一种汽车空气流量计传感器实验装置的制造方法
【专利摘要】一种汽车空气流量计传感器实验装置，包括抽风机驱动控制单元、主控制器单元、1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元、电源供电单元；所述各单元均集成于电路板上。实验装置上设置有抽风机，通过调节抽风机的转速来模拟发动机在不同工况下的进气量，具有非常高的教学应用价值。实验装置使用的是一些通用标准的电子元器件和传感器，成本低、体积小，具有价格便宜、使用简单、管理方便的优点。实验装置单独设置有信号测量点，在实验过程中不需要将传感器拔下就能进行电压的测量，从而有效的减少因为反复拔插而造成传感器接头接触不良的现象，具有使用寿命长的优点。
【专利说明】
一种汽车空气流量计传感器实验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及汽车电子技术实验设备技术领域，具体地，涉及一种汽车空气流量计传感器实验装置。【背景技术】
[0002]目前，在各院校的汽车类相关专业中，在进行汽车空气流量计传感器实验时，都是将空气流量计传感器发给学生，学生利用万用表对空气流量计的阻值进行测量，或者将学生带到实车上通过示波器、诊断仪等设备，对空气流量计的输出电压或信号进行测量，这种两种教学设备主要存在以下缺陷:
[0003](1)利用空气流量计实物进行测量时，由于空气流量计是测量发动机进气量的传感器，空气流量计传感器在工作时需要供电，另外空气流量计传感器是将进气量的变化转换成电信号的装置，而在实验时并不能通过有效的手段改变气体的流量，再通过设备测量电压的相应变化情况，因此，这种实验设备并不能很好的满足实践教学需求。
[0004](2)利用实车进行空气流量计的实验时，虽然在实车上能通过控制油门的大小来调节进气量，并通过相关设备和仪器观察到传感器的电压变化，但一台车一般只能供2人同时操作，另外，由于实车成本非常高，一个学校配备的实车数量也非常有限，使得一个实验下来持续的时间很长，以至于有很多学生因为场地的原因并没有进行实践操作，因此，这种实验设备也不能解决现有的教学需求。
[0005](3)在实车上进行相关实验时，需要反复的拔插传感器，这样很容易导致传感器插头出现接触不良，甚至损坏的现象，而更换传感器或者发动机线束的成本是非常高的，这无疑大幅度的增加了学校的教学运行成本、而且也是一种资源浪费。【实用新型内容】
[0006]本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种能改变实验环境中空气流量大小、简便且成本低、使用寿命长的汽车空气流量计传感器实验装置。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下:
[0008]—种汽车空气流量计传感器实验装置，包括抽风机驱动控制单元、主控制器单元、 1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元、电源供电单元；
[0009]所述电源供电单元外接开关电源;所述电源供电单元分别连接抽风机驱动控制单元、主控制器单元、1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元;所述参考电压单元的输出端与传感器信号转换单元的输入端相连;所述传感器信号转换单元的输入端外接汽车空气流量计传感器，其输出端连接主控制器单元的输入端;所述1602液晶显示单元的输入端连接主控制单元的输出端;所述主控制器单元的输入端外接旋转编码开关，并分别连接传感器信号转换单元、1602液晶显示单元、抽风机驱动控制单元;所述抽风机驱动控制单元外接抽风机、其输入端与主控制器的输出端相连；
[0010]所述电源供电单元为连接抽风机驱动控制单元、主控制器单元、1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元提供电能；
[0011]所述参考电压单元为传感器信号转换单元提供5V参考电压；
[0012]所述传感器信号转换单元在主控制器单元的控制下将外接的汽车空气流量计传感器输出的模拟电压信号转换成数字信号并提供给主控制器单元；
[0013]所述1602液晶显示单元在主控制器单元的控制下进行实验参数信息的显示；[〇〇14]所述主控制器单元控制传感器信号转换单元进行模数转换，控制1602液晶显示单元进行实验参数的显示，读取外接的旋转编码开关输入的控制指令，并利用该指令控制抽风机驱动控制单元；
[0015]所述抽风机驱动控制单元在主控制器单元的控制下控制外接的抽风机的转速，改变通过汽车空气流量计传感器的空气流量。
