【正文】 電控單元的硬件設(shè)計(jì)的具體電路。主控模塊是介紹了C8051F410單片機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)各部件在此電控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了分類描述。驅(qū)動(dòng)模塊是針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)放大或縮小，主要包括對(duì)噴油電磁閥和油泵電磁閥的驅(qū)動(dòng)和電路中所有芯片的驅(qū)動(dòng)。還對(duì)外部顯示和鍵盤電路做了介紹，最后對(duì)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(jì)軟件與硬件良好配合，才能構(gòu)成一個(gè)相對(duì)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(shí)現(xiàn)的基本功能就相對(duì)確定。軟件相對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)，更靈活，更多變，因此它的設(shè)計(jì)就顯得更柔韌，發(fā)揮的空間更大。好的軟件設(shè)計(jì)不僅可以提升整個(gè)電控系統(tǒng)的性能，而且還可以彌補(bǔ)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(duì)C8051F410的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出了軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中問(wèn)題的解決辦法和具體的設(shè)計(jì)方法[18]。電控系統(tǒng)軟件語(yǔ)言的選用主要取決于控制系統(tǒng)軟件配置的情況和整個(gè)系統(tǒng)的要求。一般來(lái)說(shuō)，可以選用機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫程序。機(jī)器語(yǔ)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(yǔ)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(shí)比較繁瑣，工作量大，通用性差。高級(jí)語(yǔ)言編寫應(yīng)用程序不必了解計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，不必考慮內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)單元的安排，具有程序易修改、編程工作量小、編程時(shí)間短且易讀等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在許多單片機(jī)系統(tǒng)，大多都采用高級(jí)語(yǔ)言C語(yǔ)言來(lái)編寫應(yīng)用程序。 作者采用C語(yǔ)言編寫試驗(yàn)臺(tái)控制程序，因?yàn)镃語(yǔ)臺(tái)作為一種通用的高級(jí)語(yǔ)言，便于移植和修改，使產(chǎn)品能夠更迅速地升級(jí)和繼承，大幅度提高了單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作效率，使之能夠充分發(fā)揮出單片機(jī)處理器日益提高的性能。 單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具 現(xiàn)行的單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具多數(shù)是基于Windows98/2000/XP操作平臺(tái)的多窗口編輯、調(diào)試軟件。并且全面支持匯編語(yǔ)言，C51語(yǔ)言，PL/Msl語(yǔ)言的編譯/連接、調(diào)試。用戶可自定義各種語(yǔ)臺(tái)的關(guān)鍵詞。軟件完全支持源語(yǔ)句在線調(diào)試。高級(jí)語(yǔ)呂還支持源文件調(diào)試和匯編語(yǔ)言指令行對(duì)照調(diào)試。用戶可同時(shí)打開(kāi)多個(gè)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(shí)時(shí)性要求相對(duì)低一些的控制任務(wù)，此控制軟件的主程序主要由兩個(gè)功能模塊組成，即油壓的建立過(guò)程和燃油噴射和拍攝過(guò)程。程序的開(kāi)始就是初始化部分，其作用是對(duì)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(jì)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(dòng)機(jī)的設(shè)置，油泵的設(shè)置，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置界面，發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)方法。 油壓的建立 對(duì)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(guò)程中維持穩(wěn)定，波動(dòng)盡可能小[20]。開(kāi)始初始化可編程計(jì)數(shù)陣列PCA0接收到油泵角標(biāo)Z信號(hào)NY啟動(dòng)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(gè)過(guò)程，一開(kāi)始初始化可編程計(jì)數(shù)陣列PCA0，然后在確定是否接收到油泵角標(biāo)Z信號(hào)，若接到Z信號(hào)則啟動(dòng)PCA0，若沒(méi)有則繼續(xù)等待。