基于失重法的汽车油耗检测仪器设计本科毕业论文.doc

本科学生毕业设计基于失重法的汽车油耗检测仪器设计 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程07-1班 学生姓名： 王 聪 指导教师： 付百学 职 称： 教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Automobile Oil Consumption Instrumentation Based on Weightlessness Candidate：Wang CongSpecialty：Vehicle EngineeringClass：07-1Supervisor：Prof. Fu BaixueHeilongjiang Institute of Technology2011-06Harbin摘 要随着我国汽车保有量的不断增加，汽油、柴油等非再生资源的逐渐减少，加之环境保护意识的逐渐加强，人们更加关心车辆油耗，要求限制车辆用油量的呼声越来越强。研制能快速、准确测量汽车在各种工况下油耗的仪器，已成为一项重要的课题。文中研制的智能型汽车油耗检测仪器，利用失重法原理，结合国内外发动机油耗智能测试技术的研究水平和发展趋势，采用传感器技术、单片机控制技术和显示技术。主要内容包括：根据油耗测试系统的功能要求，进行油耗检测系统硬件的设计与选择，建立了汽车油耗检测系统数学模型，进行了油耗检测系统软件模块的设计，同时提出了系统抗干扰的相关措施，包括软件和硬件两方面，分析了油耗检测系统所采用的理论的可行性，并进行了油耗检测系统的误差分析。智能油耗仪在单片机的控制下，通过传感器送来的信号，在控制软件的支持下，能对汽油机、柴油机在室内进行静态和动态油耗测试，能测量汽车的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、成本较高等问题。能对新生产车、营运车辆进行燃料经济性检测和评价，能满足科研院所、车辆制造、使用和维修单位、大专院校试验教学等需要，应用前景广阔。关键词：油耗；智能；单片机；检测；传感器ABSTRACTWith the increasing of the automobile quantity people own, the unproducing resources such as gasoline, dieal have decreased gradually. Together with peoples envioroment protection consciousness that strengthens gradually, more attention is focused on the vehicle fuel consuming, calling about limiting vehicle fuel consuming becomes more and more fierce. research the equipments that call quick and accurate measuring gas-consuming under all working conditions，which becomes a very important topicThe research on monitoring indtruments, on the basis of the weightlessness principle, combining with the domestic and foreign research level and development trend, adoping sensing technology, single chip microcomputer control technology and display technology. The main content includes gas-consuming detecting systems hardware design and selectionAutomobile gas-consuming detecting system mathematics model were included, gas consuming detecting system softwares design. Diagnose the practicing performance of the theory that gas-consuming detecting