加油站自动加油控制器设计(共47页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上加油站自动加油控制器设计摘要石油是当前最重要的能源，它的精确计量对国民生产和生活都有非常大的意义，加油站加油机的人工智能化已经成为势在必行的趋势。针对加油机所要实现准确计量，自动加油等功能，采用W78E516BP专用芯片设计了系统的计量电路，采用两片EEPROM来存储数据及LCD显示屏来直观了显示数据。在硬件设计的基础上，为完成通信需求，设计了相应的通信协议，并采用了C语言开发了系统各个模块的软件部分，以实现其各部分的功能。本设计的控制器准确度高，重复性达标，具有较高的稳定性和一致性。在加油过程中能清晰的显示单价、总油量以及总钱数，最终完成了系统设计要求。关键词:单片

2、机,自动加油机,计量微处理器The Design of Gas Station Automatic Oiling ControllerABSTRACT Oil si the most important source of energy. The accurate measurement of oil has a great significance to the national production and lif, so the gas tankers of artificial intelligence has become the inevitable trend. For refu

3、eling tanker to realize accurate measuring,automatically and other functions. This issue using special W78E516BP microprocessor chips design the measuring circuit of the system,and the block two slices of EEPROM is used to store data and the LCD display intuitive to display data. On the basis of the

4、 hardware desing,in order to complete the communication protocols and uses C language to develop the software part of system modules, to realize the function of each part.The design of high accuracy measurement of the microprocessor, repeatability standard, with higher consistency and stability. In

5、the refueling process it can clearly show the unit price, total oil quantily and total amount,which can well meet the design requirements. Key words: microcomputer, automatic refueling, measures microprocessor专心-专注-专业目 录1. 绪论1.1自动加油机的背景及意义1.1.1背景科学技术的飞速发展和新的技术革命,使运输业面临三大问题的挑战,即网络化、知识化和服务化,以及由此带来的复杂化

6、,而加油站加油的滞后导致运输业发展的不平衡1。因此将系统论、信息论和控制论为核心的系统科学思想和方法融入加油站的加油系统不仅是加油站发展的必由之路,更是整合运输业迅速发展的快捷之路,实现加油站加油系统的自动化,已经成为了发展运输业的必然要求。当前,我国正在大力推进国民经济和社会的信息化进程。而石油和化学工业(下文简称“石化”)是我国国民经济的支柱产业。石化的发展将有力地支撑和推动我国经济的发展2。石化行的业发展规模与效益是关系我国国民经济增长的重要因素之一,中国石化自动化十五 规划中明确指出,要以信息化带动自动化,应用信息技术改造、提升石化产业,提高信息技术应用水平。国家信息化领导小组指出:“

7、坚持面向市场,寻求主导,能为了信息化而搞信息化,要按照国民经济和社会发展的客观需要推进信息化；要用市场的办法发展信息哈；不能搞没有效益的信息化,更不能搞花架子”。但是,当今中国石化行业的信息化相对比较落后,尤其是加油站。我国大多数加油站没有实现自动化,这消耗的大量的人力、物力和财力,按一个加油站六个人计算，每人工资2000算，一个月就得支出工资12000元。还不包括吃饭与住宿的费用。一年我国光这一方面支出约100亿元。这些完全是没有必要的消耗,如果将这些资金用于改进加油站自动加油系统,那么我国加油站的发展将迎来新的机遇与挑战。基于这样的背景下,加油站实现加油自动化已经成为发展国民经济的迫切需要

8、。1.1.2意义加油站是整个石化产业对外营销的窗口。我国现有加油站9.3万座,山西省内在册加油站就有3318座,。而自动加油站却只有区区的150座，只占山西省加油站总数的4.5%。试想一下,如果将这些加油站全部实现自动化会有怎样的意义呢?通过自动化生产、测量、显示、控制等工具,这不仅可以代替人的体力劳动,而且可以代替人的脑力劳动。 加油站自动加油系统的出现,可以实现对加油站加油过程的全自动化,司机通过加油卡或现金直接进行加油操作,加油机可以通过司机赋予的信息自动对汽车进行加油操作,并直接显示汽油的单价加油量和总钱数。这将可将加油站原有工作人员的数量从6人减至12人,从而节约了大量的人力、物力和

9、财力。本系统能很好的提供自动加油服务,具有很好的针对性、科学性及合理性,避免了盲目11。自动加油系统与传统的加油系统相比具有很大的优势:(1)使用方便,结算快捷,提高工作效率。该系统为广大用户省去了在排队等待？使用现金、清算、开票的时间,提高了加油站的工作效率,同时为用户提供了更加方便快捷的服务,提高了企业的服务水品。(2)有利于企业加强经营管理。目前一些工作人员及加油站为了谋取私利,一般不向公司回笼结算,而是按低于国家规定的零售价格二次向市场销售,由于目前没有相应法规的约束,企业无法也无权查处,严重地影响了单位经营利益。另外,所属加油站的个别工作人员也利用油品的售价和低价购进的价差,私自串通

