摘 要：介紹了以AT89S8252單片機為核心的汽車瞬時燃油測量檢測系統，該系統利用汽車噴油脈沖計算瞬時噴油量，并且具有油箱油量、瞬時油耗、百公里油耗等實時顯示功能。
關鍵詞：AT89S8252單片機；瞬時油耗；噴油脈沖
目前在大多數轎車上使用的汽車儀表內的燃油表仍為三刻度式儀表，這種燃油表由于受油量傳感器的限制，駕駛人員只能定性地了解油箱內剩余的燃油量，毫無精度可言。本文所介紹的燃油檢測系統，使得駕駛員可以根據顯示屏上的瞬時油耗數值確認油耗的實時變化情況，改變駕駛方法，避免駕駛過程中不當的操作，從而達到降低油耗的目的。具有較好的推廣價值。
1 系統總體設計
本系統以AT89S8252-24AI為控制核心，輔以油量傳感器、流量傳感器、LCD顯示模塊、電源模塊、鍵盤控制以及噴油脈沖信號模塊等組成。系統總體示意圖如圖1所示。
燃料消耗率（簡稱耗油率）的測定采用噴油器的噴油時間計算法，結合流量計法進行測量。本測量系統由電源模塊向單片機供電，傳感器采集到的信號經過信號處理后，油量信號和出、回油流量信號通過A/D轉換器接入AT89S8252單片機，經過CPU的運算，得到各項參數的實際值，通過LCD模塊顯示出來，并定時地存入E2PROM中；系統中的鍵盤可以控制選擇瞬時油耗顯示和平均百公里油耗[1]。
2 汽車瞬時燃油油量檢測系統
汽車瞬時燃油油量檢測系統如圖2所示。檢測系統的單片機以汽車專用芯片AT89S8252-24AI為核心，瞬時燃油噴射的檢測以發動機電控單元產生的脈沖通過噴油器驅動電路控制噴油器進行噴油，通過信號處理電路來計算脈沖信號的周期或寬度，從而計算瞬時燃油量，并且通過平均值的辦法提高精確度。另外，通過體積法來提高瞬時燃油檢測系統的計量精確度，對進油量和回油流量進行同步采樣，從而達到復核驗證的目的。
3 瞬時油耗檢測基本原理
燃料消耗率（簡稱耗油率）的測定通常有容積法、重量法、流量計法和流速計法等方法[2]，常規的容積法和重量法的測量精度較高，但不能測量瞬時耗油率，只適用于穩定工況下燃油消耗率的測定。流量計法和流速計法可以測量瞬時耗油率，但因單位時間燃油的流量很小，導致測量精度低[3]。本測量系統主要采用噴油器的噴油時間計算法，再輔助流量計法進行測量。
單次噴油量的計算公式為：
式中，μn為噴油嘴的流量系數；Fn為噴油嘴的面積；g為重力加速度；df為燃料密度；pf為燃料壓力；pb為進氣壓力；t為閥開啟時間。
對于特定型號的噴油嘴來說，其流量系數和噴嘴面積都是定值。而EFI發動機所要求的燃油噴射量是根據ECU加給噴油器的通電時間的長短來控制的，通過燃油壓力調節器的作用，使噴油嘴的噴油壓力與進氣歧管的壓力差（pf-pb）保持恒定，所以噴油嘴的每次噴油量僅僅與閥開啟時間成正比。因此，每次噴油量可以通過控制噴油時間來確定，即Gf=K·t，其中，K為常數（對于特定的噴油嘴來說），t為噴油時間[4]。
4 檢測系統硬件設計
4.1 AT89S8252單片機簡介
該芯片有8 KB可下載Flash存儲器，這種存儲器可以在電路板上快速擦除和寫入程序，從而實現了軟件的在線調試功能；內部有一個2 KB的E2PROM提高了存儲容量；具有256 B的RAM；有32條可編程的I/O端口；具有4 V～6 V的工作電壓范圍；具有3級程序存儲器加密鎖定功能；具有9個中斷響應的功能；具有SPI接口；具有Watchdog定時器；具有雙數據指針功能；具有從電源下降的中斷恢復功能；具有3個16位定時/計數器。該單片機完全可以滿足油耗測量系統的需要[5]。
4.2 信號采集電路
本測量系統主要采用噴油器的噴油時間計算法，再輔助流量計法進行測量。電控燃油噴射系統使用電磁噴油器直接向各缸進氣門附近（多點噴射）或者進氣總管（單點噴射）噴油。從電磁噴油閥兩端測取驅動電壓，經過信號整形電路處理就可以得到單片機所需要的方波脈沖信號，根據具體噴油器的穩態噴油量和動態流量特性進行計算，可以得到瞬時噴油量[6]。燃油供給系統工作流程圖如圖3所示。
噴油信號采集電路如圖4所示。噴油信號電壓較高，可達12 V以上，且變化較大，為防止干擾，采用1N4148對輸入進行處理。當輸入信號電壓大于2 V時， LM111的7腳升至高電平；當輸入信號小于5 V時， LM111的7腳為低電平，將噴油器信號轉換成為0 V～+5 V的脈沖信號。模擬輸出波形如圖5所示。
4.3 鍵盤控制電路
鍵盤控制電路如圖6所示。油耗測試系統使用了P1.0~P1.3作為鍵盤控制接口，設置P1.2和P1.3為輸出，作為列掃描線；P1.0和P1.1為輸入，作為行掃描線，從而構成了2×2的鍵盤；將P1.0和P1.1設置為輸出低電平，P1.2和P1.3經上拉電阻與電源相連，同時將P1.2和P1.3信號送入與非門的輸入端，將與非門的輸出端與外部中斷輸入端相連。
4.4 液晶顯示電路
油量測量系統選用LM016L型液晶顯示片，它可以同時顯示2行各16個字符，每個字符由5×7點陣組成，共有11個引腳與AT89S8252單片機相連，通過單片機的P0口接液晶的D0~D7，/RD、/WR、T1控制液晶的E、WR、RS引腳，通過儀器上鍵盤的控制，可以切換當前的顯示內容，從而實現測量、保存以及標定等功能。液晶控制電路如圖7所示。
5 軟件設計
瞬時油耗噴油器脈沖計算法流程圖如圖8所示。
本系統充分利用了AT89S8252-24AI自身的軟硬件資源，具有體積小、功能多、精度高等特點，可以測量汽車瞬時油耗和百公里油耗，操作安全簡便，信號處理實時化，測量數值精確。
參考文獻
[1] 錢國剛,高海洋,海田啟司,等. 電噴法及空燃比法車載測量汽車油耗[J] .汽車工程, 2006,28（12）：1114-1116.
[2] 陸際清,劉崢,莊人雋.汽車發動機燃料供給與調節[M].北京: 清華大學出版社，2002.
[3] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社，2003.
[4] 孫培巖，唐軼，唐運榜，等. 電噴汽車百公里油耗隨車測量新方法[J] .小型內燃機與摩托車，2004，33（06）：34-36.
[5] 耿德根,宋建國,馬潮,等.AVR高速嵌人式單片機原理與應用[M].北京:北京航空航天大學出版社，2001.
[6] 王磊,朱達力. 用測量脈寬方法計量電控噴射汽車油耗的試驗研究[J] .農業與技術, 2006,26(01)：180-181.