基于线阵ＣＣＤ的非介入式高精度汽车油耗溅量系统电子质量（２０１．４第０８期）基于线阵ＣＣＤ的非介入式高精度汽车油耗测量系统ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｎａＶｅｈｉｃｌｅＦｕｅｌＣｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＬｉｎｅａｒＣＣＤ孙伟策，，余丽丽ｚ。曾强强ｚｌ１．中国农业大学信息与电气工程学院电子工程系，北京１０００８３；２冲国农业大学工学院车辆工程系，北京１０００８３）ＳｕｎＷｅｉ－ｃｅｌ，ＹｕＵ－ＩＦ，ＺｅｆｌｇＯｉａｎｇ－ｑｉａｎｇ＝（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒ－ｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｍｓ１０００８３；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＶｅｈｉｃｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３）摘要：针对现在高精度油耗仪设计复杂的问题，介绍了一种使用光学ＣＣＤ传感器测量发动机油耗的方式，并且设计了以单片机为核心的智能测量仪器。介绍了系统的测量原理、单片机的测量控制电路及程序流程。以及测量上位机软件的设计。该油耗仪功能强、精度高、可搭载在行驶的汽车使用，较为方便，可挂载到汽车上进行实时试验，提高了油耗仪的测量效率。关键词：ＣＣＤ光学传感器；油耗仪；非介入；智能化；高精度中图分类号：１１Ｐ２１６文献标识码：Ａ＾ｂｓｈ毗Ｔｈｉｓ文章编号：１００３－０１０７（２０１４）０８－００１ｌ—０４ａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇｌｉｎｅａｒｃｏｄ．Ｔｈｉｓｉｎｔｅｌｌｉ—ｇｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＭＣＵ．Ｉｔａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｔｈｅｏｉｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｅｗｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｈａｄａｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃａｎａｔｔａｃｈｔｏｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｉｔｖｅｒｙｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔａｎｄｅｌｅｖａｔｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄ＝：ｌｉｎｅａｒＣＣＤ；ｏｉｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｍｅｔｅｒ；ｎｏｎｅｉｎｔｒｕｓｉｖｅ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ；ｈｉｇｈｌｙａｃｃｕｒａｔｅＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：ＴＰ２１６Ｄｏｃｕｍｅｎｔｃｏｄｅ：ＡＪｌｕｔｉｄｅＩＤ：１００３－０１０７（２０１４）０８－００１１—Ｄ４０引言过Ａ／Ｄ转换器直接显示在油量指示表上，此方法结构简燃油消耗率是评价发动机的重要性能指标。目前，单，但是精度不够，并且采用浮子感知，汽车在行驶时的国内外汽车油耗测量装置可分为介入式和非介入式。