10、,损公肥私。采用自动加油系统后可以有效的杜绝此类情况的发生。(3)与国际接轨,面向国际化。我国自加入WTO以来,经济发展迅速,而运输业却存在一定的短板,尤其是加油站的发展。该系统的广发运用将进一步促进我国与世界的交流,促进我国运输业的迅猛发展与壮大。总而言之,加油站自动加油系统的研发与运用对现如今的经济发展有着不可过量的促进作用,对从事成油销售和加油服务的企业均具有重要的意义。1.2国内外研究现状1.2.1国内现状由于我国的汽车工业起步较晚,加油站技术还处在比较楼后的局面。截止2005年底我国的自动油站数量几乎为零。不仅如此,在一些边远山区还有相当数量的传统式人工手摇加油站。加油难、加油慢、计

11、量不准等问题造成大都市里排长队加油的怪现象。这不仅制约了石化产业的生产,也直接或间接的影响了其他与石化相关行业的发展。因此,成品油销售常常被称为石化行业的软肋和瓶颈。我国加入WTO以来,中国国内成品油市场面临与国际市场全面接轨,所以中国国有石油公司在油品零售市场的经营理念、营销方式和技术水平上将与国际石油公司全方位碰撞。比照美国,中国的油品零售行业效率尚有较大差距。中国车用油需求量约为5600亿升/年,是美国车用油品消费量的1/8,但是增长非常迅速。目前,加油站平均单站油品销售量仅为50万升/月,只是美国的1/10,因此成品油零售效率亟待进一步提高。到2012年底,中国共有加油站9.3万座。在

12、技术装备方面,目前的加油站技术条件有限甚至完全没有技术设施基础,液位仪安装比例小于1.5%,自动加油机更是少之又少,就整个太原市而言,自动加油站只有区区的10座11。因此,很多加油站还是人工操作、人工结算、人工统计,此外,正在运营中的加油站中尚有为数不少的机型属机械式加油机,无法对其实施自动化的加油监控和管理,对储油罐也没有采用自动计量、监控系统,加油站透、漏油现象比较严重。因此,加油站管理混乱,效率低下,损失严重。基于这种现状,实现加油站自动加油系统是必要的。1.2.2国外现状自动加油技术在国外已有百年的生产、应用历史。进入90年代以来,面对世界石化工业日益激烈的竞争,全方位降低成本,提高经

13、济效益，已成为国外各大石化公司孜孜以求的目标。对成本最低化的追求推动了加油站自动化和信息化的进程。随着世界跨入21世纪,石化工业也步入成熟期。经济的全球化和知识经济时代的到来,使石化工业扩大了市场,提高了技术水平,但同时也使竞争变得更加激烈,赢利空间逐渐变少。加油站自动加油系统在西方发达国家已经达到了更高的技术水平。一般每个加油站有6个加油口,只需要2人轮流值班即可经营。而大量的自动加油机则吸引了更多的客户，只要司机持有IC卡即可自己加油,加油站按国际规范建设,一般司机自主加油,只要2分钟时间即可搞定。加油站技术的更新强化了石化企业的竞争能力。国外发达国家加油站大部分实现了自动加油,能够在各地

14、实现购油、结算等统一业务3。比如美国的加油站技术含量就很高,80%以上的加油站安装有POS(中控)机和液位仪等设备,其中70%以上的加油站安装了维得路特公司的液位仪和管理系统来监测油罐。运用网络管理加油站的进、销、存、付使运营效率大大提高,并减少了油品损失。高技术和信息化的普遍的应用使美国出现了很多无人加油站,大约有85%的加油站采用了自动式油和结算。2.系统总体设计2.1加油机的基本概念加油机是为机动车添加燃油的一种自动测量系统。功能是指加油机中测量变换器应能正确生成脉冲信号，经计量微处理器将计量数据真实、可靠、安全的传输到监控微处理器4。该数据经过监控微处理器处理后存入存储器，并同时送到显

15、示器。当在实现过程中出现错误时，加油机应被自动锁定，即不能进行加油工作。测量变换器是流量计的组成部分，其主要功能是将被测流体的流量转变成机械的或者电的信号，传输给计数器。计数器是流量计的组成部分，它按测量变换器的输出信号进行计数，也可以存储在寄存器中，以备使用5。自动加油机的原理是泵吸取地下储油罐的燃油，经油气分离器分气再入测量变换器，经电磁阀及加油枪排除。测量变换器输出轴的角位移量经传感器转换成相应的电脉冲信号，由电子计数指示装置显示所输燃油的累计体积量。若为机械计数式加油机，则测量变换器输出轴的角位移可直接经机械计数指示装置显示燃油体积6。潜泵加油机的泵源设在储油罐的燃油中，可向多台测量变

