郭帅等
摘 要：该设计利用了单片机技术开发研制了汽车智能控制节油。通过对汽车的档位、油门踏板位置和汽车即时速度的采集和处理，分析车的行驶状态，自动调节汽车供油量，充分利用汽车的惯性能行驶，减少不必要的油料供给，减轻了驾驶者的负担，更达到节油环保的目的。设备工作可靠，自动化程度高，预计节油率大于10%。
关键词：单片机；油门；89C51；速度检测；节油
前言
当前，国内外对节能汽车方面的研究大多是改进传统发动机，采用代替燃料，研制高效发动机（直喷式柴油机），提高传动效率，通过改进汽车外形降低空气阻力，同时也运用了像温度传感器，大气压力传感器，氧气传感器等一些灵敏的传感器进行数据收集，然后通过微型处理器根据发动机的不同工况计算出喷油量进行节约油量[1]。这些智能控制技术已经相当发达，并形成了一套相当完善的汽车节能理论。
但由于驾驶技术的不成熟，猛加油次数和急速起步，以及频繁刹车会产生大量不必要的油料供给，根据资料显示，猛加油比轻缓加油多消耗30%的油量，急速起步一次会多耗油10ml，中速行驶不滑行比中速行驶多滑行多耗油30%，中等吨位的汽车以滑代刹一次节油50ML。汽车满载在平坦良好的路面上行驶，发动机的负荷率仅达到40～50%，例如东风EQ1090E汽油车满载时加速滑行的节油率达16.72～11.81%，空载时节油率为22.37～21.32%[6]。
本研究旨在通过采集汽车的档位、油门踏板位置和汽车的即时速度，通过单片机微控制器自动调整汽车的供油量充分利用汽车的惯性能行驶，减少不必要大的燃油消耗，提高汽车的负荷率，达到节约燃油的目的。
1 研究方案及实现方法
1.1 研究方案
研究中汽车的档位信息、油门踏板位置和汽车的即时速度，分别通过传感器采集得到相应的数字或模拟信号，经过信号处理模块整理得到可靠的数字信号，最终传输给单片机进行处理分析。单片机经过处理分析后对油量控制模块发送信号，从而自动调整油量供给。因此信号的采集与处理和微处理程序的设计与编制是研究的重点。
在程序设计中，油量调节的依据主要是根据以下方法实现，单片机通过采集到的汽车油门踏板深度和档位信息，得出在当前状态下汽车的理论速度V0，当采集到的即时车速V逐渐升值理论速度V0后，同时保持在5s内汽车的油门踏板深度和档位并没有发生变化，则单片机发出信号，控制阀门工作，将油量供给调制最低，此时汽车在惯性的作用继续在一定的速度下前进，但车速逐渐降低，当即时车速V降至V1时（V0大于V1），单片机再一次向阀门发出信号，阀门恢复供油管路的畅通，正常供油后车速逐渐上升，直至回到V0，当车速在V0的状态下保持至少5s后，单片机再次向阀门发出信号，停止供油，如此反复。
1.2 相关硬件和软件的选取
该研究为设计的探索阶段，因此采用电动试验车代替内燃机车，相应的油量供给由电压供给来代替。相应的实验器材和软件由以下几个部分构成：（1）多功能试验车；（2）并行开关组（模拟档位）；（3）滑动变阻器（模拟油门踏板深度）；（4）欧姆龙旋转编码器（用于采集即时速度）；（5）0804 A/D转换器；（6）AT89C51单片机；（7）Proteus软件（进行编程和电路的前期模拟实验）；（8）导线、辅助材料等。该研究的成品如图1所示。
2 信号的采集与处理
该研究采集信号包括油门踏板位置、档位位置和即时速度三组信号，其信号的产生和采集方法如下。
2.1 油门信号
油门踏板信号采用滑动变阻器分压来模拟踏板深度，在一个20欧姆的滑动变阻器两端加6伏直流电压，通过改变滑动变阻器的阻值，就可以产生一个连续的电压信号，以模拟供油量的大小。通过A/D转换模块转换成数字信号，传输给单片机的P0口。单片机通过接收到的数字信号，对其数值进行分类编码，为后期档位与油门的组合匹配出理论速度做好准备。
2.2 档位信号
档位信号采用通断开关来模拟档位位置，研究中主要测试汽车二档、三档、四档、五档四个档位，因此采用四个通断开关，利用其通断状态来模拟档位的接入和退出，且同一时间段只能有一个开关是接通的，由于各自均接5V电压，因此产生的电压通断信号直接送入单片机的P2.0，P2.1，P2.2，P2.3四个端口连接，如图2 所示。考虑到开关通断的信号抖动问题，在软件编制中对四个管脚采集的信号进行软件去抖处理。采集到的稳定档位信号与油门编码信号进行组合，重新进行分类编码处理，通过组合编码计算对应的理论速度V0，存入相应的储存单元，为后期与实际速度V比对做好准备。
