基于dsPIC30F6010A的通用型油耗仪输出信号接口设计

谢东坡，周 亮，张仪栋

（重庆车辆检测研究院 国家客车质量监督检验中心/国家摩托车质量监督检验中心，重庆 401122）

基于dsPIC30F6010A的通用型油耗仪输出信号接口设计

谢东坡，周 亮，张仪栋

（重庆车辆检测研究院 国家客车质量监督检验中心/国家摩托车质量监督检验中心，重庆 401122）

针对油耗仪输出TTL信号或输出正交信号的不同情况，提出一种基于dsPIC30F6010A正交编码器接口的通用型油耗仪输出信号接口模块设计方案，给出了其具体的软硬件实现。实践结果证明，该模块可以方便、准确地采集两类油耗仪输出信号。

dsPIC30F6010A单片机；正交编码器接口（QEI）；油耗仪；TTL信号；正交信号

1 引 言

汽车燃油经济性是其综合性能的重要方面。对汽车进行燃油经济性测试既是相关国家标准的要求，也是汽车生产企业进行产品研发测试的重要环节。鉴于此，如何对汽车燃油消耗性能进行准确、方便的测试是一个值得深入探讨的问题[1-5]。重庆车辆检测研究院自主开发的汽车综合性能测试仪（CGM06）就是对汽车动力性、制动性、ABS性能、操纵稳定性、燃油经济性等进行测试的高性能仪器。CGM06系统有主控模块、汽车性能获取模块和人机交互3部分组成。其基本工作原理是：各个汽车性能获取模块通过外接传感器（或二次仪表）获取相关汽车性能参数，经CAN总线发送给主控模块，主控模块对收到的各种汽车综合性能信息进行处理打包，最后通过Internet发送到人机交互模块，从而实现人机交互。在该系统中，对汽车油耗信息的获取思路是选择合适的传感器（需配合信号调理模块）或常见油耗仪（取其输出信号），通过相应的接口设计将其连接到汽车性能获取模块上，其结构示意图如图1所示。

图1 汽车油耗信息获取方案

图1中方案2的接口常需要复杂的信号调理电路，其设计难度大，测试精度不高。方案1中，因油耗仪（包含信号调理模块）输出信号即为标准TTL信号（如德国考休斯·达特朗的DFL3x-5bar型油耗仪）或正交信号（如日本小野的MF2200型油耗仪），其测试精度高，单种信号接口设计相对简单[6-7]。目前针对单种油耗仪输出信号的接口设计比较常见，而未见针对两种油耗仪输出信号的通用型接口设计，该文就是讨论一种通用型油耗仪输出信号接口的设计（即图1中方案1中的接口设计）。

2 通用型油耗仪接口模块的设计与实现

2.1 dsPIC30F6010A的正交编码器接口（QEI）

文中通用型油耗仪输出信号接口模块的设计，是基于dsPIC30F6010A单片机的正交编码模块（QEI）完成的。dsPIC30F6010A单片机上QEI的工作特性包括[8-9]：

2.2 硬件设计与实现

dsPIC30F6010A单片机最小系统是进行通用型油耗仪输出信号接口设计的基础，dsPIC30F6010A单片机最小系统包括电源系统、时钟系统、调试接口、复位系统等[10]。系统电源采用宽电压输入（9～39V）ZY2405WHBD-3W电源模块，其输出为+5V；系统采用8MHz的外部晶振，配合PLL（x8）可以得到运行频率。另外，硬件系统还应包含CAN接口，以方便和主控模块实现通信，这里选用CAN隔离首发模块以提高系统可靠性。系统的硬件结构框图如图2所示。

图2 系统硬件结构框图

前面提到QEI共有3个输入通道，分别为两相信号（QEA，QEB）和索引脉冲输入（INDX）。在这里将油耗仪输出的两路正交信号分别接QEA和QEB，将油耗仪输出的TTL信号接INDX，另外还需要将油耗仪输出信号和该系统共地。

2.3 软件设计与实现

系统的软件设计主要包括系统的初始化和应用程序的编写。

系统初始化主要是将QEA和QEB引脚初始化为正交编码器模式，而将INDX引脚初始化为电平变化检测模式，并对正交信号进行相应的滤波设置。主要代码如下：

系统应用程序主要是分别实现对正交信号的计数和TTL脉冲的计数，通过读取正交编码器接口（QEI）的位置计数器POSCNT的值可以获得正交信号的计数，对TTL脉冲的计数则是通过对INDX引脚的输入电平变化中断计数完成的，其中断函数如下：

2.4 系统调试实验及分析

使用重庆车辆检测研究院开发的综合性能测试仪进行油耗仪接口测试，该系统中的人机交互为装有测试软件的微型笔记本电脑，在测试软件中将1mL流量的脉冲数设为1500。

利用模拟信号对设计的接口模块进行功能性验证：使用信号发生器TTL输出信号模拟油耗仪输出的TTL信号，即将TTL输出信号和信号发生器的地分别接INDX和GND，测试结果如表1所示；使用旋转式光电编码器的输出信号模拟油耗仪的输出信号，其每旋转一圈产生1 000个正交脉冲，编码器的输出信号A、B分别接QEA、QEB，并为编码器提供5V供电，其测试结果如表2所示。

由表1可知，以信号发生器TTL输出频率为1.5 kHz为例，有系统设置（1500个脉冲代表1mL流量）可得瞬时流量为3600mL/h，即3.6L/h，系统运行60 s，则总油耗为60mL，可见测试结果与理论值相一致。

表1 TTL信号测试结果

表2 正交信号测试结果

在表2中，以编码器旋转6为例，其对应的脉冲数为6000，则有系统设置（1500个脉冲代表1mL流量）可知，其对应的总油耗理论值为0.004 0 L，与实际测试值一致。

由以上分析可以看出，该油耗仪接口本身的精度很高。另外，该油耗仪接口模块经多次车辆实测和对比试验，其测试性能稳定，测试精度符合油耗仪对接口模块的精度要求，达到了预期设计要求。

3 结束语

基于dsPIC30F6010A单片机正交编码器接口的通用型油耗仪输出信号接口模块设计方法，使用软件对不同管脚的功能配置实现，硬件实现简洁，可靠性高，通用性强，完全符合法规实验、研发实验等试验的要求。目前，该油耗仪接口设计已经应用在了重庆车辆检测研究院自主开发的汽车综合性能测试仪（CGM06）上，效果良好。

[1]张翠云，黄 键.智能型快速油耗测试仪的设计[J].福建农林大学学报：自然科学版，2006，35（5）：549-554.

[2]曹 飞.电喷电控发动机汽车的燃油经济性检测[J].客车技术与研究，2008（3）：52-54.

[3]刘一鸣.两用燃料发动机燃气ECU点火系统软件设计[J].车用发动机，2009（4）：24-28.

[4]张 涛，孙立军.内燃机车随车油耗仪的研究[J].仪器仪表学报，2005（2）：152-156.

[5]程大海，康会峰.基于嵌入式系统的内燃机车油耗仪的设计[J].铁路计算机应用，2009，18（7）：35-36.

[6]MF2200型油耗仪用户使用手册[Z].

[7]DFL3x-5bar型油耗仪用户使用手册[Z].

[8]dsPIC30F系列参考手册[Z].Microchip Technology Inc.，2005.

[9]dsPIC6010A 数据手册[Z].Microchip Technology Inc.，2007.

[10]刘和平.dsPIC通用数字信号处理控制器原理及应用-基于dsPIC30F系统[M].北京：北京航天航空大学出版社，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

谢东坡（1984-），男，河南商丘市人，硕士，主要从事汽车检测技术研究。