油耗监控系统中的多通道数据采集电路设计

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２０１２牟第４期
文章编号：１００９—２５５２（２０１２）０４—００５９—０３
中图分类号：７Ｉ源自文库１１
文献标识码：Ａ
油耗监控系统中的多通道数据采集电路设计
王
昕１，王
坚２，赵荣泳２，苏
强２
（１．安徽天源物流有限公司，蚌埠２３３０００；２．同济大学，上海２０００９２）
摘要：现有大型物流乘用车的汽车油量传感器种类多样，传感器电阻范围不一，信号源也有 所不同，且组合仪表高度集成，维护成本较高。为了解决大型物流乘用车油量信号的不统一问 题，介绍了采用“ＨＡｌ７２３５８运算放大器一ＡＤＣ０８３１一Ａ鸭９Ｓ５２”低成本、成熟电路架构设计方 案，设计适应主流油量信号的多通道数据采集电路，使油耗监控系统广泛应用于不同种类的货 运车辆。同时，采用光耦芯片，实现信号隔离保护和里程数据采集，为企业管理人员对油耗的 分析与评估提供了切实可靠的行车油耗和里程数据。 关键词：多通道；数据采集；监控系统；汽车油耗；单片机 Ｆｕｅｌ
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引言
随着不可再生资源的石油消耗不断增加，汽柴
据和里程数据的采集也带来了不便。文中针对这种 不便，设计一种适合于物流企业的不同车辆的多通 道数据采集电路。
１
油价格的呈不断上升趋势，汽车油料消耗在运输成 本中的比重也是日益增大，因而在物流企业中，汽车 的燃油消耗支出在运输成本中的日益增大使得燃油 消耗成为考核企业绩效管理的重要参数，因此物流 企业要想降低运营成本，提高企业效益就需要对汽 车燃油消耗进行全程全时的监测川。 但是，由于汽车油量传感器种类多样，传感器电 阻范围不一，信号源也有所不同，且组合仪表高度集 成，维护成本较高，增加了分析难度，给汽车油量数
理，研究方向为企业信息化。
一５９—
万方数据
电路、低通滤波电路、Ａ／Ｄ转换模块、里程采集电路 和单片机组成，如图ｌ所示。目前一般对传感器的 理解是指非电物理量与电量的转换，即传感器是将 被测的非电物理量输出的一种装置胆Ｊ。传感器将 汽车油量信号转换为连续变化的模拟电压信号；针 对不同的车型转换后的电压值的不同，通过电压放 大器将此电压值转化为系统可测量的范围内的值； 然后通过低通滤波电路降低噪声信号，实现信号保 真；单片机是一个数字系统，仅能够对数字量进行检 测、运算和控制，为了实现单片机对油量模拟电压信 号的测量，在单片机前设计Ａ／Ｄ转换器，实现电压 模拟量与数字量之问的转换ｐ１。在油耗监控系统 中，结合里程来评估油耗信息是必要的，因而在数据 采集器中设计了一个里程采集电路。由于汽车里程 脉冲是２４Ｖ的脉冲信号，而用光耦隔离器构成一个 光耦隔离电路对其实现隔离转变，以确保里程信号 的正常采集和电路的安全工作。
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图１ 油耗监控系统数据采集器基本架构 油量传感器信号１：ｌ通道
（３）光耦隔离器件ＴＬＰ５２１—２ ｒＩＩ瞒２ｌ是可控制的光电藕合器件，光耦以光信 号为媒介来实现电信号的狙合与传递，输入与输出 在电气上完全隔离，具有抗干扰性能强的特点。
３数据采集电路设计与实现
３．１
多通道油量采集电路的设计
