基于dsPIC30F6010A的通用型油耗儀輸出信號(hào)接口設(shè)計(jì)

謝東坡，周 亮，張儀棟

（重慶車輛檢測(cè)研究院 國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心/國(guó)家摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122）

基于dsPIC30F6010A的通用型油耗儀輸出信號(hào)接口設(shè)計(jì)

謝東坡，周 亮，張儀棟

（重慶車輛檢測(cè)研究院 國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心/國(guó)家摩托車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122）

針對(duì)油耗儀輸出TTL信號(hào)或輸出正交信號(hào)的不同情況，提出一種基于dsPIC30F6010A正交編碼器接口的通用型油耗儀輸出信號(hào)接口模塊設(shè)計(jì)方案，給出了其具體的軟硬件實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐結(jié)果證明，該模塊可以方便、準(zhǔn)確地采集兩類油耗儀輸出信號(hào)。

dsPIC30F6010A單片機(jī)；正交編碼器接口（QEI）；油耗儀；TTL信號(hào)；正交信號(hào)

1 引 言

汽車燃油經(jīng)濟(jì)性是其綜合性能的重要方面。對(duì)汽車進(jìn)行燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)試既是相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，也是汽車生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)測(cè)試的重要環(huán)節(jié)。鑒于此，如何對(duì)汽車燃油消耗性能進(jìn)行準(zhǔn)確、方便的測(cè)試是一個(gè)值得深入探討的問題[1-5]。重慶車輛檢測(cè)研究院自主開發(fā)的汽車綜合性能測(cè)試儀（CGM06）就是對(duì)汽車動(dòng)力性、制動(dòng)性、ABS性能、操縱穩(wěn)定性、燃油經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行測(cè)試的高性能儀器。CGM06系統(tǒng)有主控模塊、汽車性能獲取模塊和人機(jī)交互3部分組成。其基本工作原理是：各個(gè)汽車性能獲取模塊通過外接傳感器（或二次儀表）獲取相關(guān)汽車性能參數(shù)，經(jīng)CAN總線發(fā)送給主控模塊，主控模塊對(duì)收到的各種汽車綜合性能信息進(jìn)行處理打包，最后通過Internet發(fā)送到人機(jī)交互模塊，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。在該系統(tǒng)中，對(duì)汽車油耗信息的獲取思路是選擇合適的傳感器（需配合信號(hào)調(diào)理模塊）或常見油耗儀（取其輸出信號(hào)），通過相應(yīng)的接口設(shè)計(jì)將其連接到汽車性能獲取模塊上，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 汽車油耗信息獲取方案

圖1中方案2的接口常需要復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理電路，其設(shè)計(jì)難度大，測(cè)試精度不高。方案1中，因油耗儀（包含信號(hào)調(diào)理模塊）輸出信號(hào)即為標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)（如德國(guó)考休斯·達(dá)特朗的DFL3x-5bar型油耗儀）或正交信號(hào)（如日本小野的MF2200型油耗儀），其測(cè)試精度高，單種信號(hào)接口設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單[6-7]。目前針對(duì)單種油耗儀輸出信號(hào)的接口設(shè)計(jì)比較常見，而未見針對(duì)兩種油耗儀輸出信號(hào)的通用型接口設(shè)計(jì)，該文就是討論一種通用型油耗儀輸出信號(hào)接口的設(shè)計(jì)（即圖1中方案1中的接口設(shè)計(jì)）。

2 通用型油耗儀接口模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 dsPIC30F6010A的正交編碼器接口（QEI）

文中通用型油耗儀輸出信號(hào)接口模塊的設(shè)計(jì)，是基于dsPIC30F6010A單片機(jī)的正交編碼模塊（QEI）完成的。dsPIC30F6010A單片機(jī)上QEI的工作特性包括[8-9]：

2.2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

dsPIC30F6010A單片機(jī)最小系統(tǒng)是進(jìn)行通用型油耗儀輸出信號(hào)接口設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，dsPIC30F6010A單片機(jī)最小系統(tǒng)包括電源系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、調(diào)試接口、復(fù)位系統(tǒng)等[10]。系統(tǒng)電源采用寬電壓輸入（9～39V）ZY2405WHBD-3W電源模塊，其輸出為+5V；系統(tǒng)采用8MHz的外部晶振，配合PLL（x8）可以得到運(yùn)行頻率。另外，硬件系統(tǒng)還應(yīng)包含CAN接口，以方便和主控模塊實(shí)現(xiàn)通信，這里選用CAN隔離首發(fā)模塊以提高系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

前面提到QEI共有3個(gè)輸入通道，分別為兩相信號(hào)（QEA，QEB）和索引脈沖輸入（INDX）。在這里將油耗儀輸出的兩路正交信號(hào)分別接QEA和QEB，將油耗儀輸出的TTL信號(hào)接INDX，另外還需要將油耗儀輸出信號(hào)和該系統(tǒng)共地。

2.3 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的初始化和應(yīng)用程序的編寫。

系統(tǒng)初始化主要是將QEA和QEB引腳初始化為正交編碼器模式，而將INDX引腳初始化為電平變化檢測(cè)模式，并對(duì)正交信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的濾波設(shè)置。主要代碼如下：

