基于超声波技术的汽车油耗检测仪器设计摘要矩阵键盘中，每个按键都分别跨接在根行线和根列线上。每水平线行线与垂直线列线的交叉处不相通，而是通过个按键来连通。利用这种行列矩阵结构只需条行线和条列线，即可组成具有即个按键的键盘，不仅节省了线，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，这个按键包括“↑”“←”“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，也可以进行下次测试。按“打印”键，打印测试结果，按“发送”键，将测试结果由口发送出去。图.为控制面板的示意图。图.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,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。操作压力寿命百万次工作温度接触弹性少于百万次。.数据线接口的设计便携式超声波油耗仪器能测试发动机各个工况的油耗，还能通过数据总线与外部设备相连，接口连接器般使用型号为的芯插头座，通常插头在端，插座在端，本设计电路中的单片机与机连接的接口，因为不使用对方的传送控制信号。只需连接“发送数据”“接收数据”和“信号地”等三条接口线。所以采用的针插头。油耗仪内部装有可充电电源，能共给油耗仪足够的电量，也可以通过电源线外接电源，保证油耗仪在各种情况下都能正常工作。油耗测量系统采用超声波的发送接收信号，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计算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所示。图.智能型汽车油耗仪数据线接口面板图.智能型汽车油耗仪电源开关面板.油耗仪器内部结构设计油耗仪的内部结构比较简单，主要包括个液晶显示屏幕，个主板芯片，个打印机固定板，个液晶显模块芯片，个超声波控制模块芯片和个稳压电源。其中，液晶显示屏与液晶显示模块芯片固定为体。而这四块芯片都通过定位螺栓固定，定位螺栓的型号为。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。这也与打印机的固定螺钉统标准。所以油耗仪内部芯片规格尺寸如表.所示，内部安装俯视图.所示。表.油耗仪内部芯片规格表零件名称长宽高厚定位方式主板芯片螺栓连接打印固定板螺栓连接液晶显示模块螺栓连接超声波控制芯片螺栓连接液晶模块以两片液晶显示控制驱动器为核心,集行列驱动器和控制器于体,被广泛的应用于小规模的液晶显示模块。液晶模块部分的背光模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模块安装和固定到壳体。由于的显示部分的外形小于，从而使用背光模块的侧面上的固定部分将模块固定到壳体，以便不影响显示部分。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.油耗仪内部安装俯视图.超声波换能器装夹结构设计超声波换能器需要夹装在输油管的外面，使两个超声波换能器对峙放置，这样可以使得发射换能器发射的超声波信号能够被接收换能器接收。然而燃油供给系中的燃油管路分为主供油管路和回油管路。我们要测量流入发动机的燃油流量就要分别测量主油路的流入流量和回油管路的流出流量。这样就可以测的流入发动机的燃油流量。根据测量，我测量得到的油管外径为,壁厚为.。则我们选用的超声波换能器为美国公司的型超声波换能器。其直径为。是专用于小管径的管道测量的声波换能器。由于我们要测量两个管道的流量，所以我们需要选择四个同样的此型号的换能器。其外观在第三章中已经介绍过了如图.所示。在本目中，我将对换能器的装夹机构进行设计。由于主油管路外径为。而且两个换能器需要相对安装在同平面上。本设计选择的超声波换能器的的发生角度为。又因为油管直径为，所以两个换能器的轴向距离为。为了保证机构加紧，我选用了的十字槽盘头螺钉和垫片。在安装时不发生侧向偏移，我在夹紧机构两侧个设计了个定位销。其具体尺寸如零件图所示。装夹机构如图.所示。图.装夹机构图被测量管路装夹机构超声波换能器夹紧螺栓定位销十字槽盘头螺钉垫片。其具体尺寸如零件图所示。.本章小结本章对智能型汽车油耗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。还进行了传感器的装夹定位机构的设计。为油耗仪安全稳定无干扰的工作提供了保证。第章的数字系统设计可编程逻辑器件是种由用户编程以实现种逻辑功能的新型逻辑器件。它诞生于世纪年代，在世纪年代以后，随着集成电路技术和计算机技术的发展而迅速发展，芯片规模密度和性能都有了惊人的变化。与中小规模通用型集成电路相比，用实现数字系统，有集成度高速度快功耗小可靠性高等优点。