吳曉云， 代偉

(商洛學(xué)院,電子信息與電氣工程學(xué)院， 陜西，商洛 726000)

0 引言

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來越多的汽車進(jìn)入千家萬戶，汽車成為眾多家庭的交通工具，為人們的生活和生產(chǎn)帶來了極大的便利。讓生產(chǎn)生活進(jìn)入“快車道”[1]。汽車在駕駛時(shí)，油量是必須考慮的重要因素，因此每個(gè)駕駛員時(shí)刻掌握油箱中的油量顯得尤為重要，傳統(tǒng)的油量檢測(cè)儀是三刻度的儀表，該儀表油量的顯示受油量傳感器的限制，提示效果較差[2-3]。本設(shè)計(jì)將超聲波測(cè)量技術(shù)、溫度采集技術(shù)、報(bào)警技術(shù)與油箱進(jìn)行結(jié)合，設(shè)計(jì)出了一款汽車油量監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)是通過超聲波測(cè)量技術(shù)對(duì)油箱的油位高度進(jìn)行采集，用戶自行設(shè)置油量的上下限，將超聲波傳感器采集的油位高度處理后得到實(shí)時(shí)油量值，同設(shè)置的油量閾值進(jìn)行對(duì)比決定是否進(jìn)行報(bào)警的結(jié)構(gòu)模式?？梢栽谟脩艚o汽車加油階段實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前油量值，防止油量添加不足導(dǎo)致汽車半路拋錨或油量加入過多溢出浪費(fèi)資源，污染環(huán)境[4]。本設(shè)計(jì)在滿足人們追求簡單便利的情況下，提高了人機(jī)交互能力，與傳統(tǒng)的油量監(jiān)測(cè)相比，本設(shè)計(jì)更加智能化，更符合現(xiàn)在人們的需求，為人們駕車出行或者工業(yè)生產(chǎn)等提供了一定保障。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示，主要由硬件部分和程序控制兩部分組成。硬件部分包括主控電路、信號(hào)采集電路、電源電路、聲光報(bào)警電路、液晶顯示電路、按鍵電路等;程序控制部分為油量高度與溫度信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)顯示等[5]。當(dāng)采集的參數(shù)不滿足設(shè)定的閾值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警提示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源模塊

系統(tǒng)主要模塊選擇LM7805CV作為穩(wěn)壓芯片，穩(wěn)壓模塊的電路如圖2所示。通過變壓器將市電220 V交流電降到9 V后用作IN輸入電壓，通過穩(wěn)壓可以得到需要的5 V直流輸出，主要為單片機(jī)、超聲波傳感器、溫度采集傳感器以及液晶顯示等供電[6]。

圖2 電源模塊原理圖

2.2 油量高度采集模塊

該模塊選用HC-SR04超聲波模塊，由超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路組成，其發(fā)射端和單片機(jī)P2.1端口連接，接收端和單片機(jī)P2.2端口連接。能提供2～400 cm的非接觸式距離感測(cè)功能，測(cè)距精度可高達(dá)3 mm，盲區(qū)2 cm左右，利用單片機(jī)給控制口發(fā)送超過10 μs的高電平信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部會(huì)自動(dòng)發(fā)送8個(gè)方波信號(hào)[7]。系統(tǒng)自測(cè)判斷有沒有收到返回的信號(hào)，如果收到返回的信號(hào)，則使得接收口產(chǎn)生高電平信號(hào)，這個(gè)高電平信號(hào)存在的時(shí)間就是超聲波測(cè)量到障礙物之間所用時(shí)間的2倍。超聲波傳播的速度c與溫度有關(guān)系，對(duì)測(cè)量要求較高的情況下可通過溫度補(bǔ)償以提高測(cè)量精度，如式(1)[8]。

(1)

2.3 溫度采集模塊

溫度采集模塊選用DS18B20，該傳感器具有體積小、硬件開銷小、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、附加功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可將檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度轉(zhuǎn)為串行數(shù)字信號(hào)，送給單片機(jī)處理[9]。DS18B20的數(shù)據(jù)采集端與單片機(jī)P2.0端口連接。

2.4 按鍵與液晶顯示模塊

按鍵電路中3個(gè)獨(dú)立按鍵用于連接單片機(jī)P1.4，P1.5和P1.6。程序掃描3個(gè)端口，確定K1按下執(zhí)行設(shè)置功能，K2按下執(zhí)行數(shù)值加100，K3按下數(shù)值減100。

液晶顯示選用LCD1602，其RS、RW、E端口分別與單片機(jī)的P3.4、P3.6、P3.7連接，數(shù)據(jù)傳輸端D0至D7與單片機(jī)的P0端連接。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 油量高度信號(hào)采集

