【文章內容簡介】 反之將電動勢 加在氧化鋯上，則會產(chǎn)生氧離子的移動。 當廢氣通過擴散孔進入擴散室時，氧濃 差電池一面與擴散室相接觸，一面與空氣參考室相接觸，由于兩面的氧含量不同 而產(chǎn)生電動勢，即氧濃差電池電壓 Vs。開關氧傳感器將其電壓信號送給 ECU，作 為廢氣中氧濃度的信號，以此控制空燃比。而寬域型傳感器則施加電壓在泵電池 上，產(chǎn)生泵電流，使氧濃差電池兩面的氧含量保持一致，讓電壓值維持在 （即參考電壓為 ）。富油的濃混合氣將使氧濃差電池電壓大于 ，傳感 器控制器則施加負方向的泵電流 Ip,使氧氣泵入擴散室，進行化學反應，降低廢 氣的濃度，使電壓恢復到 ；反之，若富氧的稀混合氣將使氧濃差電池電壓 小于 ，則產(chǎn)生正方向的泵電流 Ip,將氧氣泵出擴散室。當燃料或氧氣被中 和時，氧濃差電池輸出電壓就維持在 。寬域氧傳感器就是這樣通過泵電流的大小和方向，來反映廢氣的濃或稀，以及濃稀程度。并且，再將泵電流轉換為 05v 連續(xù)的線性電壓輸出。 簡而言之，就是利用了氧化鋯的兩個特性： 第一個特性是當氧化鋯兩側的含氧量不同時，在氧化鋯兩側的電極上產(chǎn)生電動勢，普通氧傳感器正是利用氧化鋯的這一特性。 第二個特性與第一個特性相反，即當在氧化鋯兩側的 電極上加上電壓時，可以使氧離子移動。 如果內燃機在某一空燃比下工作，排出氧含量一定的尾氣進入測試腔，使得感應電池兩端的電壓維持在 ，我們稱這時的狀態(tài)為理想空燃比狀態(tài)。 當內燃機工作在稀燃狀態(tài) 當內燃機是稀燃，即混合氣中汽油含量較低時，此時燃燒所消耗的氧氣的量比較少，從而從尾氣中排出的氧比理想空燃比狀態(tài)下多。尾氣進入擴散室后由于感應電池兩端氧濃度差比較小，所以感應電池兩端的電壓就會小于 (感應電壓即為圖中 Us），而感應電壓 Us 與參考電壓 Uref（ Uref 為固定電壓，值為 ） 經(jīng)過泵電流控制模塊比較和放大后將得到一個放大了的大于零的電壓，而此電壓經(jīng)過一個泵電流控制器向泵電池發(fā)送一個正的泵電流，將氧從測試腔中泵出使測試腔內的 9 含氧量下降，使感應電池兩端的電壓 Us 維持在 。我們能注意到的是，當 Us 與Uref 的差值越大，正的泵電流的值就會越大，泵電池從測試腔泵出氧的泵氧力度就會越大。 此時系統(tǒng)工作情況大致如下圖 所示。 Ip 圖 稀燃情況下泵電流和氧移動方向 當內燃機工作在富燃狀態(tài) 相應的，當內燃機是富燃，即混合氣中汽油含量較高時，燃燒所消耗的氧氣的量就比較多，從而從尾氣排出的氧就比理想空燃比狀態(tài)下的少。此時尾氣進入擴散室后由于感應電池兩端的氧濃度差比較大，所以感應電池兩端的電壓 Us 就會大于，此時感應電壓 Us 與參考電壓 Uref 經(jīng)過差分放大器 A后在其輸出端將產(chǎn)生一個放大了的小于零的電壓，此電壓經(jīng)過泵電流控制器向泵電池發(fā)送一個負的電流（即方向與稀燃時相反），將氧泵入測試腔使測 試腔內含氧量升高，從而使感應電池兩大氣 測試腔 US B Uref A 從擴散室抽出氧 10 端的電壓值 Us維持在 。而且感應電池兩端的電壓比參考電壓 Uref 大的越多，負的泵電流的值就會越大，泵電池往測試腔的泵氧力度也會越大。 此時，泵電流的方向和氧移動的方向均和圖 所示的方向相反。 11 3 寬帶型氧傳感器控制器設計 由前面的介紹的氧傳感器的工作原理可知，要使傳感器能正常工作，還需要相應的控制器，控制器的性能直接影響了傳感器的工作質量。目前，寬帶型氧傳感器主要用于汽車發(fā)動機的控制和空燃比分析儀。氧傳感器配合相應的控制器時，不但能控制泵電流和傳感器工作溫度 ，還能通過處理測出精確的空燃比 λ，然后這個空燃比值 λ 被 發(fā)送到電子控制單元 ECU 中， ECU根據(jù) λ 值的大小判斷混合氣的稀濃，然后再控制噴油量。