汽车油耗管理系统低功耗数据采集电路的设计　汽车油耗管理系统低功耗数据采集电路的设计木ｅＤｅｉｎｏ　ｗ－ｏｒＤａａＡｃｕｓｔｏ　ｒｕＴｈ　ｓｇ　ｆＬｏｐｗｅ　ｔ　ｑｉｉｉｎＣｉｃｔｉｎＡｕｏｔｖ　ｕｌＭｎｇｍｎ　ｙｔｍｉ　ｔｍｏｉｅＦｅ　ａａｅｅｔＳｓｅ苏　强　凌卫青赵荣泳（Ｉ上同济大学ＣＭＳ研究中心，海０８４２１０）摘要：各行业对产品的功耗方面的技术指标要求越来越严格。如何实现汽车油耗随着集成电路的发展，管理系统低功耗数据采集电路是一个不可忽视的核心问题。基于汽车油耗管理系统设计了一种通过脉冲控制采更并　集且更节能、环保的低功耗数据采集电路，简要地分析了其降低能耗的原理。关键词：低功耗集成电路数据采集节能减排０．９９．ｓｎ１０８．０２０１０１ＤＯＩ：１３６／Ｊｉｓ．０７—００ｘ２１．．４ｔａｔｔ　ｈｅｄｖｌｐｎ　ｆｉｔｇａｅ　ｉｃｉｓｈ　ｎｕｔｙｉ　ｒ　ｔｉｇｎ　ｎｔｃｎｃｌｒｑｉｅｎｓｏＡｂｓｒｃ：Ｗｉｈｔ　ｅｅｏｍｅｔｏ　ｎｅｒｔｄｃｒｕｔ，ｔｅｉｄｓｒ　ｓｍｏｅｓｒｎｅｔｉ　ｅｈｉａ　ｅｕｒｍｅｔ　ｆｈ　ｏｒｃｎｕｔｏ　ｆｔｅｐｒｄｔｈ，ｈ　ｃｒ　ｓｕｓｃｎｎｔｂ　ｉｎｒｄｓｈｗ　ｔ　ｃｉｖ　ｏｐｏｒｆｅｔｅｐｗｅ　ｏｓｍｐｉｎｏ　ｈ　ｏｕｃ．Ｔｕｓｔｅｏｅｉｓｅ　ａ　ｏ　ｅｇｏｅ　ｉ　ｏｏａｈｅｅｌｗ—ｗｅ　ｕｌｏｓｍｐｉｎｃｒｕｉｎｄｔ　ｃｕｓｔｏ　ｎｇｍｅｔｓｓｅ　ｓｄｏ　ｕｏｔ　ｕｌｍａａｅｎ　ｙｔｍｖｈｓｐｐｅｃｎｕｔｏ　ｉｃｔｉ　ａａａｑｉｉｉｎｍａａｅｎ　ｙｔｍ．Ｂａｅ　ｎａｔｍｏｉｅｆｅ　ｎｇｍｅｔｓｓｅ，ｔｉ　ａｒｅｉｎｄ　ｏｐｗｅ　ｄｔ　ａｑｉｉｎｉｃｉｉ　ｗｉ　ｐｌｅｏｔｏｌｄ，ｗｈｃ　ｉ　ｍｏｅｎｒｙｅｃｅｔａｄｄｓｇｅ　ａｌｗ—ｏｒａａｃｕｓｔｏ　ｃｒｕｔｔｈｕｓ　ｃｎｒｌｅｉｈｓｉｒｒ　ｅｅｇ－ｆｉｎ　ｎ　ｍｏｅｎｉ０ｍｅｔｌｙｆｉｎｌ　Ｂｅｉｅ，ａｂｉｆａｌｓｓｏ　ｔ　ｏｒｅｅｇ　ｏｓｍｐｉｎｗａ　ａｅｉ　ｈｓｐｐｒｅＶｒｎｎａｌ　ｒｅｄｙ．ｓｓｄｓ　ｒｅ　ｎａｙｉ　ｆｉｌｗｅ　ｎｒｙｃｎｕｔｏ　ｓｇｖ　ｎｔｉ　ａｅ．　ｙｗｏｄｓｏｐｗｅ　ｏｓｍｐｉｎｎｅｒｔｄｃｒｕｔ　ａａｃｌｅｔｏ　ｎｒｙｓｖｎＫｅ　ｒ：ｌｗ—ｏｒｃｎｕｔｏ　ｉｔｇａｅ　ｉｃｉｄｔ　ｏｌｃｉｎｅｅｇ　ａｉｇ　０引　言１油量数据采集电路的原理环集成电路产业发展的总体趋向于节能、保、　所图１示为汽车油耗管理系统油量数据采集电路通安全等方面，功耗也逐渐成为集成电路产业的　原理图。汽车的油量是一个非电物理量，过传感器低再热门话题。电子电路的设计对低功耗的要求也越　将其转化为一个连续的模拟电压信号　，经由放大很而来越高，多领域对产品的功耗方面的技术指标　器将此电压信号转化为系统的可测量范围内，后通／也提出了越来越严格的要求¨因而在汽车油耗　过ＡＤ转换器转换为数字量输入到单片机内，　，由单片管理系统中如何实现低功耗也成为了本文设计数　机实现对其数据进行处理和存储　。图中心是回路电源为汽车的２据采集电路要考虑的重要因素。本文基于汽车油　限流保护电阻，４Ｖ直流工作电源。Ｒ　是一个可变电阻，耗管理系统设计脉冲式采集电路来实现数据低功　为汽车油量传感器的电阻，其值由油箱　耗采集。