16、换器输送燃油，再经油枪排出，计数指示装置同含泵加油机。 一般情况下自动加油机由油泵、油气分离器、流量计（测量变换器及计数显示部分）、加油枪、电子系统（控制、传输、操作、显示）及电气、管路、报警器、机架外罩等部分构成。特别需要说明的是加油机是处在易燃易爆危险场所工作的输油设备，所以加油机电气电子部件及线路连接都必须按国家防爆标准制造并取证，以确保产品安全。如图2.1所示,当自动加油机开始工作时,汽油在油泵作用下,流经油管、油泵、流量计、出油电磁阀、出油管、最后进入油枪,实现加油任务。其中流量计负责将加油量转变为脉冲信号,经光电隔离后送往单片机,脉冲个数的多少与加油量流速的快慢基本上呈线性关系,只

17、要对脉冲个数技术即可达到加油计量的目的7。另外,加油机中的油泵电机和出油电磁阀是在单片机的控制下同步动作的,即电机开关的同时电磁阀也开关。加油机工作原理框图如图2.1所示。油管、油泵输出接口单片机光电隔离流量计LED显示输入控制报警器数据保护输出控制图2.1加油机工作原理2.2自动加油机总体设计思路自动加油机电脑装置主要由传感器模块、控制模块、电源模块、显示模块、键盘及键盘显示模块等组成。计量微处理器是控制器的核心，计量微处理器和监控微处理器通过通讯接口协调工作，控制加油机的正常运行。定量加油时首先通过键盘输入加油定量值，计量微处理器将数据传送至监控微处理器进行直通显示，然后计量微处理器自动启

18、动电机和大小阀；监控微处理器检测到测量变换装置正常工作时再打开电机和小阀电机和小阀是由计量微处理器、监控微处理器共同控制的8。电机驱动油泵加油，流量计转动通过传感器，产生计数脉冲信号(每个脉冲信号代表一定体积的油液)，此时计数脉冲信号输入到计量微处理器，经过整形运算和定值变换后，有关数据存储到计量存储器中，同时显示加油数据。国内外现有的加油机的计量微处理器大部分是由单片机(89C2051,80C32, 87C52等)构成，外加油量检测电路、电机启停控制电路、键盘处理电路(如MM74C922 )、显示电路(如NJU6433 LCD驱动器)、数据存储电路、日历时钟电路(如MC68HC68T1, D

19、S 1302, DS 12C887等)、串行通信电路等9。控制器的系统框图如图2.2所示主控芯片存储模块晶振时钟电路传感器模块继电器串口通信显示模块键盘图2.2系统框图2.3自动加油机控制器的要求燃油加油机属于计量器具。加油机应具备基本的存储数据功能、实时数据显示及可控操作的配套硬、软件。2.3.1存储器加油机应有存储器存储数据。存储器应固定牢固，存储数据不易改写和丢失；存储容量应保证正确记录、完整保存和安全传输有不可拆卸；数据要完整可靠。2.3.2专用通信口加油机应有供相关检查人员读取（但不能改写）存储器中数据的接口。单机工作时需有IC卡传输方式（用IC卡读取存储器中数据），联网时应具有通信

20、传输方式，并采取措施保证信号数据的安全性。2.3.3软件软件是加油功能得以实现的重要组成部分，以简单实用为基本原则。涉及数据存储功能的程序应采取严格的加密措施，使其不能被复制和更改。2.3.4显示屏设计上应方便阅读所显示的数码和字符，并实时显示数据，其显示内容应包括加油量、单价、金额和税额。2.4加油机的使用性能1.计量准确度高。通过使用表明，在一般情况下，加油机每百升误差仅在±0.3%之间，加装电磁比例阀后的加油机，准确度能达到±0.1%，这大大提高了加油机的准确度。2.自动清零功能。当需要进行加油操作时，油枪提起的瞬间，加油机显示屏的信息在短时间内能迅速清零，这克服了原

21、始机械加油机回零速度慢的缺点，缩短了加油时间，提高了工作效率。3.输入数据简明。自动加油机的键盘采用优质的薄膜，键盘上的字符清晰可见，在按键时伴有语音提示，这在很大程度上较低了错误操作率。4.显示性能优越。显示屏包括单价(元/L)、加油量(L)、金额(元)3项内容。在方便加油站工作的同时，也为顾客的付款提供了透明度。这也给加油员提供了定量操作的方便，加油员可以直接通过显示屏清楚的了解到操作信息。各窗口均采用先进的背光源显示，做到即使在夜晚使用也能清晰的读出显示屏显示的各种数据。3. 自动加油机控制器的硬件设计自动加油机控制器包括控制模块、时钟模块、传感器模块、主显示模块、键盘及显示模块、电源模

