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1、微机检测系统设计课 程 设 计 任 务 书题 目: 基于AT89C51的汽车燃油油量检测系统 学院(直属系): 交通与汽车工程学院 年级、 专业: 2007级 车辆工程 姓 名: X M 完 成 时 间: 2010年12月27日 基于AT89C51的汽车燃油油量检测系统摘要：本设计是基于AT89C51单片机为核心的汽车瞬时燃油测量检测系统，该系统利用汽车喷油脉冲计算瞬时喷油量。在系统显示部分，采用了LCD1602，用单片机控制，用于实时显示油箱油量功能。本设计说明书对该系统的硬件电路，工作原理进行了详细的介绍。同时给出了软件设计的流程图和主要源代码。关键词：AT89C51单片机；瞬时油耗；喷油
2、脉冲；LED显示器1 前言1.1 设计的目的及意义受油量传感器的限制，目前多数轿车上的燃油表仍为三刻度式仪表，驾驶人员只能定性地了解油箱内剩余的燃油量，毫无精度可言。本次设计的燃油检测系统可以显示瞬时燃油数值，确认油耗的实时变化情况，让驾驶员改变驾驶方法，尽量避免不当操作，从而达到降低油耗的目的。 本设计基于单片机技术原理，以单片机芯片AT89C51作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，设计制作出一个油量检测系统。该系统主要由油量传感器，LCD显示模块、电源模块、键盘控制以及喷油脉冲信号模块等组成。系统具有功耗小、成本低的特点，具有很强的实用性。由于系统所用元器件较少，单片机所
3、被占用的I/O口不多，因此系统具有一定的可扩展性。1.2 单片机的国内外发展状况单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中
4、，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中9。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大的提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机
5、迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称PC
6、机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就
7、是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。 1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。 2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能
8、力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。 3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。1.3 任务与分析本次设计的系统的控制中心是AT489C51单片机。首先，在
9、Protel软件环境中进行硬件电路图的设计。然后在8051软件环境中进行系统的软件编程，并进行程序源文件的编译和调试，最后生成.hex文件。此.hex文件是硬件电路运行实现的源代码来源。把.hex文件加载到AT89C51单片机芯片，然后在Proteus软件环境中运行硬件电路，油量检测系统就可以正常工作了。本设计的系统主要由:AT89C51为中央处理芯片，用于数据处理，初值设定。油量检测传感器是本设计的核心模块，由他提供油量信息并由LCD显示，用C语言进行编程。本系统可以分为以下4大模块：1、AT89C51模块：用于数据处理，和外围的油量检测传感器通信，并控制信号传输过程，采集油量信息并予以处理
10、。2、LCD显示模块：显示模块采用普通的LCD1602数码管，此模块用于实时的显示油量信息。3、燃油喷射脉冲模块：用脉冲输入信号代替4、程序：包括单片机控制油量检测传感器的接口程序（实现单片机和传感器之间的数据传输过程）和数码管显示程序。2 系统方案设计2.1 系统设计方案本系统以AT89C51为控制核心，辅以流量传感器、流量传感器、LCD显示模块、电源模块以及喷油脉冲模块等组成。燃料消耗率（简称耗油率）的测定采用喷油器的喷油时间计算法，结合流量计法进行测量。本测量系统由电源模块向单片机供电，当传感器采集到的信号经过信号处理后，油量信号和出、回油流量信号通过A/D转换器接入AT89C51单片机
11、，经过CPU的运算，一搿到各项参数的实际值，通过LCD模块显示出来，并定时地存人EPROM中。2.2 系统总体框图2.3 汽车瞬时燃油油量检测系统汽车瞬时燃油油量检测系统如图所示。检测系统的单片机以汽车专用芯片AT89C51为核心，瞬时燃油喷射的检测以发动机电控单元产生的脉冲通过喷油器驱动电路控制喷油器进行喷油，通过信号处理电路来计算脉冲信号的周期或宽度，从而计算瞬时燃油量，并且通过平均值的办法提高精确度。另外，通过体积法来提高瞬时燃油检测系统的计量精确度。对进油量和回油流量进行同步采样，从而达到复核验证的目的。 瞬时油耗检测基本原理燃料消耗率（简称耗油率）的测定通常有容积法、重量法、流量计法
12、和流速计法等方法，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，但因单位时间燃油的流量很小，导致测量精度佣。本测量系统主要采用喷油器的喷油时间计算法，再辅助流量计法进行测量。单次喷油量的计算公式为：式中, n为喷油嘴的流量系数；Fn为喷油嘴的面积；为重力加速度；df为燃料密度；f为燃料压力；b为进气压力；为阀开启时间。对于特定型号的喷油嘴来说，其流量系数和喷嘴面积都是定值。而EFI发动机所要求的燃油喷射量是根据ECU加给喷油器的通电时间的长短来控制的通过燃油压力调节器的作用，使喷油嘴的喷油压力与进气歧管的压力差
13、（b-f）保持恒定，所以喷油嘴的每次喷油量仅仅与阀开启时间成正比。因此，每次喷油量可以通过控制喷油时间来确定，即f=，其中，为常数（对于特定的喷油嘴来说），t为喷油时间。4 检测系统硬件设计4.1 AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造
14、技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图3 AT89C51单片机引脚图89C51单片机与早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容，只不过用Flash ROM 替代了ROM/EPROM而已3。89C51单片机内部结构如图所示。图4 89C51单片机内部结构示意图各引脚的功能如下：VCC：供电电压。 GND：接地。P0口：P0口为一个8位
15、漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高3。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的
