基于單片機的發動機尾氣參數采集系統的設計

張 政

ZHANG Zheng

（江蘇食品職業技術學院，淮安 223001）

基于單片機的發動機尾氣參數采集系統的設計

SCM-based design of exhaust gas parameters collection system

張 政

ZHANG Zheng

（江蘇食品職業技術學院，淮安 223001）

本文通過利用STC89C52RC單片機與12位串行控制AD轉換器TLC2543，單片K型熱電偶放大器與數字轉換器MAX6675、壓力傳感器VESX-100組成柴油車尾氣參數采集系統，此系統主要用于對發動機運行時的工況檢測，參數采集時通過串口線與上位機相連接，上位機通過VB6.0將采集到得數據進行實時顯示，并進行保存。此設計具有良好的應用價值。

STC89C52RC；TLC2543；MAX6675；溫度采集；VB6.0

0 引言

為滿足日趨嚴厲的排放法規，在車輛出廠或檢測時需要對其發動機進行尾氣溫度、壓力等參數進行檢測，尾氣參數也是反應發動機是否正常運行的一個重要指標，所以對柴油機車定期進行尾氣溫度的檢測是非常必要的。本文開發了一套數據采集系統自動完成對尾氣參數的采集與存儲，對發動機進行尾氣溫度、壓力參數進行采集、存儲，由于性能以及所使用柴油品質的不同，不同型號的柴油機排氣溫度也不盡相同，所以我們采用在上位機存儲不同型號柴油發動機正常運行時的尾氣溫度參數，實時采集到的溫度與存儲溫度進行比較，當有較大的差別時，就需要對發動機進行性能的檢修。

1 系統設計

本系統由上位機和下位機兩部分組成，下位機進行尾氣溫度、壓力的實時采集，并把采集到的數據傳送至上位機，上位機采用Visual Basic6.0進行編程，對下位機傳送的溫度數據進行顯示，繪制溫度曲線，并和上位機內存儲的柴油機車正常運行溫度進行比較，觀察者可以根據兩條曲線的不同判斷發動機是否正常運行。[1]圖1為本系統的原理圖，具有冷端補償的單片K型熱電偶放大器與數字轉換器MAX6675進行溫度采集，VESX-100型壓力傳感器采用三線制，10-32V供電，輸出信號為1-5V，可以直接和AD轉換器件連接，單片機對A/D轉換后的數字量進行處理，傳送到上位機。

2 下位機設計

2.1 下位機硬件設計

為了準確測量壓力，[2]公交車尾氣參數采集實驗中選用了線性度較高的壓力傳感器VESX-100，VESX-100型壓力傳感器采用三線制，10-32V供電，輸出信號為1-5V，可以直接和AD轉換器件連接。為了對溫度進行準確測量，本試驗采用的溫度傳感器是直徑為1mm的高靈敏度K型熱電偶。在選定傳感器以后，利用STC89C52RC單片機與12位串行控制AD轉換器TLC2543，單片K型熱電偶放大器與數字轉換器MAX6675，512Kbit串行EEPROM存儲器AT24C512和MAX232組成柴油車尾氣溫度數據采集系統。[3]本系統選用的STC89C52RC單片機是STC系列單片機中的一款，STC單片機具有較強的抗干擾能力，功耗低，適合在比較惡劣的場合下使用。TLC2543是內部帶采樣保持的12位串行控制AD轉換器，在設計中利用TLC2543不僅能夠節省單片機的I/O資源，而且價格適中，分辨率較高。MAX6675是一復雜的單片K型熱電偶數字轉換器，內部具有信號調節放大器、12位的模擬/數字化熱電偶轉換器、冷端補償傳感和校正、數字控制器、1個SPI兼容接口和1個相關的邏輯控制。[4]單片機可將MAX6675測得的K型熱電偶的溫度值讀出，本實驗采用MAX6675可以省掉復雜的線性化電路處理，并且具有較高的溫度轉換精度，AT24C512是Atmel公司生產的64Kbyte串行電可擦除的可編程程序存儲器，數據掉電不丟失，適用于具有大容量數據存儲要求的數據采集系統，本實驗就采用AT24C512作為存儲器。[5]PC機幾乎都具有RS-232-C接口，因此，單片機通過RS-232-C口與PC機通信最方便，本實驗采用MAX232實現邏輯電平與RS-232-C電平的相互轉換。

圖1 壓力、溫度采集系統原理圖

圖2 下位機硬件電路

下位機電路如圖2所示。

2.2 下位機軟件框圖設計

圖3 下位機軟件框圖

3 上位機

[6]Visual Basic 6.0是一種功能強大、簡單易學的程序設計語言。它不但保留了原先Basic語言的全部功能，而且還增加了面向對象程序設計功能。它不僅可以方便快捷地編制適用于數據處理、多媒體等方面的程序，而且利用ActiveX控件MSComm還能十分方便地開發出使用計算機串口的計算機通信程序。本文正是利用了VB的MSComm控件實現了與下位機的串口通信，實現了對下位機采集到的壓力和溫度數據的讀取。具體的操作流程為，聲明一個動態數組，MSComm控件的Input屬性直接指定給GetByte數組中，接下來的LBound和UBound兩個函數的目的是取得GetByte數組的最小索引值和最大索引值，有了最大和最小索引值，就可以使用程序的自定方式將內容轉出來進行其他的運算，如此完成接受二進制數據的程序。接受到的數據按一定的順序存入C盤根目錄下文件名為PT.txt的文本中，完成數據的保存工作。

4 結論

基于STC89C52RC單片機的發動機尾氣參數采集系統可以成功地運用于發動機尾氣參數的檢測試驗中，此系統成本低，運行可靠，具有良好的應用價值。

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1009-0134(2010)11(下)-0029-02

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2010-08-27

張政（1974 -），男，江蘇淮安人，講師，碩士，研究方向為電子技術應用及網絡多媒體教育。