚至几千伏的尖峰脉冲干扰。
供电系统干扰及抗干扰措施。单片机系统中最重要、并且危害最严重的干扰来源于电源。根据电源电压变化持续时间的大小可把电源干扰分为过压、欠压、停电；浪涌、下陷、半周降出；尖峰电压；射频干扰等。
解决过压、欠压、停电的方法是使用各种稳压器、电源调节器，对付短时间的停 32 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
电则配置不间断电源。解决浪涌、下陷与半周降的办法是使用快速响应的交流电源调压器。尖峰电压的解决办法是使用具有噪声抑制能力的交流电源调节器、参数稳压器或超隔离变压器。射频干扰对单片机系统影响不大，一般加接2~3节低通滤波器即可解决。
单片机供电系统除对电源本身性能有一定的要求以外，必须要完整的设计整个电源供电系统。电源分配系统首要的是要有良好的接地，系统的地线必须能吸收来自所有电源系统的全部电流。应该采用粗导线作为电源连接线；地线应尽量短而直接接线；对于插件式电路板，应多给电源线、地线分配几个沿插头方向均匀分布的插针。
3、过程通道干扰
为了达到数据采集或实时控制的目的，开关量输入输出，模拟量输入、输出是比不可少的。在工业现场，这些输入输出的信号线和控制线多至几百条甚至几千条，其长度往往达几百米或几千米，因此不可避免的将干扰引入单片机系统。当有大的电气设备漏电，接地系统不完善，或者测量部件绝缘不好，都会使通道中直接串入干扰信号；各通道的线路如果同处一根电缆中或绑扎在一起，各路间会通过电磁感应而产生瞬间的干扰，尤其是若将0~15V的信号与交流220V的电源线同套在一根长达几百米的管中其干扰更为严重。这种彼此感应产生的干扰其表现形式仍然是通道中形成干扰电压。这样，会使测量的信号发生误差，重者会使有用信号完全淹没。有时这种通过感应产生的干扰电压会达到几十伏以上，使单片机系统无法工作[5]。
过程通道干扰的抑制措施过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径。过程通道的干扰主要是利用隔离技术、双绞线传输、阻抗匹配等措施抑制单片机系统工作时受到的干扰。
4.3.2 抗干扰的措施
1、硬件的抗干扰设计
对输入通道的干扰会使输入的模拟信号失真，数字信号出错。对输出通道的干扰使各输出信号混乱，不能正常反映微机应用系统的真实输出量，从而导致一系列严重后果。干扰可使微机系统内核总线上的数字信号错乱，CPU得到错误的地址信号后，引起程序计数器出错，使程序运行离开正常轨道，导致程序失控或死循环等严重后果。针对此问题主要采取以下几种措施
（1）PCB设计：微处理器及其辅助电路(时钟、复位和中断等) 要尽量靠近,在印制电路板(PCB) 上要远离强电压电路。PCB输入端一般使用100μF电容进行容性滤波(引线要尽可能短) ,紧靠并联一只0.1μF陶瓷电容，或者串接铁氧体磁珠滤波器,可以有效地滤去一些高频强脉冲(开关或电源引线、接插件的噪声)[20，29] 。
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（2）接地选择：信号工作频率小于1MHz 时,采用单点接地;信号频率大于10MHz时,为了降低地线阻抗应采用多点接地；工作频率为1MHz～10MHz时, 如采用单点接地,则地线长度不得超过波长的1/ 20 ,否则应采用多点接地。多级电路接地点应选在低电平电路的输入端,使该端最接近于基准地位；同时,输入级的接地线也可缩短,使受干扰的可能性减少。
（3）在电源线和地线之间并联47μF和0.1μF两个去耦电容，并联大电容为了消除低频干扰，并联小电容为了去除高频干扰。所有芯片应可靠接地，并且与接地线构成回路。
（4）隔离技术：通过隔离可以把外来的干扰通道切断,同时起到抑制漂移和安全保护的作用。常见的隔离方式有光电耦合、变压器隔离等。在两个电路间加入隔离变压器以切断地回路,可实现前后电路的隔离,两个电路接地点就不会产生共模干扰。但这种隔离方式不能用于直流信号。用金属外壳整机或部分器件包围起来，再将金属外壳接地，就能起到屏蔽的作用，这对通过电磁感应引起的各种干扰特别有效。
2、软件的抗干扰设计
采用硬件方法阻断干扰进入单片机应用系统是十分必要的,但是由于干扰的随机性,将单片机的软件干扰抑制技术与硬件干扰抑制技术相结合,可大大提高单片机应用系统工作的可靠性。我们已经了解单片机系统最容易受到干扰的部位是电源、接地系统、输入和输出通道。针对这几种情况采取的措施也不相同[20]。
