【正文】 電控單元的硬件設(shè)計的具體電路。主控模塊是介紹了C8051F410單片機系統(tǒng)，根據(jù)各部件在此電控系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能進(jìn)行了分類描述。驅(qū)動模塊是針對執(zhí)行機構(gòu)的特點對控制信號進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動放大或縮小，主要包括對噴油電磁閥和油泵電磁閥的驅(qū)動和電路中所有芯片的驅(qū)動。還對外部顯示和鍵盤電路做了介紹，最后對硬件上采用的抗干擾措施進(jìn)行了整體介紹。 第四章 電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件與硬件良好配合，才能構(gòu)成一個相對完整的電控系統(tǒng)。在電控系統(tǒng)的硬件確定后，電控系統(tǒng)所能實現(xiàn)的基本功能就相對確定。軟件相對于硬件來說，更靈活，更多變，因此它的設(shè)計就顯得更柔韌，發(fā)揮的空間更大。好的軟件設(shè)計不僅可以提升整個電控系統(tǒng)的性能，而且還可以彌補電控系統(tǒng)硬件上的缺陷，如解決硬件所不能解決的抗干擾等難題。本章對C8051F410的軟件進(jìn)行了設(shè)計，提出了軟件設(shè)計過程中問題的解決辦法和具體的設(shè)計方法[18]。電控系統(tǒng)軟件語言的選用主要取決于控制系統(tǒng)軟件配置的情況和整個系統(tǒng)的要求。一般來說，可以選用機器語言、匯編語言或高級語言來編寫程序。機器語言編程十分麻煩，效率很低。所編出的程序不易檢查和修改，但它能緊湊地使用內(nèi)存單元。匯編語言編寫的程序易讀、易記、易檢查修改，然而編寫應(yīng)用程序時比較繁瑣，工作量大，通用性差。高級語言編寫應(yīng)用程序不必了解計算機的指令系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，不必考慮內(nèi)部寄存器和存儲單元的安排，具有程序易修改、編程工作量小、編程時間短且易讀等優(yōu)點?，F(xiàn)在許多單片機系統(tǒng)，大多都采用高級語言C語言來編寫應(yīng)用程序。 作者采用C語言編寫試驗臺控制程序，因為C語臺作為一種通用的高級語言，便于移植和修改，使產(chǎn)品能夠更迅速地升級和繼承，大幅度提高了單片機系統(tǒng)開發(fā)的工作效率，使之能夠充分發(fā)揮出單片機處理器日益提高的性能。 單片機C語言開發(fā)工具 現(xiàn)行的單片機C語言開發(fā)工具多數(shù)是基于Windows98/2000/XP操作平臺的多窗口編輯、調(diào)試軟件。并且全面支持匯編語言，C51語言，PL/Msl語言的編譯/連接、調(diào)試。用戶可自定義各種語臺的關(guān)鍵詞。軟件完全支持源語句在線調(diào)試。高級語呂還支持源文件調(diào)試和匯編語言指令行對照調(diào)試。用戶可同時打開多個窗體編輯、調(diào)試、變量觀察等。 主程序主程序主要是完成一些實時性要求相對低一些的控制任務(wù)，此控制軟件的主程序主要由兩個功能模塊組成，即油壓的建立過程和燃油噴射和拍攝過程。程序的開始就是初始化部分，其作用是對一些變量的定義及其初始化，如一些中斷參數(shù)的設(shè)定，壓力傳感器數(shù)據(jù)的采集、輸入和計算，LCD顯示的設(shè)定，包括功能的設(shè)置、顯示的設(shè)置、清文本區(qū)、寫漢字字符串程序、寫英文字符串、菜單。初始化還包括工作模式選擇的設(shè)定，發(fā)動機的設(shè)置，油泵的設(shè)置，發(fā)動機設(shè)置界面，發(fā)動機的啟動和停止[19]。為程序?qū)崿F(xiàn)做準(zhǔn)備，其中下面將詳細(xì)介紹各部分的控制思路和實現(xiàn)方法。 油壓的建立 對共軌油壓的控制直接影響噴油的控制。根據(jù)噴油的控制要求，需要共軌油壓隨工況的變化而適當(dāng)改變，并且在固定工況下，尤其是在噴射過程中維持穩(wěn)定，波動盡可能小[20]。