system Was adopted and the theory models on the base of practice conditions were modifiedVehicle intelligent gas consuming instruments were controlled by the single chip computers，and by means of calclllating the gasoline flowing pulse signal that flowing amount measuring sensor bring，together with the support of controlling software，it call turn the automobiles quiet condition and moving condition into reality and measure the automobiles average gas consuming and instant gas consuming alsoIt settles that comparing to exotic gas consuming system，domestic gas consuming products testing accuracy is relatively lowerThe volume is big and high cost and so on questionsIt call detect and evaluate the fuel economic performance of new produced automobiles and operating automobilesIt can also satisfy the science research institute，vehicle producing，using，and repairing departments，college and university experiments teaching ，which has a widely application futureKey words: oil consumption；intelligent；singlechip；check；sensorII目 录摘要Abstract第1章 绪论11.1 引言11.2 国内外智能油耗检测仪研究现状及发展趋势21.2.1 国内外智能油耗检测仪研究现状21.2.2 智能油耗检测仪发展趋势31.3 智能油耗检测仪研究目的和意义31.4 汽车油耗检测技术51.5 本文主要研究内容5第2章 检测系统总体分析62.1 系统主要功能要求62.2 测量原理62.3 元件在油路中的布置72.4 油耗测量部分组成82.5 本章小结8第3章 智能油耗检测仪中硬件的选择与匹配93.1 目前常用油耗检测方法分析93.1.1 常用油耗检测方法分类93.1.2 常用油耗测量原理介绍113.2 重量传感器的选择133.2.1 重量传感器分类133.2.2 重量传感器主要功能及选择原则153.2.3 重量传感器的选择163.2.4 重量检测数学模型的建立173.3 单片机的选择173.3.1 单片机硬件系统设计原则173.3.2 单片机的选择原则183.3.3 单片机型号的匹配183.4显示器的选择与匹配213.4.1 显示器的选择213.4.2接口电路223.5 打印机的选择与匹配223.5.1 打印机的选择233.5.2 接口电路233.6 控制面板的设计233.7 其他主要元器件的原则与匹配243.7.1 程序存储器的选择243.7.2 数据存储器的选择243.7.3 片外扩展I/O芯片的选择243.7.4 通讯接口的选择253.7.5 日历与时钟芯片的选择273.7.6 监控芯片的选择293.7.7 AD转换芯片的选择303.7.8 电源的选择303.7.9 电磁阀的选择313.8 本章小结32第4章 智能油耗检测系统软件设计334.1 软件系统设计方案334.1.1 单片机的C语言334.1.2 keil C51开发工具344.1.3 软件系统功能结构344.1.4 软件系统主程序流程图364.1.5 初始化模块364.1.6 信号采集模块374.1.7 数据处理模块374.1.8 监控程序模块384.2 系统可靠性设计394.2.1 可靠性概述394.2.2 硬件抗干扰技术404.2.3 软件抗干扰技术414.3 本章小结42第5章 机械部分设计445.1 油耗仪外部的设计445.1.1 