利用單片機(jī)直接數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電控噴油器檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

汽油噴射系統(tǒng)性能的好壞．直接影響汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性等性能指標(biāo)。為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)電控噴油器，就需要研究和開(kāi)發(fā)能夠評(píng)價(jià)和檢測(cè)電控噴油器特性的裝置和設(shè)備。本文利用單片機(jī)直接數(shù)字控制技術(shù)．設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出一套可實(shí)現(xiàn)電控噴油器流量特性檢測(cè)的電子控制檢測(cè)系統(tǒng)．為電控噴油器的生產(chǎn)、調(diào)試、維修提供有效的檢測(cè)平臺(tái)。

1 電控噴油器的工作特性

電控噴油器是一個(gè)由電路、磁路、流體運(yùn)動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。各個(gè)系統(tǒng)相互作用、相互影響。噴油器的噴射過(guò)程可分為針閥開(kāi)啟、全開(kāi)和關(guān)閉三乏個(gè)過(guò)程。在針閥開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)，噴油器處于動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)。針閥的位移，使磁路磁阻發(fā)生變化，造成電路中的電感發(fā)生改變，從而引起電磁吸力變化．繼而又影響到針閥的運(yùn)動(dòng)。針閥的位移也使噴油器內(nèi)的燃油流動(dòng)產(chǎn)生壓力波動(dòng)．導(dǎo)致針閥所受液體力隨之發(fā)生變化，反過(guò)來(lái)影響針閥的運(yùn)動(dòng)。

2 檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

1）常規(guī)檢測(cè)功能預(yù)置及任意選擇執(zhí)行

采用微機(jī)測(cè)控技術(shù)，按電控噴油器產(chǎn)品企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)流量、動(dòng)態(tài)流量、清洗、滴漏，密封性、怠速、線(xiàn)性度等多種常規(guī)功能檢測(cè)．并可單種或多種常規(guī)功能按需選擇，頃序檢測(cè)。

2）系統(tǒng)控制信號(hào)主要參數(shù)預(yù)置、顯示

采用LCD液晶屏、數(shù)碼管和發(fā)光二極管共同完成對(duì)系統(tǒng)控制信號(hào)主要參數(shù)的顯示．如脈沖信號(hào)的周期、脈寬、脈沖次數(shù)、靜態(tài)流量時(shí)間、系統(tǒng)電壓、油箱液位等．對(duì)噴油器檢測(cè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。

3）系統(tǒng)油路的控制

檢測(cè)前，對(duì)系統(tǒng)油路中的油壓進(jìn)行預(yù)置或人工調(diào)節(jié)，通過(guò)油壓計(jì)顯示；并可在檢測(cè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)油路回油的自動(dòng)控制和手動(dòng)控制。

4）檢測(cè)參數(shù)的任意設(shè)置

可通過(guò)輸入設(shè)備手動(dòng)任意設(shè)置檢測(cè)參數(shù)。實(shí)現(xiàn)不同工況的檢測(cè)。

5）實(shí)現(xiàn)耐久性測(cè)試

噴油器的脈沖控制信號(hào)次數(shù)能達(dá)到上億次的設(shè)置。

6）與外部微機(jī)通信

可與外部系統(tǒng)機(jī)相連接．把主要檢測(cè)參數(shù)發(fā)送到外部系統(tǒng)機(jī)上．進(jìn)行數(shù)據(jù)貯存、打印等操作洞時(shí)．也可通過(guò)外部系統(tǒng)機(jī)對(duì)多個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)控制。

3 檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

為了對(duì)電控噴油器進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和控制．本文按照模塊化的設(shè)計(jì)方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。模塊化的好處是組態(tài)靈活、通用性強(qiáng)、硬件開(kāi)發(fā)周期短、冗余量少、系統(tǒng)成本低；另外容易排除故障，排除速度快。系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架如圖1所示。

圖1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框架

4 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的硬件電路主要包括單片機(jī)的基本工作電路、噴油脈沖模塊馳動(dòng)電路、系統(tǒng)參數(shù)顯示模塊電路、油路控制模塊電路和串行通信模塊電路。檢測(cè)系統(tǒng)控制器采用雙cPu結(jié)構(gòu)，即采用兩塊單片機(jī)（AT89C52，晶振頻率采用11．0592MHz）共同組成系統(tǒng)控制器，各塊單片機(jī)分別負(fù)責(zé)不同的功能模塊，因此，將每個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)細(xì)化，相對(duì)獨(dú)立開(kāi)發(fā)．減小系統(tǒng)出錯(cuò)的概率和便于查錯(cuò)，把開(kāi)發(fā)難度降低。兩個(gè)單片機(jī)之間使用串行通信，根據(jù)已定義好的通信協(xié)議傳輸控制指令和數(shù)據(jù)。

噴油脈沖模塊以主Arr89c52為核心，通過(guò)讀取鍵盤(pán)的輸入信息，確定噴油脈沖的參數(shù)，如脈沖周期、脈沖寬度、脈沖次數(shù)．同時(shí)也可以設(shè)定靜態(tài)流量時(shí)間。確定好脈沖參數(shù)后，把脈沖信號(hào)輸送到噴油器脈寬驅(qū)動(dòng)電路，以驅(qū)動(dòng)噴油器在一定的工況下工作，從而檢測(cè)噴油器的流量特性。噴油器的脈寬驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示。

