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word说明书一份，共86页，约44000字
任务书一份
开题报告一份
CAD版本图纸，共8张

摘    要
近年来，汽车工业有了突飞猛进的发展，由于全球高新技术的日新月异以及人们对环境保护与节约能

源的更加关注，各种油耗检测仪器就应运而生，但是其中大部分为解体式油耗检测技术下的燃油消耗

检测仪器，主要为容积法和质量法。由于此种检测设备的结构复杂，特别是在我国颁布的第一个关于

乘用车燃料消耗量限制值的标准，使得汽车油耗检测的需求更加迫切，不解体油耗分析系统的开发研

究是交通部重大科技攻关项目，此项目包括从方案确定、硬件设计、信号处理到软件编程等很多内容

，本论文的目的就是设计一套不解体燃油消耗检测仪器--基于超声波技术的汽车油耗检测仪器。
基于超声波技术下的燃油消耗检测仪器是一种利用超声波流量计技术测量燃油流量并通过计算电路得

到燃油消耗情况的一种新型的燃油消耗检测仪器。
超声波流量计具有不扰乱流场、无可动部件、无压力损失、测量精度高、性能稳定可靠、测量范围宽

等特点，广泛应用于液体和气体的计量。

关键词：超声波换能器、流量、模块、环鸣法、FPGA、串行通讯
 
目  录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1燃油经济性的概念和意义 1
1.2汽车油耗检测的发展概况 2
1.3国内外汽车油耗仪检测研究现状 2
1.4课题研究背景及意义 3
1.5本设计主要研究内容 6
第2章 超声波式燃油消耗检测仪的原理及方案的确定 8
2.1汽车油耗仪器的测量方法与分类 8
2.1.1直接测量法 8
2.1.2间接测量法 10
2.2超声波流量计发展历程与研究现状 10
2.2.1超声波测量技术发展概况 10
2.2.2超声波流量计国内外研究现状 11
2.3管道流量测量的理论基础 13
2.3.1流量的基本概念 13
2.3.2管道内流体理论 14
2.3.3流速补偿系数对流速公式的修正 17
2.4超声波流量测量的原理 18
2.4.1时差法 18
2.4.2多普勒法 20
2.4.3相关法 20
2.5超声波测量方案的确定 21
2.6本章小结 22
第3章 超声波油耗检测仪器硬件电路的设计 23
3.1 系统硬件电路的总体设计 23
3.1.1 系统硬件的结构设计 23
3.1.2系统工作原理及流程 24
3.2系统硬件电路的模块设计 25
3.2.1微控制器模块 25
3.2.2看门狗电路的初设计 26
3.2.3超声波发射模块 27
3.2.4超声波接收及后续处理模块 28
3.2.4发射/接收切换电路 34
3.2.5实时时钟、看门狗及数据存储模块 34
3.2.6液晶显示模块 36
3.2.7 键盘模块 37
3.2.8微型打印机的选择 40
3.2.9 通讯接口的选择 41
3.2.10电源模块 42
3.2.11超声波换能器的选择 43
3.3 本章小结 44
第4章 智能型汽车油耗仪机械部分设计 45
4.1 壳体材料的选择 45
4.2 外型尺寸的确定 45
4.3 控制面板的设计 46
4.4 数据线接口的设计 47
4.5 油耗仪器内部结构设计 48
4.6 超声波换能器装夹结构设计 49
4.7 本章小结 50
第5章 FPGA的数字系统设计 51
5.1  FPGA的芯片选择 51
5.2 FPGA内部模块设计 51
5.2.1高速计数器模块 52
5.2.2时钟信号模块 54
5.2.3逻辑控制模块 54
5.3 FPGA的接口电路设计 54
5.4 本章小结 55
第6章 软件系统的设计 56
6.1系统软件整体结构及功能 56
6.2主要功能模块的设计 57
6.2.1系统主程序模块 57
6.2.2中断服务程序模块 57
6.2.3计算模块的程序设计 61
6.2.4数据存储模块 62
6.2.5显示模块 63
6.2.6按键的去抖功能的程序流程图设计 64
6.3 本章小结 65
第7章 试验研究及误差分
7.1 试验的目的和意义 66
7.2零流量下的相关实验 66
7.2.1换能器收发信号波形实验 66
7.2.2过零检测 67
7.2.3零速检测 67
7.3实时流量实验 68
7.3.1实验方法 68
7.4误差分析 71
7.4.1管道直径 的影响 72
7.4.2固有延迟 的影响 72
7.4.3测量时差 的影响 72
7.4.4参数 的影响 72
7.4.5流量修正系数 的影响 73
7.5温度和压力的修正 75
7.6本章小结 76
结论 77
参考文献 78
致谢 81