壳体材料的选择445.1.2 外形尺寸的确定455.1.3 接口设计465.2 内部主要部件的安装465.3 本章小结47第6章 试验验证与误差分析496.1 试验和数据496.1.1 试验的目的和意义496.1.2 试验前的准备496.1.3 试验步骤506.1.4 试验数据506.2 误差分析506.2.1 概述506.2.2 误差的来源516.2.3 误差的分类516.2.4 汽车油耗智能检测系统的误差分析516.3 本章小结52结论53参考文献54致谢57第1章 绪论1.1引言据中国石油天然气集团公司有关专家推算，我国石油需求量，2000年为1.86亿吨，2010年为2.68亿吨，2020年为3.05亿吨。国际能源机构（IEA）2020年中国能源展望报告预测中国石油需求将以年均4.6% 的速度增长，到 2020年市场份额将大幅增加，年消费量可达5亿吨以上。国家计委产业经济研究所预测，到2050年，中国石油需求量将达到4.5亿吨，是目前1.6多亿吨消费量的2.8倍。目前全国可供开采的石油资源量预测为 160亿吨 ，2003年全国石油年产量1.6亿吨计算，若每年增长5% 以上，2005年可达1.85亿吨，随后达到2亿吨至2.5亿吨的峰值稳产，据此估算，中国石油储量可持续开采60到65年。据中国石油天然气集团公司对我国石油供需平衡的预测分析，国内原油的自给率将从2000年的82% 降低到 2020年的60% ，到 2020年缺口将达到1.3亿吨。另据国际能源机构（IEA）预测，中国石油产量从2010年之后开始下降，到2O20年石油产量将下降到约1.01亿吨年，石油进口将达到约4.04亿吨年以上，成为世界石油市场的主要进口国。从当前我国的科技水平来看，汽车燃料的主要来源还要依靠石油能源中的提取物:汽油和柴油。我国目前车用汽油约占汽油总消耗量的85%，车用柴油占柴油总消耗量的20%。随着国民经济的发展，以及汽车进入家庭速度的加快，我国能源供求矛盾将更加突出。中国对石油需求急剧上升的最重要原因是运输业的需求，目前运输业对石油的消耗量已经攀升到40%。在汽车运输成本中，燃油消耗费用占较大比重，约为20%30%。此外，本着控制能源消耗的目的，我国己经制定征收汽车燃油税的方案，并将择机在全国公布推行。所以汽车燃油经济性就和汽车运输成本和经济效益息息相关。因此，汽车的燃油经济性好，不但可以节省石油资源，减少国家对进口石油的依赖;同时也降低发动机产生的二氧化碳(温室效应主要气体)的排放量，起到防止地球变暖的作用;对汽车用户而言也降低了汽车的使用费用。石油能源短缺的严峻形势以及它给人们生活带来的各种影响，迫使人们开始关注汽车燃油经济性，因而对汽车进行燃油经济性的检测评价具有重要意义。另一方面随着汽车制造和检测技术的进步，汽车检测行业也不断地发展壮大，在汽车维修、生产和管理部门动态监测汽车技术状况方面发挥着重要作用。国家质检总局、国家标准委于2005年11月联合颁布的我国第一个强制性汽车产品油耗国家标准乘用车燃料消耗量限值已于2006年7月1日正式执行。根据限值有关规定，在按照汽车整车装备质量进行划定的等级范围内，各类车辆都必须达到相应的燃料消耗量标准。随着我国汽车保有量的逐年增加，石油消耗日益增长，石油能源短缺迫使人们关注汽车燃料经济性及检测手段的准确性。汽车的燃料经济性一般是用汽车燃油消耗量来评价。汽车燃油消耗量是在用汽车技术状况与车辆维修质量综合性能的体现，也是诊断和分析汽车故障的重要参考，同时也对汽车的设计制造具有重要的意义。1.2国内外智能油耗检测仪的研究现状及发展趋势1.2.1国内外智能油耗检测仪的研究现状 1.国内智能汽车油耗检测仪的研究现状国内技术落后，对汽车燃油经济性的检测重视较晚，到1991年10月1日交通部才颁布实施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。汽车油耗检测可通过汽车道路试验，也可在室内底盘测功试验台上模拟路试来检测。在汽车道路试验中，一般汽油车常用容积法测量油耗，柴油车常用质量法测量油耗。目前的油耗仪多为体积式的，FP214型活塞式流量传感器、祸轮流量仪、数字式油耗转速自动测量及四活塞式流量计仪等。随着计算机技术的不断发展，硬件性能的不断提高，虚拟实验技术也开始用来进行车辆经济性方面的研究。虚拟实验系统的类型可分为纯软件型和硬件在环型。纯软件型系统仅利用软件完成整个系统仿真，它把实验环境、实验对象全部抽象为数学模型。其重点在于抽象的数学模型和软件技术；硬件在环型系统是指将实物硬件嵌入仿真系统的实时动态仿真技术，其强调软硬件技术及电子技术的结合，获取的一些关键信号由真实硬件发出，比纯软件方式可信度高。