具有自纠正功能的车用数字油量表设计

论文总字数：19696字

目 录

1引言 1

1.1 汽车油量表研究概况和应用前景 1

1.1.1概述 1

1.1.2研究现况和应用前景 1

1.2 数据采集方式研究概述和发展前景 2

1.2.1概述 2

1.2.2研究现况和发展前景 2

2 系统总体设计方案 3

2.1概述 3

2.2系统设计要求 4

2.3系统主要部件的选型 4

2.3.1 传感器的选型 4

2.3.2 微处理器的选型 5

2.3.3 模数转换模块 5

2.3.4 显示模块的选型 6

2.4 自纠正功能的实现 6

2.5 IAR软件程序开发环境介绍 7

3 系统硬件设计 8

3.1 MSP430单片机 8

3.1.1 MSP430单片机内部构成和电路连接 8

3.1.2 单片机最小系统 9

3.2 硅压阻式压力传感器 10

3.2.1 产品简介 10

3.2.2 主要参数 10

3.2.3 电路连接及工作原理 11

3.3 LM2577升压模块介绍 11

3.3.1 主要特性 12

3.3.2 LM2577内部结构 12

3.3.3 LM2577内部连接 12

3.4 LCD1602显示屏 13

3.4.1 LCD1602电路连接 13

3.4.2 LCD1602基本操作时序 14

4 系统软件设计 15

4.1 系统初始化及总流程 15

4.2 中断处理函数 16

5 系统调试与结果 17

5.1 硬件的焊接 17

5.2 硬件的调试 18

5.3 实验结果 19

6 结论 20

参考文献 21

致谢 22

附录：原理图、实物图 23

具有自纠正功能的车用数字油量表设计

曹贤婧

，China

Abstract:This paper designs a automobile digital oil gauge with self correcting function, which is used to represent the amount of fuel in the car. The number is more visually displayed to the driver. Moreover, when the car runs on the uphill or downhill, the system can correct the deviation of the value to improve the accuracy of the instrument. This design uses the MSP430 microcontroller as the core, through the hydraulic sensor module measured pressure value of the fuel, which can be converted into the depth of fuel. After the A / D conversion, the analog value is converted into an digital value, which is shown on the LCD screen. When the car runs on the uphill or downhill, the microcontroller detects values and calibrates them, repeatedly averages values of two sensors to improve the accuracy of the reading.The design has simple structure, stable performance and high accuracy, which is suitable for practical application.

Keywords:Self correcting; Digital oil gauge for automobile; MSP430; LCD

1引言

当今社会，随着经济的不断进步，各种交通工具都充斥着人们的生活，其中，汽车无疑是最普遍的代步工具，在城市里几乎每个家庭都拥有汽车。汽车的动力需要燃油支持，而驾驶员在驾驶过程中也要时刻掌握当前汽车的运行状态，所以汽车仪表显得尤为重要，在汽车行驶过程中，汽车油量表可以显示当前剩余燃油量，使驾驶员一目了然。过去，汽车油量表普遍是使用模拟显示的方法，驾驶员无法直观读出确切的数值，而且模拟机芯体积大、重量较重、指示有偏差、抗干扰能力较差；汽车显示表是依托着现代计算机科技和集成电路发展起来的，单片机主控内部测量油量系统，单片机凭借其自身优势，如集成度高，处理数据敏捷，编写进单片机芯片的程序控制全部功能，方便灵活，占领了一席之地。数字化仪表在逐渐替代模拟化的地位，数字显示是必然的趋势，数字化仪表可靠性好、体积小、重量轻，有利于高度的集成化。汽车行驶在不同情况的路面，比如颠簸，上坡或者下坡路段，油箱中的液面高度发生变化，可能会导致采集到的数据和实际情况发生偏差，不利于人们了解情况，所以急需具有自纠正功能的汽车油量表，在不同路段校正剩余油量的数值。基于单片机的具有自纠正功能的汽车数字油量表正好满足了上述需求，该表主要依托汽车仪表，以数据采集技术为支撑，有很大的发展空间。

1.1 汽车油量表研究概况和应用前景

1.1.1概述

人与汽车的互动是通过驾驶位的各种仪表盘，仪表盘上就有各类信息和实时状态，只需观察仪表盘数据，人们就能时刻掌握行驶过程中汽车各内部系统的工作状态，以确保驾驶安全。汽车油量表属于汽车仪表，可以显示当前剩余油量，提醒驾驶员剩余油量少，要及时加油。目前汽车油量表大部分还是指针刻度式的，数字化汽车油量表还不普遍，但是市场发展总体趋势是要向数字化仪表转变。