在收到Z信號(hào)啟動(dòng)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(gè)信號(hào)，這個(gè)PWM信號(hào)翻轉(zhuǎn)持續(xù)四次，因?yàn)橛捅猛馆喸俎D(zhuǎn)一圈時(shí)，產(chǎn)生720個(gè)角標(biāo)脈沖，所以在每此PWM信號(hào)翻轉(zhuǎn)后（即電磁閥開(kāi)關(guān)過(guò)程）寄存器數(shù)值加180。在電磁閥開(kāi)啟關(guān)閉4次后，又重新接受另一個(gè)Z信號(hào)角標(biāo)。 燃油噴射和拍攝控制過(guò)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(shí)器0，1和2。外部中斷1由發(fā)動(dòng)機(jī)角標(biāo)器的Z信號(hào)（對(duì)應(yīng)上止點(diǎn)）控制，下降沿觸發(fā)。定時(shí)器0和1由其A信號(hào)控制，設(shè)置為16位計(jì)數(shù)器模式，用于在捕捉到上止點(diǎn)脈沖后計(jì)數(shù)A脈沖的個(gè)數(shù)，通過(guò)設(shè)置不同的初值，分別在設(shè)定的時(shí)刻激發(fā)控制噴油嘴電磁閥的PWM脈沖和驅(qū)動(dòng)PIV照相系統(tǒng)（觸發(fā)激光器和CCD相機(jī)）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(shí)器2用于產(chǎn)生PWM脈沖，設(shè)置合適的初值，在溢出時(shí)翻轉(zhuǎn)PWM脈沖的電平[21]。 噴油的一切動(dòng)作都由發(fā)動(dòng)機(jī)角標(biāo)器的Z信號(hào)所觸發(fā)的外部中斷1開(kāi)始，當(dāng)接收到Z信號(hào)后，則分別啟動(dòng)定時(shí)器0和1，接下來(lái)分成兩個(gè)過(guò)程來(lái)介紹： 1）噴油過(guò)程：對(duì)于計(jì)時(shí)器0當(dāng)其啟動(dòng)后，則不停的計(jì)數(shù)直至溢出，溢出后啟動(dòng)計(jì)數(shù)器2，計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)至溢出后PWM信號(hào)翻轉(zhuǎn)同時(shí)，PWM翻轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)數(shù)器減1，若PWM翻轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)數(shù)器的數(shù)值不為零，則重載定時(shí)器2初值，回到啟動(dòng)計(jì)數(shù)器2那一步，接著往下走，若PWM翻轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)數(shù)器的數(shù)值為零則噴油次數(shù)計(jì)數(shù)器減1，若噴油次數(shù)計(jì)數(shù)器不為零，則重置計(jì)數(shù)器0和2的初值，并且回到最開(kāi)始的接受Z信號(hào)的那一步，若噴油次數(shù)計(jì)數(shù)器為零，此次噴油過(guò)程結(jié)束。 2）照相過(guò)程：在啟動(dòng)計(jì)數(shù)器1后，則其計(jì)數(shù)器一直計(jì)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(jī)，此過(guò)程確定從接收到Z信號(hào)之后多少A脈沖后開(kāi)始觸發(fā)激光器和照相機(jī)，照相完后就到了看噴油計(jì)數(shù)器的數(shù)值是否為零，若噴油次數(shù)計(jì)數(shù)器不為零，則重置計(jì)數(shù)器1的初值，并且回到最開(kāi)始的接受Z信號(hào)的那一步，若噴油次數(shù)計(jì)數(shù)器為零，此次噴油過(guò)程結(jié)束。 LCD顯示控制LCD顯示控制比較簡(jiǎn)單，基本步驟為:首先對(duì)其進(jìn)行初始化，完成功能設(shè)置、觸發(fā)初始化定時(shí)器0，1及定時(shí)器2接收到發(fā)動(dòng)機(jī)角標(biāo)Z信號(hào)NY啟動(dòng)定時(shí)器0是否溢出N啟動(dòng)定時(shí)器2是否溢出NYY翻轉(zhuǎn)PWM電平重載定時(shí)器2初值噴油次數(shù)計(jì)數(shù)器1噴油次數(shù)計(jì)數(shù)器=0NYPWM電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)數(shù)器1電平翻轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)數(shù)器=0NY結(jié)束啟動(dòng)定時(shí)器1是否溢出N產(chǎn)生相機(jī)和激光器的觸發(fā)脈沖Y重載定時(shí)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(gè)漢字，于是可同時(shí)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(shí)時(shí)地反映發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的情況，以便于發(fā)生異常情況時(shí)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(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)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(jì)上采用必要的本設(shè)計(jì)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(diǎn): 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(wèn)題，可以多個(gè)通道共用； 2)可以對(duì)頻率很低的信號(hào)實(shí)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(jī)受到干擾后，往往運(yùn)行偏離正常的方向或執(zhí)行錯(cuò)誤的操作。