研究开发的智能油耗检测仪既要能用于汽车发动机在不同工况时的油耗数据的测量。及车辆行驶的等速油耗、加速油耗、变工况油耗及百公里油耗测试，尤其是瞬时油耗测试的智能型快速检测仪器；同时还要将先进的智能传感器技术和智能仪表技术应用于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，满足生产实际的需要。目前逐步投入市场的代表性的产品有以下几种：国产CTM8A汽车综合测试仪是以微型计算机为核心，用于汽车动力性能和经济性能的测试，采用两个流量传感器，可进行电喷车的等速油耗、加速油耗、六工况油耗、百公里油耗测试；淄博无线电厂生产的WYHB型微电脑多功能油耗仪，用于检测汽车、拖拉机的动力性能、经济性能、操纵性能及拖拉机牵引性能。测试项目采用菜单操作，系统内置40列微型打印机，可将测试结果及测试数据打印出来；EPFA型发动机功率、油耗综合测试仪。该产品采用无外载测功法，配接转速和油耗传感器，用来测量发动机功率、比油率、百公里油耗、怠速转速、机油压力、异响控制软件在Windows下运行，操作简便，测量数据可进行存储和打印，并具有联机通讯功能。2.国外智能汽车油耗检测仪的研究现状国外汽车工业发达国家，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，正在大力研发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。美国、日本等发达国家在70年代中期就对基于碳平衡法理论的汽车油耗检测系统进行了大量的研究，并取得了一些成果及试验数据，结果表明，该方法测汽车油耗完全可行，并且可以在检测汽车尾气排放的同时进行，但该检测系统设备庞大、复杂，而且无法实现快速检测。采用这种检测系统进行油耗量检测仅局限于实验室中，难以在实际中广泛应用。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0.1s，最小油量分辨率为lml，传感器量程为0.3120Lh；美国Pier burg仪器公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01；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O150kgh，尽管该油耗仪可进行动态测试，但仍是静态燃油测量秤的改进，动态响应时间大于200ms11。1.2.2智能油耗检测仪发展趋势目前国内外都在研究虚拟技术应用于汽车油耗检测，可克服传统设计的缺陷，提高仪器的功能和检测效率，大幅度降低仪器成本，是实现汽车油耗高精度、低成本检测的一个发展趋势7。1.3 智能油耗检测仪研究的目的和意义1我国汽车行业发展迅速，汽车有保有量大幅增加。随着近几年我国经济的快速发展和国民生活水平的快速提高，汽车行业发展迅速，汽车的产销量和保有量都大幅增加，据中国汽车工业协会统计，2010年国内汽车产销量分别达1826万和1806万辆，汽车保有量突破7000万辆，随着汽车走进千家万户，一系列问题也日益凸显。能源是发展生产和提高生活水平的物质基础，汽车主要能源是石油产品中的汽油和柴油。而作为汽车用油来源的石油，其储量是有限的，2010年，我国石油产量为20301万吨，而全国石油消耗量为4.07亿吨，占全年石油消耗量的45%，当年我国石油对外依存度为55%。随着我国汽车保有量的逐年增加，石油消耗日益增长，石油能源短缺迫使人们关注汽车燃料经济性及检测手段的准确性。要达到节约用油，降低能耗的目的，除广泛采用新材料、新工艺提高汽车性能外，主要应加强管理和监督。（1）制定法规，限制新生产汽车的燃油消耗量。70 年代能源危机后，各国纷纷制定本国的汽车油耗法规，强制性地降低新生产汽车的油耗指标。如美国近十年来汽车油耗平均每年下降2%，要求1985 年生产的轿车平均油耗必须低于8.5L/100km ， 1995 年生产的要低于5.73L/100km。（2）加强对在用车的检查和管理。对在用车辆进行定期的技术状况、经济状况检查，以便及时对技术状况差的车辆进行维护修理。对于维修后仍不能达到要求的，强制报废。为缩小与发达国家的差距，我国已经制订了汽车技术等级评定标准、汽车技术等级评定的检测办法，将燃油消耗列为评定汽车经济性的重要指标；1991 年10 月颁布的交通部29 号令汽车运输车辆综合性能检测站管理办法也规定，所有从事汽车运输车辆综合性能检测的A、B、C 三级检测站，都应具备燃油消耗量检测的能力，这更加体现了对车辆经济性指标的重视。2.随着油价不断上涨和人们环保意识的增强，汽车经济性备受关注。