油耗监控系统中数据采集电路的设
数据采集系统主要电子燃油传感器、电压放大
计思路
收稿日期：２０１ｌ一０９—２２
基金项目：上海市节能减排科技支撑熏大项目（０９Ｄｚｌ２０３３∞）；上
海市科委基础研究重点项目（１０ＪＣｌ４１５２００）；上海市制
造业信息化专项（１０Ｄｚｌｌ２２４０２）
作者简介：王昕（１９５４一）．男，本科，安徽天源物流有限公司总经
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２设计电路基本器件
为保证尽量少对车辆的改造，本系统采用汽车
原装的燃油传感器，放大器选择ＨＡｌ７３８５，Ａ／Ｄ转 换模块选择ＡＤＣ０８３１，光耦隔离器则选用ＴＵ巧２１， 单片机选择Ａ碾９ｓ５２。 （１）电压放大器件ＨＡｌ７３５８ ＨＡｌ７３５８具有双重通道放大器，可同时处理两 组电压信号；电源供电采用单电源，易于实现；可处 理的电压输入范围大；频率和输入偏置电流具有温 度补偿功能，被广泛的应用于控制等系统。 （２）Ａ／Ｄ转换器件ＡＤＣ０８３ｌ 芯片ＡＤｃ０８３１是逐次逼近型８位Ａ／Ｄ转换 器，易于与微处理器连接；采用５Ｖ电压供电，易于 实现；具有单输入通道，可操作电压范围０～５Ｖ；管 脚ＲＥＦ一般设置为Ｖｃｃ以设置电压的输入信
油
图２数据采集电路原理
一６０一
万方数据
采集器数据采集电路原理如图２所示，主要由 多通道油量采集电路和里程采集电路两部分构成， 这两部分既相互独立同时又由单片机来控制进行数 据采集和存储。油量采集电路的设计根据目前主流 油量传感器的电压信号设计了３个通道的输入。每 个输入端口对应于不同传感器的电压信号，即１：１ 通道、２：ｌ通道、１：２通道，如图２所示。 在多通道油量采集电路中，放大电路的设计选 择芯片ＨＡｌ７３５８，芯片ＨＡｌ７３５８是双通道电压放大 器，可满足需要对多电压参数放大的需要；电源供电 简单方便，电压放大精度高。放大器ＨＡｌ７３５８共有 ８个管脚，管脚１、２、３分别是电压放大通道ｌ的电 压输出、电压输入负极和电压输入正极。在电路连 接中管脚１输出模拟电压信号，管脚２和３分别连 接地和汽车油量传感器电压信号输出¨Ｊ。对于１：１ 通道，即油压传感器电压信号范围为０到５Ｖ时，则 不通过放大器，将信号直接接入ＡＤＣ０８３ｌ；对于２：ｌ 通道，即油压传感器电压信号范围为５Ｖ到１０Ｖ时。 则采用Ｒ４和Ｒ５分压原理将信号缩小到１／２，再接 入ＡＤｃ０８３ｌ，因而Ｒ４与Ｉ｛５的阻值必须相等，阻值 为１Ｍ左右较好；对于ｌ：２通道，即油压传感器电压 信号范围为。到２．５Ｖ时，需要把备用通道和ｌ：ｌ通 道连接起来（图２虚线所示），这样形成一个基于 ＨＡｌ７３８５的放大电路，经计算此时的电压放大倍数 Ａｄ为：Ａｄ＝ｌ＋Ｒ１／王１２，在实际应用中Ｒｌ。Ｒ２选用２ 个１０ｋ的电阻，Ｒ３为ｌＯｋ的限流电阻，Ｒ６为ｌＭ的 下拉电阻。应当注意的是任意一台汽车，只适用于 一个信号通道，当使用ｌ：２信号通道时，必须把备用 通道和ｌ：ｌ通道连接起来，否则会导致采集电路无 法工作。在使用ｌ：２通道时，电压放大器和模数转 换器之间Ｒｌ起到限流作用。防止电流过大烧坏器 件，Ｒ４与Ｃ２组成低频滤波电路。 模数转换模块选择芯片ＡＤｃ０８３１，ＡＤＣ０８３ｌ共 有８个管脚，管脚１为芯片的片选信号，低电平有 效，通过单片机对此管脚的控制实现数据的实时采 集，管脚２和３是电压信号输入的正极和负极，即放 大器输出的电压信号的输入端；管脚６和７分别为 数据输出端和时钟信号端，与单片机连接进行数字 信号的输出和时钟的控制。 ３．２里程采集电路的设计 在设计里程采集电路之前先了解一下汽车里程 表的相关信息，主要是了解汽车里程的速比，里程信 号源以及如何采集里程信息。车速里程表的速比表 示的是：车速里程表转轴在汽车行驶一公里时所转 过的转数哺Ｊ。若某车车速里程表采用霍尔型非接