其振动所导致的油面起伏会影响测量结果的准确度。根据中，供油系统流量的测量方式是目前测量汽车油耗的最上述描述的优缺点，本文根据光电原理提出一种使用主要方式，这种方式是通过将流量测量装置接人到发动ＣＣＤ线阵测量发动机油耗的方式，并且基于单片机设计机供油系统中作为整体进行油耗测量，但是该方式有明了一种智能油耗仪。与传统的方法相比，光电检测方法显的缺点，需要拆卸发动机供油系统，测量步骤繁琐，可具有很多优点，它可以在不拆卸油路的情况下直接测靠性难以得到保证，测量精度也很难得到提高。量，测量精度高，测量结果受油面起伏的影响较小。崔艳等根据超声波测距原理，以ＡＴ８９Ｃ５２单片机系统为核心，开发超声波油量测量仪【ｕ。利用超声波的传１系统测量原理播速度及单片机计时器测量到的超声波传播时间来计电荷耦合器件是一种可以记录影像的成像器件，它算得到罐顶到油面的距离，由此算出储油罐内油的高是由一系列排列紧密的ＭＯＳ电容组成的感光器件。度，进一步计算出油的体积和重量。此方法为非介入式，ＣＣＤ芯片密集排布有很多光敏单元，在实验过程中且测量精度很高，但是技术比较复杂。ＣＣＤ芯片可以将不同的光信号转换成电信号输出，从而刘成超设计了一种基于单片机的采用无触点磁敏形成原始的光图像。当感光器件上不同区域的光线强度油位传感器测量汽车燃油量的方法田。此方法采用无触分布不均匀时，其信息就会被反映在ＣＣＤ输出的电信点磁敏油位传感器测量油位信号，并经放大器处理后经号中。系统组成如图１所示。基金项目：国家大学生创新项目编号：２０１３１００１９０６２）作者简介：孙伟策（１９９３一），男，在读本科生，研究方向为机器视觉。万方数据电子质量（２０１４第０８期）基于线阵ＣＣＤ的菲介入式高糖度汽车油耗测量系统连接油箱——串行口Ｖ测量数据——图１系统组成在测量时，假设油箱的密封性良好，所以当油量减当油量开始减少时，随着气压的减少液柱开始下小时会使得油箱内的气压降低。使得安装在油箱口的传感设备的气压发生变化。系统工作大致如下：（１）系统上电后，连接油箱的气阀关闭，打开气泵。（２）将液柱推到预定位置后，气泵关闭，将与气泵连接的气阀关闭，并将连接油箱的气阀打开。降，挡住的光线所在的位置发生变化，ＣＣＤ感光后将各部分的光强输出。液柱移动距离为Ａｘ，硬质玻璃管的直径为ｄ，则：Ａ秽：８・△ｚ．—｝俨４接收到车辆的速度为秽，有：（３）在测量过程中，ＣＣＤ传感器将数据传输给电脑和单片机进行数据处理。ｆ：！鲤鱼秽（４）得到数据后进行滤波，在速度传感器向单片机传回数据后算出百公里油耗。为了使得测量系统的测量范围更大，使用完全对称的硬质玻璃管对称放置，塑料管底座使用３Ｄ打印机打印得到高精度的对称样品。选择一个硬质玻璃管作为感光模块的测量对象，如图２所示。所得百公里油耗为：Ｑ＝会｝￡（△ｃ为测量时间）为了降低线阵ＣＣＤ对光信号的敏感性，可以在传感器感光部分加上偏振片来调整好角度固定，可以降低ＣＣＤ的敏感性，并调整光源强度，使得传出的数据更加有效。２测量电路的设计测量电路如图３所示。油耗仪是以单片机为控制核心的，９０Ｃ５１是高性能８位单片机，在１２Ｍ频率下工作，主要完成系统的临界检测，机械控制和油耗计算的功能。采用Ｃ语言编程，其具有丰富的库函数，运行速度快，可移植性好，使用ＫＥＩＬ作为开发平台。ＣＣＤ光学传感器周边的处理电路完成了放大和滤波的功能，采用ＳＰＩ总线通信，通信协议简易可靠，易于与其他应用程序进行整合。为了使得该油耗仪可在车辆行驶的过程中使用，将输入电压升压得到２４伏的油耗仪工作电压，并通过稳压芯片将各个模块的输入电压调节到合适位置。线图２感光模块光源的输入电压经过实验确定，亮度使得线阵ＣＣＤ传出的数据阈值最为明显。串行通讯口不仅收集光信号数据，还接收车速的信息并做出处理。说明：１为ＣＣＤ光学传感器；２为八个对称分布的硬质玻璃管：３为绒光源万方数据１２基于线阵ＣＣＤ的非介人式高精度汽车油耗测量系统电子质量（２０１４第０８期）图３测量电路结合电脑中的软件可以较为直观地观测耗油量。