一種采用AVR單片機的天然氣發(fā)動(dòng)機系統設計

圖5 用于噴氣控制的Atmega128單片機引腳圖

　?。?） 系統電源

　　由于天然氣發(fā)動(dòng)機電控系統為裝機嵌入式系統，ECU必須直接使用發(fā)動(dòng)機蓄電池提供的電源，因此，必須將蓄電池的12 V電壓進(jìn)行轉換，為單片機、輸入輸出接口和傳感器提供穩定的+5 V、+12 V和+9 V電源。本設計采用了LM7809和LM7805兩個(gè)穩壓芯片實(shí)現電壓轉換。圖6為電源電路圖。

圖6 電源電路

3 傳感器及信號處理

　?。?） 轉速傳感器

　　轉速傳感器是位于分電器的霍爾傳感器，通過(guò)傳感器來(lái)捕獲分電器中齒輪的下降沿，從而進(jìn)行轉速的計算以及各缸上止點(diǎn)的判斷，以進(jìn)行精確的點(diǎn)火控制。圖7為轉速捕獲信號采集電路。

圖7 轉速捕獲采集電路

　?。?） 溫度傳感器

　　水溫傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器原理基本相同，故其信號處理電路也基本一致，只需在參數上略加調整，現在以水溫傳感器為例說(shuō)明。如圖8所示，信號采集轉化電路為電橋測量形式，利用單電源供電的運放LM324實(shí)現信號的放大處理。

圖8 水溫信號采集電路

　　進(jìn)氣溫度傳感器信號的采集方式與水溫傳感器信號處理電路結構相同。

　　4 執行器與驅動(dòng)控制

　?。?） 怠速步進(jìn)電機

　　在硬件設計過(guò)程中，通過(guò)主MCU輸出控制脈沖，經(jīng)過(guò)74F06芯片及LM293D步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片來(lái)最終把信號輸出給步進(jìn)電機的4個(gè)輸入端，控制步進(jìn)電機的運轉方向和運轉步數，實(shí)現進(jìn)氣旁通閥開(kāi)度的大小調節從而完成了怠速過(guò)程的控制。圖9為ECU怠速步進(jìn)電機驅動(dòng)電路。

圖9 步進(jìn)電機驅動(dòng)電路

　?。?） 天然氣噴射閥

　　噴氣驅動(dòng)電路采用開(kāi)關(guān)式電流反饋功率放大電路，利用脈寬調制（PWM）原理，輸出信號經(jīng)功率復合管放大，處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。由于控制線(xiàn)圈的感抗作用，當功率放大管開(kāi)關(guān)導通時(shí)，通過(guò)線(xiàn)圈的電流按一階特性上升，其速率取決于電氣時(shí)間常數；當功率放大管開(kāi)關(guān)截止時(shí)，由于線(xiàn)圈旁路二極管的作用，工作電流也按一階特性下降。由于功率放大管只在“完全導通”和“完全截止”兩種工作情況下工作，所以功耗很低，效率高，也提高了系統工作的可靠性。

　　燃氣噴射控制由燃料噴射MCU來(lái)實(shí)現，通過(guò)采集發(fā)動(dòng)機轉速信號、進(jìn)氣壓力信號、節氣門(mén)位置信號和氧傳感器信號等，經(jīng)過(guò)ECU的處理，控制噴射閥實(shí)現對發(fā)動(dòng)機燃氣供給量的精確控制，從而有效地控制空燃比，使發(fā)動(dòng)機處于穩定高效的工作狀態(tài)。通過(guò)霍爾傳感器獲得轉速和曲軸位置信號，確定燃料噴射基準時(shí)刻。圖10為ECU噴氣驅動(dòng)電路。

圖10 ECU噴氣驅動(dòng)電路