[0016]在使用过程中，通过调节旋转编码开关，向主控制器单元发出指令，在主控制器单元中单片机的控制下，抽风机驱动控制单元在PWM信号的控制下调整抽风机的工作电压，从而改变抽风机的吸气功率，渡过与抽风机一体安装的汽车空气流量计传感器中的空气流量也发生改变，传感器将流量信号转换成电压信号，送入传感器信号转换单元转换成数字信号，再将该数字信号送至主控制器单元，主控制器单元控制1602液晶显示单元将获得的实验数据实时显示，另外，在实验箱体上还设置有信号测量点，可以很方便的进行电路参数的测量。
[0017]进一步地，本实用新型的抽风机驱动控制单元、主控制器单元、1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元、电源供电单元集成于电路板上。
[0018]上述方案中，所述实验装置表面活动安装有汽车空气流量计传感器、抽风机、用于调节抽风机风速的旋转编码开关、用于控制实验装置供电的电源开关、用于输入传感器信号的流量计电缆接口、用于控制抽风机的抽风机电缆接口、用于显示实验参数信息的液晶显示屏以及测量信号接口；所述电路板设置在实验装置的内部。
[0019]上述方案中，所述电源供电单元包括开关电源输入接口、滤波电容、退耦电容、三端稳压器;开关电源输入接口外接开关电源;三端稳压器U4的输入端与开关电源接口的输出端相连;三端稳压器U5的输入端与三端稳压器U4的输出端相连;滤波电容的正极与电源输出的正极相连，负极与地相连;退親电容的一端与电源输出的正极相连，另外一端与地相连。
[0020]上述方案中，所述参考电压单元包括精密稳压电源U6、限流电阻R5、取样电阻R6、 取样电阻R7、分压电阻R8、分压电阻R9、调节电位器RW2、滤波电容C15;所述精密稳压电源为 TL431;限流电阻R5的一端与电源供电单元的输出端相连，另外一端与精密稳压电源U6的第 1脚相连;取样电阻R6、取样电阻R7分别首尾相连串接在精密稳压电源U6的第1脚和第3脚之间，其中点连接U6的第2脚;分压电阻R8、调节电位器RW1、分压电阻R9串接后连接在U6的第1 脚和第3脚之间，通过调节电位器RW1的中心抽头为传感器信号转换单元提供参考电压;滤波电容C15连接在U6的第1脚和第3脚之间。[0021 ]上述方案中，所述传感器信号转换单元包括模数转换器U2、退耦电容C7和C8、传感器接口 P3、输入阻容滤波元件R3和C6;所述传感器接口 P3与外接的汽车空气流量计传感器相连;模数转换器U2的通信端口与主控制器单元中单片机的B 口相连，在主控制器单元的控制下将外接的汽车空气流量计传感器提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元。
[0022]优选地，所述汽车空气流量计传感器为热线式空气流量计传感器。[〇〇23]优选地，所述模数转换器为AD7981。[〇〇24] 上述方案中，所述1602液晶显示单元包括1602液晶显示器U3、对比度调节电位器 RW1、限流电阻R4;所述限流电阻R4的一端与电源供电单元的5V输出端相连、另外一端与 1602液晶显示器U3的第15脚相连;所述对比度调节电位器RW1的一端与1602液晶显示器U3 的第3脚相连、另外一端与地相连;所述1602液晶显示器U3的数据端口和控制端口分别与主控制器单元中单片机的D 口和C 口相连，在主控制器单元的控制下进行实验参数信息的显不。[〇〇25]上述方案中，所述主控制器单元包括单片机U1、石英晶体振荡器Y1、校正电容C1和 C2、复位电阻R1、退耦电容C3和C4、程序下载接口 H1、旋转编码器接口 P4;石英晶体振荡器Y1 连接在单片机U1的第7和第8脚之间，校正电容C1和C2的一端与单片机U1的第7脚相连、其另外一端与单片机U1的第8脚相连;复位电阻R1的一端连接单片机U1的第29脚、另外一端连接电源的正极；退耦电容C3和C4分别连接在电源的正极和地之间；单片机U1的D 口和C口与 1602液晶显示单元相连，控制其进行实验参数信息的显示;所述旋转编码器接口 P4与外接的旋转编码开关相连，读取用户控制指令;单片机U1的B 口与传感器信号转换单元相连，控制其将外接的汽车空气流量计传感器提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元;单片机U1的B 口与抽风机驱动控制单元相连。[〇〇26] 优选地，所述单片机U3可以为ATmega8。[〇〇27]上述方案中，所述抽风机驱动控制单元包括抽风机接口 P1、驱动场效应管Q1、续流二极管D1、限流电阻R2、滤波电容C5;所述抽风机接口 P1与外接的抽风机相连;所述限流电阻R2的一端与主控制器单元中单片机的B 口相连;所述驱动场效应管Q1在主控制器单元输出的PWM信号的控制下实时调整外接抽风机的工作电压达到调整空气流量的目的。
