中心議題：

• 探討燃料開關測試係統的設計與實現

解決方案：

• 利用測試係統的電路實現
• 利用測試係統控製模塊

0 引 言

眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)能(neng)源(yuan)危(wei)機(ji)和(he)大(da)氣(qi)汙(wu)染(ran)是(shi)未(wei)來(lai)汽(qi)車(che)燃(ran)料(liao)所(suo)要(yao)解(jie)決(jue)的(de)最(zui)關(guan)鍵(jian)問(wen)題(ti)。為(wei)降(jiang)低(di)排(pai)放(fang)，緩(huan)解(jie)石(shi)油(you)能(neng)源(yuan)緊(jin)張(zhang)的(de)局(ju)麵(mian)，氣(qi)體(ti)燃(ran)料(liao)受(shou)到(dao)了(le)世(shi)界(jie)各(ge)國(guo)的(de)重(zhong)視(shi)和(he)推(tui)廣(guang)。大(da)量(liang)實(shi)車(che)試(shi)驗(yan)均(jun)證(zheng)實(shi)以(yi)天(tian)然(ran)氣(qi)(CNG)或液化石油氣(LPG)為燃料，發動機的NOx，總碳氫THC，CO及CO2的排放較汽油的排放汙染明顯減少，且大大節省了能源。

shuangranliaoqichejishudeguanjianzhiyishiyouheqizhuanhuankongzhi，ranliaokaiguanzhengshiyongyuyizidonghuoshoudongdefangshishixianranliaojiandeqiehuan
，qipinzhiyeguanxidaoqichedezhengtixingneng。benwensuozhenduideranliaokaiguanjuyouyixiadezhuyaogongneng：燃料切換
、燃料容量顯示、fengmingqibaojingyijizhishidengliangduguanyuhuanjingguangzhaoduzidongtiaojiedeng。weiquebaoranliaokaiguandezhiliangkongzhimanzuzuikekedeouzhouqichelingbujianzhiliangbiaozhun，ranliaokaiguanbixubaifenzhibaijinxingceshi。chuantongceshifangfashitongguoceshirenyuanshougongceshi，ceshisuduman
，shourenweiyinsuyingxiang，chacuolvxiangduijiaogao，chanpinzhiliangdebudaobaozhang。yushiyoubiyaoyanjiuyizhongnengyongjisuanjishixiandezidongceshixitong。benwenshejibingshixianleyizhongnengyongyuduiranliaokaiguanjinxingwanchenggongnengceshi、通訊速率自動測定並具有過壓自動保護能力的燃料開關自動測試係統。

該測試係統基於PC機和單片機P89LPC938，測試人員通過PC機ji向xiang測ce試shi係xi統tong發fa出chu測ce試shi命ming令ling
，由you單dan片pian機ji識shi別bie並bing處chu理li測ce試shi指zhi令ling，向xiang燃ran料liao開kai關guan發fa出chu相xiang應ying的de測ce試shi信xin號hao
，以yi測ce試shi對dui應ying性xing能neng。下xia麵mian將jiang對dui整zheng個ge係xi統tong及ji每mei個ge模mo塊kuai進jin行xing詳xiang細xi說shuo明ming分fen析xi。

1 燃料開關測試係統的組成及工作原理

該測試係統由電源模塊
、單片機P89LPC938控製模塊、通信接口模塊及電平轉換模塊組成
，圖1是測試係統的結構圖。
該測試係統的工作原理：測試人員在PC機界麵選擇要測試的項目，PC機通過串口將此命令發送給測試係統，經過RS 232-TTL電平轉換後，該指令送至單片機控製模塊，由單片機P89LPC938組zu成cheng的de控kong製zhi單dan元yuan識shi別bie所suo收shou到dao的de測ce試shi要yao求qiu後hou，從cong指zhi令ling集ji中zhong取qu出chu相xiang應ying的de命ming令ling信xin號hao以yi協xie定ding的de通tong信xin協xie議yi向xiang燃ran料liao開kai關guan發fa送song命ming令ling，如ru果guo燃ran料liao開kai頭tou能neng夠gou正zheng確que識shi別bie所suo收shou到dao的de命ming令ling
，它ta將jiang回hui送song應ying答da信xin號hao，同tong時shi執zhi行xing該gai命ming令ling所suo要yao求qiu的de測ce試shi項xiang目mu，如ru點dian亮liang不bu同tong的de指zhi示shi燈deng，發fa出chu不bu同tong音yin調tiao與yu音yin高gao的de報bao警jing聲sheng等deng。待dai每mei項xiang測ce試shi執zhi行xing完wan成cheng後hou
，結jie果guo回hui送song給gei單dan片pian機ji，單dan片pian機ji再zai經jing由you串chuan口kou將jiang此ci結jie果guo發fa送song給geiPC機進行存儲和顯示。