触式转速传感器。即这种车速里程表转轴每转一 圈，霍尔传感器将感应发出８个脉冲。现在以速比 为１：６２４的车型为例，汽车行驶一公里，则霍尔传感 器发出的脉冲数共为８×６２４＝４９９２个，或者说，每 个脉冲代表了Ｉ／４９９２公里的里程。这些脉冲信号 就是里程信号源，也是采集器需要记录的里程信息。 将这些脉冲信号通过Ⅱ巧２ｌ的隔离电路转换成５Ｖ 的脉冲信号，然后将这些脉冲当作单片机计数器．ＩＤ （即单片机的Ｐ３．５口）的计数脉冲输入，每个脉冲 使计数器．ＩＤ中断一次，并通过．ＩＤ中断服务程序对 每个脉冲进行计数，这样，当计满４９９２时．表明汽车 行驶了ｌ公里，然后通过单片机的程序设计再给累 计单元加一，并存人ＥＥＰＲＯＭ单元，即可实现里程 计数功能。 在里程采集电路设计中，隔离器件选择低成本 的东芝光耦隔离器Ⅱ瞄２ｌ一２，如图２所示，Ｒ７，Ｒ８ 起限流作用，其值选择在ｌｋ到１．５ｋ即可，Ｒ９是单 片机１０口（Ｐ３．５口）的下拉电阻选用１０ｋ电阻。 ３．３里程采集电路的实现 下图展示了实际应用中，使用ｌ：２通道接入数据 采集器。图３中所示的黄色导线将备用通道和１：１端 口连接起来而使电路形成ｌ：２通道，因而１：２油压输 人端接入汽车油压传感器的输出端。需要说明的是： （１）电路中所用的电源的来源于汽车的２４Ｖ电 源，因而加入了由稳压管７８１２和７８０５构成的电压 转换模块，以给单片机等芯片提供５Ｖ电源驱动电 压，这里不详细赘述。 （２）里程模块的输入端是从ＰＣＢ电路板背面引 出的一根导线，图３中未显示出来。 （３）备用端口只有在使用ｌ：２油压输入端时才 使用，且必须和ｌ：ｌ端口用导线连接起来以形成１：２ 的放大电路，否则不能正常采集数据；而使用１：ｌ端 口和２：ｌ端口时不需要使用到备用端口，此时只需 将其处于悬空状态即可。
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图３数据采集电路实物
（下转第６４页）
万方数据
一６ｌ一
量。并在以下几个方面进行了改进：
Ｓｔｒｉｎｇ
ｆｓ＝ｔ－』ｌｅ．ｇｅｔＮ锄ｅ（）；
（１）采用了先进的积件开发方式。充分发挥了 其在积件实库中的优势。从而可以节省时间进行教 学，提高教学质量。 （２）利用集体备课模块，使得系统的交互性大 大提高。 （３）采用了先进的Ｗｅｂ应用开发模式—ＪＳＰ＋ ＪａｖａＢｅａｎｓ模式。使得课件得以在ｗｅｂ中轻松实 现，并在其它组合平台开发的课件具有更好的重
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ｌｏｗ—ｃ０８ｔ ａｎｄ
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ｍｕｌｔｉ—ｃｈａ耻ｅｌ ｄａｔａ
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