凌鋒

（麗水學(xué)院工學(xué)院，浙江麗水，323000）

基于AT Tiny13 的智能點火控制器設(shè)計

凌鋒

（麗水學(xué)院工學(xué)院，浙江麗水，323000）

本文介紹以AT Tiny13單片機為核心設(shè)計了小型汽油發(fā)動機使用的低成本的點火控制器，并進行硬件及軟件結(jié)合設(shè)計，達到精確地控制點火提前角。此系統(tǒng)解決了無觸點磁電機電容放電點火系統(tǒng)(CDI)和無觸點蓄電池式晶體管點火系統(tǒng)低速斷火和高速失火問題，并且具有降低油耗、降低成本優(yōu)點。

點火控制器；點火提前角； AT Tiny13

0 引言

點火器在汽油機中起著十分重要的作用，點火時刻的準(zhǔn)確與否直接影響到汽油機的驅(qū)動動力和油耗。點火器的種類很多，如目前用得較多的無觸點磁電機電容放電點火系統(tǒng)(CDI)和無觸點蓄電池式晶體管點火系統(tǒng)。隨著單片機的迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了以單片機控制的點火系統(tǒng)，稱之為數(shù)字點火器(DCDI)，但這類點火器采用的51的老單片機其體積較大，價格較高，外圍電路較繁瑣，并且由于沒有看門狗(WDT)電路，抗干擾能力較差，無法在強電磁環(huán)境和其它工作環(huán)境較為惡劣的摩托車等小型汽油發(fā)動機上應(yīng)用。常規(guī)的模擬式電子點火系統(tǒng)，即使在已經(jīng)獲得最佳點火角變化規(guī)律時，由于反應(yīng)不靈敏及其他固有缺陷，仍很難按此規(guī)律做出準(zhǔn)確的點火角控制。專用智能點火器芯片由于價格過高，應(yīng)用受限。所以，我們提出了以高性價比的基于微控制器的智能點火控制器?；谖⒖刂破鞯闹悄茳c火控制器可發(fā)揮軟件的強大功能，精確地控制點火提前角，使發(fā)動機在各種轉(zhuǎn)速下較準(zhǔn)確的達到最佳性能。AT Tiny13微控制器是8腳超小新型單片機,它包含1K flash, 6個I/O口,片內(nèi)集成AD,可在線進行一線接口的debug調(diào)試,由它作為主芯片設(shè)計的點火控制器價格低廉,加上軟件計算做到靈活的提前角,并加入溫度修正控制,熱機與冷機點火提前角補償，性能優(yōu)良。

1 主要硬件電路

在設(shè)計中，使用8腳的AT tiny13單片機實現(xiàn)對點火提前角的控制系統(tǒng)，2個IO口(1觸發(fā)輸入1觸發(fā)輸出)根據(jù)磁電機觸發(fā)信號靈活調(diào)整提前點火角度，AD的1個IO口根據(jù)外部熱敏電阻傳感器來讀取發(fā)動機為熱機還是冷機起動，來修正點火的提前角，剩下的3個IO口用于節(jié)氣門開度傳感器輸入，來輔助控制點火提前角，從而使發(fā)動機在各種工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均能夠達到最佳性能，實現(xiàn)了提前角的數(shù)字化智能控制。研發(fā)開發(fā)了以8腳ATtiny13單片機為核心點火器硬件電路。電路分為輸入信號調(diào)理電路、單片機電路、高壓產(chǎn)生電路。電路為基于小型汽油機發(fā)電機使用轉(zhuǎn)速信號的數(shù)字點火系統(tǒng)做準(zhǔn)備，設(shè)計開發(fā)完成電路的電原理圖詳見

設(shè)計樣機PCB電路板階段。因為工程樣機設(shè)計，為了測試方便，使用直插型器件封裝裝配測試，后期改成SMT工藝。PCB設(shè)計電路排版圖詳見圖1。

圖1 PCB設(shè)計電路排版圖

2 軟件設(shè)計。

研究建立了小型汽油機發(fā)電機以磁電機觸發(fā)信號為依托的信號處理模型，根據(jù)點火器的工作原理，設(shè)計軟件工作流程圖詳見圖2。

圖2 軟件工作流程圖

3 設(shè)計中存在的一些問題及解決方案

常規(guī)的模擬式電子點火系統(tǒng)即使在已經(jīng)獲得最佳點火角變化規(guī)律，但由于反應(yīng)不靈敏及其他先天固有缺陷，仍很難按規(guī)律做出準(zhǔn)確的點火角控制。本設(shè)計使用微控制器為核心采用軟件編程可以做到靈活的調(diào)整各個參數(shù)，拋棄了以模擬點火控制調(diào)整煩瑣、性能及一致性差的缺點。從而控制發(fā)動機在各種工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均能夠達到最佳性能，實現(xiàn)了數(shù)字化智能控制。從而一定程度上增強汽油機的動力性能。在成本上僅在主控制芯片硬件成本上就能節(jié)約成本5元左右，與昂貴的專用點火器芯片相比，更是節(jié)約成本在20元以上。又因所選用ATtiny13 單片機集成度高，成本大多都在軟件開發(fā)設(shè)計上，而生產(chǎn)中使用單片機軟件（固化程序）成本在幾乎接近于零，在批量產(chǎn)品生產(chǎn)上，可以最大限度的降低產(chǎn)品成本。根據(jù)內(nèi)燃機最佳點火時刻準(zhǔn)確控制，直接影響汽油內(nèi)燃機對環(huán)境尾氣排放指標(biāo)。在不改變內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的情況下，混合燃料氣體的燃燒程度，即點火控制器點火時刻控制是最直接的因素。智能的調(diào)整點火時刻，以接近或達到內(nèi)燃機設(shè)計人員最初的理想的設(shè)計指標(biāo)。直接增強汽油機的動力性能及降低油耗、減少尾氣有害物質(zhì)排放。

4 結(jié)束語

設(shè)計的點火器在通過后期通過電磁干擾及實際的散熱和防水處理，已經(jīng)成功用于多種型號汽油發(fā)電機上，在實際使用中效果良好。有很強的應(yīng)用價值。如果用于摩托等點火控制器上，可加入中控鎖防盜功能。即使非法人員接行接通點火器電源，因與中控鎖單元通信效驗不成功，而沒法啟動發(fā)動機。

[1]蔣德明.內(nèi)燃機燃燒與排放學(xué)[M]西安：西安交通大學(xué)出版社2001.

[2]毛永華等.摩托車汽油機點火提前角的影響因素及確定[J].山東內(nèi)燃機，2003 (3).

[3]王曉薇等.點火提前角優(yōu)化對汽油機工作的影響[J].移動電源與車輛，2002（2）.

Based on the AT Tiny13 intelligent ignition controller design

Ling Feng
(Lishui college institute of technology,lishui Zhejiang,323000)

This paper introduces the AT Tiny13 microcontroller as the core design of the ignition controller of low cost small gasoline engine used, and combined with the design of hardware and software, to achieve precise control of ignition advance angle. The system solves the problem of low speed fire and high speed misfire of contactless magnetic capacitor discharge ignition system (CDI) and contactless battery type transistor ignition system, and has the advantages of reducing fuel consumption and reducing cost.

ignition controller; ignition advance angle; AT Tiny13

麗水學(xué)院校級重點建制實驗室（中心）建設(shè)項目——電子工程實驗中心（麗學(xué)院辦〔2017〕11號）。