通常阻值在几十Ｑ至几百Ｑ之间。不内的油量值决定，基０Ｄ１０３０；１Ｊ１１２０；｝金项目：上海市节能减排科技支撑重大项目（９Ｚ２３０）上海市科委基础研究重点项目（０Ｃ４５０）上海市制造１ＤＺ１２０。业信息化专项（０１２４２）　９６年生，士研究生。研究方向为产品创新开发。作者简介：苏　强１８硕　凌卫青９３年生，士生导师，１７硕　副研究员。研究方向为产品创新开发。赵荣泳９６年生，士研究生，师。研究方向为企业信息化。１７博讲　６　１．２７机电一体化ｌ０２１ｐｌｔｎ．ｏｍｎａｏ　陋畹—因圈ｉｉｃｃｉＡｐａｏＣｍｕｉｔｎｌ因而对应Ｒ两端产生的同的油量值对应不同的电阻值，　Ｒ两电压也不同，　端的电压就是对油箱中油量值的反这就实现了从油量信号这一非电物理量到电压信号映，其的转变。不同型号的传感器，阻值的范围极限值又有国所不同　。目前，内车辆以使用电磁式燃油传感器为关于传感器等相关知识这里不再详细赘述。多见，　单片机图１油量数据采集电路原理图２低功耗采集电路的设计若温车在上述电路中，实现对汽车气压、度、速等其信息的采集，能耗和电路工作所产生的热量不可忽考视。因此，虑到节能减排及生产安全等因素，现在油如量数据采集电路（图１所示）的基础上对电路加以改进。改进后的电路如图２所示。设计一个脉冲信号源使通过一个开关电路对电源加以控制，直流电源变为０ｌｌ　１０１０２２０２０３　４４　３０３０５／Ｔｍｓ图３采样控制脉冲信号图本为了解决上述误差问题，文提出的解决方案是把将这个脉冲引入数据采集电路，它接入单片机的一／通／／个ＩＯ口，过判断该ＩＯ口是否为高电平来确定ＡＤ本值的有效性。为了便于说明问题，文假设将该脉冲引入单片机的Ｐ１口（１０。在单片机假设此端口为Ｐ．）需要判断Ｐ．对油量数据进行采样时，１０口是否处在高电平：／使若在高电平状态则ＡＤ值视为有效，单片机若对其进行读操作；处于低电平则单片机不对其进行仍这样就解决了上述任何操作，然等待高电平的到来，　误差问题。其工作流程如图４所示。一４Ｖ的脉冲电源，个２这样由于低电平时电源不工作，就降低了电路的能耗。图３所示为脉冲信号源的３个周期为１０ｍ，电平持续１　ｓ低电平持续周期，０　ｓ高０ｍ，０　ｓ１０ｍ。值得注意的问题是此单片机能否对油量数据进行最小误差的正常采集。因为脉冲处于低电平状态ＡＤ转换器读取转换的数据是０如果这时单片机时，／，那对采集电路进行采样，么它所处理的油量数据和存储的油量值显然不能真实反映油箱内的油量值，这就　大大增加了油量数据采集电路工作的相对误差。图４低功耗采集电路工作流程图在采样过程中，冲正跳变（由需要注意的是，脉即低电平升至高电平）．　８以确保高电平时需要延时０７ｍ进入稳定状态，而不是由于其他原因引起的脉冲瞬时从而进一步减少误差。此外，ＡＤ进行采样读跳变，对／１０口的高电平状态判断都可以通过对取操作和对Ｐ．图２低功耗采集电路原理图　单片机的编程来实现。０２１Ｉ２１．　机电一体化＿７７汽车油耗管理系统低功耗数据采集电路的设计３能耗分析　）Ｗ两者在工作时的电阻相等。由式（可得出　这由于电子电路的具体功耗分析比较复杂，里不１　对各类功耗进行具体分析，．９即只是简单地对两者工作时　９ｏ％，经过改进后的电路比改进前的电路节省简的能耗进行粗略的、单的对比分析。