22、块。下面分别对控制器的各个模块进行分析介绍。3.1控制模块控制模块主要由计量微处理器、监控微处理器、存储器、监控微处理器与计量微处理器通信接口12。3.1.1计量微处理器计量微处理器是自动加油机的指挥中心，控制着加油机所有功能的实现。在加油过程中，接收测量变换装置传来的脉冲信号，并对信号进行处理后发送到监控微处理器。计量微处理器的功能有芯片W78E516BP来实现13。W78E516BP是一个8位的微处理器，它有内在可编程系统MTP-ROM的8位微控制器。它的指令集与8052芯片完全兼容W78E516BP包含一个64K字节的主存MTP-ROM和一个4K字节辅助MTP-ROM, 512字节的RA

23、M；四个8位双向位地址输入/输出口；还有一个附加的4位可编程端口P4；三个16位定时/计数器；一个串行口；具有2个优先级，8个中断源。W78E516BP内的MTP-ROM允许程序内存被编程并允许读操作。一旦代码被确认，用户可以保护代码的安全。W78E516BP微控制器有二个工作模式，空闲模式和低电压模式。两者是可以通过软件选择的。空闲模式关闭时钟处理器，但是允许外围设备的连续操作，低电压模式停止晶振以达到最低耗电量。外部时钟可以随时停止，在任何状态都不影响处理器。3.1.2存储电路因为加油机的特殊情况，对数据存储的要求较高，所以主板上用了两片EEPROM来存储数据。AT24C01和AT24C0

24、2分别是1K和2K容量的串行12C的EEPROM。它们的时钟线(SCL)连至计量CPU的P1.6, AT24C01的数据线(SDA )连接至计量CPU的P 1.3 , 24C02的数据线(SDA)连接至计量CPU的P3.514。加油过程中的加油数据如单价、本次加油量、加油金额、加油系数、提前关机量、提前关阀量等都需要及时存入EEPROM，为了确保数据的存放安全，将数据同时存放在AT24C01和AT24C02中。对AT24C01和AT24C02的读写操作要符合 IC协议，每次读写之前要对AT24C01和AT24C02送一个字节的命令字，下一字节为读写的地址:若为读操作，命令字为十六进制数OATH

25、，然后读出数据，可一次读出8个字节；为写操作，命令字为十六进制数OAOH，在地址字节之后直接送出要写入的数据。在实际电路中，计量处理器还扩展了8k的RAM芯片6264，它是随机存取储存器，计量微处理器所计算的加油数据会实时的存入RAM 6264中，以防治在加油过程中断电，加油数据丢失，该芯片外加电池供电，使其断电时加油数据不丢失，加油结束将完整数据存入AT24C01和AT24C02。由于外带电池，在突然断电时，它具有保护数据不丢失的功能，每次启动加油机，它会自动检测比较当次加油量与上次加油量相关数据，所以它还具有判断上次关机是否正常关机的功能15。存储器受监控微处理器的唯一控制，能记录至少7年

26、的数据，具有完善的掉电保护功能，在瞬时掉电时可保证加油数据的安全存放，还具有良好的抗干扰能力，可以确保数据在高温、低温、潮湿、风沙、粉尘、油气污染、强电磁干扰、强辐射等恶劣条件下正常存入和读取16。存储器功能由芯片AT45DB021来实现，该芯片是串行SPI的EEPROM，容量为1024页，每页264字节，具有硬件数据保护功能，工作电压为2.7V-3.6V，工作频率最高为20MHz。存储器容量应按每条枪不低于128kB的标准选用，以SPI接口与监控微处理器互连。3.1.3监控微处理器与计量微处理器通信接口通讯接口专为计量微处理器与监控微处理器之间的通讯提供信道和缓冲区。此接口的通讯通过监控微处

27、理器芯片上的四条接口线S1, S2, S3和S4来完成，其中S1为时钟线，S2为数据线，S3和S4为握手线17。计量微处理器发出请求命令，监控微处理器分析并执行相应的操作，通过握手线来提供应答信号。监控微处理器在空闲时置S3和S4为高电平，此时，计量微处理器可发送命令。当把命令从第一字节最高位到最后字节最低位的128位数据(长度不足补0)准备好后，计量微处理器置低S3。监控微处理器发现S3为低时，在锁定S3为低电平的同时先把S4也置低，再由S1发送移位脉冲，从S2逐位读取命令数据位。在完成接收并验证无误后，监控微处理器将S3置高，通知计量微处理器己接收完毕，随即执行该命令，此时S4仍保持低电平

28、状态。当执行完毕后将S4也置高。等待接收和执行下一条命令。命令与数据在计量微处理器时钟的控制下送入两片64位移位寄存器HCF4517的输入端，将128位数据全部移入后，再在监控微处理器时钟的控制下将数据送入S2，完成数据的传递。计量微处理器通过通信接口与监控微处理器进行命令和数据的传递。3.2时钟电路根据实际情况需要，主控板上计量微处理器连接一片时钟芯片，选取了时钟芯片DS1302 。DS1302是一款带有256个字节的时钟/日历芯片，地址和数据通过IZC总线传输。在每次对数据字节的读写操作后，内建的字地址寄存器自动增加。内置的32.768KHZ的振荡器和RAM的前8个字节用于时钟旧历和计数器