系統(tǒng)應(yīng)用程序主要是分別實(shí)現(xiàn)對(duì)正交信號(hào)的計(jì)數(shù)和TTL脈沖的計(jì)數(shù)，通過讀取正交編碼器接口（QEI）的位置計(jì)數(shù)器POSCNT的值可以獲得正交信號(hào)的計(jì)數(shù)，對(duì)TTL脈沖的計(jì)數(shù)則是通過對(duì)INDX引腳的輸入電平變化中斷計(jì)數(shù)完成的，其中斷函數(shù)如下：

2.4 系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)及分析

使用重慶車輛檢測(cè)研究院開發(fā)的綜合性能測(cè)試儀進(jìn)行油耗儀接口測(cè)試，該系統(tǒng)中的人機(jī)交互為裝有測(cè)試軟件的微型筆記本電腦，在測(cè)試軟件中將1mL流量的脈沖數(shù)設(shè)為1500。

利用模擬信號(hào)對(duì)設(shè)計(jì)的接口模塊進(jìn)行功能性驗(yàn)證：使用信號(hào)發(fā)生器TTL輸出信號(hào)模擬油耗儀輸出的TTL信號(hào)，即將TTL輸出信號(hào)和信號(hào)發(fā)生器的地分別接INDX和GND，測(cè)試結(jié)果如表1所示；使用旋轉(zhuǎn)式光電編碼器的輸出信號(hào)模擬油耗儀的輸出信號(hào)，其每旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生1 000個(gè)正交脈沖，編碼器的輸出信號(hào)A、B分別接QEA、QEB，并為編碼器提供5V供電，其測(cè)試結(jié)果如表2所示。

由表1可知，以信號(hào)發(fā)生器TTL輸出頻率為1.5 kHz為例，有系統(tǒng)設(shè)置（1500個(gè)脈沖代表1mL流量）可得瞬時(shí)流量為3600mL/h，即3.6L/h，系統(tǒng)運(yùn)行60 s，則總油耗為60mL，可見測(cè)試結(jié)果與理論值相一致。

表1 TTL信號(hào)測(cè)試結(jié)果

表2 正交信號(hào)測(cè)試結(jié)果

在表2中，以編碼器旋轉(zhuǎn)6為例，其對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為6000，則有系統(tǒng)設(shè)置（1500個(gè)脈沖代表1mL流量）可知，其對(duì)應(yīng)的總油耗理論值為0.004 0 L，與實(shí)際測(cè)試值一致。

由以上分析可以看出，該油耗儀接口本身的精度很高。另外，該油耗儀接口模塊經(jīng)多次車輛實(shí)測(cè)和對(duì)比試驗(yàn)，其測(cè)試性能穩(wěn)定，測(cè)試精度符合油耗儀對(duì)接口模塊的精度要求，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語

基于dsPIC30F6010A單片機(jī)正交編碼器接口的通用型油耗儀輸出信號(hào)接口模塊設(shè)計(jì)方法，使用軟件對(duì)不同管腳的功能配置實(shí)現(xiàn)，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔，可靠性高，通用性強(qiáng)，完全符合法規(guī)實(shí)驗(yàn)、研發(fā)實(shí)驗(yàn)等試驗(yàn)的要求。目前，該油耗儀接口設(shè)計(jì)已經(jīng)應(yīng)用在了重慶車輛檢測(cè)研究院自主開發(fā)的汽車綜合性能測(cè)試儀（CGM06）上，效果良好。

[1]張翠云，黃 鍵.智能型快速油耗測(cè)試儀的設(shè)計(jì)[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，35（5）：549-554.

[2]曹 飛.電噴電控發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性檢測(cè)[J].客車技術(shù)與研究，2008（3）：52-54.

[3]劉一鳴.兩用燃料發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)釫CU點(diǎn)火系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].車用發(fā)動(dòng)機(jī)，2009（4）：24-28.

[4]張 濤，孫立軍.內(nèi)燃機(jī)車隨車油耗儀的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2005（2）：152-156.

[5]程大海，康會(huì)峰.基于嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車油耗儀的設(shè)計(jì)[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，18（7）：35-36.

[6]MF2200型油耗儀用戶使用手冊(cè)[Z].

[7]DFL3x-5bar型油耗儀用戶使用手冊(cè)[Z].

[8]dsPIC30F系列參考手冊(cè)[Z].Microchip Technology Inc.，2005.

[9]dsPIC6010A 數(shù)據(jù)手冊(cè)[Z].Microchip Technology Inc.，2007.

[10]劉和平.dsPIC通用數(shù)字信號(hào)處理控制器原理及應(yīng)用-基于dsPIC30F系統(tǒng)[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007.

Design of universal interface for fuel consum ption meter output signal based on dsPIC30F6010A

XIE Dong-po，ZHOU Liang，ZHANG Yi-dong
（National Auto Quality Test Center，National Motorcycle Quality Test Center，Chongqing Vehicle Test and Research Institute，Chongqing 401122，China）

In this paper，a new program of universal interface module for fuel consumption meter output signal was designed based on dsPIC30F6010A.The module hardware structure and software design method were also introduced in detail.The experiment results showed that the fuel consumption meter output signal，including TTL signal and quadrature signal，could be acquired easily and accurately.

dsPIC30F6010A；quadrature encoder interface；fuel consumption meter；TTL signal；quadrature signal

U461.8；TP334.7

A

1674-5124（2010）06-0079-03

2009-12-16；

2010-03-07

謝東坡（1984-），男，河南商丘市人，碩士，主要從事汽車檢測(cè)技術(shù)研究。