圖3為獲取油量高度數(shù)據(jù)流程圖，按照數(shù)據(jù)表，打開超聲波傳感器模塊的觸發(fā)端，提供大于10 μs的高電平。模塊將在內(nèi)部將發(fā)出8個(gè)40 kHz的循環(huán)電平并檢測(cè)聲音，然后關(guān)閉超聲波傳感器的觸發(fā)端，檢測(cè)到響應(yīng)，輸出回響信號(hào)。初始化后，程序控制發(fā)送40 kHz的超聲波信號(hào)并在傳輸開始后立即啟動(dòng)定時(shí)器。傳輸完成后，單片機(jī)接收回波信號(hào)并立即產(chǎn)生中斷并停止計(jì)數(shù)[10]。

圖3 油量高度數(shù)據(jù)采集流程圖

3.2 溫度信號(hào)采集

溫度傳感器初始化流程如圖4所示，通知微控制器DS18B20已準(zhǔn)備好在總線上運(yùn)行，從微控制器發(fā)出復(fù)位脈沖并從DS18B20確認(rèn)脈沖。拉低總線大于480 μs后釋放總線進(jìn)入接收模式。當(dāng)總線釋放時(shí)，會(huì)產(chǎn)生從低電平到高電平的上升沿，在檢測(cè)到上升沿后，延時(shí)為60 μs，然后通過將總線拉低60～240 μs產(chǎn)生響應(yīng)脈沖，并返回檢測(cè)成功標(biāo)志[11]。

圖4 傳感器初始化

溫度傳感器寫操作時(shí)，先寫低位，數(shù)據(jù)線拉低延時(shí)1 us，輸出數(shù)據(jù)最低有效位，延時(shí)大于60 us，等待DS18B20獲取信號(hào)，移位數(shù)據(jù)，然后拉數(shù)據(jù)線為高電平。溫度傳感器讀操作時(shí)，發(fā)送命令，跳過序列號(hào)讀取，開始溫度轉(zhuǎn)換，稍微延時(shí)后，再次初始化DS18B20，跳過讀序列號(hào)，讀取溫度高位和低位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)集成處理[12-13]。

3.3 開啟聲光報(bào)警

本設(shè)計(jì)中，有綠、紅、藍(lán)3種不同顏色的LED燈和1個(gè)有源蜂鳴器。通過觀察不同LED顏色以及蜂鳴器是否發(fā)聲，可以快速確定當(dāng)前的測(cè)量狀態(tài)。油箱容量v3、當(dāng)前油量v4以及油量值的初始下限和上限設(shè)置為v1，v2。啟動(dòng)聲光報(bào)警流程如圖5所示。

圖5 啟動(dòng)聲光報(bào)警程序

4 系統(tǒng)測(cè)試

將電源電路的輸出用作該系統(tǒng)的輸入，使得控制系統(tǒng)中各個(gè)模塊處于正常工作狀態(tài)。系統(tǒng)初始化界面如圖6所示。液晶顯示第一行字母v表示設(shè)置的油量閾值，左邊為閾值下限，右邊為閾值上限。液晶顯示第二行V表示實(shí)時(shí)油箱油量，百分比表示當(dāng)前油量剩余百分比值，T表示當(dāng)前環(huán)境溫度。當(dāng)實(shí)時(shí)油箱油量V值處于閾值中時(shí)，綠燈亮，蜂鳴器不響；當(dāng)實(shí)時(shí)油箱油量V值小于或等于下限時(shí)，藍(lán)燈亮，蜂鳴器響，當(dāng)實(shí)時(shí)油箱油量V值大于或等于上限時(shí)，紅燈亮，蜂鳴器響；如果超聲波傳感器測(cè)量錯(cuò)誤或未檢測(cè)到被測(cè)物時(shí)，紅綠藍(lán)燈均閃爍，發(fā)出響聲[14]。

圖6 系統(tǒng)實(shí)物圖

5 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一款汽車油量監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為核心，利用超聲波傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量油量高度，通過溫度檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)油缸溫度，利用溫度值對(duì)超聲波傳播速度進(jìn)行數(shù)值修正以提高測(cè)量精度，最后通過微處理器計(jì)算出當(dāng)前油量值并將其顯示在液晶屏上，將實(shí)際油箱油量同設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，超出閾值范圍或測(cè)試錯(cuò)誤發(fā)生聲光報(bào)警，達(dá)到警示作用。通過調(diào)試，整合控制參數(shù)，系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定。