29、功能；下来的8个字节可用作报警寄存器或当作RAM来使用。剩下的240个字节都作为RAM由用户自由支配18。该芯片有以下特点:(1)可作为IBM AT计算机的时钟和日历；(2)与MC B, DS 1287的管脚兼容；(3)自带晶体振荡器及电池；(4)可计算到2100年前的秒、分、小时、星期、日期、月、年七种日历信息并带闰年补偿；(5)用二进制码或BCD码代表日历和闹钟信息；(6)有12和24小时两种制时，12小时制时有AM和PM提示；(7)可选用夏令时模式；(8)可以应用于MOTOROLA和INTEL两种总线；(9)数据/地址总线复用；(10)内建128字节RAM, 14字节时钟控制寄存器，11

30、4字节通用RAM；(11)可编程方波输出；(12)总线兼容中断(/IRQ中断请求输出)；(13)三种可编程中断:时间性中断，可产生每秒一次直到每天一次中断；周期性中断122ms到500ms；时钟更新结束中断。在无外部电源供电条件下能正常走时7年以上。3.3传感器模块传感器模块的作用是把固定体积油液按一定比例转换成脉冲个数。工作时，流量计在排出固定体积油液的同时，通过输出轴带动传感器内分度盘旋转，分度盘上的30(或60>个透光孔依次通过光槽，使光敏导电管和9014三极管不断地导通、截止，从而输出计数脉冲信号19。传感器板是测量变换器的重要组成部分，它由两个光槽、丁一几个9014(三极管NP

31、N型)及若干个电阻和电容组成。图3.1为传感器板电路图。图3.1传感器板电路图电流经发光二极管使二极管发光，光敏导电管得到光照导通，9014三极管基极b因高电平导通，电流经9014电阻R11、三极管集电极、发射极e到地，N4为低电平；隔断发光二极管与光敏导电管之间的光路，光敏导电管因失去光照而截止，导致9014三极管基极b低电平截止，N4变为高电平。N3产生电流信号的原理与N4相同。工作时，流量计在排出固定体积油液的同时，通过输出轴带动传感器内分度盘旋转，分度盘上的30(或60)个透光孔依次通过光槽，使光敏导电管和9014三极管不断地导通、截止，从而使N3与N4交替向主板发出计数脉冲信号。脉冲

32、计数是电脑加油机主板电路的主要工作，脉冲计数的准确程度关系到整个加油机加油的准确度。传感器输出的两路脉冲有一定的相位差，根据此两路信号可判断分度盘的正转与反转，并由此判断出油的流向，及时发现漏油的情况21。经现场测定，在最大流速时，脉冲频率约为70HZ，占空比约为50%,频率较低。根据这种实际情况，采用定时查询的方法来对脉冲进行计数。可以定时5毫秒对口线扫描，对脉冲计数。若长期扫描未发现有脉冲，可根据实际情况做出判断(如是否是定量加油数已到或已经挂枪或电机停止转动等)做出相应的处理22。3.4主显示模块LCD本身不发光只是调节光的亮度。此次使用的LCD显示器是利用液晶的扭曲向列制成，这是一种电

33、场效应，夹在两片导电玻璃电极间的液晶经过一定处理，它内部的分子呈90度的扭曲，当线性偏振光透过，其扭曲结构消失，其旋光作用也消失，偏振光便可以直接通过；当去掉电场后液晶分子又恢复其扭曲结构；把这样的液晶置于两个偏振片之间，改变偏振片的相对位置(正交或平行)就可得到白底黑字的显示形式23。LCD七段显示器除了A-G这七个笔画之外，还有一个公共电极COM。它可用静态方式驱动，也可用动态方式驱动。前者加直流信号，后者加交流信号，由于加直流信号将使LCD的寿命减少，故通常均采用动态驱动方式10。当加在笔划(A-G)中某个电极上的方波和公共电极(COM)上的方波信号相同时，相对电压为零，则该笔划段不显示

34、，当加在某笔划电极上的方波和公共电极上的方波信号相位相反时，则有幅值二倍于方波幅值的电压加在液晶上，该笔划段被选中而显示。显示板的作用是将二进制数转换成人们熟悉的十进制数据显示出来，显示板主要由LCD液晶显示器、背光块、驱动器、方波产生器、地址分配器、与译码电路组成。从主板控制CPU输出的5个信号为DS1, DS2, ST1, ST2, CP，其中DS1,ST1, CP送到一个显示板，DS2, ST2, CP送到另一个显示板，所以加在每一个显示板的脉冲信号只有三个:时钟脉冲CP、数据脉冲DS、选通脉冲ST。这段时间内，有8个时钟脉冲和8个数据脉冲DS。其中数据脉冲中有4个位选码，用于选择显示板