[0028]与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是:
[0029](1)汽车空气流量计传感器实验装置上设置有抽风机，抽风机的进风口与空气流量计传感器相连，当调整抽风机的转速时，就能调节通过空气流量计传感器的空气流量，从而模拟发动机在不同工况下的进气量，在时行传感器实验时就能很方便的对传感器的输出电压进行测量，具有非常高的教学应用价值。
[0030](2)汽车空气流量计传感器实验装置的制作选材通用，成本低、体积小，在平时不需要使用时可将其收纳在仪器柜中，不会占用太多的场地，一台实验装置可同时供两个学生进行实践操作，仅需要不足20台几乎就能满足所有规模的班级教学，具有价格便宜、使用简单、管理方便的优点。
[0031](3)汽车空气流量计传感器实验装置单独设置有信号测量点，在实验过程中不需要将传感器拔下就能进行电压的测量，从而有效的减少因为反复拔插而造成传感器接头接触不良的现象，具有使用寿命长的优点。【附图说明】[0〇32]图1是本实用新型的结构不意图；
[0033]图2是本实用新型电路原理结构框图；
[0034]图3是本实用新型电源供电单元原理图；
[0035]图4是本实用新型参考电压单元原理图；[〇〇36]图5是本实用新型传感器信号转换单元原理图；[0〇37]图6是本实用新型1602液晶显不单兀原理图；[〇〇38]图7是本实用新型主控制器单元原理图；[〇〇39]图8是本实用新型抽风机驱动控制单元原理图。【具体实施方式】
[0040]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0041]为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；[〇〇42]对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0043]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、 “第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0044]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。
[0045]下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。
[0046]实施例1
[0047]如图1所示，为本实用新型一种汽车空气流量计传感器实验装置的实验箱体结构示意图。参见图1本实用新型一种汽车空气流量计传感器实验装置的实验箱体上设置有汽车空气流量计传感器1、抽风机2、旋转编码开关8、电源开关5、流量计电缆接口 6、抽风机电缆接口 7、液晶显示屏3、测量信号接口 9。电路板4设置在实验装置的内部。[〇〇48]如图2所示，为本实用新型一种汽车空气流量计传感器实验装置的电路原理结构框图。参见图2本实用新型一种汽车空气流量计传感器实验装置包括抽风机驱动控制单元、 主控制器单元、1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元、电源供电单元;所有单元都集成于电路板上。
[0049]如图3所示的电源供电单元包括开关电源输入接口、滤波电容、退耦电容、三端稳压器;开关电源输入接口外接开关电源;三端稳压器U4的输入端与开关电源接口的输出端相连;三端稳压器U5的输入端与三端稳压器U4的输出端相连;滤波电容的正极与电源输出的正极相连，负极与地相连;退耦电容的一端与电源输出的正极相连，另外一端与地相连。
[0050]如图4所示的参考电压单元包括精密稳压电源U6、限流电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7、分压电阻R8、分压电阻R9、调节电位器RW2、滤波电容C15;所述精密稳压电源为 TL431;限流电阻R5的一端与电源供电单元的输出端相连，另外一端与精密稳压电源U6的第1脚相连;取样电阻R6、取样电阻R7分别首尾相连串接在精密稳压电源U6的第1脚和第3脚之间，其中点连接U6的第2脚;分压电阻R8、调节电位器RW1、分压电阻R9串接后连接在U6的第1 脚和第3脚之间，通过调节电位器RW1的中心抽头为传感器信号转换单元提供参考电压;滤波电容C15连接在U6的第1脚和第3脚之间。[〇〇51]如图5所示的传感器信号转换单元包括模数转换器U2、退耦电容C7和C8、传感器接口 P3、输入阻容滤波元件R3和C6;所述传感器接口 P3与外接的汽车空气流量计传感器相连； 所述模数转换器可以为AD7981，模数转换器U2的通信端口与主控制器单元中单片机的B口相连，在主控制器单元的控制下将外接的汽车空气流量计传感器提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元。