目前，無論是德國 Bosch 公司針對其 LSU 系列 UEGO 傳感器開發(fā)的CJ1 CJ1 CJ125 等型號的 IC 控制芯片，還是大連理工大學內燃機研究所針對日本 NTK 公司的 UEGO 傳感器研制的控制系統(tǒng)，都是用模擬電路實現(xiàn)的，控制規(guī)律較為簡單，無法實現(xiàn)復雜的控制策略，限制了傳感器動態(tài)性能的提高 [3]。 本章采用 TMS320F28335DSP 系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，同時配合相應 的外圍調理電路來設計 UEGO 傳感器的控制器。 TMS320F28335DSP 介紹 TMS320F2021 系列 DSP 集微控制器和高性能 DSP 的特點于一身，具有強大的控制和信號處理能力，能夠實現(xiàn)復雜的控制算法。 TMS320F2021 系列 DSP 片上整合了 Flash 存儲器，快速的 A/D 轉換器，增強型 CAN 模塊，增強型 PWM 模塊，正交編碼電路接口，多通道緩沖串口等外設，可以方便的開發(fā)高性能數(shù)字控制系統(tǒng)。其中 TMS320F28335DSP 是 TI公司最近推出的 32 位具有浮點內核的 DSP 芯片，是目前工業(yè)領域最先進的處理器之一。其主頻最高可達 150MHz，即單個指令周期為，提高了控制系統(tǒng)的控制精度和芯片的處理能力，可以很好的滿足 UEGO 控制器的控制要求。 TMS320F28335DSP 的主要性能和技術特征如下 [ 7]： CPU： TMS320F28335DSP 以精簡指令集（ RISC）微處理器 C28x 為內核 32 位CPU，具有 8 級流水線，系統(tǒng)最高頻率達 150MHz，指令執(zhí)行可在單周期內完成。CPU 采用改進型哈佛總線結構（可工作于馮諾依曼模式）， 支持總線擴展，尋址空間高達 4G 字； FPU：支持 IEEE754 單精度（ 32 位）浮點運算； 12 存儲器：片上集成有 256K 16 的 Flash， 34K 16 高速靜態(tài) RAM， 1K 16 的OPT ROM，以及 8K 16 帶有數(shù)字運算表的 Boot ROM。此外，通過外部總線控制接口 XINTF，還能進行片外存儲器擴展，能支持 2M 16 以上的尋址空間； 中斷： 8 個外部中斷，相對于 TMS320F281X 系列的 DSP，無專門的中斷引腳。支持 58 個外設中斷的外設中斷擴展控制器（ PIE），管理片上外設和外部引腳引起的終端請求； 增強 型的外設模塊： 18 個 PWM 輸出，包含 6 個高分辨率脈寬調制模塊（ HRPWM)、 6 個事件捕獲輸入， 2 通道的正交調制模塊（ QEP）； 3 個 32 位的定時器，定時器 0 和定時器 1 用作一般的定時器，定時器 0 接到 PIE模塊，定時器 1 接到中斷 INT13；定時器 2 用于 DSP/BIOS 的片上實時系統(tǒng)，連接到中斷 INT14，如果系統(tǒng)不使用 DSP/BIOS，定時器 2 可用于一般定時器； 串行外設為 2 通道 CAN 模塊、 3 通道 SCI 模塊、 2 個 McBSP（多通道緩沖串行接口）模塊、 1 個 SPI 模塊、 1 個 I2C 主從兼容的串行總線接口模塊； 12 位 的 A/D 轉換器具有 16 個轉換通道、 2 個采樣保持器、內部參考電壓，轉換速度為 80ns，同時支持多通道轉換； 88 個可編程的復用 GPIO 引腳； 低功耗模式； ， I/O 供電； 除此之外， TMS320F28335 片上還有 3 路帶有 16 級 FIFO 的全雙工異步串口以及一個看門狗定時器。 通過上面分析可以看出，基于 TMS320F28335 板具有強大的數(shù)學運算和控制功能，可滿足控制系統(tǒng)實時控制要求。其引腳圖如圖 所示。 13 圖 TMS320F28335 引腳圖 UEGO 傳感器控制器 概述 總體來說， UEGO 控制器包括三個部分，即溫度控制部分、泵電流控制部分、泵電流測量部分和傳感器加熱部分，系統(tǒng)總體框圖如圖 所示。各個部分將在