各模塊的作用如下：
電源模塊：由於不同芯片所要提供的電壓不同，且在此測試係統中，需要5 V及3．3 V，所以電源模塊的電路要產生不同的電壓提供給各芯片。

電平轉換模塊：實現PC機與單片機之間的RS 232電平至TTL電平轉換。

PC機顯示存儲模塊：測試人員通過PC機發送測試命令

，並將每個燃料開關的序列號及相應的各項功能測試結果顯示並保存。

通信接口模塊：benwensuozhenduideranliaokaiguanjinyouyigenxinhaoxian，zhinengshixianbanshuanggongtongxin，jiekoumokuaidegongyongjiushiyongyushixiandanpianjiquanshuanggongfangshiyuranliaokaiguanbanshuanggongfangshizhijiandezhuanhuan。

單片機控製模塊：是整個係統的核心部分，控製整個係統的測試進程。它要識別來自PC機的測試人員所發出的測試命令，判斷並執行相應功能的測試
；待測試結束，控製模塊要分析測試結果是否正常
，並反饋給PC機用於向測試人員顯示及數據自動入庫保存。
[page]
2 測試係統的電路實現

2．1 供電電路

不同芯片對供電電壓的要求也不同，本測試係統中，單片機P89LPC938所需的電壓為3．3 V


，而電平轉換芯片MAX232所需要的電壓為5 V，因此，電源模塊的設計要滿足需求，設計時就需要兼顧兩者
，外部隻需提供12 V電壓即可。圖2給出電源電路的電路圖，本係統選用LM7805和LM1117兩個穩壓器。 2．2 RS 232-TTL電平轉換電路

計算機串口是RS 232電平
，而一般的單片機應用係統的信號電壓是TTL電平或CMOS電平，不可以直接將單片機芯片上的串行通信引腳與RS 232的收發端相連接，必須作適當的電平轉換。目前市麵上有許多用於此目的的電平轉換芯片，本方案采用MAX232芯片。

2．3 單片機與燃料開頭之間的通信接口電路

通信接口模塊要實現的功能是接收單片機

P89LPC938fachudeminglingxinhaofasonggeiranliaokaiguan，tahaiyaojiangranliaokaiguanfankuidexinhaofasonggeidanpianji，congershixiantamenerzhezhijiandeshuangxiangtongxin。yibaneryan，danpianjidouhuiyouTX與RX二個端口，可以實現同時雙向通信功能，即能實現全雙工信息。但本文所討論的燃料開關外部僅有三條線：電源，地和信號線，這意味著TX／RX複用一條數據線，至多隻能實現半雙工串行通信。為了在測試係統與被測開關之間建立起可靠的通信聯係，必須設計一個全雙工／半雙工轉換電路。本文所提出的解決方案如圖3所示。 圖3中兩個二極管起保護作用

，若Fuel Switch輸入電壓過高，D1的嵌位作用會使RX端的電壓仍維持在5 V左右
，若Fuel Switch輸入電壓為負，D2的嵌位作用會使TX端的電壓仍維持在0 V左右。
 

當測試係統的TX端發送高電平時，A點為高電平，燃料開關Fuel Switch信號線也將接收到高電平，同時，測試係統的RX端也會接收到高電平。同理
，當測試係統的TX端發送低電平時
，燃料開關FuelSwitch信號線也將接收到低電平，同時
，測試係統的RX端也會接收到低電平。