開始初始化可編程計數(shù)陣列PCA0接收到油泵角標(biāo)Z信號NY啟動PCA0是否發(fā)生匹配NY翻轉(zhuǎn)CEX0電平捕捉/比較寄存器數(shù)值+180是否發(fā)生匹配NY翻轉(zhuǎn)CEX0電平捕捉/比較寄存器數(shù)值+180是否發(fā)生匹配NY翻轉(zhuǎn)CEX0電平捕捉/比較寄存器數(shù)值+180是否發(fā)生匹配NY翻轉(zhuǎn)CEX0電平 建油壓代碼流程圖以上就是油壓建立的整個過程，一開始初始化可編程計數(shù)陣列PCA0，然后在確定是否接收到油泵角標(biāo)Z信號，若接到Z信號則啟動PCA0，若沒有則繼續(xù)等待。在收到Z信號啟動PCA0后，看其數(shù)值也所設(shè)的數(shù)值比較是否匹配，如若匹配則翻轉(zhuǎn)PWM輸出一個信號，這個PWM信號翻轉(zhuǎn)持續(xù)四次，因為油泵凸輪再轉(zhuǎn)一圈時，產(chǎn)生720個角標(biāo)脈沖，所以在每此PWM信號翻轉(zhuǎn)后（即電磁閥開關(guān)過程）寄存器數(shù)值加180。在電磁閥開啟關(guān)閉4次后，又重新接受另一個Z信號角標(biāo)。 燃油噴射和拍攝控制過程燃油噴射和拍攝控制占用的微控制器資源包括：外部中斷1，定時器0，1和2。外部中斷1由發(fā)動機角標(biāo)器的Z信號（對應(yīng)上止點）控制，下降沿觸發(fā)。定時器0和1由其A信號控制，設(shè)置為16位計數(shù)器模式，用于在捕捉到上止點脈沖后計數(shù)A脈沖的個數(shù)，通過設(shè)置不同的初值，分別在設(shè)定的時刻激發(fā)控制噴油嘴電磁閥的PWM脈沖和驅(qū)動PIV照相系統(tǒng)（觸發(fā)激光器和CCD相機）單脈沖，后者一般要略微滯后于前者，具體數(shù)值可由用戶設(shè)置。定時器2用于產(chǎn)生PWM脈沖，設(shè)置合適的初值，在溢出時翻轉(zhuǎn)PWM脈沖的電平[21]。 噴油的一切動作都由發(fā)動機角標(biāo)器的Z信號所觸發(fā)的外部中斷1開始，當(dāng)接收到Z信號后，則分別啟動定時器0和1，接下來分成兩個過程來介紹： 1）噴油過程：對于計時器0當(dāng)其啟動后，則不停的計數(shù)直至溢出，溢出后啟動計數(shù)器2，計數(shù)器2計數(shù)至溢出后PWM信號翻轉(zhuǎn)同時，PWM翻轉(zhuǎn)次數(shù)計數(shù)器減1，若PWM翻轉(zhuǎn)次數(shù)計數(shù)器的數(shù)值不為零，則重載定時器2初值，回到啟動計數(shù)器2那一步，接著往下走，若PWM翻轉(zhuǎn)次數(shù)計數(shù)器的數(shù)值為零則噴油次數(shù)計數(shù)器減1，若噴油次數(shù)計數(shù)器不為零，則重置計數(shù)器0和2的初值，并且回到最開始的接受Z信號的那一步，若噴油次數(shù)計數(shù)器為零，此次噴油過程結(jié)束。 2）照相過程：在啟動計數(shù)器1后，則其計數(shù)器一直計數(shù)直至溢出，溢出后產(chǎn)生中斷2觸發(fā)噴油，激光器和照相機，此過程確定從接收到Z信號之后多少A脈沖后開始觸發(fā)激光器和照相機，照相完后就到了看噴油計數(shù)器的數(shù)值是否為零，若噴油次數(shù)計數(shù)器不為零，則重置計數(shù)器1的初值，并且回到最開始的接受Z信號的那一步，若噴油次數(shù)計數(shù)器為零，此次噴油過程結(jié)束。 LCD顯示控制LCD顯示控制比較簡單，基本步驟為:首先對其進(jìn)行初始化，完成功能設(shè)置、觸發(fā)初始化定時器0，1及定時器2接收到發(fā)動機角標(biāo)Z信號NY啟動定時器0是否溢出N啟動定時器2是否溢出NYY翻轉(zhuǎn)PWM電平重載定時器2初值噴油次數(shù)計數(shù)器1噴油次數(shù)計數(shù)器=0NYPWM電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)計數(shù)器1電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)計數(shù)器=0NY結(jié)束啟動定時器1是否溢出N產(chǎn)生相機和激光器的觸發(fā)脈沖Y重載定時器0，1和2的初值 燃油噴射和拍攝控制代碼流程圖顯示方式設(shè)置、清屏等準(zhǔn)備工作，然后將數(shù)據(jù)連續(xù)送入LCD的片選地址即可。