【正文】 ..................................... 31 第 4 章 點火系的優(yōu)化與改進(jìn) ..................................................................................... 32 節(jié)能競賽車點火系的現(xiàn)狀分析 ............................................................................. 32 當(dāng)前點火系（ CDI）存在的問題分析 ........................................................ 32 解決 CDI 點火器存在問題的基本思路 ...................................................... 34 改進(jìn)后的自動進(jìn)角直流點火器 ............................................................................. 35 改進(jìn)后點火器的優(yōu)點及安裝方法 .......................................................................... 38 點火器改進(jìn)后所具備的優(yōu)點 ....................................................................... 38 點火器的安裝方法 ....................................................................................... 38 本章小結(jié) ................................................................................................................. 38 結(jié)論 ...................................................................................................................................... 40 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 41 致謝 ...................................................................................................................................... 42 附錄 ...................................................................................................................................... 43 1 第 1 章 緒 論 課題背景、目的及意義 為了提高我校節(jié)能競賽車的整體設(shè)計與可以在大賽中獲得更好的成績，那么電器系統(tǒng)的提高和完善是具有必然意義的。電器系統(tǒng)的改善，可以使駕駛員獲得更多的輔助駕駛參數(shù)，這些參數(shù)有助于駕駛員更好的駕駛，并且可以使駕駛員對整車的工作狀況有所掌握與了解。 目前我校的節(jié)能競賽車電器系統(tǒng)是由摩托車的電器系統(tǒng)簡單改裝而來，點火系統(tǒng)是電容放點式點火系統(tǒng)（ CDI），并且行駛里程表是由一塊碼表來代替，目前節(jié)能競賽車的電器系統(tǒng)現(xiàn)狀可以說是比較簡陋和 落后的，而本次設(shè)計是要改善節(jié)能車的點火系統(tǒng)和增加轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)，即數(shù)字型里程表。 改善后的電器系統(tǒng)將會給節(jié)能車的整體水平及競技水平提升到一個新的高度，更增加了一些色彩和亮點，也將使我校的節(jié)能車在大賽中更具有競爭力，獲得更好的佳績。而在汽車技術(shù)發(fā)展日新月異的今天， “節(jié)能、環(huán)保、安全 ”已成為未來汽車工業(yè)發(fā)展的主題，而節(jié)能車大賽的目的便是讓我們這些身在大學(xué)校園中的學(xué)子們通過實踐和競賽體會節(jié)能的意義。因此，盡早的認(rèn)識到減少能源消耗與降低污染對未來的汽車發(fā)展方向具有重要的實際意義。 系統(tǒng)設(shè)計概述 本設(shè)計中，車速測 量系統(tǒng)我們以 STC89C52 單片機(jī)為控制核心，采用霍爾開關(guān)傳感器檢測節(jié)能車輪胎的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，通過一定的采集信號和計算后，由 LCD 液晶顯示屏顯示節(jié)能車的車速、里程、時間等輔助駕駛參數(shù)。本設(shè)計中，計數(shù)的正確性決定了本裝置的精度，如何在復(fù)雜的環(huán)境中得到正確的計數(shù)脈沖，是本設(shè)計的難點，初步的解決辦法是在硬件上進(jìn)行合理的濾波，軟件上利用 Keil 進(jìn)行一定的算法處理和 C 語言的編寫；而點火系統(tǒng)的設(shè)計中，采用自動進(jìn)角直流點火器，此點火器電路由振蕩器電路、控制電路、電容放電電路、提前角控制電路、觸發(fā)信號處理電路等五部分組成。