2.3 速度信号
研究中的速度信号的采集采用光电开关实现，实验车车轮每转一圈就会采集六个脉冲信号，此脉冲信号通过单片机的定时器/计数器P3.4（T0）口传给单片机，单片机在每接收一个脉冲信号就会产生一个中断申请，根据定时器T1检测两脉冲信号之间的时间间隔，记为t，设试验车车轮半径为d，则可计算出试验车的行进速度v为：
试验车即时速度V与通过油门踏板和档位信息计算的理论速度V0进行比对，并根据档位和油门踏板的稳定性等综合考虑，对满足节油条件的行驶状态进行油量供给智能调节。
3 程序实现方法
3.1 程序流程图如图3。
3.2 程序结构及实现方法
单片机启动，开始运行主程序，初始设置和赋初始值，其主要操作是，设置IE中断允许，设置中断优先，设IP，并设置TCON，TMOD定时计数器触发方式；以及TH，TL装载初值TH1 #00H .TL1 #00H .，这一步让计数器的高八位与低八位的初始值为零，然后赋值TH0 #0FFH .TL0 #0FFH这一步是为了T0寄存器的高八位与低八位初始值为零；当速度信号的第一个脉冲来时，T0寄存器溢出，主程序中断，保护断点，执行中断程序，计数器TH0.TL0开始计数，使TR1为1，断点恢复，执行主程序；当第二个脉冲来时，此时TR1为1，计数器停止计数，假设计数定时器时间为t，并将计数器定时器TH1.TL1计时值分别送入28H，29H单元；因为该设计的光电开关有六个孔，即汽车每转一圈产生六个脉冲，所以可得出实际速度为：
档位编码是将档位信号送至P2.0～P2.3，单片机接收并储存数字信号至32H单元，油门信号编码是将由A/D转换器产生的油门信号送至单片机P1口，单片机接收到信号后对其进行比较编码，并将编码存储到33H单元；当油门和档位信号接收完后，将32H，33H单元的档位，油门编码进行整合，再次对整合码进行理论速度值比较查找，并将速度理论值存储到R6寄存器中，这样就可以得出理论速度。
当得出理论与实际速度后将它两进行比较，若实际速度小于等于理论速度时，端口P0.0无信号。一旦实际速度大于理论速度，端口P0.0有信号，油门断开。一直这样不断执行程序，通过接收到的速度，档位和油门信号，核算出实际与理论速度，并不停的比较，这样就可以保持汽车的速度再理论的速度上运行。
该产品经多数次的调试与改进，最终满足了目标要求。
4 结束语
根据仿真和实物最终调试检测，该系统可接收速度信号、档位信号、油门踏板信号，并根据采集到的数据，进行计算分析，最终实现在不影响汽车正常行驶的条件下对汽车的供油量进行智能控制，达到节油环保的目的。至此该研究的技术问题已基本解决，功能也达到预期效果。
目前的研究对诸如外界电磁信号和电机震动等产生的外部干扰信号没有进行屏蔽保护，会对系统的稳定性有一定的影响。为此后续研究仍需要找一些有关克服这些影响的方法，增强系统的稳定性。最终实现将该系统装载在真正的汽车上，让其到达节油降耗的最终目的。
参考文献
[1]贺展开，龚晓艳.汽车传感器的检测[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2]陈礼 ，杜爱民，陈明.汽车节能技术[M].北京：人民交通出版社，2005.
[3]祖国海，高宏伟.汽车修理工国家职业资格证书取证问答[M].北京：机械工业出版社，2006.
[4]陆际清，刘峥，庄人隽.汽车发动机让聊供给与调节[M].北京：清华大学出版社，2002.
[5]谢龙汉，莫衍.电子电路设计及仿真[M].北京：电子工业出版社，2012.
[6]熊云，胥立红，钟远利.汽车节能技术原理应用[M].北京：中国石化出版社，2006.
[7]刘和平，刘跃，鲁顺昌.单片机原理及应用[M].重庆：重庆大学出版社，2001.
[8]Microchip company.PIC16F87X DATA SHEET[M].2001.
[9]Kaneko y，Kobayashi h，Komagome r，et al.Effect of Air-fuel Ratio Modulation on[Z].