[0〇52] 如图6所示的1602液晶显示单元包括1602液晶显示器U3、对比度调节电位器RW1、 限流电阻R4;所述限流电阻R4的一端与电源供电单元的5V输出端相连、另外一端与1602液晶显示器U3的第15脚相连;所述对比度调节电位器RW1的一端与1602液晶显示器U3的第3脚相连、另外一端与地相连;所述1602液晶显示器U3的数据端口和控制端口分别与主控制器单元中单片机的D 口和C 口相连，在主控制器单元的控制下进行实验参数信息的显示。[〇〇53]如图7所示的主控制器单元包括单片机U1、石英晶体振荡器Y1、校正电容C1和C2、 复位电阻R1、退耦电容C3和C4、程序下载接口 H1、旋转编码器接口 P4;所述单片机U3为 ATmega8;石英晶体振荡器Y1连接在单片机U1的第7和第8脚之间，校正电容C1和C2的一端与单片机U1的第7脚相连、其另外一端与单片机U1的第8脚相连;复位电阻R1的一端连接单片机U1的第29脚、另外一端连接电源的正极;退耦电容C3和C4分别连接在电源的正极和地之间；单片机U1的D 口和C 口与1602液晶显示单元相连，控制其进行实验参数信息的显示;所述旋转编码器接口 P4与外接的旋转编码开关相连，读取用户控制指令;单片机U1的B 口与传感器信号转换单元相连，控制其将外接的汽车空气流量计传感器提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元;单片机U1的B 口与抽风机驱动控制单元相连。[〇〇54]如图8所示的抽风机驱动控制单元包括抽风机接口 P1、驱动场效应管Q1、续流二极管D1、限流电阻R2、滤波电容C5;所述抽风机接口 P1与外接的抽风机相连;所述限流电阻R2 的一端与主控制器单元中单片机的B 口相连;所述驱动场效应管Q1在主控制器单元输出的 PWM信号的控制下实时调整外接抽风机的工作电压达到调整空气流量的目的。
[0055]附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
【主权项】
1.一种汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，包括抽风机驱动控制单元、主控 制器单元、1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元、电源供电单元；所述电源供电单元外接开关电源;所述电源供电单元分别连接抽风机驱动控制单元、 主控制器单元、1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元;所述参考电压单 元的输出端与传感器信号转换单元的输入端相连;所述传感器信号转换单元的输入端外接 汽车空气流量计传感器，其输出端连接主控制器单元的输入端;所述1602液晶显示单元的 输入端连接主控制单元的输出端;所述主控制器单元的输入端外接旋转编码开关，并分别 连接传感器信号转换单元、1602液晶显示单元、抽风机驱动控制单元;所述抽风机驱动控制 单元外接抽风机、其输入端与主控制器的输出端相连；所述电源供电单元为连接抽风机驱动控制单元、主控制器单元、1602液晶显示单元、传 感器信号转换单元、参考电压单元提供电能；所述参考电压单元为传感器信号转换单元提供5V参考电压；所述传感器信号转换单元在主控制器单元的控制下将外接的汽车空气流量计传感器 输出的模拟电压信号转换成数字信号并提供给主控制器单元:所述1602液晶显示单元在主控制器单元的控制下进行实验参数信息的显示；所述主控制器单元控制传感器信号转换单元进行模数转换，控制1602液晶显示单元进 行实验参数的显示，读取外接的旋转编码开关输入的控制指令，并利用该指令控制抽风机 驱动控制单元；所述抽风机驱动控制单元在主控制器单元的控制下控制外接的抽风机的转速，改变通 过汽车空气流量计传感器的空气流量。2.根据权利要求1所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所述抽风机驱 动控制单元、主控制器单元、1602液晶显示单元、传感器信号转换单元、参考电压单元、电源 供电单元集成于电路板上。3.根据权利要求2所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所述实验装置 表面活动安装有汽车空气流量计传感器、抽风机、用于调节抽风机风速的旋转编码开关、用 于控制实验装置供电的电源开关、用于输入传感器信号的流量计电缆接口、用于控制抽风 机的抽风机电缆接口、用于显示实验参数信息的液晶显示屏以及测量信号接口；所述电路 板设置在实验装置的内部。