自動進(jìn)角點火器能使發(fā)動機(jī)的性能明顯提高。 本設(shè)計中的里程表的設(shè)計具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，顯示清晰，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，并且可進(jìn)行擴(kuò)充，加入時速表的功能，更加方便的了解駕駛員當(dāng)時所處的情況；而改進(jìn)后的自動進(jìn)角直流點火器啟動性能大大優(yōu)于普通的交流點火器，具有怠速更加穩(wěn)定，高速明顯提高，震動降低，更省油等優(yōu)點。 2 各章節(jié)的安排 第一章敘述了節(jié)能車?yán)锍瘫淼谋尘?、發(fā)展、意義以及本自行車?yán)锍瘫淼母攀觥? 第二章介紹了節(jié)能車?yán)锍瘫淼脑O(shè)計方法與研究，介紹了節(jié)能車?yán)锍瘫淼目傮w設(shè)計思想 ,電路圖及其原理 ,硬件實現(xiàn)。主要是對設(shè)計中所需 設(shè)備的詳細(xì)介紹，包括霍爾開關(guān)傳感器、單片機(jī)最小系統(tǒng)、脈沖測量、及 LCD 液晶顯示屏。具體為：介紹霍爾開關(guān)傳感器的基本原理 ,單片機(jī)最小系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) ,工作原理及其性能；脈沖測量的算法及其實現(xiàn)， LCD 液晶顯示屏的工作原理。 第三章是節(jié)能車?yán)锍瘫淼能浖崿F(xiàn)部分，主要介紹單片機(jī)編程實現(xiàn)頻率測量、車速、里程、時間、行駛?cè)?shù)、平均車速、最大車速的功能。 第四章是對點火系的優(yōu)化與改進(jìn)，與現(xiàn)有點火系的對比，改進(jìn)后的優(yōu)點以及自動進(jìn)角直流點火器的工作原理等。 總結(jié)， 是 介紹了本設(shè)計實現(xiàn)的功能，闡述本課題的現(xiàn)實意義，以及對未來節(jié)能車?yán)锍瘫砑夹g(shù)的展望。 3 第 2 章 節(jié)能車 車速 里程表的 硬件 設(shè)計 車速里程表 設(shè)計 的總體 概述 本系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)控制系統(tǒng)，顯示電路顯示， 3 部分構(gòu)成。其中數(shù)據(jù)的采集是由霍爾開關(guān)傳感器來完成的，它的輸出是 0、 1 高低電平，經(jīng)過霍爾開關(guān)傳感器內(nèi)部集成電路進(jìn)行濾波整形后就向單片機(jī)系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速信號。其中關(guān)鍵的處理由單片機(jī)系統(tǒng)來完成，單片機(jī)將對 INT0 腳的信號進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)的脈沖達(dá)到設(shè)定值的時候， INT1 申請中斷，對外輸出信號，輸出的信號由顯示部分送 LCD 顯示屏進(jìn)行顯示，顯示當(dāng)前的行駛里程、車速、時間等情況。 在本次行駛過后關(guān)掉電源開關(guān)，所有數(shù)據(jù)清零，以便下次駕駛員行駛時更加方便、有效的讀取數(shù)據(jù)，以上所訴就是整個系統(tǒng)的總體設(shè)計思想。 利用霍爾元件對里程和車速進(jìn)行測量。將霍爾元件安裝在車前輪的一側(cè)，在車圈側(cè)面等間隔貼若干個磁鐵。當(dāng)磁鐵經(jīng)過霍爾元件時，霍爾元件輸出端的電壓發(fā)生變化產(chǎn)生高低電平，單片機(jī)根據(jù)脈沖數(shù)來計算里程?；魻栐皇芴鞖獾挠绊懀幢惚荒嗌郴蚧覊m覆蓋對測量也不會有任何影響?；魻栭_關(guān)傳感器具有輸出響應(yīng)快、體積小、安裝方便、性能可靠、不受光線、泥水等因素影響，價格便宜的優(yōu)點。 該設(shè)計能實時地將所測的累計里 程數(shù)顯示出來，主要是將傳感器輸入到單片機(jī)的脈沖信號的頻率（傳感器將不同車速轉(zhuǎn)變成不同頻率的脈沖信號）實時地測量出來，考慮到信號的衰減、干擾等影響，在信號送入單片機(jī)前開關(guān)型霍爾開關(guān)傳感器內(nèi)部的集成電路對其進(jìn)行放大整形，然后通過單片機(jī)計算出里程，并由 LCD 顯示模塊交替顯示所測里程。本設(shè)計的里程數(shù)的算法是一種大概的算法（假設(shè)在一定時間內(nèi)自行車是勻速行進(jìn)，平均速度與時間的乘積即為里程數(shù)）。 設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮測速精度和系統(tǒng)反應(yīng)時間。本設(shè)計用測量高低電平的頻率來計算速度，因而具有較高的測速精度。在計算里程時取了節(jié)能 車的理想狀態(tài)。實際中，誤差控制在幾米之內(nèi)，相對于整個里程來說不是很大。另外，還應(yīng)盡量保證其他子模塊在編程時的通用性和高效性。本設(shè)計的里程值采用 4 位顯示。 里程表系統(tǒng)設(shè)計總框圖 如圖 所示，為里程表設(shè)計總框圖，明確了里程表的設(shè)計思路。 4 圖 系統(tǒng)總框圖 車速 傳感器 的選擇 對車速進(jìn)行檢測的傳感器目前被廣泛使用的有三種，分別是磁電式車速傳感器、霍爾式車速傳感器、光電式車速傳感器。 