35、中16个数字的其中一位，另4个是BCD码，是被选中的那个数字的内容(数字或字母)。在图2-2中，串行数据脉冲DS加到移位寄存器(4015)的输入端，在CP和ST的作用下，8个串行脉冲被并行输出，其中4个为位选脉冲，送到4514的输入端，高4位为显示BCD码，送到各个4543的输入端。4514为4-16译码器，分别选择16个显示位的一个；4543是带锁存的BCD码到七段码的译码芯片，输出接至液晶显示片的数码端。芯片4543是一个BCD-7段锁存/译码/驱动器，它输入BCD码，经锁存、译码后，输出7段显示器的字型码，并带段输出驱动器。当该芯片位于静态工作方式时，作多位显示消隐之用。当三位数字均为零

36、时，只显示个位零，而十和百位的零不显示，被消隐。移位寄存器4015的Q0, Q1, Q2, Q3与4514的输入端(A, B, C, D) 相连，地址分配器的输出端S0, S1. S15分别与4543的第一脚相连，因此根据4514输入端(A, B, C, D)的不同状态，有16种组合，每个周期只能输出一个高电平送给所对应的4543的第一脚锁存端，同时移位寄存器的另4位输出信号Q4, Q5, Q6, Q7和每个4543的输入端(A, B, C, D)相连26。另一方面4060产生的振荡信号(方波)被送到液晶的公共端(COM)，另一路送给4543的控制输入端，从而保证4543输出端(和液晶相连)的

37、频率和液晶公共端(COM)的频率相同。这样在一个周期内只有一个数字(或字母)显示，其余15个数字都不显示，同理第二个周期显示另一个数字，因人眼的视觉作用及发送频率太快，看到的并不是一位一位的，而是整个显示屏同时显示。图3.2显示板部分电路3.5键盘及显示模块键盘是单片机系统最常用的输入设备，由排列成矩形阵列形式的一系列按键开关组成。操作人员通过键盘可以向CPU输入数据，地址或命令。本电脑加油机采用的是扫描式键盘电路。图3.3为扫描式键盘电路，四根列线为HD74HC244P的输入端，由于上拉电阻lOKx4的作用，四根列线全部为高电平，当键盘上某个按键被按下闭合时，则对应的行线和列线短路，此时该列

38、线的输入电平和与之短路的行线输出电平相同27。单片机在读键时，先使HD74HC374P的第一条行线输出低电平6019，其它行线全部输出高电平“1"，读列线的输入电平，如读得某列线输入电平为4019，则可确认该列线与第一条行线相交处的键被按下。若所有列线输入电平都为661，则再使第二条行线输出低电平“0”，其它全部输出高电平+1，读列线的输入电平，判断第二条行线上是否有键闭合。依此类推直至第五条行线。这种逐行检查键盘状态的过程称为对键盘进行扫描。图3.3 扫描式键盘电路本单片机对键盘扫描采用程序控制的随机方式，即CPU在空闲时才去扫描键盘。CPU对键盘上键的识别，本设计采用的内部计算法

39、和查表法。当确认某一键闭合时，根据该键所定义的是数字键或命令键做出数据或命令处理，实现人机通讯。键显采用8端液晶显示模块，实现电路与主显实现电路相似，锁存器74LS374的锁存信号由地址译码器74LS138产生28。3.6电源模块电源一般分为开关电源和模拟电源两种。开关电源稳定性好、温漂小、抗扰动能力强，但其构成复杂、器件较多，这就造成了它对恶劣环境的适应能力较差，特别是温度和电磁干扰会对它造成严重的影响29。模拟电源结构相对简单，对恶劣环境的适应能力强，再加上隔离变压器和强、弱电部分的多极滤波，也可以得到很好的抗扰动能力。另外，由于一般的稳压管无法提供主控板要求的大功率输出，经过论证我们采用

40、了由稳压管提供基准电压、由大功率场效应管带动输出的多级方案。但由于容量和散热的需要，模拟电源一般体积较大。不过，加油机内部空间较为富裕，因此这一点并不构成障碍25。4.自动加油机智能控制系统接口协议4.1监控微处理器与计量微处理器通信接口协议4.1.1硬件接口监控微处理器与计量微处理器的通讯通过四条接口线Sl, S2, S3 (PIA),S4 (P1.2)来完成，其中S1为时钟线，S2为数据线，S3和S4为握手线。4.1.2通信协议计量微处理器发出请求命令，监控微处理器分析并执行相应的操作，通过握手线来提供应答信号。 监控微处理器在空闲时置S3和S4为高电平，此时，计量微处理器可发送命令。当命