数字滤波是模拟信号经过转换后才能被单片机接收，干扰作用于模拟信号之后，使转换结果偏离其真实值。如果仅采样一次，我们是无法确定该结果是否可信，必须经过多次采样，得到一个经过转换的系列，通过某种软件算法处理后，才得到一个可信度较高的结果。这种从数据系列中提取逼近真值数据的软件算法，通常称为数字滤波算法，是消除随即干扰的有效手段，很容易解决较低频信号的滤波问题。
除此之外，软件中还采用指令冗余技术、延时指令来抑制瞬变干扰。冗余技术能使“跑飞”的程序自动恢复到正常状态下运行,它包括指令的冗余设计和数据程序的冗余设计。指令冗余设计是设计程序时在某一双字节或三字节指令后人为地增加一些单字节指令(如NOP)，或将有效单字节指令重复一次，这样当程序执行混乱时，一遇到单片字节指令便可恢复正常执行。例如在双字节和三字节指令之后插入两条NOP指令，不管CPU如何取指令，最终均能取出正确的指令字节，从而使程序走上正轨。但采取这样的方法会使CPU执行程序速度放慢，因此，常在一些对程序流向起决定作用的指令之前插入两条NOP指令，以保证出乱的程序迅速纳入正确的控制轨道。对程序流向起决定作用的指令RET、RETI、LJMP 等后面重复写这些指令。
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设置监视跟踪定时器也可以起到软件抗干扰的措施。 监视跟踪定时器，也称为看门狗定时器(Watchdog)，可以使陷入“死机”的系统产生复位，重新启动程序运行。当系统的CPU部件受到干扰信号的作用时，将使系统失控。最典型的故障是破坏程序计数器PC的状态值，导致程序在地址空间内“乱飞”，或者陷入死循环。软件“看门狗”技术的原理是因为在一般情况下，程序跑飞或者陷入“死循环”时，中断功能可能不受影响，CPU仍然像正常运行时一样响应和执行中断子程序。这时如果仅在中断子程序中插有“喂狗”指令，则“看门狗”定时器始终处于正常无溢出状态，无法对已经混乱的单片机系统重新启动以回复到正常运转状态。若将“喂狗”指令单独插在主程序中显然又是不够的。我们可以将“喂狗”指令分解开来，将取反指令变成置位和清零两种指令(即SETB P1.0和CLR P1．0)，将置位指令插在主程序中(利用T1监控)，而将清零指令插在中断子程序中(利用110监控)，这样将两者结合起来，缺一不可。因此无论是主程序运行失效，还是中断请求失效，都不能完成完整的“喂狗”指令，从而造成“看门狗”动作，确保了系统安全可靠地工作[29]。
4.4 本章小结
测试系统中软件是配合控制硬件电路，共同完成对油耗的智能化测试，其功能通过分程序模块实现，本章主要介绍了与系统软件设计有关的问题，软件开发环境和编成语言是如何选择的和设计时的主体思想，也结合本系统的实际情况介绍了各个功能模块的设计。介绍了软件系统的功能结构，提出整个软件系统的设计可看成是由若干个功能模块组成的思想，即程序的编写应采用结构化和模块化方法编程，这对查错和调试极为有利。最后介绍了抗干扰的措施，从硬件和软件两个方面分别说明了其具体的措施。
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第5章 基于容积法的汽车油耗仪机械部分设计
5.1 壳体材料的选择
铝合金是一种较年轻的金属材料，在20世纪初才开始工业应用。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。第二次世界大战期间，铝材主要用于制造军用飞机。战后，由于军事工业对铝材的需求量骤减，铝工业界便着手开发民用铝合金，使其应用范围由航空工业扩展到建筑业、容器包装业、交通运输业、电力和电子工业、机械制造业和石油化工等国民经济各部门，应用到人们的日常生活当中。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。现在，铝材的用量之多，范围之广，仅次于钢铁，成为第二大金属材料。铝材应用的迅速发展是世界铝工业界不断开发新的铝合金材料的结果。
纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm3），大约是铁的 1/3，熔点低（660℃），铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（δ:32~40%，ψ:70~90%），易于加工，可制成各种型材、板材。抗腐蚀性能好
以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。
