基于單片機的空氣質量流量顯示裝置設計

摘要：空氣質量流量顯示裝置可以直觀的反映進入發動機的空氣流量，有助于為發動機提供最佳的空燃比。本文以羅蒙斯特質量流量計為例，基于STC89C52單片機設計一種空氣質量流量顯示裝置，通過在PROteL中對硬件電路進行手工布線，在Proteus中對搭建的電路進行硬件仿真，Keil環境下對程序進行編寫，找出數字量與傳感器輸出的電壓信號之間的對應關系，送入微處理器，為發動機計算最佳空燃比做好后續工作。

最佳空燃比是發動機工作動力性的一個重要參數，它不僅影響車輛的燃油經濟性，更對日益嚴重的尾氣排放環保性有著苛刻的要求。準確的顯示流入發動機的空氣質量流量為發動機獲得最佳空燃比提供數據借鑒。以簡單易控制的STC89C52單片機為控制核心，經過AD模塊的轉換，完成對空氣質量流量計的顯示裝置，通過對數據顯示結果的分析找出模擬量與數字量之間的線性對應關系，從而為發動機提供最佳空燃比設立參照途徑。

1 羅蒙斯特質量流量計的工作原理

羅蒙斯特質量流量計的計量系統包括一臺傳感器和一臺用于信號處理的變送器。傳感器由外殼、微振動測量管、振動驅動器和信號檢測器及溫度補償元件等主要部件組成。當氣體通過振動測量管時，在氣體推動及外加于測量管的振動力作用下，測量管將獲得附加的科里奧力，其大小與氣體的質量流量成正比，科里奧力引起測量管的微小扭曲導致振動時的相位差轉換為線性的電信號輸出，變送器就將此電信號轉換為1~5V的電壓信號，通過AD模塊顯示在顯示裝置上。

2 硬件電路設計

電信號的轉換是單通道，在此選擇容易掌握的ADC0804芯片，其模數轉換功能已足夠滿足需求。顯示裝置采用4段8位數碼管，精確度到個位。其模塊圖如圖1所示。

輸入模塊是經過變送器轉換的電壓信號，其幅值在1~5V之間變化；AD模塊就是AD芯片，ADC0804是COMS依次逼近型的AD轉換器，三態鎖定輸出，分辨率為8位，存取時間135us,轉換時間100us,從功能與成本角度考慮，ADC0804是比較合適的；控制模塊選用STC89C52單片機，其性能高，成本低的優點在小型控制器的使用上得到普遍的應用。顯示模塊在此選取的是4段8位數碼管，由經驗常識可知5V電壓值對應的數字量為255,所以在精度要求不是太高的情況下4段8位數碼管可以滿足其顯示準確性的要求。

2.1 PROTEL電路原理圖

PROTEL是PROTEL公司推出的一款用于電子設計的EDA軟件，因其模塊功能的多樣化和人性化得到眾多電子設計者的青睞。在設計空氣質量流量顯示裝置電路板時，首先需要在PROTEL環境下對原理圖進行構思繪制。經過對電路中所需各模塊的分析繪制出如下的電路原理圖，如圖2所示。