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。因此，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。基于失重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，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。1.4汽车油耗检测技术目前，在汽车道路试验中，测量汽车油耗的方法，可归纳为两大类。(1)直接测量法，指拆开汽车发动机油路，接人流量测量设备，直接测得燃料消耗量。具体可分为两种：容积法：单位时间内消耗燃油体积；重量法：单位时间内消耗燃油重量。它们的共同特点是：测量精度较高；操作复杂、费时；破坏车辆原有油路结构。(2)间接测量法，即碳平衡法，不拆解发动机油路，利用汽油中的含碳量和燃烧后尾气排放的含碳量不变，只要测出单位时间内尾气含碳量与汽油中含碳量相比，即可计算得到燃油消耗量。这类测量方法的特点是：不需拆解被测车辆，适应汽车不解体检测的发展方向；可以和汽车排放检测相结合；油耗测量精度没有直接测量法高。少数几个大的科研单位虽然从国外引进了一些相关设备，由于所需设备庞大、昂贵而复杂、不可携带，还没有引起重视。1.5 本文主要研究内容本设计通过对目前常用的汽车油耗测试方法及原理进行分析比较，在此基础上，提出一种基于失重法的智能汽车油耗检测仪的设计，该检测仪能实现智能化油耗检测，同时满足汽油车和柴油车及各种工况下的检测要求，具有较高的测量精度，操作简单，测量数据直观可视等特点。主要内容包括：（1）介绍基于失重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；（2）确定基于失重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）确定总体设计方案，进行汽车油耗检测仪器的硬件选择与设计、系统控制电路设计、软件设计、可靠性设计和机械部分设计；（4）绘制装配图、控制电路图、零件图；（5）试验验证与误差分析。第2章 检测系统总体分析2.1 系统的功能要求（1）本系统应能实现油耗的智能检测，应用先进的传感器技术，将采集到的信号输送到单片机，在软件系统的支持下，单片机完成对油耗的分析与处理，并通过显示器实现数据的直观性和可视化，采用控制面板实现人机交互功能，自带微型打印机打印检测结果。（2）能对汽油机、柴油机进行发动机台架试验。（3）具有较高的测量精度和可靠性。（4）该系统所采用的理论应具有可行性，通过试验加以验证。（5）具有较低成本。2.2测量原理本设计主要是基于失重法原理，采用数字信号处理手段，设计出一种新型的智能油耗检测仪，既能同时满足汽油车和柴油车的检测，又能适应各种工况，并且具有较高的精度和较低的成本。 图2.3 失重法测量原理1-密封油箱 2-重量传感器 3-信号处理4-电路电磁阀 5-供油管 6-出油管 7-旁通管测量原理如图2.3所示，密封油箱固定于重量传感器之上,在测量时，重量传感器的输出电压与加在上面的压力成正比，即: （2.1）式中：mc密封油箱的质量； mf燃油的质量； m总质量；k测量常数； g重力加速度。为了提高测量精度，油箱的自重不能太大，并且贮油量要合适。在测量过程中，随着燃油的消耗，油箱中的燃油量逐渐减少(即失重)，设传感器的输出电压为,有： （2.2） （2.3）则式中时刻燃油的质量。上式表明，燃油的失重量与压力传感器输出的电压信号的变化成正比。用上式除以时间，当足够小时，只要测得传感器在各个时刻的输出电压，就能计算出平均油耗率和瞬时油耗率23。2.3元件在油路中的布置具体布置如下图2.1所示： 控制装置重量传感器率密封油箱 发动机 高位油箱充油电磁阀进油管出油管图2.1 油耗检测系统的布置图该系统采用定时称重方式，一次加油多次测量，其工作过程如下：发动机不断消耗密封油箱内的燃油，当消耗到密封油箱最低油位时，控制装置发出加油指令，充油电磁阀打开，充油指示灯点亮，高位油箱内的燃油通过充油电磁阀不断像发动机供油（保证发动机正常运转）同时对密封油箱加油，加油过程中由于发动机耗油速度小于加油速度，因此密封油箱内燃油油位逐级升高。当密封油箱内的燃油油位达到最高油位时，控制装置立即关闭充油电磁阀，充油指示灯熄灭，发动机的供油立即转向由密封油箱内的燃油供给。