铝合金是向纯铝中加入Mg，Zn，Si，Cu等金属，改变物理性质的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀的特点，加入其他金属后显著提高了机械性能，而且铝合金的制造周期短、成本低、耐高温抗腐蚀等优点，最重要的是它能阻断电磁等信号波的干扰，为机体的正常运作提供安全可靠的工作空间。表5.1列出了多种型号铝合金的特性：
根据汽车油耗仪体积小、重量轻、工作环境较好等特点，选用6000系列6A02（LD2）型号铝合金。
表5.1 铝合金特性表
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合金牌号
1060（代L2）
1050A（代L3）
1035（代L4）
5A02（LF2）
5A03（LF3）
5A05（LF5）
5A06（LF6）
5052
5454
横截面积CM? 壁厚(mm) 外形尺寸(mm)
合金特性及应用领域
中强度合金、耐蚀、熔接性良好
用于化工业配0.2-90 1-100 10-320 管、机器零件、照相机镜筒
高强度、切削性优秀、耐蚀性不强。多用2A11（LY11）
2A12（LY12）
2017
2024
0.2-90 1-100 10-320
于切削材、零件螺丝等结构材、飞机材、锻造用素材、汽机车油压零件、运动用品等。
中强度、耐蚀性强、熔接性7A04（LC4）
7A09（LC9）
7075
0.2-90 1-100 10-320
差。多用作车辆、汽车、机车零件、飞机机械零件、运动用品等。
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0.2-90 1-100 10-320
中强度、耐腐蚀、焊接性好、可熔接、加工性好。
6A02（LD2）
6061（LD30）
6063（LD31）
0.3-21 1-15 10-150
用于路上车辆、船舶、海上运输机材、道路用建材、装饰品材、家电制品材及其他一般泛用品
5. 2 外型尺寸的确定
基于容积法的汽车油耗仪是一种测量仪器，考虑到它使用方便性，将其外型设计为长方体，这样不仅携带方便而且易于放置，能保持仪器的平衡性，可以任何时间任何地方对汽车油耗进行测量。经过测量计算将油耗仪的规格定为415mm×290mm×95mm。在油耗仪下面板和后侧面板设计了散热排风孔，使得通风效果增强，降低主板温度。
在油耗仪的下面板安装四个圆台形橡胶支撑底座，通过螺钉安装在油耗仪的下面板上。这种橡胶材料的底座可塑性强、成本低、可购买性好，而且有一定的单性可以起到减震的效果，抗腐蚀不易损坏使用寿命长，能减少仪器在使用过程中的磨损起到保护的作用。
显示面板为大众化长方形显示面板，包含液晶显示器和控制面板，显示面板的尺寸为272mm(长)×121 mm(宽) ，在显示面板的上方设有“智能型汽车油耗仪”的仪器名称栏，中间是LCD液晶显示器，在液晶显示器的下方是四个电源指示等，分别为“充电”指示灯，“电源”指示灯，“油耗Ⅰ”指示灯，“油耗Ⅱ”指示灯。在液晶显示器的右侧为油耗仪的控制面板(说明如下节)。
E系列XLF微型打印机是一种可插装在各种仪器、计算机应用装置机箱面板上的嵌 38 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
入式打印输出设备。它的外形尺寸：125mm(宽)×85mm(高) ×60mm(深)。该机专为在机箱面板上安装打印进而设计，采用了独特的面板嵌入结构，只需按要求尺寸在机箱面板上开一个安装孔，便可通过紧固螺钉固定在机箱上。使用时无需拔出打印机便可完成打印机操作。
5.3 控制面板的设计
控制面板在单片机控制系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人机交互的主要手段。
常用的键盘可以分为独立按键接口和行列按键接口两类。独立式按键是指各按键相互独立，并只接通一条输入数据线。一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线的状态。独立式按键的优点是电路简单、配置灵活、软件编辑简单。缺点是每个按键都需要占用一个输入口线，所以在按键数量较多时，需要较多的输入口线且电路结构复杂，故此种键盘适用于按键较少或操作速度较高的场合[20,21]。
行列式按键接口适用于键数较多的场合。行列矩阵键盘中，每个按键都分别跨接在一根行线和一根列线上。每一水平线(行线)与垂直线(列线)的交叉处不相通，而是通过一个按键来连通。利用这种行列矩阵结构只需N条行线和M条列线，即可组成具有N?M个按键的键盘，不仅节省了I/O线，还降低了成本。