我们采取电路　９．１能耗。０９的　级功耗估计方法来分析。由于输入电压电流可以准温度等信息的采集也采用本文若对汽车的气压、且故则节省的能耗还是比较可观确测量，周期较小，采取电路模拟的方法来　设计的低功耗采集电路，　实现　。要说明的是，文采用近似模拟线性电路的。此外，本４Ｖ对的分析方法来分析２　电源的电路能耗，于信号ａ＿　等ｖ１　０ＴＰ＝Ｊ＝开关隔离电路等微安级电路产出的能耗未予以源、　考虑。ｐ其中，Ｖ。　——表示　时间内的平均功率；。——表示４结语　　输入初始电压；——表示输入初始电流。　本文简要地介绍了油耗管理系统数据采集电路，故考虑到集成电路的非线性等特性，上式用来计并在此基础上设计了一种由脉冲控制的低功耗数据采　算模拟电路的功率。但本文所描述的两种采集电路，低集电路。通过简单的近似对比分析，功耗数据采集在脉冲的一个周期（ｌ　ｓ内Ｔ＝１０ｍ）由于电源是直流电电路比未经改进的油耗管理系统数据采集电路节能电流较小，源，由此可以近似地将电路等效为线性电０．％８８１路　。对于前者所述采集电路，。汽其工作电压为Ｕ（４Ｖ直流电源）电流为，，车２，。。。对于低，其功率Ｐ＝Ｕ，；参考文献由于也是采用汽车２功耗采集电路，不４Ｖ直流电源，难　［１］吴少军，光斌．用低功耗设计——原理、件与应用　刘实器计算出在一个周期Ｔ内，有效值为Ｕ＝其２Ｕ，。其［．０２３Ｍ］北京：人民邮电出版社，０．／１￣１［汽Ｍ］北北２］庄继德．车电子控制系统工程［．京：京理工大１９．学出版社，９８　：２２功率为Ｐ＝Ｕ１＝　Ｕ。设前者电路能耗为　。　，１√１［汽Ｄ］上３］霍振兴．车燃油绩效管理系统的设计与开发［．２１．海：同济大学，０１　低功耗采集电路能耗为　，。所电路电阻为Ｒ，以在同４］汽Ｍ］北［　姜立标．车传感器及其应甩［．京：电子工业出版Ｔ＝ｌ　）两者的能耗比为个周期（１０ｍ８内，一２１．社，００Ｕ２　Ｕ２一　堡［５］黄智伟．功耗系统设计：理、件与电路［．京：低原器Ｍ］北Ｐ　２，　Ｒ　Ｒ　电子工业出版社，０１２１．　。１（）Ｗｌ　　Ｐ１ＴＵｔ１ＩＵ１　Ｕ１一　堕１Ｒ１　Ｒｌ　Ｒ１可近由于两者的电路结构均未改变，以　似地认为［Ｅ　Ｙ—ＨＮ，ＣＯＢ　．ＰｗｒＣｎｅｓｎＣｒｕｓ６］ＬＥＫＵＣＡ　Ｈ　ＯＨｏｅｏｖｒｏ　ｉｉｉｃｔｏ　ｔｍｏｉｅａｌｇｔＵｓｎ　ｘｌａｙｎｎｇｒａｆｒＡｕｏｔｖ　Ｈｅｄｉｈ　ｉｇＡｕｉｉｒ　Ｗｉｄｉ．Ｋｏｅａｎｐｎｉ，０—１９—０２６２Ｐ．１９．ｅｎＰｔｔｅｄｇ１９９０９４［］９９（上接第５　２页）　基［２］何广忠．于焊接位置数学模型的变位机逆运动学算法Ｊ．机械工程学报，０６４（）８９．［］２０，２６：６—１　　［３］康艳军．曲线焊缝弧焊机器人和变位机之间协调运动的Ｊ．电气技术与自动化，０，（）７—７．研究［］０４２５３１：６９　［丁刘Ｍ］北京：械工业４］熊有伦，汉，恩沧．机器人学［．机９３　出版社，１９．　林［５］戴鸿滨，三宝．典型曲线焊缝的焊接变位机运动规划Ｊ．焊接．０５３：０３［］　２０（）３—３．　谈张［６］曲道奎，大龙，春杰，等．双机器人协调控制系统［］Ｊ．机器人，９，３３：９１　１９１（）６—１．８　１．２７机电一体化ｌ０２１