基于单片机的空气质量流量显示装置设计

摘要：空气质量流量显示装置可以直观的反映进入发动机的空气流量，有助于为发动机提供最佳的空燃比。本文以罗蒙斯特质量流量计为例，基于STC89C52单片机设计一种空气质量流量显示装置，通过在PROteL中对硬件电路进行手工布线，在Proteus中对搭建的电路进行硬件仿真，Keil环境下对程序进行编写，找出数字量与传感器输出的电压信号之间的对应关系，送入微处理器，为发动机计算最佳空燃比做好后续工作。

最佳空燃比是发动机工作动力性的一个重要参数，它不仅影响车辆的燃油经济性，更对日益严重的尾气排放环保性有着苛刻的要求。准确的显示流入发动机的空气质量流量为发动机获得最佳空燃比提供数据借鉴。以简单易控制的STC89C52单片机为控制核心，经过AD模块的转换，完成对空气质量流量计的显示装置，通过对数据显示结果的分析找出模拟量与数字量之间的线性对应关系，从而为发动机提供最佳空燃比设立参照途径。

1 罗蒙斯特质量流量计的工作原理

罗蒙斯特质量流量计的计量系统包括一台传感器和一台用于信号处理的变送器。传感器由外壳、微振动测量管、振动驱动器和信号检测器及温度补偿元件等主要部件组成。当气体通过振动测量管时，在气体推动及外加于测量管的振动力作用下，测量管将获得附加的科里奥力，其大小与气体的质量流量成正比，科里奥力引起测量管的微小扭曲导致振动时的相位差转换为线性的电信号输出，变送器就将此电信号转换为1~5V的电压信号，通过AD模块显示在显示装置上。

2 硬件电路设计

电信号的转换是单通道，在此选择容易掌握的ADC0804芯片，其模数转换功能已足够满足需求。显示装置采用4段8位数码管，精确度到个位。其模块图如图1所示。

输入模块是经过变送器转换的电压信号，其幅值在1~5V之间变化；AD模块就是AD芯片，ADC0804是COMS依次逼近型的AD转换器，三态锁定输出，分辨率为8位，存取时间135us,转换时间100us,从功能与成本角度考虑，ADC0804是比较合适的；控制模块选用STC89C52单片机，其性能高，成本低的优点在小型控制器的使用上得到普遍的应用。显示模块在此选取的是4段8位数码管，由经验常识可知5V电压值对应的数字量为255,所以在精度要求不是太高的情况下4段8位数码管可以满足其显示准确性的要求。

2.1 PROTEL电路原理图

PROTEL是PROTEL公司推出的一款用于电子设计的EDA软件，因其模块功能的多样化和人性化得到众多电子设计者的青睐。在设计空气质量流量显示装置电路板时，首先需要在PROTEL环境下对原理图进行构思绘制。经过对电路中所需各模块的分析绘制出如下的电路原理图，如图2所示。