當燃料開關向測試係統發送應答信息時，測試係統的發送端TX置高電平
，則接收端RX將收到燃料開關發送的信息。

如(ru)果(guo)燃(ran)料(liao)開(kai)關(guan)與(yu)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)同(tong)時(shi)發(fa)送(song)信(xin)息(xi)時(shi)將(jiang)出(chu)錯(cuo)，因(yin)此(ci)，測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)的(de)串(chuan)口(kou)是(shi)處(chu)於(yu)全(quan)雙(shuang)工(gong)狀(zhuang)態(tai)，而(er)燃(ran)料(liao)開(kai)關(guan)的(de)信(xin)號(hao)端(duan)是(shi)處(chu)於(yu)半(ban)雙(shuang)工(gong)狀(zhuang)態(tai)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)實(shi)現(xian)了(le)全(quan)雙(shuang)工(gong)至(zhi)半(ban)雙(shuang)工(gong)的(de)轉(zhuan)換(huan)。
[page]
3 測試係統控製模塊

控製模塊是整個測試係統的核心部分
，它利用單片機P89LPC938來控製測試係統。

P89LPC938有最少23個I／O口，選擇片內振蕩和片內複位時可多達26個I／O口；8輸入多路10位A／D轉換器；2個模擬比較器
，可選擇輸入和參考源；2個16位定時／計數器(每一個定時器均可設置為溢出時觸發相應端口輸出或作為PWM輸出)。

該模塊要完成的任務是對燃料開關的功能進行測試、過壓保護與監測以及頻率檢測。下麵對這三個部分做詳細講述。

3．1 燃料開關功能測試

上麵提到燃料開關的主要功能是燃料容量顯示、蜂鳴器報警，燃料切換及指示燈亮度調節等。要保證產品的質量
，需要對燃料開關進行全功能測試。

測試人員通過PCjixiangkongzhidanyuanfasonggongnengceshimingling，suoyouminglingzuchengleyigezhilingji，danpianjigenjujiancedaodeminglingxinhaolaipanduanxuyaoduichanpindenaxianggongnengjinxingjiance
，jucibazhixinggaigongnengdeminglingxuliefasonggeiranliaokaiguan。yinci
，meitiaozhilingxinxizhongyaobaohangaixianggongnengceshidequanbuxinxi。danpianjitongguotongxinjiekoudeTX發fa送song端duan向xiang燃ran料liao開kai關guan發fa送song上shang述shu命ming令ling序xu列lie，產chan品pin收shou到dao有you命ming令ling信xin號hao序xu列lie後hou，會hui先xian進jin行xing校xiao驗yan以yi確que保bao收shou到dao的de命ming令ling是shi正zheng確que的de。一yi旦dan確que認ren收shou到dao的de正zheng確que的de命ming令ling
，開kai關guan產chan品pin會hui反fan饋kui命ming令ling確que認ren信xin號hao給gei測ce試shi係xi統tong，測ce試shi係xi統tong因yin此ci可ke以yi確que定ding所suo發fa出chu的de命ming令ling序xu列lie已yi經jing被bei正zheng確que執zhi行xing
，從cong而er實shi現xian一yi些xie有you效xiao測ce試shi。

根據設計要求，一個命令序列由四個字節組成
，分別是CMD命令，數據D1，數據D2和校驗信號C。CMD命令用於標識需要執行的指令類型
，即是哪一項功能檢測，D1，D2提供執行該命令所必須的輔助數據，例如如果需要測試報警若能，數據字節可以用來指定以什麼頻率、音調、音高
、chixushijiandengcanshu，xiaoyanzijieyongyuranliaokaiguanquerengaiminglingxulieshifouyouxiaoyimiantongxincuowuzaochengwudongzuo。xiamianyiranliaorongliangxianshiweili
，geichuceshideguocheng：