磁電式車速傳感器是一個模擬交流信號發(fā)生器，它們產(chǎn)生 交變電流信號，通常由帶兩個接線柱的磁芯及線圈組成。這兩個線圈接線柱是傳感器輸出的端子，當(dāng)由鐵質(zhì)制成的環(huán)狀翼輪 (有時稱為磁組輪 )轉(zhuǎn)動經(jīng)過傳感器時，線圈里將產(chǎn)生交流電壓信號。磁組輪上的逐個齒輪將產(chǎn)生一一對應(yīng)的系列脈沖，其形狀是一樣的。輸出信號的振幅(峰對峰電壓 )與磁組輪的轉(zhuǎn)速成正比 (車速 )，信號的頻率大小表現(xiàn)于磁組輪的轉(zhuǎn)速大小。 霍爾效應(yīng)傳感器 (開關(guān) )在汽車應(yīng)用中是十分特殊的，這主要是由于變速器周圍空間位置沖突，霍爾效應(yīng)傳感器是固體傳感器，它們主要應(yīng)用在曲軸轉(zhuǎn)角和凸輪軸位置上，用于開關(guān)點火和燃油噴射電路觸發(fā)，它 還應(yīng)用在其它需要控制轉(zhuǎn)動部件的位置和速度控制電腦電路中。 光電式車速傳感器是固態(tài)的光電半導(dǎo)體傳感器，它由帶孔的轉(zhuǎn)盤兩個光導(dǎo)體纖維，一個發(fā)光二極管，一個作為光傳感器的光電三極管組成。 一個以光電三極管為基礎(chǔ)的放大器為發(fā)動機(jī)控制電腦或點火模塊提供足夠功率的信號，光電三極管和放大器產(chǎn)生數(shù)字輸出信號 (開關(guān)脈沖 )。 綜合節(jié)能競賽車的特點和功能需求， 本次設(shè)計中選用的是霍爾開關(guān)型傳感器，其型號為 A3144E，也稱 A44E。 A3144E 芯片屬于開關(guān)型的霍爾器件 ,其工作電壓范圍比較寬 ( 4. 5～ 18 V ) ,其輸出 的信號符合 TTL電平標(biāo)準(zhǔn)可以直接接到單片機(jī)的 I/ O端口上 ,而且其最高檢測頻率可達(dá)到 1 M Hz。 A3144E 霍爾開關(guān)集成電路應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理 ,采用半導(dǎo)體集成技術(shù)制造的磁敏電路 ,它是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、史密特觸發(fā)器，溫度補(bǔ)償電路和集電極開路的輸出級組成的磁敏傳感電路 ,其輸入顯示電路 STC89C52 計數(shù)脈沖送信號至 T0 電源開關(guān) 在線擦寫程序 霍爾 傳感器 5 為磁感應(yīng)強(qiáng)度 ,輸出是一個數(shù)字電壓信號。 A3144E 的特性 霍爾開關(guān)電路的輸出特性見圖 所示。在輸入端輸入電壓 Vcc，經(jīng)穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后加在霍耳電勢發(fā)生器的兩端，根據(jù)霍耳效應(yīng)原理，當(dāng)霍耳片處在 磁場中時，在垂直于磁場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生場的方向通以電流，則與這二者相垂直的方向上將會產(chǎn)生密特觸發(fā)器整形，使其成為方波輸送到 OC 門輸出。當(dāng)施加的磁場達(dá)到工作點 (即 BOP )時，觸發(fā)器輸出高電壓 (相對于地電位 )，使三極管導(dǎo)通，此時 OC 門輸出端輸出低電壓，通常稱這種狀態(tài)為開。當(dāng)施加的磁場達(dá)到釋放點 (即 BRP ) 時，觸發(fā)器輸出低電壓，三極管截止，使 OC 門輸出高電壓，這種狀態(tài)為關(guān)。 圖 A3144E 輸出特性 在外磁場的作用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通 閾 BOP 時，霍爾電路輸出管導(dǎo)通，輸出低電平。之后， B 再增加，仍保持導(dǎo)通態(tài)。若外加磁場的 B 值降低到 B RP 時，輸出管截止，輸出高電平。我們稱 BOP 為工作點， BRP 為釋放點， BOP B RP = B H稱為回差?；夭畹拇嬖谑归_關(guān)電路的抗干擾能力增強(qiáng)。這樣兩次電壓變換，使霍耳開關(guān)完成了一次開關(guān)動作。一般規(guī)定，當(dāng)外加磁場的南極 ( S 極 )接近霍爾電路外殼上打有標(biāo)志的一面時，作用到霍爾電路上的磁場方向為正，北極接近標(biāo)志面時為負(fù)。 A3144E 芯片的引腳及功能 霍爾傳感器 A44 E 芯片的引腳接線圖見圖 典型應(yīng)用于無觸點開關(guān)、車點火器、剎車電路、位置轉(zhuǎn)速檢測與控制、全報警裝置和紡織控制系統(tǒng)?；魻杺鞲衅魇且粋€ 3端器件，外形與三極管相似，只要接上電源、地，即可工作，輸出通常是集電極開路 ( OC) 門輸出，工作電壓范圍寬，使用非常方便。 VOUT BH BRP BOP B VOH VOL 0 6 圖 A44E 芯片引腳接線圖 引腳 1 是電源 Vcc， 引腳 2 是地 GND， 引腳 3 是輸出 OUT?；魻柶骷墓ぷ麟妷翰坏贸^規(guī)定的 Vcc，大部分霍爾開關(guān)均為 OC 輸出。因此，輸出應(yīng)接負(fù)載電阻，其數(shù)值值取決于負(fù)載電流的大小 ， 不得超負(fù)載使用。 A3144E 的磁輸入檢 測 A44E 的磁輸入為單極磁場，即施加磁場的方式是改變磁鐵和 A44E 之間的距離。判定磁鐵極性方法是：把磁鐵的兩個極分別靠近 A44E 的正面，當(dāng)其 OUT 引腳電平由高變低時即為正確的安裝位置，如圖 所示。 圖 A44E 判別磁鐵極性 經(jīng)過實驗得知， A44E 只