基于dsPIC30F6010A的通用型油耗儀輸出信號接口設計

謝東坡，周 亮，張儀棟

（重慶車輛檢測研究院 國家客車質量監督檢驗中心/國家摩托車質量監督檢驗中心，重慶 401122）

基于dsPIC30F6010A的通用型油耗儀輸出信號接口設計

謝東坡，周 亮，張儀棟

（重慶車輛檢測研究院 國家客車質量監督檢驗中心/國家摩托車質量監督檢驗中心，重慶 401122）

針對油耗儀輸出TTL信號或輸出正交信號的不同情況，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接口模塊設計方案，給出了其具體的軟硬件實現。實踐結果證明，該模塊可以方便、準確地采集兩類油耗儀輸出信號。

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

1 引 言

汽車燃油經濟性是其綜合性能的重要方面。對汽車進行燃油經濟性測試既是相關國家標準的要求，也是汽車生產企業進行產品研發測試的重要環節。鑒于此，如何對汽車燃油消耗性能進行準確、方便的測試是一個值得深入探討的問題[1-5]。重慶車輛檢測研究院自主開發的汽車綜合性能測試儀（CGM06）就是對汽車動力性、制動性、ABS性能、操縱穩定性、燃油經濟性等進行測試的高性能儀器。CGM06系統有主控模塊、汽車性能獲取模塊和人機交互3部分組成。其基本工作原理是：各個汽車性能獲取模塊通過外接傳感器（或二次儀表）獲取相關汽車性能參數，經CAN總線發送給主控模塊，主控模塊對收到的各種汽車綜合性能信息進行處理打包，最后通過Internet發送到人機交互模塊，從而實現人機交互。在該系統中，對汽車油耗信息的獲取思路是選擇合適的傳感器（需配合信號調理模塊）或常見油耗儀（取其輸出信號），通過相應的接口設計將其連接到汽車性能獲取模塊上，其結構示意圖如圖1所示。

圖1 汽車油耗信息獲取方案

圖1中方案2的接口常需要復雜的信號調理電路，其設計難度大，測試精度不高。方案1中，因油耗儀（包含信號調理模塊）輸出信號即為標準TTL信號（如德國考休斯·達特朗的DFL3x-5bar型油耗儀）或正交信號（如日本小野的MF2200型油耗儀），其測試精度高，單種信號接口設計相對簡單[6-7]。目前針對單種油耗儀輸出信號的接口設計比較常見，而未見針對兩種油耗儀輸出信號的通用型接口設計，該文就是討論一種通用型油耗儀輸出信號接口的設計（即圖1中方案1中的接口設計）。

2 通用型油耗儀接口模塊的設計與實現

2.1 dsPIC30F6010A的正交編碼器接口（QEI）

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

2.2 硬件設計與實現

dsPIC30F6010A單片機最小系統是進行通用型油耗儀輸出信號接口設計的基礎，dsPIC30F6010A單片機最小系統包括電源系統、時鐘系統、調試接口、復位系統等[10]。系統電源采用寬電壓輸入（9～39V）ZY2405WHBD-3W電源模塊，其輸出為+5V；系統采用8MHz的外部晶振，配合PLL（x8）可以得到運行頻率。另外，硬件系統還應包含CAN接口，以方便和主控模塊實現通信，這里選用CAN隔離首發模塊以提高系統可靠性。系統的硬件結構框圖如圖2所示。

圖2 系統硬件結構框圖

前面提到QEI共有3個輸入通道，分別為兩相信號（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分別接QEA和QEB，將油耗儀輸出的TTL信號接INDX，另外還需要將油耗儀輸出信號和該系統共地。

2.3 軟件設計與實現

系統的軟件設計主要包括系統的初始化和應用程序的編寫。

系統初始化主要是將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模式，并對正交信號進行相應的濾波設置。主要代碼如下：

系統應用程序主要是分別實現對正交信號的計數和TTL脈沖的計數，通過讀取正交編碼器接口（QEI）的位置計數器POSCNT的值可以獲得正交信號的計數，對TTL脈沖的計數則是通過對INDX引腳的輸入電平變化中斷計數完成的，其中斷函數如下：

2.4 系統調試實驗及分析

使用重慶車輛檢測研究院開發的綜合性能測試儀進行油耗儀接口測試，該系統中的人機交互為裝有測試軟件的微型筆記本電腦，在測試軟件中將1mL流量的脈沖數設為1500。

利用模擬信號對設計的接口模塊進行功能性驗證：使用信號發生器TTL輸出信號模擬油耗儀輸出的TTL信號，即將TTL輸出信號和信號發生器的地分別接INDX和GND，測試結果如表1所示；使用旋轉式光電編碼器的輸出信號模擬油耗儀的輸出信號，其每旋轉一圈產生1 000個正交脈沖，編碼器的輸出信號A、B分別接QEA、QEB，并為編碼器提供5V供電，其測試結果如表2所示。

由表1可知，以信號發生器TTL輸出頻率為1.5 kHz為例，有系統設置（1500個脈沖代表1mL流量）可得瞬時流量為3600mL/h，即3.6L/h，系統運行60 s，則總油耗為60mL，可見測試結果與理論值相一致。

表1 TTL信號測試結果

表2 正交信號測試結果

在表2中，以編碼器旋轉6為例，其對應的脈沖數為6000，則有系統設置（1500個脈沖代表1mL流量）可知，其對應的總油耗理論值為0.004 0 L，與實際測試值一致。

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多次車輛實測和對比試驗，其測試性能穩定，測試精度符合油耗儀對接口模塊的精度要求，達到了預期設計要求。

3 結束語

基于dsPIC30F6010A單片機正交編碼器接口的通用型油耗儀輸出信號接口模塊設計方法，使用軟件對不同管腳的功能配置實現，硬件實現簡潔，可靠性高，通用性強，完全符合法規實驗、研發實驗等試驗的要求。目前，該油耗儀接口設計已經應用在了重慶車輛檢測研究院自主開發的汽車綜合性能測試儀（CGM06）上，效果良好。

[1]張翠云，黃 鍵.智能型快速油耗測試儀的設計[J].福建農林大學學報：自然科學版，2006，35（5）：549-554.

[2]曹 飛.電噴電控發動機汽車的燃油經濟性檢測[J].客車技術與研究，2008（3）：52-54.

[3]劉一鳴.兩用燃料發動機燃氣ECU點火系統軟件設計[J].車用發動機，2009（4）：24-28.

[4]張 濤，孫立軍.內燃機車隨車油耗儀的研究[J].儀器儀表學報，2005（2）：152-156.

[5]程大海，康會峰.基于嵌入式系統的內燃機車油耗儀的設計[J].鐵路計算機應用，2009，18（7）：35-36.

[6]MF2200型油耗儀用戶使用手冊[Z].

[7]DFL3x-5bar型油耗儀用戶使用手冊[Z].

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

[9]dsPIC6010A 數據手冊[Z].Microchip Technology Inc.，2007.

[10]劉和平.dsPIC通用數字信號處理控制器原理及應用-基于dsPIC30F系統[M].北京：北京航天航空大學出版社，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，主要從事汽車檢測技術研究。