2.4油耗测量部分的组成总线油耗测量系统主要由重量传感器、单片机、显示器、控制面板等组成，其控制关系如下图2.2所示：ROM ROM率接口率 标准通讯接口率RAM率 微处理器率 充油电磁阀重量传感器率接口率接口率接口率接口率显示器率 打印机率 控制面板率图2.2 油耗测量部分模块连接图重量传感器主要用于检测汽车发动机的油耗量，通过信号转换装置将传感器信号转换为数字信号，以便单片机能够接收实现控制。单片机是油耗测试系统的核心，用于接受来自重量传感器的信号，并调用内存储器中的数据和相关程序，进行分析处理，并将数据处理结果传送给显示器或者打印机对外输出。显示器的功能便是显示输出处理结果数据。控制面板的功能是用于系统功能的设定，实现人机交互功能。打印机的功能是打印检测结果。2.5本章小结介绍基于失重法原理的智能汽车油耗检测仪的主要功能要求，并确定总体设计方案包括本系统的检测原理，元件在油路中的布置，油耗测量部分的组成及其各部分应实现的功能。第3章 智能油耗检测仪中硬件的设计与选择3.1目前常用的油耗检测方法分析3.1.1常用油耗检测方法分类由于本次设计对通讯接口的要求不高，目前使用最为广泛的RS-232-C串行通讯接口就能满足，而且RS-232-C串行通讯接口成本较低，购买方便。由于单片机通过串口发送出来的是TTL逻辑电平（0V和5V），而计算机RS-232总线上输入、输出数据和控制信号为+12V左右的电压，所以发送部分关键的部分是电平转换和串口发送，电平转换可以用模拟器件进行转换，但是为了方便起见，设计采用集成芯片，一个芯片加上它的外围电路即可完成电平的转换的工作。结构简单、方便容易，精确度高。本次所采用的是MAX232，其引脚如图3.12所示。MAX232能将RS-232C电平转换成TTL电平，也能将TTL电平转换成RS-232C电平，只需单+5V供电，由内部升高电路产生10V+12V。内部有两个发送器(TTL电平转换为RS-232C电平)和两个接收器(RS-232电平转换为TTL电平)。 图3.12 MAX232引脚图电路如图3.13所示：图3.13 电平转换电路3.7.5 日历与时钟芯片的选择在仪器仪表与工业控制现场的单片机应用系统中,经常有精确计时的需要,这时我们通常采用DS1302与单片机综合应用系统,以实现各种时间的精确获取。DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2.55.5V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图3.14所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。 各引脚的功能为：Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，当Vcc2Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。SCLK：串行时钟，输入。I/O：三线接口时的双向数据线。CE：输入信号，在读、写数据期间，必须为高。该引脚有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。图3.14 DS1302的外部引脚分配单片机与DS1302的接口电路图如图3.15所示：图3.15 单片机与DS1302接口电路DS1302与单片机的连接仅需要3条线：CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚，Vcc2为备用电源，外接32.768kHz晶振，为芯片提供计时脉冲。3.7.6 监控芯片的选择1.监控芯片的原理要求所选的芯片应能对系统的电压进行时时监控，同时能够起到看门狗定时器等一系列功能。而且可以提高可靠性能和抗干扰性能，另外也可以简化硬件电路和掉电数据保护。根据以上要求，初选监控芯片XICOR公司生产的X25045芯片。其引脚图如图3.16所示。X25045芯片把四种常用的功能：上电复位、看门狗定时器、电压监控和串行EEPROM功能组在单个封装之内。这种组合降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求。X25045将多种功能集成在一起。图3.16 X25045引脚图2.芯片的功能特点（1）上电复位和电压监控功能：在单片机系统应用中，复位电路需要在供电电源VCC和振荡器稳定后能够提供至少2个状态的有效复位信号，对X25045来说是低电平信号。X25045可在电源和振荡器稳定后提供200ms的有效低电平信号，然后恢复为高电平信号。在运行过程中，X25045会时时监控供电电源VCC。当VCC下降到小于一个预先设定的电压VTRIP时，/RESET输出信号将为低电平，使单片机系统复位，/RESET信号一直在VCC下降到1V仍有效。