（全日制本科毕设）基于超声波技术的汽车油耗检测仪器设计（全套图纸CAD哟）

这些定时器都是由位计数器构成，对的时钟信号进行增进式方式计数，当计数值达到预设的阀值后，停止计数，并通过开关控制逻辑输出相应的控制信号。

超声波触发群脉冲发出时，单片机通知打开计数器，同时将个定时器起打开，它们根据预设好的计数门限，实现各自的定时控制，在完成次超声波渡越时间的计数后，单片机会相发送复位信号，各个定时器也在此时被复位。

.的接口电路设计的口电压为。

的口电压也为。

本系统中与单片机的接口之间不需要任何电平转换器件，即可相互传送数据。

的.和.口作为两支超声波传感器的触发脉冲群输出口，将这两个口直接与相连接，在系统触发超声波的同时也启动了内部的计时器。

当超声波接收器接收的超声波信号，并将其处理后触发停止计时，然后以高电平信号示意计时结束通知单片机。

单片机判断到计时器计时结束后，分别将计时结果高低八位选择信号线置为高低电平，经八位并行信号线读出高八位和低八位计时结果。

在超声波顺流方向传播和逆流方向传播时，内部定时器模块中开关控制逻辑的输出是不同的，所以，的.口在系统处于两种传播方向时，分别使用高电平和低电平信号启动的两种不同开关控制逻辑用于控制各个模拟开关的通断。

当系统执行完次工作流程后，单片机会自动将.口置为高电平，向发出复位信号，待下个工作流程开始之前，再将复位信号清零。

系统中还利用设计了逻辑控制模块，由定时器定时产生开关量控制模拟开关的通断，通过查找使用手册我们知道在供电情况下，控制端口输入电压大于.即可识别为高电平，所以在本系统中口驱动电压为，可以驱动模拟开关芯片，故可以将与直接连接。

.本章小结在本章中我们介绍了的原理和意义，同时也结合本论文对本系统进行了模块的设计。

其中包括时钟源模块逻辑控制模块和高速计数模块的设计。

此设计集成度高，起到了简化结构，提升了硬件的可升级能力。

第章软件系统的设计软件是控制测量系统的灵魂，在仪器设计过程中起着举足轻重的作用。

是实现硬件功能的思想。

软件设计的工作建立在硬件电路的基础上，而硬件电路需要在软件的协调控制下才能正常工作。

以前的操作系统等软件主要是用汇编语言编写的，汇编语言过于依赖于计算机硬件，程序的可读性和可移植性都比较差，语言把高级语言的基本结构与低级语言的实用性结合起来，成为种可行的语言程序，它具有以下优点简洁紧凑灵活方便运算符丰富数据结构丰富是结构式语言语法限制不太严格，程序设计自由度大语言允许直接访问物理地址，可以直接对硬件进行操作语言程序生成代码质量高，程序执行效率高语言适用范围大，可移植性好。

论文中软件设计使的美国公司出品的系列兼容单片机语言软件开发系统作为开发工具，已被完全集成到的集成开发环境中，这个集成开发环境包含编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。

.系统软件整体结构及功能语言兼顾了多种高级语言的优点，可移植性高，硬件控制能力高，表达和运算能力强等。

基于语言的这些优点，本系统的软件设计采用了模块化设计方法，所以程序可读性强，移植性高，而且于修改和拓展。

在本系统的设计说明书的设计与编写过程中没有编写程序语言，只是设计出了程序流程图。

则软件系统的模块框图如图.所示，主要包括主程序模块，初始化模块，流速流量计算模块，中断服务模块，键盘矩阵与显示模块，数据存储模块等各个模块都有自己的功能，他们相互独立又互相联系。