所以根据使用功能需要，决定采用行列矩阵式键盘，即4?2个按键的键盘共8个按键包括“↑”、“↓”、“→”、“←”、“开始”、“结束”、“打印”、“发送”键。选择测试项目时按“↑”、“↓”、“→”、“←”光标键；选择要进行的，准备好时，按“开始”键，进行测试。等达到测试值后，测试结束，按“结束”键，可以结束测试，也可以进行下一次测试。按“打印”键，打印测试结果，按“发送”键，将测试结果由RS232口发送出去。
图5.3为控制面板的示意图。
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图5.3为控制面板的示意图
按键的材料选用丁晴膠橡胶，该材料的优点是具良好的抗油、抗水、抗溶剂及抗高压油的特性。缺点：不适合用于极性溶剂之中,例如酮类、臭氧、硝基烃,MEK 和氯仿。多用于制作燃油箱、润滑油箱以及在石油系液压油、汽油、水、硅油、二酯系润滑油等流体介质中使用的橡胶零件,特別是密封零件。是目前用途最广、成本最低的橡胶密封件。操作压力20500g；寿命5—30百万次；工作温度-20℃—180℃；接触弹性少于12百万次。
5.4 数据线接口的设计
基于容积法的汽车油耗仪不仅能测试发动机个工况的油耗，还能通过RS232数据总线与外部设备相连，RS-232C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座，通常插头在DCE端，插座在DTE端，本设计电路中的单片机与PC机连接的RS-232C接口，因为不使用对方的传送控制信号，只需三条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用DB-9的9针插头。油耗仪内部装有12V可充电电源，能共给油耗仪足够的电量，也可以通过电源线外接12V电源，保证油耗仪在各种情况下都能正常工作。
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油耗测量系统采用流量传感器的流量信号，并将信号送给单片机进行处理，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传输，通过控制面板实现人机对话功能，还可以通过通讯接口RS-232实现数据传输，扩展系统功能。
对于回油量较小或没有回油的车辆，通常采用一个流量传感器，并将传感器安装在发动机进油管路中，以检测进油管路的燃油流量，流量信号传给单片机，进行相关处理后，把数据输出到显示器显示。对于回油量较大的车辆，回油管路中需要安装一个流量传感器，用来提高测试精度，也为了满足燃油供给系统正常工作的要求。两个流量传感器应分别安装在发动机进油管路和回油管路中。因此，在油耗仪的机体上设计了两个流量传感器接口，来测量不同回油量的工况，保证测试精度的精确。
数据线接口和电源位置如图5.4，5.5。
外接12V
RS232
充电
流量1 流量2
OES-V
图5.4 基于容积法的汽车油耗仪数据线接口面板
41 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
保险
电源
关 开
图5.5 基于容积法的汽车油耗仪电源开关面板
5.5 内部芯片的安装
基于容积法的油耗仪的内部结构比较简单，主要包括一个液晶显示屏幕，一个主板芯片，一个打印机芯片，一个液晶显模块芯片，一个扩展芯片，一个稳压电源和一个液晶显示屏幕。四块芯片都通过定位螺栓固定，定位螺栓的型号为GB/T5782-1986M2。由于液晶显示屏幕比较薄，硬度低且抗碰撞能力低的特性，因此采用双面粘接的方法将显示屏粘贴在机体的主面板上。油耗仪的电源通过两个加紧装置定位，并通过定位螺钉将其固定，定位螺钉为标准件GB/T5782-1986M4。
油耗仪内部芯片规格尺寸如表5.2，内部安装俯视图5.6。
表5.2 油耗仪内部芯片规格表
零件名称
主板芯片
打印机芯片
液晶显示模芯片块芯扩展芯片
MGLS-12032A液晶模块以两片SED1520液晶显示控制驱动器为核心,集行列驱动器和控制器于一体,被广泛的应用于小规模的液晶显示模块。液晶模块Ｄ部分的背光模长(mm)
181
110
140
151
宽(mm)
128
82
41
85
高/厚(mm)
2
2
2
2
定位方式
螺栓连接
螺栓连接
螺栓连接
螺栓连接