油路控制模塊主要是通過(guò)控制油路中電磁閥的閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)，在檢測(cè)完成后把量簡(jiǎn)中的實(shí)驗(yàn)油回流到油箱中（主AT89C52控制）；同時(shí)．控制油泵的起停。對(duì)油泵的轉(zhuǎn)速進(jìn)行預(yù)設(shè)和人工調(diào)節(jié)，改變系統(tǒng)中的油壓（副AT89C52控制）。電磁閥的驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。

圖2噴油器脈寬驅(qū)動(dòng)電路

圖3電磁閥的驅(qū)動(dòng)電路

5 噴油器檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本課題的軟件設(shè)計(jì)主要圍繞以實(shí)現(xiàn)電控噴油器檢測(cè)系統(tǒng)控制器各項(xiàng)功能的單片機(jī)程序展開(kāi)．同時(shí)配以與外部系統(tǒng)機(jī)通信調(diào)試軟件加以擴(kuò)展。本系統(tǒng)控制器使用c5l語(yǔ)言編程．因此選擇了Keil公司的C5l編譯器。系統(tǒng)控制器與外部系統(tǒng)機(jī)進(jìn)行通信的調(diào)試軟件使用visual c++語(yǔ)言編寫(xiě)。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也采用模塊化設(shè)計(jì)方法．包括主程序的設(shè)計(jì)。噴油脈沖周期、脈沖寬度、脈沖次數(shù)、油壓、靜態(tài)流量時(shí)間等參數(shù)的檢測(cè)和控制等。電控噴油器檢測(cè)系統(tǒng)的主要測(cè)控目標(biāo)如下：通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)，設(shè)定電控噴油器在各種工況下的參數(shù)。檢測(cè)噴油器在這些工況下的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)流量特性，同時(shí)。系統(tǒng)要將這些參數(shù)通過(guò)顯示設(shè)備可視化。系統(tǒng)檢測(cè)噴油器在設(shè)定的噴油脈沖周期、寬度、次數(shù)里的噴油量是否在規(guī)定的要求范圍內(nèi)．若不在規(guī)定范圍內(nèi)，調(diào)整噴油器，并重新檢測(cè)油蛙。只有電控噴油器檢測(cè)系統(tǒng)的性能達(dá)到控制要求才能進(jìn)一步對(duì)噴油器進(jìn)行定位、調(diào)整。主程序框圖如圖4所示，主程序主要完成系統(tǒng)初始化和調(diào)用模塊程序功能。

PWM脈沖信號(hào)通過(guò)定時(shí)器中斷來(lái)產(chǎn)生。因?yàn)槎〞r(shí)器中斷與軟件循環(huán)的定時(shí)產(chǎn)生的PWM不同。在使用定時(shí)器中斷產(chǎn)生PWM波時(shí)．就猶如程序在后臺(tái)執(zhí)行．主程序還可以繼續(xù)進(jìn)行其他操作。而軟件循環(huán)定時(shí)產(chǎn)生PWM波要一直等到循環(huán)結(jié)束．主程序才能繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，因此就失去了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)操作性。

檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)PWM脈沖信號(hào)的要求如下：

1）PWM脈沖信號(hào)的周期范圍為1～99ms；

2）PWM脈沖信號(hào)的寬度增量為0.5ms；

3）PWM脈沖信號(hào)的次數(shù)范圍為1～9．9×109次；

4）6路相同的PwM輸出。

因此，選擇AT89C52的定時(shí)器2的16位重載方式，以噴油脈沖寬度要求的最小精度為定時(shí)時(shí)間．即0．5ms為中斷溢出時(shí)間，再定義一個(gè)計(jì)數(shù)器作為計(jì)算中斷溢出的次數(shù)．通過(guò)不斷改變計(jì)數(shù)器的數(shù)值來(lái)完成改變PWM波的占空比。實(shí)現(xiàn)多種噴油脈沖的輸出

圖4主程序框圖

6 檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

圖5流量測(cè)試圖

試驗(yàn)檢測(cè)對(duì)象是高阻型電控噴油器，故采用電壓方式驅(qū)動(dòng)。如圖5所示為噴油器的靜態(tài)噴射率圖和動(dòng)態(tài)噴射量圖。從圖中可以看出．噴油器動(dòng)態(tài)流量曲線(xiàn)中段部分的線(xiàn)性斜率與靜態(tài)噴射率基本平行．進(jìn)一步證明了噴油器良好的線(xiàn)性度和本檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)準(zhǔn)確度。

7 結(jié)論

采用單片機(jī)控制技術(shù)和傳感器技術(shù)對(duì)噴油器裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。所設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)電控噴油器進(jìn)行了原理性驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所開(kāi)發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，具有很好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。該檢測(cè)系統(tǒng)在廣州市南沙區(qū)某電控噴油器廠(chǎng)已投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用．年經(jīng)濟(jì)效益過(guò)100萬(wàn)元。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用了兩塊單片機(jī)組成雙CPU結(jié)構(gòu)，減少了單個(gè)CPU的T作量，加快了運(yùn)行速度，保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；同時(shí)采用PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)電控噴油器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)噴射控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其流量特性的檢測(cè)。

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