41、令从第一字节最高位到最后字节最低位的128位数据(长度不足补0)准备好后，计量微处理器置低S3。监控微处理器发现S3为低时，在锁定S3为低电平的同时先把S4也置低，再由S1发送移位脉冲，从S2逐位读取命令数据位。在完成接收并验证无误后，监控微处理器将S3置高，通知计量微处理器已接收完毕，随即执行该命令，此时S4仍保持低电平状态。当执行完毕后将S4也置高。等待接收和执行下一条命令。计量微处理器把S3置低后，若超过2毫秒仍未发现S3被置高，则表示该命令没有被正确接收，可做相应处理。对于必须等待结果的请求，计量微处理器应循环等待。若计量微处理器从发送命令起等待超过200毫秒，S4仍为低电平，则表示该

42、请求被监控微处理器拒绝30。4.1.3通信命令命令格式为:长度码+命令码+参数+校验码其中长度码、命令码和校验码各占1字节，长度码是命令码、参数和校验码的字节数之和，校验码是命令码与参数逐字节的逻辑和。在以下命令参数中，gun_ num为油枪位编号，OOH表示1号枪，OIH表示2号枪。oil, money, price分别是油量(3字节)、金额(3字节)和单价(2字节)的BCD码，高位在前，小数位为2位。year, month, day, hour, minute分别是年(2字节)、月(1字节)、日(1字节)、时(1字节)和分(1字节)的BCD码。1，上电握手功能:上电时通知监控微处理器加电方

43、式及显示方式。命令码:OAOH参数:method+display_type+reserve说明:method为上电方式，A3为正常上电，3A为复显。display_type为显示方式，OOH为串行段码，0111为串行BCD码，02H为并行BCD码一，03H为并行BCD码二。reserve为预留(2字节)。计量微处理器在上电运行后应循环发送该命令，直到监控微处理器通过握手线应答，表示相互握手成功。2.加油开始功能:通知监控微处理器己经摘枪，请求加油命令码:OATH参数:gun-num说明:监控微处理器接到该命令后，开启相应油枪的锁定开关，通过握手线应答。3.加油结束功能:通知监控微处理器加油结束

44、命令码:OA2H参数:gun_num+oil+money+price说明:计量微处理器确认加油结束油量不再变化时发送该命令，监控微处理器接到该命令后，锁定加油机，并通过握手线应答。4.加油数据功能:通知监控微处理器当前正在加油的数据命令码:OA3H参数:gun_nuns+oil+money+price说明:为节省处理时间，计量微处理器可不必检测握手线S4的应答信号。5.直通显示功能:在非加油状态下监控微处理器直接显示计量微处理器发来的信息命令码:OA4H参数:gun-num+message+flag说明:其中message是要显示信息的BCD码，8字节表示16位信息，顺序从单价屏低位依次至油量

45、屏最高位。flag代表是否点亮小数点(小数点位置固定)，OOH不点亮，O1H为点亮。6.查询明细记录功能:在显示屏上显示当次加油的明细记录命令码:OA5H参数:gun- num7.查询日志记录功能:在显示屏上显示给定日期的日志记录命令码:OA6H参数:gun-num+year+month+day说明:改动一次单价，新生成一条日志记录，采用延时分屏滚动显示。只显示整数部分，小数部分忽略。8.查询月累计记录功能:在显示屏上显示给定月份的累计记录命令码:OA7H参数:gun_num+year+month说明:只显示整数部分，小数部分忽略9.请求修改单价功能:计量微处理器请求修改单价命令码:OA8H参

46、数:gun_num+price说明:单价每日至多允许改动两次。计量微处理器在接到键盘送来的请求修改单价的请求后，向监控微处理器发送该命令，经应答允许后，方可修改。10.设置时钟功能:设置日历时钟。生产企业应确保出厂前将时钟设置准确。命令码:OA9H参数:year+month+day+hour+minute11.调试和检测用油确认功能:在出厂检验和计量部门在安装后的第一次现场检定后执行，记录出厂调试和计量检测用油量等信息。命令码:OAAH参数:mode说明:mode为OOH表示出厂确认，为OIH表示计量部门在安装后的第一次现场检定确认。12.查询时间功能:查询当前日历时钟的时间命令码:OABH1

47、3.查询累计加油信息功能:查询总累计加油信息命令码:OACH参数:gun_num+mode说明:mode为OOH表示总累计用油量，为OIH表示出厂调试用油量，为02 H表示计量部门在安装后的第一次现场检定后的用油量。4.2税控加油机显示接口协议在税控加油机显示屏上，单价屏、金额屏和油量屏至多占用显示位4个、6个和6个，每屏自低位至高位分别依次用SO. S15表示;每一显示位有8个显示段，依次用a, b, c, d, e, f, g和h表示，其中h为小数点18。监控微处理器输出显示数据以兼容Intel MCS-51系列单片机外部存储器写操作时序的方式进行，提供4种数传输方式:并行BCD码一，并行