数字式车用仪表依托着汽车电子的应用而开始投入使用。相信全数字化汽车油量表在未来一段时间内会占据车用油量表的大部分市场。

1.1.2研究现况和应用前景

我们可以看到，现在市场上大部分汽车上配备的仪表盘都是指针刻度式的，没有显示具体数值，而是靠驾驶员人工估计数值，特别是汽车油量表，这种仪表不仅使用起来不方便、直观，甚至可能会造成较大的误差，影响驾驶员读数。同时汽车仪表盘的显示越来越复杂，功能趋于完善，汽车仪表的设计者既要在满足各种功能的前提下，尽可能地降低汽车仪表的生产成本。汽车仪表按创新程度可以分为4个时期，同样，汽车油量表也经历了这4个时期，最早是单纯机械式的仪表，之后发展了基于电测原理的电气式表盘，再之后才是模拟式的仪表，最后会发展为全数字化仪表。目前汽车油量表在逐步从模拟发展为数字化仪表。

全数字式汽车仪表最早在1980年代被提出，那时提出的汽车油量表固然能工作在全数字式模式，并且使用的技术和发挥的性能都远超过之前，但是有一不足比较突出，就是当油量发生变化时，只显示独立的数字，虽然数字变了，但是指标没有变，这样的数字是静态机械的，这种模式的油量表大众很难接受，因而国内外都没有普及与推广。数字化汽车油量表已经逐步在国外市场投入使用，反观我国市场，我国制造研发汽车油量表的技术水平不高、质量不硬、数字化程度低。

传统的模拟显示还占据中国市场半壁江山，普通小轿车上基本都是指针刻度式的油量显示表。我国汽车油量表的显示准确度低，很多油量表不带有自纠正功能，导致驾驶员错误地读数。

现代汽车电子商务和科技不断发展，对汽车油量表也提出更高要求，不仅要显示剩余油量具体数值，而且要尽可能有自带纠正功能，辅助驾驶员正确读数，数字化汽车油量表无疑给驾驶员带来很多便利，数字清晰直观，并且油量如果发生变化，系统内部会进行数据的校对，保证在显示屏上显示的数值是可靠的，具有自纠正功能的数字汽车油量表应该推广到各类汽车，也能进入到普通家用轿车，为大众出行提供便利。具有自纠正功能的数字汽车油量表尤其应该在一些重型汽车业内投入使用，这些汽车高强度工作力度，运输东西走远距离路线，如果安装有带自纠正功能的数字油量表，在路途中抗震防液面抖动影响，能让驾驶员随时知道剩余油量，保证运输的高效和安全。所以数字化汽车油量表的前景在汽车仪表应用中一片光明。

1.2 数据采集方式研究概述和发展前景

1.2.1概述

只有数字量输入到计算机，计算机才能识别处理，而外部世界的大部分信息是持续变化的物理量，比如常见的湿度、温度、压力，要让计算机处理这些外界信息，就必须先把这些变化的物理量离散处理，即量化编码，变成数字量才能实现。

数据采集就是利用传感器收集被测对象的各类参量，传感器把这些非电量转换为电量输出，把模拟电量经过信号采样、量化、编码转为数字量，输入计算机，由主控芯片处理数据或存储记录的过程。

1.2.2研究现况和发展前景

早在前几十年，美国军队就有利用数据采集技术，由于科技的进步带来了机器代替人的工作，这项技术弥补了很多军人无法实施的工作，为作战做出了贡献。随后，科技革命的不断前进，数据采集技术慢慢被人们重视，但是主要还是应用于高端的市场，比如军工、航空航天等领域。现代数据采集系统内部含有微处理控制器、智能仪表和数据采集器，高度集成，功能上看远胜于传统的数据采集系统，因为这种系统高精度、高效，它迅速占领了市场。再随着时间的推进，数据采集技术也渐渐向大众市场普及，特别是内部是分模块的系统，这种系统能依据每个模块的功能灵活分配任务，大大提高了系统工作的效率。现在的数据采集系统多为软硬件相结合的方式工作，硬件电路负责采集数据，多为单片机和其他外围设备集成；软件部分是通过烧写进单片机的程序节制管理整个电路的工作。我们可以看到现在的数据采集系统体积小、重量轻、高度集成化，越来越受到人们的欢迎。

集合电子测量技术、通信技术、信号处理等技术，数据采集技术系统蓬勃发展，如今的数据采集系统不单单是只有数据采集，还有控制的功能，更加高效便利。从国外推出的数据采集器来看，国外的产品功能强大，有的既是数据采集器，又是状态分析仪，甚至能作为类别完全不同的其他仪器使用。国内有一些单、双通道或是超小型的数据采集器，和国外对比，测量范围不宽、技术有限，但能够作为一般的检测和收集数据使用。高速度高效的数据采集器在自动化行业里呼声很高，市场的需要鞭策着数据采集规模的发展，相信在不远的将来，我国的数据采集技术能有显著的进步。

2 系统总体设计方案

2.1概述

本设计在结构上分为数据收集、数据处理和数据显示三大部分，再根据系统具体功能，让每个模块职能更加明确，又可以细分为四大模块：数据收集模块、微处理器控制模块、模数转换模块和数据显示模块。如图2-1所示。

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