图.软件系统模块框图.主要功能模块的设计系统主程序模块主程序工作流程如图.所示。

系统上电后首先对系统进行初始化，其中包括引脚的分配定时器中断的初始化相关寄存器的初始化的复位显示模块和键盘矩阵的初始化等等。

在初始化完毕后，系统读取存储器中的历史数据包括历史累计流量，系统参数设置，实时时钟等并送显示模块显示或者打印。

然后系统进入低功耗状态等待响应中断服务子程序。

由图.可以看到系统的主程序流程比较简单，主要功能的实现是靠由中断程序引入的各个功能模的块子程序实现的。

这种程序设计方法，提高了软件系统的可读性，可移植性，而且有利于程序的修改和升级。

中断服务程序模块.定时器中断服务子程序定时器中断服务子程序有两个作用个功能是对常规测量的结果进行计算并保存累计测量流量值另个功能是通过查询系统寄存器的状态来实现由常规显示界面到指定界面的切换，其定时时间为。

如图图.所示是定时器中断服务子程序的流程图。

在每次循环中，计算模块依次读取顺逆流超声波传播时间进行瞬时流量的计算以及累计流量的计算并存储到存储器的相应地址。

然后通过查询系统标志寄存器的状态，实现瞬时流量累计流量显示状态，截面平均流速显示状态，系统参数设置状态三种显示状态的切换，每个状态在系统标志寄存器对应的数值设定通过键盘矩阵输入进行改变。

图.主程序流程图图.定时器中断服务子程序流程.定时器中断服务子程序本油耗仪器系统中利用定时器中断服务子程序实现常规的流量测量，并通过该中断程序将单次测量的顺流逆流平均传播时间传递给计算程序以进行瞬时流量以及累计流量的计算。

定时时间为，流程图如图.所示。

在超声波检测仪工作时，超声波信号分为顺流和逆流触发两种方式，本系统通过查询顺逆流标志判断触发方向。

在每秒中内，首先顺流方向连续触发次超声波信号，然后逆流触发次超声波信号。

通过查询单片机引脚.，确定超声波传播方向后，使用相应引脚对换能器进行群脉冲触发。

然后进入延时等待，接着查询引脚.的状态.图.中断服务程序流程判断来自的计时结束标志是否为，当不为时表示超声波接收换能器未能确接收此次超声波的发射，不读取此次的计时数据，传播次数计数器加后退出中断。