4.根据权利要求1所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所述电源供电 单元包括开关电源输入接口、滤波电容、退耦电容、三端稳压器;开关电源输入接口外接开 关电源;三端稳压器U4的输入端与开关电源接口的输出端相连;三端稳压器U5的输入端与 三端稳压器U4的输出端相连;滤波电容的正极与电源输出的正极相连，负极与地相连;退耦 电容的一端与电源输出的正极相连，另外一端与地相连。5.根据权利要求1所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所述参考电压 单兀包括精密稳压电源U6、限流电阻R5、取样电阻R6、取样电阻R7、分压电阻R8、分压电阻 R9、调节电位器RW2、滤波电容C15;所述精密稳压电源为TL431;限流电阻R5的一端与电源供 电单元的输出端相连，另外一端与精密稳压电源U6的第1脚相连;取样电阻R6、取样电阻R7 分别首尾相连串接在精密稳压电源U6的第1脚和第3脚之间，其中点连接U6的第2脚;分压电 阻R8、调节电位器RW1、分压电阻R9串接后连接在U6的第1脚和第3脚之间，通过调节电位器RW1的中心抽头为传感器信号转换单元提供参考电压;滤波电容C15连接在U6的第1脚和第3 脚之间。6.根据权利要求1所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所述传感器信 号转换单元包括模数转换器U2、退耦电容C7和C8、传感器接口 P3、输入阻容滤波元件R3和 C6;所述传感器接口 P3与外接的汽车空气流量计传感器相连;模数转换器U2的通信端口与 主控制器单元中单片机的B 口相连，在主控制器单元的控制下将外接的汽车空气流量计传 感器提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元。7.根据权利要求6所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所述汽车空气 流量计传感器为热线式空气流量计传感器;所述模数转换器为AD7981。8.根据权利要求1所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所述1602液晶 显示单元包括1602液晶显示器U3、对比度调节电位器RW1、限流电阻R4;所述限流电阻R4的 一端与电源供电单元的5V输出端相连、另外一端与1602液晶显示器U3的第15脚相连;所述 对比度调节电位器RW1的一端与1602液晶显示器U3的第3脚相连、另外一端与地相连;所述 1602液晶显示器U3的数据端口和控制端口分别与主控制器单元中单片机的D 口和C 口相连， 在主控制器单元的控制下进行实验参数信息的显示。9.根据权利要求1所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所述主控制器 单元包括单片机U1、石英晶体振荡器Y1、校正电容C1和C2、复位电阻R1、退耦电容C3和C4、程 序下载接口 H1、旋转编码器接口 P4;石英晶体振荡器H连接在单片机U1的第7和第8脚之间， 校正电容C1和C2的一端与单片机U1的第7脚相连、其另外一端与单片机U1的第8脚相连;复 位电阻R1的一端连接单片机U1的第29脚、另外一端连接电源的正极;退耦电容C3和C4分别 连接在电源的正极和地之间；单片机U1的D 口和C 口与1602液晶显示单元相连，控制其进行 实验参数信息的显示;所述旋转编码器接口 P4与外接的旋转编码开关相连，读取用户控制 指令;单片机U1的B 口与传感器信号转换单元相连，控制其将外接的汽车空气流量计传感器 提供的模拟电压信号转换成数字信号提供给主控制器单元;单片机U1的B 口与抽风机驱动 控制单元相连。10.根据权利要求1至9任一项所述的汽车空气流量计传感器实验装置，其特征在于，所 述抽风机驱动控制单元包括抽风机接口 P1、驱动场效应管Q1、续流二极管D1、限流电阻R2、 滤波电容C5;所述抽风机接口 P1与外接的抽风机相连;所述限流电阻R2的一端与主控制器 单元中单片机的B 口相连;所述驱动场效应管Q1在主控制器单元输出的PWM信号的控制下实 时调整外接抽风机的工作电压达到调整空气流量的目的。
【文档编号】G01F25/00GK205593620SQ201620313314
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】舒望, 李治国
【申请人】湖南汽车工程职业学院