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基于电容传感器的汽油辛烷值检测系统研究

作　者: 李思维
导　师: 茹锋
学　校: 长安大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 辛烷值电容传感器介电常数最小二乘法
分类号: TP212.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着工业和经济的不断发展,人们汽车拥有量不断上升,车用汽油市场因此不断开放。然而市场上的汽油质量良莠不齐,鱼龙混杂,劣质油比比皆是。劣质油不仅对汽车燃油机有较大损害,而且会加重尾气对空气的污染程度。针对汽油的加工和输送,要求对被加工和输送油品进行标号识别和监控,保证油品的加工、输送和管理。辛烷值是衡量油品主要成分和质量好坏的重要标准之一。目前,汽油辛烷值检测方法虽然较多,但存在诸如成本高、操作复杂、实时性差、准确性低以及抗干扰能力差等缺点,而汽油的快速、准确检测在实际生产和应用中都是急需解决的问题。电容式传感器具有受温度影响较小、结构简单,适用于多种场合,且具有平均效应、响应速度快等明显优点。本文在介绍和分析了目前常用汽油辛烷值检测方法的基础上,以成本、系统可靠性和实时性为出发点,设计了基于电容传感器的汽油辛烷值检测系统。系统包括电源模块、传感器电路、温度采集模块和单片机的软硬件设计。先验知识证明汽油的辛烷值与介电常数呈线性关系,通过对大量已知辛烷值的汽油样品进行试验,建立辛烷值与介电常数之间的关系式,然后对未知辛烷值的汽油进行辛烷值检测。通常汽油具有一定的含水率,且实际测量中,环境的温度是不断变化的,而温度对水的介电常数影响很大,因此需要考虑温度对系统测量结果的影响。系统的电容值测量模块设计了两种方案,通过实验对比得出电容/电压转换芯片效果更好。实验包括两部分,首先对大量已知辛烷值的汽油进行测量,得到辛烷值和介电常数的线性关系式。第二步对90#、93#和97#三种样本汽油进行测量,最后测量温度升高后的汽油辛烷值。测量结果表明,三种汽油的测量相对误差小于2%,最大绝对误差为1.4。系统具有成本低、稳定性高、实时性好的优点,系统的误差可以通过更多的标准汽油进一步减小。本文设计的汽油辛烷值检测方法在汽油的标号识别、管道输送和加工过程中都具有实际意义,相同的原理还能应用于液态食品检测,具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 课题的背景  11-13
  1.2 汽油辛烷值检测研究现状  13-17
    1.2.1 国内外研究现状  13-16
    1.2.2 目前技术发展趋势  16-17
  1.3 课题来源及研究意义  17
  1.4 课题的主要工作及章节安排  17-19
第二章系统需求分析  19-22
  2.1 系统功能分析  19-20
  2.2 汽油特性分析  20
  2.3 硬件需求分析  20-21
  2.4 软件需求分析  21
  2.5 本章小结  21-22
第三章电容传感器设计及制作  22-30
  3.1 电容传感器工作原理  22-24
    3.1.1 平行极板电容器  22-23
    3.1.2 电容工作原理  23-24
  3.2 电容传感器检测汽油辛烷值相关原理  24-25
  3.3 电容极板尺寸的确定  25
  3.4 平行极板电容传感器制作  25-26
  3.5 温度对汽油辛烷值的影响  26-29
  3.6 本章小结  29-30
第四章系统硬件设计  30-47
  4.1 系统整体框架  30
  4.2 电容值检测模块  30-37
    4.2.1 调频电路  31
    4.2.2 电容/频率/电压转换电路设计  31-34
    4.2.3 电容/电压转换电路设计  34-36
    4.2.4 交流电桥法  36-37
    4.2.5 开关电容法  37
    4.2.6 二极管环形电路法  37
  4.3 C8051F005单片机主要控制模块设计  37-44
    4.3.1 单片机的选型  37-39
    4.3.2 电源电路及复位电路  39-40
    4.3.3 电压采集  40-41
    4.3.4 LCD显示电路  41-42
    4.3.5 温度采集  42-43
    4.3.6 串口通信  43-44
    4.3.7 清洗装置  44
  4.4 电路调试  44-46
    4.4.1 根据原理图设计PCB图  44-45
    4.4.2 PCB电路板制作  45
    4.4.3 电路板焊接及调试  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第五章系统软件设计  47-58
  5.1 软件设计要求  47
  5.2 软件设计  47-57
    5.2.1 主程序设计  47-49
    5.2.2 温度采集程序  49-51
    5.2.3 电压采集程序  51-52
    5.2.4 LCD驱动程序  52-53
    5.2.5 串口通信程序  53-55
    5.2.6 C8051F005单片机实现频率的测量  55-57
  5.3 本章小结  57-58
第六章实验及数据分析  58-69
  6.1 电容传感器参数实验  58-59
    6.1.1 电容/频率/电压电路参数实验  58-59
    6.1.2 电容/电压转换电路参数实验  59
  6.2 样本实验  59-68
    6.2.1 电容值与辛烷值线性关系的确定  60-65
    6.2.2 样本实验  65-67
    6.2.3 温度变化样本实验  67-68
  6.3 本章小结  68-69
结论与展望  69-71
参考文献  71-75
致谢  75

基于电容传感器的汽油辛烷值检测系统研究

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