在电源回升时的动作和供电复位时的动作一致。其中，VTRIP是可以通过编程进行重新设定。（2）看门狗定时器功能：看门狗定时器对微控制器提供了独立的保护系统。当系统出故障时，在可选的超时周期（timeout interval）之后，X25045看门狗将以/RESET信号做出响应。用户可从三个预置的值中选择此周期。一旦选定，即使在电源周期变化之后，此周期也不改变。在正常的微机控制系统中，在每次控制任务完成后，必须对看门狗定时器进行复位，重新开始计数。而X25045芯片，只需把/CS端口电平置一个下降沿，即可将看门狗复位。X25045的看门狗定时器有三种初始定时值可以选定，其选定可以通过设置状态寄存器的2、3位即可。（3）串行EEPROM功能：电可擦除可编程只读存储器EEPROM可像EPROM一样在线读出数据。因为EEPROM内部有擦除和改写的专用电路，因此可在线方便地写入和读取。X25045的存贮器部分是CMOS的4096位串行EEPROM，它在内部按5128来组织，而且可以进行块锁存(Block Lock)。块锁存可以保护1/4，1/2或所有EEPROM阵列，锁存后只可读不可写。X25045的特点是具有允许简单的三线总线工作的串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）和软件协议。X25045利用了Xicor公司专有的Direct Write晶片，提供最小为100,000周期/字节的使用期限（endurance）和最小为100年的数据保存期。3.7.7 AD转换芯片的选择 AD7730是美国ADI公司推出的一款高分辨率的A/D转换器,具有双通道差分模拟输入、24位无失码、21位有效分辨率、0.0018%线性误差等特点。由于采用-转换技术,量化噪声被移至A/D转换的频带以外,因此AD7730适合用于宽动态范围内的低频信号A/D转换,具有优良的抗噪声性能。在发动机燃油消耗测量仪中使用AD7730直接与称重传感器和单片机接口,并由单片机读入A/D转换值,进行发动机平均油耗计算并显示输出,就是其应用之一33。3.7.8 电源的选择单片机电源系统设计是单片机应用系统设计中的一项重要工作，电源的精度和可靠性等各项指标，直接影响系统的整体性能。电器与电子产品中常用的直流稳压电源有两种：线性稳压供电电源和非线性直流稳压电源（开关电源）。线性稳压供电电源，是指调整管工作在线性状态下的直流稳压电源，是较早使用的一类直流稳压电源。线性稳压电源由调整管、参考电压、取样电路、误差放大电路等几个基本部分组成，有些还包括保护电路和启动电路等部分。优点是：反应速度快，输出文波较小，工作产生的噪声低；缺点是：输出电压比输入电压低，效率较低，负载大时发热量大，间接地给系统增加热噪声。常用的线性集成稳压器大致可以分为3类：三端固定输出集成稳压器，三端可调集成稳压器，低压差线性集成稳压器。 开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止，将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压，转华为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多。开关电源具有以下特点:效率高、重量轻、稳压范围宽、安全可靠、功耗小。开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有。简单地说,开关电源的工作原理是: 1.交流电源输入经整流滤波成直流； 2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上； 3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载； 4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的。 本设计采用目前使用最为广泛的78系列三端集成稳压器，其内部电路由启动电路、基准点压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等组成，有5V,6V,9V,12V,15V,18V,24V 7档，输出电流最大可达1.5A，它有三个引脚，1脚为输入端（不稳定电压输入），2脚为输出端（稳定电压输出），3脚为公共端。本系统选择LM7805芯片，其参数如表3.4所示。表3.4 LM7805参数列表参数名称符号7805输出电压(V)Vo5（10.05）输入电压(V)Vi10电压调整率（最