与大规模专用集成电路相比，用实现数字系统，有先期投资少研制周期短无风险修改逻辑设计方便小批量生产成本低等优势。而作为的主流产品，现场可编程门阵列具有集成度高，容量大，价格便宜，可重复编程，周期短，易于开发等特点，因此在电子工程设计方面得到了非常广泛的应用。.的芯片选择的工艺决定其具有众多的触发器和,设计中需要用到大量的触发器如复杂的时序逻辑，那么是个好的选择。本设计的数字系统中最关键的模块是高速计数器模块，我们知道计数器是典型的时序逻辑电路，本系统选择其作为数字电路部分。目前国际上的最大供应商是美国的公司和公司。他们的设计较为灵活，器件利用率高，器件价格较便肩而品种和封装形式较丰富。但的产品需要外加编程器件和初始化时间，保密性较差，延时较难事先确定，信号等延时较难实现。公司直占据着行业的领先地位，其产品主要有,以及七大系列，其中系列器件采用了可重构的单元，该结构集合了般门阵列的全部特长，其容量可达万门，能够高密度高速度高性能地将整个数字系统集成于个器件中，而且该系列器件在业内应用十分广泛。根据课题特点，通过对各系列产品性能及价格的综合比较，我们选择了公司的系列中的器件。作为模块的主要芯片。.内部模块设计本设计系统的的设计运用了的设计方法，从顶层进行功能划分和结构设计，这种方法能够在早期发现结构设计上的错误，避免了工作的浪费，并能使系统设计变得简洁方便，使复杂系统的设计实现简单化合理化，并提高其可靠性与稳定性。本系统的主要涉及到的功能模块有时钟源模块逻辑控制模块和高速计数器模块。下面对各个功能模块作逐进行介绍。高速计数器模块利用设计高速计数器是本系统设计的个最重要的部分。提高测时精度是提高时差法超声波流量计测量精度的关键。要精确的测量时间必须有高速的计数器，利用芯片很高的工作频率可实现高速计数，而且本系统设计的高速计数模块在定的时钟频率下能够更精确的判断计数停止信号的来临，从而提高测量精度。计数模块内的全部功能是基于电子设计自动化技术，通过原理图输入法和硬件描述语输入设计完成。图.高速计数器原理图高速计数器的设计思想是利用频率较低的时钟信号实现高速计数的。我们知道当计数停止脉冲信号来临时，它不会准确的落在时钟信号的边沿上，这个样就会产生测量误差，而最大误差是个时钟周期。显然通过提高时钟频率可以提高计数精度，而当时钟频率固定时，我们还可以通过其他的方法提高计数精度，这就是本系统设计中利用设计的高速计数器。首先时钟信号通过比较器产生两路时钟信号和输入高速计数模块，显然和的相位刚好相反。将和分频倒相后，这可以通过触发器实现，产生了四路时钟信号它们的相位彼此相差，每路时钟信号后接个触发器，计数停止脉冲的上升沿作为触发器的触发信号，当计数停止信号来临时，个触发器会发生翻转，输出个不同的组合值，。我们把其它组合形式视为无效。工作波形如图.所示。图.计数器时序本模块的计数值我们采用位来表示，将作为计数器的时钟信号，即计数器对进行计数，其计数值作为计数结果的高位，记为。当过零比较电路传来计数停止信号时，记录下触发器的输出，即,的当前状态，通过对其组合值的判断我们可以知道，停止信号的脉冲前沿处十的哪个周期内。我们将当前组合值经过译码后并并加上位校验位作为最终计数结果的低位。与此同时和经过与非门后触发锁存器读取当前计数器的计数值，与译码器的输出共同构成了位最终计数值输出。译码真值表参见表.所示。表.译码器输出对应值通过这种方法设计的计数器能够判断出计数停止信号来临的时候处于个时钟周期中的具体位置，从而精确了计数停止时间，提高了计时测量精度。单片机在输出换能器触发群脉冲的同时通知计数器开始计数当电压比较电路输出个上升沿时，计数器停止计数，然后将计时结束信号引脚电平抬高，通知单片机计时结束，可以读取计数结果。计时结果由个位并行口输出，单片机通过改变引脚.电平的高或低来通知在计时结果输出口上输出的是高八位或低八位计时结果。在计数器模块中我们采用的是顺流逆流方向各使用个高速计数模块，两个计数器分开工作方便我们的测试以及数据分离。以后再对系统进行进步优化的时候还可以采取设计可逆计数器的方法，直接读出次顺流流传播的时间差。采用设计高速计数模块还有个优点就是灵活，在资源允许的情况下，可以方便的设计任意位数的计数器。时钟信号模块时钟信号模块为系统中各个模块提供工作时钟。系统中时钟信号模块由个有源晶振和系列分频器元件构成。有源晶振提供的时钟信号通过的全局时钟线输入。中逻辑控制模块中的定时器所需要的时钟信号则是通过分频元件对时钟信号作增进式计数分频。为了调试方便，分频模块的在设计时考虑到了模块的通用性，通过更改参数就可以方便的调整分频模块的工作方式，得到所需频率的时钟信号。时钟信号通过比较器产生两路相位相反的时钟信号提供给高速计数器模块使用。逻辑控制模块逻辑控制模块由个定时器和个开关控制逻辑组成。系统中模拟开关所需的开关控制信号就是由中的逻辑控制模块产生。个定时器通过开关控制逻辑分别输出