若引脚.为高电平，说明此次计时有效，读取计时数据，并与上次的计时数据取平均值，这里采用逐次取平均值的方法主要是为了缩减成本，式结构简化。

当方向完成次超声波触发后，该方向的平均传播时间自动保存到计算模块的参数寄存器中。

该方向的传播次数计数器清零，并改变顺逆流标志，进行反方向的超声波触发。

在得到顺逆流两个方向的平均传播时间数据后，将定时器定时标志置位置，此时退出中断。

流程图中顺流触发计数模块与逆流方向的流程类似，只是顺逆流标志位不同，且完成顺流计数后不用对定时器标志位置，而是直接退出中断。

完成循环。

计算模块的程序设计图.计算模块子程序流程图计算程序模块的工作主要是完成截面平均流速瞬时流量和累积流量的计算。

子程序流程如图.所示。

从前面的中断程序流程图中可知，当系统完成每次测量后，会把该次测量的超声波顺逆流平均传播时间的数据测量结果放到数据存储器的指定位置中。

计算模块的子程序首先读取这个数据，然后再读取流速修正计算中所需要的流量修正系数管径等参数。

然后进行截面瞬时流速以及截面瞬时流量的计算，并将计算结果存储在数据存储器中，以方便显示程序的随时调用和打印。

然后程序还将进行累计流量的计算，以实现用户对历史累计流量的查询。

数据存储模块数据存储程序模块作用是存储之前测量的累计流量以及流量计系统的些重要参数的，如计算模块中使用的流量修正系数等。

本系统使用铁电存储器芯片作为设计数据存储模块。

正如中选取看门狗电路芯片时所了解到得。

除了实现数据存储功能外，附带的实时时钟以及看门狗功能也在系统中得到应用。

下面就了解下存储器实时时钟以及看门狗的访问方法。

使用的是二线制的接口，和两个引脚的状态确定总线上的操作，如图.所示中有开始，停止，数据以及应答种状态。

图.总线状态示意图在对进行访问时，总是作为从机，而位器件地址中，高位为表示存储器，表示寄存器。

低位中，”表示任意，本检测系统中只用到片芯片。

所以“，”都为，其中最低位表示读操作，表示写操作，图.访问存储器接收的控制字节我们知道利用总线进行信息传输，实际上就是主从器件不断交换信号的过程。

在对存储器访问时，器件对从机地址进行应答后，接着单片机发送个字节的地址信息，收到应答后发送个字节的数据，再次收到应答后发送停止信号，而这时器件开始内部数据的写入，从而完成了个字节的读写操作。

利用内部地址自动累加功能可以轻易实现对连续地址的操作。

访问实时时钟与看门狗与对存储器的访问相似，只是寄存器的地址仅为个字节，其他与上面说到得用法相同。

显示模块第三章中我们提到使用了控制器进行显示模块的设计。

是款位的液晶显示驱动器，其内部位格式中数据可通过命令直接作用到显示屏上。

通过命令模式和数据模式两种模式的指令实现对器件的配置以及显示数据的传递。

在对操作之前，系统需要先向其发送标志码，表明工作状态，其标志码如表.所示表.操作标志码定义操作状态标志码读数据写数据读修改写数据控制命令的接口电路我们在第三章中已经做过介绍，通过下面的时序图.所示的在对操作时的时序图我们可以看到在对进行读写操作时的时序及命令格式。

图.写模式时序图引脚为操作允许控制脚，低电平有效，如上图所示，在向写数据时，首先向发送写模式代码，后面紧跟位地址，然后是位数据，要在在的上升区写入。

应该注意地址是从最高位到最低位，数据是从最低位到最高位。

读操作时只需改变相应的操作码。

在进行连续地址的读写时，表示第位地址，后面紧跟连续的位数据，每写入位数据地址自动加。

而命令模式为，在操作码后面跟的是位操作码。

显示软件设计包括初始化程序数据读写子程序和刷新缓存子程序等。

其流程图如图.所示。

图.显示模块程序流程图按键的去抖功能的程序流程图设计在第三章中我们设计了键盘矩阵，但是按键在使用过程中具有抖动。

如何去抖在第三章中已经了解到了。

在这里我们针对去抖功能的软件程序进行流程图的编写。

如图.按键的去抖流程图所示，我们可以知道，检测到有键按下时，应延时等待段时间可调用个的延迟子程序，然后再次判断按键是否被按下，若此时判断按键仍被按下，则认为按键有效，若此时判断按键没有被按下，说明为按键抖动或干扰，应返回重新判断。

键盘真正被按下才可进行相应的处理程序，此时基本就算实现了按键输入，进步的话可以判断按键是否释放。

图.按键去抖流程图.本章小结本章主要介绍了油耗检测系统的软件程序的编辑思路和流程图的编写。

并说明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，并利用与硬件相对应的方法来模块化其各部分的子程序。

即程序的编写也采用结构化和模块化方法编程，这对查错和调试极为有利。

从硬件和软件两个方面分别说明了其具体的措施。

第章试验研究及误差分析本设计由于没有硬件，所以不能进行实验数据的测定与分析。

则根据参考文献中的锁具进行数据的分析的思路的确定。

根据不同的实验内容和目标，真对汽车燃油消耗检测仪器的实际应用，其实验项目分两部分进行部分是在零流量下进行实验，主要为了确定超声波换能器的收发性能，调试电路板，检测信号处理电路输出波形是否符合要求。

另部分是在实际工作下测量汽车燃油流量并进行读取流量数据，检验系统测量精度及稳定性。

.试验的目的和意义汽车智能油耗测试仪器经过硬件和软件设计后，还要对其测量精度进行分析，测试系统是否达到设计要求，因为仪器的测试精度直接对测量结果有影响。

根据中华人