48、BCD码二，串行BCD码，串行段码。对于前三种方式，每一显示位上的显示值用BCD码表示，位选值用4位二进制码表示，从OOH. OFH分别选择SO. S15。对于和，监控微处理器为显示输出提供2字节的地址单元A和B: A单元的高4位确定显示值，低四位确定显示位；B单元的低2位分别是1号枪和2号枪的显示数据锁存位，高2位分别控制S12和S6后的小数点点亮与否。对于和，监控微处理器为每条枪的显示提供1字节的地址单元，该单元的低3位分别对应于显示器输入端的时钟线、数据线、锁存线，对该单元的一次写操作至多改变其中一位。具体传输协议分述如下:1.并行BCD码一显示输出步骤为:向B单元写入OFEH选中1号枪

49、显示器或OFDH选中2号枪显示器；向A单元低四位写入位选值；向A单元高四位写入显示值；重复步骤和，可更新多个显示位；向B单元写入OFFH，锁存显示数据，完成一次显示输出操作。2.并行BCD码二显示输出步骤为:显示输出步骤为:数据锁存线置为低电平；向A单元低四位写入位选值；向A单元高四位写入显示值；数据锁存线置为高电平，锁存并更新位选值指定显示位上的显示；重复步骤至，可更新多个显示位9。3.串行BCD码显示输出步骤为:显示输出步骤为:显示值和位选值自高至低依次串行移入显示器。每一位在时钟线的低电平期间送至数据线，接着由时钟线的上升沿移入显示器；向锁存线发送一个正脉冲，锁存并更新位选值指定显示位仁

50、的显示值。重复和两个步骤，可更新多个显示位。4.串行段码监控微处理器的一次显示操作传输所有16个显示位共128个显示段的全部显示数据。数据的传输时序自单价的最低位SO起依次至油量的最高位S15止；在每一显示位内，自h段起，依次经g, f, e, d, c, b至a段止。128位数据经由数据线依次移入显示器；每一位数据在时钟线的高电平期间送至数据线，接着由时钟线的下降沿移入显示器；所有数据移入显示器后，向锁存线输出一个负脉冲以锁存显示数据并更新显示。本系统设计时，依据监控微处理器的使用说明，设计出相应的主显接口电路，显示接口协议采用方式3串行BCD码。5. 自动加油机控制器软件设计5.1 语言选

51、择由于整个程序比较复杂，且计算量较大，用到了较多的浮点数计算，所以程序的编写采用了C语言。由于脉冲频率较低，约为50HZ，所以对速度、时钟的要求并不是很高，所以选择C语言还是可以完成要求的7。对于大多数51系列的单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点:(1)不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。(2)寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的地址和数据类型等细节。(3)指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。(4)可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。(5)与使用汇编语言相比，程序的开发和调试时间大大缩短。(6) C语言的库文件提供了

52、许多标准的例程。(7)通过C语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到 新程序中。(8) C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，己完成的项目可以很容易的转换到其它的处理器或环境中与汇编语言相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势，易学易用，因此出现了专门用51系列单片机编程的C语言C51，目前最先进的、功能最强大的C51编译器是Keil C51。5.2软件流程图程序开始运行后，在与税控芯片上电握手成功后，对各部分进行初始化然后对提枪信号和键盘进行扫描。若检测到提枪信号，则开启电机和电磁阀，开始加油，当加油完毕，检测到挂枪信号后

53、，关闭电机、电磁阀、并对加油数据进行处理、累计、存储。当检测到有键按下后，根据键值，调用不同的子程序作相应的操作。由于键盘实现的功能较多，所以用到了大量的组合键，在编程时要用到多种标志位。流程图见图5.1加油开始提枪上电握手初始化开始否 是按键否挂枪否是按键处理 是加油结束数据处理 存储图5.1 加油流程图主程序设计：void main()uchar i,j; / 初始化bit ok;XBYTE0x4000=Oxff; P1=Oxff; P3=Oxff; EA=1;EXO=1;ITO=1;ET1=l;TMOD=0x10;for(i=O;i<4;i+) numbui=0;keyflag=1

54、；dotflag=0x20;dlflag=0;sflag=1;num=0;watchdog();initfunQ;/加油参数初始化函数for(i=O;i<10;i+)qing();XBYTE0x8067=6;XBYTE0x8068=OxaO;XBYTE0x8069=Oxa3;XBYTEOx806a=0x1;j=Communication();watchdog();break;while(!j ) watchdog(); displaybufj0=Oxf7; displaybufj1=0x00; displaybufj2=0x00; displaybufj3=0x00; displaybufj4=0x01; keydisplay(); while(l);/上电握手/握手不成功处理displaybufj0=OX10;displaybufj1=Oxff;displaybufj2=OxOf;displaybufj3=Oxof;dis