沈愛(ài)蓮

SHEN Ai-lian

（浙江汽車(chē)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，臨海 317000）

0 引言

近年來(lái)，研究汽車(chē)點(diǎn)火裝置的產(chǎn)品層出不窮，比如單極雙壓無(wú)觸點(diǎn)汽車(chē)點(diǎn)火裝置、多火花汽車(chē)點(diǎn)火裝置、復(fù)合式汽車(chē)點(diǎn)火裝置、無(wú)分電器電腦控制汽車(chē)點(diǎn)火裝置等等，當(dāng)前正在研制和應(yīng)用的汽車(chē)電子點(diǎn)火裝置種類(lèi)也很多。

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及汽車(chē)工業(yè)的迅速發(fā)展，能源危機(jī)以及汽車(chē)尾氣對(duì)大氣環(huán)境造成的污染日趨嚴(yán)重，因此對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)刻的精確控制提出了更高的要求，與傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)節(jié)點(diǎn)火時(shí)刻的控制系統(tǒng)相比，基于微機(jī)控制的電子點(diǎn)火系統(tǒng)具有及時(shí)性好、精確度高、控制靈活等特點(diǎn)，為此，從發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制系統(tǒng)的控制策略出發(fā)，設(shè)計(jì)一種能提高發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制精度的新型電子點(diǎn)火控制裝置，一種基于單片機(jī)原理的電子點(diǎn)火控制系統(tǒng)由此產(chǎn)生了。

1 系統(tǒng)工作原理

發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火時(shí)刻是通過(guò)控制點(diǎn)火提前角（即點(diǎn)火時(shí)活塞位置到上止點(diǎn)時(shí)曲軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。影響氣缸內(nèi)火花塞的點(diǎn)火時(shí)刻的因素主要有：發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷的大小、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水的溫度以及發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的爆震情況等。

基于單片機(jī)原理的電子點(diǎn)火系統(tǒng)的硬件電路主要由信號(hào)輸入裝置（即傳感器及信號(hào)處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路及各種接口電路）、電子控制單元ECU和執(zhí)行器（即點(diǎn)火控制電路、火花塞）及電源等部件構(gòu)成。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

各傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)相應(yīng)的信號(hào)處理電路處理，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，輸送到單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)一定的控制策略、算法對(duì)輸送的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，依據(jù)運(yùn)算處理的結(jié)果，在合適的最佳點(diǎn)火時(shí)刻輸出點(diǎn)火控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后，控制點(diǎn)火控制電路中大功率三極管的導(dǎo)通和截止，從而控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電流的通斷，產(chǎn)生高壓電，點(diǎn)燃火花塞，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器及其信號(hào)處理電路

主要包括轉(zhuǎn)速傳感器、水溫傳感器、爆震傳感器和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器及其相應(yīng)的信號(hào)處理電路。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2.1.1 轉(zhuǎn)速傳感器及其信號(hào)處理電路

采用光電式速度傳感器，其作用是測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸轉(zhuǎn)角位置。傳感器輸出信號(hào)經(jīng)處理電路整形、放大后輸入到8031單片機(jī)外部計(jì)數(shù)器T0（P3.4引腳）上，由單片機(jī)8031在一定時(shí)間對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)后便可測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置。

2.1.2 水溫傳感器及其處理電路

采用集成溫度傳感器MA×6611來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度。單片機(jī)依據(jù)水溫信號(hào)對(duì)點(diǎn)火提前角作相應(yīng)調(diào)整。當(dāng)水溫較低時(shí)應(yīng)增大點(diǎn)火提前角，反之當(dāng)水溫較高時(shí)應(yīng)減少點(diǎn)火提前角。傳感器輸出信號(hào)經(jīng)二極管（利用其單向?qū)щ娦裕╇p向限幅和RC濾波電路處理后接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的模擬輸入通道IN0上。

2.1.3 爆震傳感器及其處理電路

采用安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上的壓電加速度傳感器來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)爆震信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)接受到爆震信號(hào)后，根據(jù)爆震強(qiáng)度的大小調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角。傳感器輸出信號(hào)經(jīng)兩級(jí)濾波電路處理后接到ADC0809的模擬輸入通道IN1上。

2.1.4 節(jié)氣門(mén)開(kāi)度傳感器及其處理電路

發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化是影響點(diǎn)火提前角的主要因素，而發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷變化的測(cè)量時(shí)由節(jié)氣門(mén)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，本系統(tǒng)采用的是屬于線性輸出型模擬式的節(jié)氣門(mén)傳感器。傳感器輸出信號(hào)經(jīng)雙向限幅濾波電路處理后，連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的模擬輸入通道IN2上。