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块、光波导以及光反射器。背光模块的侧面设有固定部分，用于通过拧紧螺丝将LCD模块安装和固定到壳体。由于LCD的显示部分的外形小于LCD，从而使用背光模块的侧面上的固定部分将LCD模块固定到壳体，以便不影响LCD显示部分。在不需要任何其它特殊附件的情况下，就能使得用于封装任何其它功能件的间距得到保证，使边框变窄，并且使装置小型化。
图5.6 油耗仪内部安装俯视图
5.6 本章小结
本章对基于容积法的汽车油耗检测仪的机械结构进行了设计，确定了壳体的材料、壳体的尺寸、油耗仪显示面板和控制面板的尺寸样式和油耗仪接口的位置，还确定了控制面板按键的材料及安装方法和液晶显示器的固定方式，同时对油耗仪内部芯片进行了安装。为油耗仪安全、稳定、无干扰的工作提供了保证。
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结 论
本设计研究的基于容积法的汽车油耗检测仪在单片机的控制下，通过流量传感器将燃油流量信号转化为脉冲信号，在软件的支撑下实现车辆的静态和动态测量：汽车的加速油耗、减速油耗、百公里油耗、平均油耗和瞬时油耗。解决了国内油耗检测产品与国外相比测试精度相对较低、测试功能不全、成本较高等问题。该项技术的产品化，将极大推动汽车油耗规范化、提高油耗检测精度，对于车辆可进行燃料经济型的精确测评、评价。从而能更好地为科研院所、车辆制造、使用和维修单位、大专院校试验教学、汽车等用户服务。
1、主要工作和创新点
(1)进行了基于容积法的汽车油耗检测技术的研究概述；
(2)进行了基于容积法的汽车油耗仪控制电路的设计，对单片机和个控制芯片进行了比较选择；
(3)进行了基于容积法的汽车油耗检测仪软件的编辑、抗干扰的设计，实现真正的智能化控制；
(4)进行了基于容积法的汽车油耗检测仪的机械设计，实现测量的方便化、简单化。
2、不足之处与研究展望
汽车油耗测量的影响因素考虑的不够全面，会影响到测试精度。今后还将加大该方面的研究力度。随着流量传感器和单片机的发展，将先进的智能仪表技术应用于液体流量测量与显示，从而提高测量与显示精度和自动化程度；油耗测量应尽可能使用智能微型打印机技术，这样可使观察与保留数据非常方便；油耗测量应尽量采用并行标准通讯接口技术，这样可以实现与计算机的实时通讯；要对油耗测量技术进行系统匹配，使其具有最高的可靠性、最优的价格性能比、最长的使用寿命和最好的升级换代性；采用容积式流量传感器可以降低成本，但应考虑燃油密度问题。配用质量式流量传感器，测试精度可提高，但价格较高。期待后续能更加完善此项产品。
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46 黑龙江工程学院本科生毕业设计`
致 谢
本设计是在导师付百学教授的悉心培养和精心指导下完成的。付老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力都对我影响深远。
从文献综述、开题报告、方案的确定、试验过程以及论文的修改，无不充满了付老师的关心和教诲。付老师严谨的治学态度、渊博的学识、孜孜不倦的治学精神以及对学生高度负责又关怀备致的高尚情操使我受益匪浅，难以忘怀！在此向付老师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意！
本论文从选题到完成，每一步都是在付老师的指导下完成的，倾注了付老师大量的心血。在此，谨向付老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！谢谢付老师给予我许多的方便和指导，给了我自由发挥的空间，使我能够选择自己感兴趣的课题。同时也感谢汽车系各级领导对我们毕业生的关心，为我们提供了舒适的学习环境。
本设计不仅有汽车方面的知识还涉及到机械、电子、计算机等方面的综合知识，有一些知识是以前没有涉及到的，遇到了许多困难。但是，正是这些困难，使我的思路开阔，不仅扎实了以前的知识更学到了许多新知识。可以说此次本科生毕业设计将使我受益终生。
本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学的关心和帮助。感谢所有老师的指导和帮助；
在四年的学习期间，得到了学院各位老师、同学的关心和帮助，在此表示深深的感谢。在你们的帮助和支持下使我顺利的完成了学业，同窗之间的友谊永远长存。
在此期间除了学会汽车油耗检测软件的设计外，更懂得了勤劳，务实的可贵，这将使我终生受益，所以我再次衷心地感谢老师和我的同学们，谢谢大家。 47 黑龙江工程学院本科生毕业设计
附 录A
What are fuel mapping computers?