通过电平转换模块，油耗仪可以与电脑通过ＵＳＢ进行通信，然后由相应的计算机软件进行数据分析。同时，油耗仪的测量过程可由电脑控制，提高了自动化程度。３测量软件的设计软件可分为５部分，即液柱复位检测，临界检测，瞬时油耗，状态控制，联机通讯。软件框图如图４所示。软件先对硬件进行初始化，由开关输入操作指令，进行测量单片机执行相应的操作并等待接收数据。当电脑发出开始测量指令后，单片机开始模拟ＳＨ的时序接收数据，同时电脑的软件上可以实时显示ＣＣＤ传回的数据和原始数据处理后的结果。单片机在初始化之后的控制由按键产生，复位和下一次测量既可以由按键给出也可以从电脑给出指令。电脑在接收完数据后将数据处理，显示油耗结果。４用户软件界面为满足在短时间内对油耗数据的实时显示，采用ＬａｂＶＩＥＷ软件进行界面的设计。ＬａｂＶＩＥＷ开发的虚拟ＮＯ仪器平台由前面板和程序流程两部分组成，前面板是油耗仪的人机界面，设定了测试仪的面板和功能，可以显示和调节ｐｌ。程序流程是一种图形化的编程，体现了数据处理的思想和功能的实施流程。软件逻辑如图５所示。图４测量软件框图万方数据１３电子质量（２０１４第０８期）基于线阵ＣＣＤ的非介入式高精度汽车油耗测量系统量应该比较大才能保证采集的数据不失真。ＣＣＤ传感器一次采集的数据个数为２０４８个浮点型数据，满足高精度的要求。４．２油耗仪软件的数据处理ＣＣＤ传感器的数据经过处理可以传输到电脑内，可以由ＬａｂＶＩＥＷ调用编译出的动态链接库文件，进行数据的载入，读入的数据按照矩阵的形式存储。由实验测量出液柱位置的临界值，两次临界值的位置之差为液柱移动的距离Ａｘ。计算出离散的时间耗油量后可以进行数据的插值，使得画出的曲线更为平滑，获得实时的大致油耗数据。５结论非介入式高精度油耗仪在单片机的控制下，用ＣＣＤ的感光原理测量汽车的百公里油耗，它具有以下特点：可以接收ＣＣＤ的光学数据和汽车车速模块的数据，可图５软件逻辑液柱挡光的部分使得ＣＣＤ接收的光强减弱，Ａ／Ｄ转化的结果自然会变小。ＬａｂＶＩＥＷ通过捕捉光学数字信号的下降沿来定位液柱移动的位置。４．１百公里油耗的计算方法以与计算机双向通讯，操作简便，精度高，可提升测量百公里油耗的效率。参考文献：【１】崔艳，苗长云，厉彦峰．超声波油量测量仪的研究叨．天津工业大学学报，２００４，２３（１）：７０－７２．为了提高精度，油耗仪采用瞬时测量油耗的方法。瞬时测量方式其实是减少时间测量间隔的一种方式，使得油耗近似为瞬时值。因为测量百公里油耗的时间较短，发动机在这段时间间隔里燃油的消耗量变少，有时【２蒯成超．一种汽车燃油量测量及数字显示系统的设计【Ｊ】．装备制造技术，２０１１，（１）：７３—７５．［３１ｔ磊，陶梅．精通ＬａｂＶＩＥＷ８．０［Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００７：６６—７０．可能会小于发动机振动的变化，所以一次采集的数据的十。叫—ｌ－卜十．卜－畸．１—｝－卜十十■叫—卜｛卜十＋斗十斗咔■叫—卜卜十十十十专呻＿｜．．｛卜十＋＿咕－｛—卜｝一｝峙—卜卜十十。叫—｛－罟Ｈ｝．上接１０页）（８）电压偏差△Ｕ０【Ｖ）：系统不平衡时测量电压与基准电压之差。参考文献：［１］吉兴全，刘贵彬，成鲁钰，等．光伏并网对配网电压影响的ＰＳＣＡＤ仿真与分析叨．电子质量，２０１３，（１１）：４４－４７．［２］吉兴全，刘贵彬，刘源，等．基于ＰＱ控制微型燃气轮机５结语经过大量的仿真实验，总体上，对称分量法检测三相不平衡度数据准确、可靠性高。ＦＦｒ算法可以快速检测频率、相位、幅值，完成谐波分析，满足系统电能质量的检测要求。电能质量检测软件可以检测出系统故障或不平衡时电能质量的参数指标。并网电流的仿真分析叨．电气技术，２０１４，（０４）：１６—１９．［３】李军，黄学良，陈小虎，等．基于双重判据的微电网快速孤岛检测技术叨．电力自动化设备，２０１２，（０５）：３８－４２．［４］于青，卢晓惠，韩耀鹏．一种基于故障电流特性的反孤岛保护技术叨．山东大学学报：工学报，２０１３，（０３）：１０５—１】０．１４万方数据