此系統(tǒng)選擇的是4X8型的LCD，即只顯示4行，并且每一行顯示8個漢字，于是可同時顯示轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的值。LCD的顯示周期為根據(jù)中斷的設(shè)定，每24ms進(jìn)行1次更新。LCD顯示監(jiān)控部分，可以實時地反映發(fā)動機運行的情況，以便于發(fā)生異常情況時采取相應(yīng)措施。 前一章提到了硬件抗干擾的一些措施不僅要對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行抗干擾設(shè)計但是要提高控制系統(tǒng)工作的可靠還應(yīng)該在軟件設(shè)計上采用必要的本設(shè)計主要采取的措施有: (1)數(shù)字濾波 數(shù)字濾波是提高數(shù)據(jù)采集可靠性最有效的方法，數(shù)字濾波有以下優(yōu)點: 1)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加任何硬設(shè)備，也不存在阻抗匹配的問題，可以多個通道共用； 2)可以對頻率很低的信號實現(xiàn)濾波，而模擬濾波器由于受電容容量的影響頻率不能太低； 3)靈活性好，可以用不同的濾波程序?qū)崿F(xiàn)不同的濾波方法。 (2)軟件冗余單片機受到干擾后，往往運行偏離正常的方向或執(zhí)行錯誤的操作。為解決這個問題，采取了軟件冗余的辦法:把未用到的中斷向量都指向一個異常處理模塊，在該模塊中作相應(yīng)的處理，使程序恢復(fù)到正常的指令流中去。在相鄰的數(shù)據(jù)區(qū)中間插入一個跳轉(zhuǎn)指令，使之轉(zhuǎn)向異常處理模塊。在重要的跳轉(zhuǎn)指令之前加入3條以上的空指令，可以部分解決程序取指令與取操作數(shù)發(fā)生錯位的情況。 (3)軟件陷阱微機控制系統(tǒng)的程序是一步一步進(jìn)行操作的。但當(dāng)系統(tǒng)受到強烈干擾時，可能引起程序失控，即微機偏離預(yù)定的執(zhí)行過程，從而使程序無法完成原設(shè)定的任務(wù)，造成整個系統(tǒng)癱瘓。為了防止上述情況發(fā)生，設(shè)計軟件時采用了設(shè)計陷阱的方法。在EPROM中，每個子程序間的幾個連續(xù)單元用“00填滿。當(dāng)出現(xiàn)程序失控時，只要失控的單片機進(jìn)入這眾多的軟件陷阱中的任何一個，都會被捕捉，連續(xù)進(jìn)行幾個空操作后，返回到故障處理入口繼續(xù)執(zhí)行，程序恢復(fù)正常。 本章小結(jié)本章針對于電磁閥控制噴油的特點及要求，選定了整個系統(tǒng)的控制方案，本文對主程序的主要兩個流程及油壓建立過程和噴油和拍攝過程，文章分模塊地對各功能的實現(xiàn)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并且還介紹了電控單元控制柴油機以發(fā)電機工況運行的情況及軟件編寫中采用的一些抗干擾措施。軟件采用C語言開發(fā)，它既具有一般高級語言的特點，又能直接對計算機的硬件進(jìn)行操作，并且采用C語言編寫的程序能夠很容易的在不同類型的計算機之間進(jìn)行移植，提高了軟件開發(fā)效率。該軟件經(jīng)試驗驗證對噴油系統(tǒng)中電磁閥的控制切實可行。第五章 全文總結(jié)與展望 全文總結(jié)本系統(tǒng)以C8051F410單片為控制核心，來實現(xiàn)用電磁閥控制發(fā)動機噴油過程，本設(shè)計在電源反面有其獨到之處，系統(tǒng)采用12V電磁供電，但是將這12V電源分成三個獨立的供電系統(tǒng)，一個是對12V到70V的升壓驅(qū)動電路供電；一個是對驅(qū)動噴油電磁閥的光隔離電路供電；一個是對其他的電路供電。而這三套獨立的電源之間是完全隔開的，從而降低之間的相互影響，增加的電路的可靠性。本系統(tǒng)在設(shè)計是還考慮的發(fā)動機正傳和反轉(zhuǎn)時噴油計數(shù)問題，采用了編碼器抗干擾雙向計數(shù)，這一設(shè)計大大增強了系統(tǒng)的實用性。在對于噴油電磁閥驅(qū)動電路上，本系統(tǒng)采用了光隔離電路，很大程度上降低了干擾，而且還在電磁閥驅(qū)動接口兩端反并了二極管，合理的泄放了回流電流，從而使電磁閥開關(guān)響應(yīng)更為迅速。