Before we can get into a discussion about fuel mapping, you have to have to know a
bit about electronic fuel injection (EFI). What\'s that? To put it simply, it\'s a computerized
system that takes over where your old carburetor left off, regulating the mix of air and fuel
in your engine to keep it running smoothly. Too much fuel, and you\'re wasting gas. Too
little, and you could damage your engine.
For decades, fuel regulation was handled by the carburetor. In the late 1950s, cars
with optional electronic fuel injection came on the scene, and by the 1990s, EFI was
common. Today, almost all new cars have EFI systems instead of carburetors.
The fuel map is the EFI system\'s setting for regulating the air/fuel mix. The map has
three goals:
Optimize performance -- for better speed and acceleration
Optimize fuel economy -- to get the best gas mileage
Optimize emissions -- to eliminate as many waste particles from the tailpipe as
possible
Next, we\'ll map out the parts that make up this intricate computerized system.
Understanding fuel mapping technology is much easier if you know the territory. The
center of the whole EFI system, which controls the fuel map, is the engine control unit
(ECU). Think of this component as the car\'s brain. Sensors located in the engine and
throughout the rest of the vehicle send information to the ECU. The ECU interprets this
information and uses it to keep the car working at its best.
The ECU looks like a black plastic box with the electronic brains inside. Its location
varies wildly by manufacturer. Some put the ECU in the engine compartment near the
battery, some put it near the glove box or steering column in the passenger compartment.
Some even put it under one of the seats.
The ECU, though, is useless without its sensors, just like our brains wouldn\'t be
much good at interpreting the world around us without our senses. While there are dozens
of sensors in a car that feed information to the ECU like the one that triggers that annoying
48 黑龙江工程学院本科生毕业设计
\"Check Engine\" light, we\'ll just list the ones that create the fuel map.
Mass Air Flow (MAF) Sensor: This sensor measures the amount of air coming into
the engine. Less air is drawn into the engine when it\'s idling, so less fuel is needed. More
air is drawn into the engine once the car\'s in motion, so more fuel is needed from the
injectors.
Oxygen (O2) Sensors: Located in the exhaust system, these sensors detect the
amount of unburned oxygen and fuel coming from the engine. The ECU can adjust the
amount of fuel injected into the engine to increase efficiency.
Throttle Position Sensor (TPS): This sensor tells the computer how hard and how
quickly the driver pushes on the gas pedal. The farther and faster the pedal is pushed, the
wider open the throttle moves, increasing the amount of fuel that needs to be added to the
engine for speed.
Manifold Absolute Pressure (MAP) Sensor: This sensor measures changes in the
engine\'s manifold pressure, which tells the ECU how much load the engine needs to bear
(towing or going uphill) and how fast it needs to happen (speeding up or slowing down). If
the sensor reads high pressure, the ECU will lower the engine vacuum and add more fuel.
If there is low pressure, the ECU will raise the vacuum and dial down the fuel injection.
Vehicle Speed Sensor (VSS): This tells the ECU how fast the car is moving and
adjusts the fuel accordingly. This sensor also sends signals to the speedometer and the
cruise control computer.
These are the parts, but where is the map? That\'s what we\'re going to talk about next,
so get out your graph paper.
Would you like to know what a fuel map looks like? Start here.
While the car\'s ECU doesn\'t need to visualize the fuel map, it\'s helpful for us humans
to picture how this computer comes to its conclusions. You don\'t need a physical piece of
graph paper, but imagining one will make it easier. The fuel map looks a lot like something
you\'d learn in a junior high school math class.
Imagine that piece of graph paper and draw a simple X-Y axis on it: one line going
across (the X) and one line going up and down (the Y). The numbers along the X axis
represent the engine\'s revolutions per minute (rpm). That\'s how fast the engine\'s internal
components are turning to do whatever the driver needs -- speeding up, slowing down,
waiting at a red light or even towing a boat. The Y axis represents the load on the engine, or
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