(1)測試人員從PC 機通過串口向測試係統發送燃料容量顯示檢測信號。燃料開關是用多個LED燈指示燃料的容量
，“volume”代表容量測試命令。

(2)單片機P89LPC938通過串口接收到“volume”命令，從指令集中提取相應的指令信號。圖4給出單片機向燃料開關發出的一條燃料容量顯示指令。

CMD為0000 0001，表明此指令為燃料容量顯示功能測試指令。當對蜂鳴器報警功能進行測試時，CMD為0000　0010
；對燃料切換功能進行測試時，對應的CMD為0000 0011
；對指示燈亮度調節功能進行測試時，CMD為0000 0100等
，它們在開關設計時就做出了約定。D1為0000 1000
，表示對LED4進行測試
，即D1的每個位對應一個LED，置1時表示對相應的LED進行測試。該字節對於不同的測試內容具有不同的意義
，如對蜂鳴器報警功能測試時
，D1指示蜂鳴器報警次數，即0000 0101表示報警5次；對燃料切換功能測試時D1為0或1，分別代表一種燃料；在指示燈亮度調節功能測試時D1又被用於表示顯示元件的亮度
，如1111 1111表示最大亮度。

D2通常會是對D1所指對象量的進一步規定。對於圖4所示的燃料容量測試
，D2的值為0000 1001表示LED4將閃爍9次。其他測試狀態也相似，例如對蜂鳴器報警功能而言，D2表示對蜂鳴器基頻信號的分頻數。C是校準字節
，0000 0001表示對數據D1
，D2做異或處理。 (3)單dan片pian機ji將jiang上shang述shu命ming令ling信xin號hao發fa送song給gei燃ran料liao開kai關guan的de信xin號hao端duan，通tong過guo校xiao驗yan

，燃ran料liao開kai關guan判pan斷duan信xin號hao是shi否fou有you效xiao，如ru果guo有you效xiao就jiu會hui將jiang單dan片pian機ji發fa送song來lai的de信xin號hao進jin行xing處chu理li後hou重zhong新xin發fa送song給gei單dan片pian機ji作zuo為wei測ce試shi指zhi令ling已yi經jing被bei確que認ren的de反fan饋kui。若ruo無wu效xiao，將jiang放fang棄qi此ci次ci測ce試shi。

(4)測試人員判斷LED功能完好後可以通過PC機保存測試結果。

其他功能測試的實現與上述過程相仿，不再贅述。

3．2 過壓保護

燃料開關外部需+12 V電壓供電，經產品內部電源電路轉化為+5 V電dian壓ya給gei單dan片pian機ji提ti供gong電dian壓ya
，因yin此ci如ru果guo其qi電dian源yuan電dian路lu出chu現xian故gu障zhang，或huo受shou到dao汽qi車che內nei其qi他ta電dian器qi設she備bei的de電dian壓ya幹gan擾rao使shi提ti供gong給gei單dan片pian機ji的de電dian壓ya過guo高gao，或huo由you於yu其qi他ta形xing式shi的de製zhi造zao缺que陷xian，都dou有you可ke能neng使shi被bei測ce開kai關guan的de電dian源yuan異yi常chang
，這zhe會hui損sun壞huai燃ran料liao開kai關guan，進jin而er損sun壞huai與yu相xiang連lian接jie的de測ce試shi係xi統tong。因yin此ci
，需xu要yao設she計ji一yi個ge過guo壓ya保bao護hu與yu檢jian測ce電dian路lu，檢jian測ce燃ran料liao開kai關guan內nei的de單dan片pian機ji的de電dian源yuan電dian壓ya，當dang此ci電dian壓ya正zheng常chang時shi(+5 V±2％)，測試係統可以繼續對其檢測，但當此電壓過高
，則自動切斷燃料開關的外部電源，達到保護燃料開關的目的。圖5即為該保護電路。 測試係統外部由+12 V電源供電

，雙二極管D1的作用是防止電壓反接

；由於汽車內幹擾很多
，雙三極管T1構成一個鉗位電路，使T2的集電極電壓穩定在+12 V左右；Z1為電源芯片，提供+13 V電壓
；T2是電源電路的開關三極管，當基極為高電平
，POWER端輸出+12 V左右，當基極為低電平，POWER端輸出為0 V；三極管Q1控製T2的基極電壓，即控製了整個電源電路的通斷
，當Q1基極為高電壓，三極管Q1導通
，則T2的基極為低電壓

