基于MXT8051单片机的发动机车载监控系统研究

　　引言

　　随着我国石油资源的日益枯竭、人们环保意识的增强、国内人均机动车保有量的增加，节能减排，正逐渐成为动力机械类OEM们不得不重点关注的首要问题。而另一个更加紧迫地促使OEM实施技术升级的客观因素就是：世界各国都在积极尝试推行新的机动车排放法规，预计最迟到2015年，不符合最新排放标准的动力机械将被禁止生产销售。当改进工艺、增压中冷、结构优化等传统方法不足以满足新标准时，基于微控制器的电子智能优化控制将成为新的曙光。

　　根据成熟的发动机控制理论，当发动机工作在较高转速时，要求气缸内的工作介质较早起燃才能实现较高的工作效率，而当工作在较高负载时，则需要每个工作循环燃烧更多的燃料吸入更多的气体，可是一旦转为从降低排放的角度来考虑的话，情况则完全相反，如果从产品可靠性出发，则又是一另番景象，从事发动机性能优化的工程师们在努力寻找某些参数的平衡点，基于发动机工作原理的复杂性，会发现可编程微控制器在这个领域有着极为广阔的应用空间。

　　51单片机是最为人们熟知的可编程微控制器，也是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8051单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位微控制器，由北京时代民芯公司最新推出的MXT8051单片机就是最具代表性的国产8051单片机之一。

　　系统工作原理

　　与其它大部分电子控制系统一样，发动机电控系统也是由信号采集、信号处理和执行机构等部分组成。MXT8051片上自带3路10位ADC功能，可用于采集三路由电压型或电阻型传感器输出的模拟信号，在发动机上，可以是气压、水压、油压、气温、水温、油温、各种流量、角度、速度等等，MXT8051单片机的ADC功能设定较为简单，给EAD寄存器赋值1，使能10位AD转换，ADMR寄存器的高5位控制AD转换频率，低3位控制当前通道序号，ADCON最高位置1，模拟电路总允许，最后，拉高ENDATA寄存器的bit6位ADCEN，即可从ADRESH和ADRESL中分别读取当前ADC转换结果的高8位和低2位了。

　　对于转速的测量，本文采用的是日本电装公司的常开式霍尔转速传感器，每当目标旋转体上的铁磁体靠近，传感器就会感应出一个脉冲，将该脉冲输出脚接至MXT8051单片机的外部中断端，并将定时器溢出中断设定到较高优先级，定时访问外部中断次数并清零，就可以算出采样时间内的平均转速了。

　　MXT8051的P2.0~P2.4五个双向IO可作为外部中断使用，本例中采用P2.1连接转速传感器的信号端，定时器0设为最高优先级，程序进入主函数时，通常先通过PCON|=0x02;指令使能外部时钟，然后EA=1;开启总中断，IE=0xff;使能串口、定时器、外部信号、低电压检测等中断，通过赋值IT0和IT1为1，设定外部中断1、2均为下降沿触发。

　　MXT8051单片机有足够的GPIO用于驱动LCD显示发动机运行参数，本例使用的是带中文字库的LCD12864(ST7920)，采用串行通信方式，除电源与地参考外另需5个GPIO用于通信，即RS为数据、指令选择;R/W(SID)为读写选择(信号位);E(SCLK)为信号使能(时钟位);PSB为并行与串行选择位;RST为复位脚。本例采用MXT8051单片机的P1.0~P1.4共五个双向IO控制12864实时显示各种运行时信息。

　　软件设计

　　上位机通信软件使用VB6.0编制，由于系统工作中需要记录一些工况点的数据，故调用了excel工作表对数据表格进行操作，基本通信原理为：上位机软件启动后向目标板发送通信指令，目标板开始把采集到的发动机工况参数按指定顺序发送给上位机软件，软件接收到信号以后把数据按指定顺序分配到窗体的显示控件，当需要向目标板写入map数据时，上位机软件通过串口发送写入指令，8051接收到第一位map数据时，即采用IIC协议将该值写入AT24C08，然后以相同地址读取该值发送回上位机软件，地址累加1，同时上位机软件的串口通信事件激活，从excel工作表读取下一个单元格的值重复执行发送-IIC协议写入-读取-发送-地址累加的通信行为，直至最后一位完成读写。上位机软件的界面如图1所示。