作者简介：郭帅（1992-），男，机械与动力工程学院机制专业2011级在读本科生。
*通讯作者：姜忠爱（1980-），男，机械与动力工程学院教师，从事机电一体化研究。
档位编码是将档位信号送至P2.0～P2.3，单片机接收并储存数字信号至32H单元，油门信号编码是将由A/D转换器产生的油门信号送至单片机P1口，单片机接收到信号后对其进行比较编码，并将编码存储到33H单元；当油门和档位信号接收完后，将32H，33H单元的档位，油门编码进行整合，再次对整合码进行理论速度值比较查找，并将速度理论值存储到R6寄存器中，这样就可以得出理论速度。
当得出理论与实际速度后将它两进行比较，若实际速度小于等于理论速度时，端口P0.0无信号。一旦实际速度大于理论速度，端口P0.0有信号，油门断开。一直这样不断执行程序，通过接收到的速度，档位和油门信号，核算出实际与理论速度，并不停的比较，这样就可以保持汽车的速度再理论的速度上运行。
该产品经多数次的调试与改进，最终满足了目标要求。
4 结束语
根据仿真和实物最终调试检测，该系统可接收速度信号、档位信号、油门踏板信号，并根据采集到的数据，进行计算分析，最终实现在不影响汽车正常行驶的条件下对汽车的供油量进行智能控制，达到节油环保的目的。至此该研究的技术问题已基本解决，功能也达到预期效果。
目前的研究对诸如外界电磁信号和电机震动等产生的外部干扰信号没有进行屏蔽保护，会对系统的稳定性有一定的影响。为此后续研究仍需要找一些有关克服这些影响的方法，增强系统的稳定性。最终实现将该系统装载在真正的汽车上，让其到达节油降耗的最终目的。
参考文献
[1]贺展开，龚晓艳.汽车传感器的检测[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2]陈礼 ，杜爱民，陈明.汽车节能技术[M].北京：人民交通出版社，2005.
[3]祖国海，高宏伟.汽车修理工国家职业资格证书取证问答[M].北京：机械工业出版社，2006.
[4]陆际清，刘峥，庄人隽.汽车发动机让聊供给与调节[M].北京：清华大学出版社，2002.
[5]谢龙汉，莫衍.电子电路设计及仿真[M].北京：电子工业出版社，2012.
[6]熊云，胥立红，钟远利.汽车节能技术原理应用[M].北京：中国石化出版社，2006.
[7]刘和平，刘跃，鲁顺昌.单片机原理及应用[M].重庆：重庆大学出版社，2001.
[8]Microchip company.PIC16F87X DATA SHEET[M].2001.
[9]Kaneko y，Kobayashi h，Komagome r，et al.Effect of Air-fuel Ratio Modulation on[Z].
作者简介：郭帅（1992-），男，机械与动力工程学院机制专业2011级在读本科生。
*通讯作者：姜忠爱（1980-），男，机械与动力工程学院教师，从事机电一体化研究。
档位编码是将档位信号送至P2.0～P2.3，单片机接收并储存数字信号至32H单元，油门信号编码是将由A/D转换器产生的油门信号送至单片机P1口，单片机接收到信号后对其进行比较编码，并将编码存储到33H单元；当油门和档位信号接收完后，将32H，33H单元的档位，油门编码进行整合，再次对整合码进行理论速度值比较查找，并将速度理论值存储到R6寄存器中，这样就可以得出理论速度。
当得出理论与实际速度后将它两进行比较，若实际速度小于等于理论速度时，端口P0.0无信号。一旦实际速度大于理论速度，端口P0.0有信号，油门断开。一直这样不断执行程序，通过接收到的速度，档位和油门信号，核算出实际与理论速度，并不停的比较，这样就可以保持汽车的速度再理论的速度上运行。
该产品经多数次的调试与改进，最终满足了目标要求。
4 结束语
根据仿真和实物最终调试检测，该系统可接收速度信号、档位信号、油门踏板信号，并根据采集到的数据，进行计算分析，最终实现在不影响汽车正常行驶的条件下对汽车的供油量进行智能控制，达到节油环保的目的。至此该研究的技术问题已基本解决，功能也达到预期效果。
目前的研究对诸如外界电磁信号和电机震动等产生的外部干扰信号没有进行屏蔽保护，会对系统的稳定性有一定的影响。为此后续研究仍需要找一些有关克服这些影响的方法，增强系统的稳定性。最终实现将该系统装载在真正的汽车上，让其到达节油降耗的最终目的。
参考文献
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[5]谢龙汉，莫衍.电子电路设计及仿真[M].北京：电子工业出版社，2012.
[6]熊云，胥立红，钟远利.汽车节能技术原理应用[M].北京：中国石化出版社，2006.
[7]刘和平，刘跃，鲁顺昌.单片机原理及应用[M].重庆：重庆大学出版社，2001.
[8]Microchip company.PIC16F87X DATA SHEET[M].2001.
[9]Kaneko y，Kobayashi h，Komagome r，et al.Effect of Air-fuel Ratio Modulation on[Z].
作者简介：郭帅（1992-），男，机械与动力工程学院机制专业2011级在读本科生。
*通讯作者：姜忠爱（1980-），男，机械与动力工程学院教师，从事机电一体化研究。