為解決這個(gè)問(wèn)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(gè)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(gè)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(cuò)位的情況。 (3)軟件陷阱微機(jī)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(qiáng)烈干擾時(shí)，可能引起程序失控，即微機(jī)偏離預(yù)定的執(zhí)行過(guò)程，從而使程序無(wú)法完成原設(shè)定的任務(wù)，造成整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。為了防止上述情況發(fā)生，設(shè)計(jì)軟件時(shí)采用了設(shè)計(jì)陷阱的方法。在EPROM中，每個(gè)子程序間的幾個(gè)連續(xù)單元用“00填滿。當(dāng)出現(xiàn)程序失控時(shí)，只要失控的單片機(jī)進(jìn)入這眾多的軟件陷阱中的任何一個(gè)，都會(huì)被捕捉，連續(xù)進(jìn)行幾個(gè)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(duì)于電磁閥控制噴油的特點(diǎn)及要求，選定了整個(gè)系統(tǒng)的控制方案，本文對(duì)主程序的主要兩個(gè)流程及油壓建立過(guò)程和噴油和拍攝過(guò)程，文章分模塊地對(duì)各功能的實(shí)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(jī)以發(fā)電機(jī)工況運(yùn)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(yǔ)言開(kāi)發(fā)，它既具有一般高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又能直接對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行操作，并且采用C語(yǔ)言編寫的程序能夠很容易的在不同類型的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行移植，提高了軟件開(kāi)發(fā)效率。該軟件經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)噴油系統(tǒng)中電磁閥的控制切實(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)用電磁閥控制發(fā)動(dòng)機(jī)噴油過(guò)程，本設(shè)計(jì)在電源反面有其獨(dú)到之處，系統(tǒng)采用12V電磁供電，但是將這12V電源分成三個(gè)獨(dú)立的供電系統(tǒng)，一個(gè)是對(duì)12V到70V的升壓驅(qū)動(dòng)電路供電；一個(gè)是對(duì)驅(qū)動(dòng)噴油電磁閥的光隔離電路供電；一個(gè)是對(duì)其他的電路供電。而這三套獨(dú)立的電源之間是完全隔開(kāi)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(jì)是還考慮的發(fā)動(dòng)機(jī)正傳和反轉(zhuǎn)時(shí)噴油計(jì)數(shù)問(wèn)題，采用了編碼器抗干擾雙向計(jì)數(shù)，這一設(shè)計(jì)大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)用性。在對(duì)于噴油電磁閥驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(kāi)關(guān)響應(yīng)更為迅速。在軟件設(shè)計(jì)方面，通過(guò)認(rèn)真學(xué)習(xí)單片機(jī)C8051F410，對(duì)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(gè)過(guò)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(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程之中，由于作者水平有限，以及時(shí)間和試驗(yàn)條件限制等各個(gè)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(jī)電噴系統(tǒng)的優(yōu)化控制涉及到執(zhí)行器、傳感器、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)，是一門綜合性的新興技術(shù)。綜合分析國(guó)內(nèi)外的研究歷史和現(xiàn)狀,電噴系統(tǒng)將在以下幾個(gè)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(yùn)行能力；集成電噴系統(tǒng)與車輛其他電控系統(tǒng),實(shí)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(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀的發(fā)展趨勢(shì)[J].柴油機(jī), 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(dòng)機(jī)，2003,40(5): 3335.[4]宋軍，田良云，李孝祿，喬信起，黃震. 柴油機(jī)共軌系統(tǒng)ECU的設(shè)計(jì)及噴油特性研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2006,24(1):2834.[5][J].東南大學(xué)學(xué)報(bào),2001,31(6A): 4042. 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