2.2 電子控制單元及模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用8031單片機(jī)作為微機(jī)控制器，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809對(duì)前端輸入信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)中需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的有水溫信號(hào)、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度信號(hào)和爆震信號(hào)等。單片機(jī)8031與A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的接口電路如圖2所示。

圖2 單片機(jī)與轉(zhuǎn)換器的接口電路

ADC0809的A、B、C選擇模擬輸入通道，通道IN0輸入溫度信號(hào)，通道IN1輸入爆震信號(hào)，通道IN2輸入節(jié)氣門(mén)開(kāi)度信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)P0口輸入到單片機(jī)內(nèi)部，其中單片機(jī)8031的P3.4（T0）對(duì)曲軸轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，確定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和曲軸位置，通過(guò)P3.6引腳輸出點(diǎn)火控制信號(hào)，控制點(diǎn)火電路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火控制。

2.3 點(diǎn)火控制電路的設(shè)計(jì)

點(diǎn)火控制電路的作用是接受電子控制單元輸出的點(diǎn)火控制信號(hào)并進(jìn)行功率放大，使其內(nèi)部的大功率三極管導(dǎo)通和截止，控制點(diǎn)火線圈初級(jí)電流的通斷，從而產(chǎn)生火花塞點(diǎn)火所需的高壓電，其輸入信號(hào)來(lái)自單片機(jī)8031的P3.5 引腳輸出的點(diǎn)火控制信號(hào)，其輸出端接到火花塞上，如圖3所示。

圖3 點(diǎn)火控制電路

當(dāng)單片機(jī)8031的P3.6 引腳輸出高電平時(shí)，三極管T1、T2 都截止，12V電壓通過(guò)R4和初級(jí)繞組L1對(duì)C7進(jìn)行充電，當(dāng)單片機(jī)P3.6 引腳輸出低電平時(shí)，發(fā)出點(diǎn)火控制信號(hào)，此時(shí)T1、T2同時(shí)導(dǎo)通，C7兩端的電壓瞬間變?yōu)榈碗娖剑碈7迅速放電），從而使流過(guò)點(diǎn)火線圈初級(jí)繞組L1的電流發(fā)生突變，在次級(jí)繞組L2兩端產(chǎn)生點(diǎn)火所需的高壓電，圖中二極管D2起著保護(hù)晶體管T2的作用。

2.4 電源電路的設(shè)計(jì)

在汽車(chē)系統(tǒng)中一般只提供12V的直流電壓，而系統(tǒng)中所用的芯片大都只需5V的電壓，本系統(tǒng)采用三端集成穩(wěn)壓器W7805，它的引腳1作為輸入端，引腳2作為輸出端，引腳3作為公共端，它的最大輸出電流可達(dá)1.5A,公共端的靜態(tài)電流為8mA,W7805后兩位數(shù)字05為輸出電壓值，表示輸出電壓UO=±5V。集成三端穩(wěn)壓器W7805的基本電路圖如圖4所示。

圖4 三端穩(wěn)壓器W7805的基本電路

3 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件主要由主程序、延時(shí)程序、計(jì)算基本點(diǎn)火提前角子程序、計(jì)數(shù)器T0的中斷服務(wù)程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、點(diǎn)火提前角修正子程序和點(diǎn)火子程序組成，本系統(tǒng)均采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。

如果單片機(jī)8031的時(shí)鐘頻率采用6MHZ，則ALE引腳的輸出頻率為1MHZ,再經(jīng)過(guò)二分頻后為500KHZ,恰好符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。由于ADC0809具有輸出三態(tài)鎖存器，其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。由于ALE與START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào)和P2.7經(jīng)一級(jí)或非門(mén)后，產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器。采用中斷方式可大大節(jié)省CPU的時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC發(fā)出一個(gè)脈沖向單片機(jī)提出中斷申請(qǐng)，單片機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求，由外部中斷1的中斷服務(wù)程序讀A/D結(jié)果，并啟動(dòng)0809的下一個(gè)轉(zhuǎn)換，外部中斷1采用邊沿觸發(fā)方式。

ADC0809的初始化程序如下：

中斷服務(wù)程序：

PINT1：MOV DPTR,#7FF8H;讀取A/D結(jié)果送緩沖單元30H

對(duì)另外兩個(gè)通道IN1,IN2的啟動(dòng)程序同上，只需改變MOV DPTR,#data指令中的立即數(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)的原理分析以及硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件程序的實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)出一種汽車(chē)點(diǎn)火裝置，與其他點(diǎn)火裝置相比，本系統(tǒng)具有及時(shí)性好、穩(wěn)定性高、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)火提前角的最優(yōu)化控制，攻克了點(diǎn)火提前角難以控制的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)開(kāi)發(fā)研究新的汽車(chē)點(diǎn)火裝置打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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