，T2斷開，POWER輸出電壓為0 V，當Q1基極提供低電壓
，三極管斷開
，T2基極電壓為+13 V
，T2導通，則POWER輸出端提供+12 V電壓。POWER輸出端連接到燃料開關的電源端。
[page]
將燃料開關的電源電路輸出端引出，連接到單片機P89LPC938的AD06轉換口，不斷檢測此電壓值，由於P89LPC938的工作電壓為+3．3 V
，而燃料開關的電壓最小為0 V

，最大為+11 V，所以要將此電壓用電阻分壓後再進行轉換。這裏選用100 Ω和470 Ω的電阻，則AD06端最小輸入為0 V
，最大輸入為+2．1 V
，不超過單片機的工作電壓，在被測為+5 V時，AD06輸入端電壓為0．877 V
，單片機通過比較，判斷被測電壓是否為安全電壓。若為安全電壓，單片機的I／O口P2．7置0
，即保護電路的Q1基極為低電平


，保護電路導通，可以正常對燃料開關進行測試；若被測電壓高於+5 V，單片機將P2．7腳置1，則保護電路斷開，燃料開關立即斷電
，由於通電時間較短

，不會對燃料開關造成損害。

3．3 頻率檢測

燃ran料liao開kai關guan是shi以yi數shu字zi通tong信xin方fang式shi與yu其qi他ta組zu件jian進jin行xing協xie同tong工gong作zuo的de，異yi步bu通tong信xin的de工gong作zuo頻pin率lv則ze取qu自zi其qi中zhong單dan片pian機ji的de內nei部bu時shi鍾zhong，由you於yu製zhi造zao離li散san度du及ji環huan境jing溫wen度du等deng的de影ying響xiang，實shi際ji的de工gong作zuo頻pin率lv會hui發fa生sheng漂piao移yi。為wei確que保bao通tong信xin的de可ke靠kao性xing，需xu要yao確que認ren燃ran料liao開kai關guan工gong作zuo在zai適shi當dang的de頻pin率lv範fan圍wei內nei
，故gu需xu要yao對dui其qi實shi際ji的de通tong信xin頻pin率lv檢jian測ce與yu確que認ren。要yao測ce試shi時shi鍾zhong信xin號hao的de頻pin率lv，可ke以yi通tong過guo測ce試shi一yi定ding區qu間jian內nei脈mai衝chong的de個ge數shu來lai實shi現xian，測ce試shi時shi間jian越yue長chang，精jing度du越yue高gao。本ben測ce試shi係xi統tong用yongD觸發器和單片機的計數、定時功能來完成此檢測。圖6即為此頻率檢測電路。 係統選用由兩個D觸發器集成的芯片74AHC74，其工作性質如表1所示。隻用其中一個D觸發器，其時鍾脈衝由單片機P89LPC938提供，將被測時鍾TEST CLK連接到1D端，1Q端接至單片機的計數器T0端，T1作為定時器使用。 開始測試時，測試人員設置測試時間，即設置T1的計數值(取1 s)
，係統時鍾SCK作為D觸發器的時鍾脈衝，在SCK的上升沿檢測TEST CLK的信號，如果1Q／T0為0→1，說明被測波形為一次上升沿，當1Q端再次檢測到0→1，即為TEST CLK一個周期。計數器T0在每個下降沿加1，計下1 s內下降沿個數即可求出T0的de頻pin率lv
，從cong而er求qiu得de被bei測ce頻pin率lv。在zai計ji數shu的de開kai始shi或huo結jie束shu時shi可ke能neng會hui丟diu掉diao一yi個ge周zhou期qi

，會hui對dui頻pin率lv的de推tui算suan帶dai來lai誤wu差cha

，但dan由you於yu計ji數shu的de基ji數shu很hen大da，這zhe個ge誤wu差cha可ke以yi忽hu略lve不bu計ji。

4 結 語

運行結果表明，該係統可以準確識別PCjifachudemingling
，bingfasonggeiranliaokaiguan，xitongyekeyijieshoudaoranliaokaiguandeceshijieguo。gaiceshixitongrenjijiemianyouhao，caozuofangbian
，jiancekuaisu，bingdadatigaoleceshixiaolvyuchanpinhegelv。