在軟件設(shè)計方面，通過認(rèn)真學(xué)習(xí)單片機C8051F410，對其有了更進(jìn)一步的掌握，在程序的編寫方面，雖然絕大多數(shù)都是在老師幫助下完成的，但是自己也在這個過程中受益頗多，自己的編程能力也得到了很大的提高。但是在實際開發(fā)過程之中，由于作者水平有限，以及時間和試驗條件限制等各個方面的因素，還需進(jìn)一步完善該系統(tǒng)功能，提高系統(tǒng)的可靠性，以達(dá)到更好的使用效果。 展望柴油機電噴系統(tǒng)的優(yōu)化控制涉及到執(zhí)行器、傳感器、計算機和控制技術(shù)，是一門綜合性的新興技術(shù)。綜合分析國內(nèi)外的研究歷史和現(xiàn)狀,電噴系統(tǒng)將在以下幾個方面得到進(jìn)一步發(fā)展和完善：研制新型及智能型傳感器；采用總線控制技術(shù)；提高故障診斷及緊急運行能力；集成電噴系統(tǒng)與車輛其他電控系統(tǒng),實現(xiàn)整車的優(yōu)化控制；采用先進(jìn)的控制模式與算法。 參考文獻(xiàn)[1]尚宇輝,唐厚君,楊銀昌,韓正之. 車用柴油機電控燃油噴射系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀的發(fā)展趨勢[J].柴油機, 1999,4(4):1723.[2]Hirohisa T,Yasukazu S,Takahira of a monrail proportional injector contro lled by a tandem arrayed giantmagneto strictive actuator[R].Washington,USA:Society of Automotive Engineers Inc,2001.[3]李紹安,程剛,[J].車用發(fā)動機，2003,40(5): 3335.[4]宋軍，田良云，李孝祿，喬信起，黃震. 柴油機共軌系統(tǒng)ECU的設(shè)計及噴油特性研究[J]. 內(nèi)燃機學(xué)報,2006,24(1):2834.[5][J].東南大學(xué)學(xué)報,2001,31(6A): 4042. [6]喬信起,宋永臣,[J]．內(nèi)燃機工程,1995, 16(2):7378．[7]Guo L S,Lu H B,Li J hydrogen injection system with solenoid valves for a fourcylinder hydrogenfuelled engine[J].Internatinal Journal of Hydrogen Energy,1999,24(4):337382.[8]Oyang M G,Sorenson S C. Survey of the electronic injection and control of diesel engines[R]. Washington,USA:Society of Automotive Engineers Inc,1994.[9]Tao G,Chen H Y,J Y Y,et al. Optimal design of the magnetic field of a highspeed respons solenoid valve[J].Journal of Material Processing Technology,2002,129(13):555558.[10]張科勛,紅木南,周明等. 柴油機電磁閥集成式升壓驅(qū)動電路計與分析[J].上海交通大 學(xué)學(xué)報, 2008,42(8):13671371.[11]盧啟龍，歐陽明高. 電控柴油噴射用高速強力電磁閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計與功率驅(qū)動[J].電控技 術(shù),1999,10(4):3337.[12]連長震，李建秋，周明，歐陽明高. 電控燃油噴射用高速電磁閥驅(qū)動方式研究[J].汽車 工程,2002,24,(4):310313.[13]劉建成，王立德，劉彪. 基于DSP的柴油機噴油電磁閥驅(qū)動電路的設(shè)計[J].內(nèi)燃機，2007， 4(1):14