基于單片機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量-在線瀏覽
2024-12-26 10:25本頁(yè)面
【正文】 0 多年的歷史，但汽車極 大地影響和改變了我們的世界。電子控制技術(shù) .計(jì)算機(jī)技術(shù) .人工智能等高新技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車技術(shù)和汽車工業(yè)的發(fā)展起了極大的推動(dòng)作用。電子控制技術(shù)已成為未來汽車產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)鍵，汽車產(chǎn)業(yè)的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)質(zhì)上就是汽車電子控制技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。汽車電子控制技術(shù)就是以微處理機(jī)為核心，實(shí)時(shí)堅(jiān)控 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和車輛行駛過程中的各種運(yùn)行參數(shù)，對(duì)全部工作過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。 2 國(guó)內(nèi)外研究狀況： 汽車電子控制技術(shù)的研究與應(yīng)用始于 20 世紀(jì) 60 年代，而大規(guī)模的運(yùn)用在 20 世紀(jì) 90年代以后。 60 年代中期到70 年代末期，是汽車電子控制技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，汽車上運(yùn)用電子技術(shù)主要是對(duì)汽車電器產(chǎn)品進(jìn)行電子技術(shù)改造，以改善部分性能。這一階段 的主要特征是廣泛采用機(jī)電一體化裝置解決機(jī)械系統(tǒng)無法解決的復(fù)雜過程的自動(dòng)控制問題，尤其是解決汽車的安全 .污染及節(jié)能三大問題。 1990 年以后預(yù)計(jì)到 2020 年，是汽車電子控制技術(shù)向智能化發(fā)展的高級(jí)階段。 研究?jī)?nèi)容： 汽車電子控制技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)歷了由單獨(dú)控制向集中控制系統(tǒng)發(fā)展的過程，到現(xiàn)在汽車電子控制系統(tǒng)的 ECU 采用了數(shù)字電路及大規(guī)模集成電路，可以將多種控制功 能集中到一個(gè) ECU 上，所以在此只對(duì)基于單片機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法做以研究。 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)： 該轉(zhuǎn)速測(cè)量軟件包括主程序、中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序完成輸入信號(hào)處理與定時(shí)、計(jì)數(shù)。 用單片機(jī)的 T/C0 作為定時(shí)器 ,用軟件擴(kuò)展方式。 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)： 本系統(tǒng)使用霍爾傳感器作為轉(zhuǎn)速信號(hào)的檢測(cè) 轉(zhuǎn)速信號(hào)前期處理由于測(cè)試環(huán)境的電磁 干擾、傳感器和放大器自身的影響會(huì)有噪音信號(hào)，為使系統(tǒng)的信噪比增加 ,在此選用了有源濾波器中的低通濾波器。 系統(tǒng)的誤差估計(jì)： 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速遙測(cè)系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，在精確度上占有很大優(yōu)勢(shì)，但誤差仍然是不可避免的。另外，傳感器和單片機(jī)的定時(shí)也存在誤差。 參考文獻(xiàn)： [1]唐嵐，等汽車測(cè)試技術(shù) [M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [2]胡朝龍，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn) [M]重慶：重慶大學(xué)出版社， 2020 [3]錢一人，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制 [M]上海：上海交通大學(xué)出版社， 1999 [4]張立偉，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù) [M]鄭州：鄭 州大學(xué)出版社， 2020 [5]南金瑞，汽車單片機(jī)及車載總線技術(shù) [M]北京：北京理工大學(xué)出版社， 2020 I 基于單片機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量 摘 要 測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速常用的是指針式的轉(zhuǎn)速表，指針的轉(zhuǎn)動(dòng)往往會(huì)有所延遲，且不能顯示精確數(shù)值，給實(shí)驗(yàn)帶來太大的誤差 。 結(jié)果表明，該方法不但可以提高了測(cè)量精度和測(cè)量效率， 而且大大提高了測(cè)量的客觀性，系統(tǒng)對(duì)于改進(jìn)目前的測(cè)量手段，提高測(cè)量的客觀性和精度有很大幫助。轉(zhuǎn)速測(cè)量 。 rotating speed measure。其中，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)占有極為重要的地位。同時(shí)，汽車電子控制技術(shù)一開始就是從發(fā)動(dòng)機(jī)的控制研究發(fā)展起來的，而車輛底盤和車身方面的電子控制技術(shù)的發(fā)展又向發(fā)動(dòng)機(jī)的控制提出了新的要求，為發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制技術(shù)提示了新的研究 方向和研究課題。 轉(zhuǎn)速是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)之一 ,轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集和處理是發(fā)動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)重要工作。 本系統(tǒng)使用霍爾傳感器作為轉(zhuǎn)速信號(hào)的檢測(cè) 轉(zhuǎn)速信號(hào)前期處理 由于測(cè)試環(huán)境的電磁干擾、傳感器和放大器自身的影響會(huì)有噪音信號(hào)，為使系統(tǒng)的信噪比增加 ,在 此選用了有源濾波器中的低通濾波器。 2 1 MCS 51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 MCS 51 單片機(jī)是 Intel 公司 1980 年推出的 8 位可編程控制器 ,其功能豐富 ,使用靈活 ,性價(jià)比高 ,是我國(guó) 8 位機(jī)的主流機(jī)型。對(duì) MCS 51 的編程可以使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編寫 ,也可以使用高級(jí)語(yǔ)言編寫 ,然后使用編譯器將其代碼編譯為機(jī)器碼使用。在寫入程序存儲(chǔ)器前還可以在 PC 上使用仿真器對(duì)程序進(jìn)行仿真運(yùn)行調(diào)試 ,可以縮短系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間和開發(fā)成本。 3 2 轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集與處理 轉(zhuǎn)速采集原理 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)盤安裝在曲軸上 ,工作時(shí)傳感器輸出信號(hào)經(jīng)整形后可得到相應(yīng)的方波脈沖信號(hào)。 公式為 n = j 2020000 60/ ( I T) = 1. 2 10 j/ ( I T) (r/ min) 其中 I 為轉(zhuǎn)速信號(hào)盤每轉(zhuǎn)輸出信號(hào)數(shù) ； j 為信號(hào)盤轉(zhuǎn) 1 圈發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)的圈數(shù) (信號(hào)盤安裝在曲軸上時(shí) j =1， 裝在凸輪 軸上則 j = 2)； T 為單片機(jī)輸入捕捉所計(jì)算出的相鄰兩個(gè)上升沿之間的時(shí)間差值。的寬齒 (作為噴油正時(shí)基準(zhǔn)信號(hào) ) ,五個(gè) 20176。 ) 的孔 , 兩個(gè)大孔為 Ф 21 , 另兩個(gè)小孔為 Ф 10. 6 ,盤中心還有一個(gè) Ф 52 的中心孔。在這兒用雙速電機(jī)代替發(fā)動(dòng)機(jī) ,信號(hào)盤與電機(jī)安裝在一起 ,隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) ,傳感器固定在支架上 ,垂直于轉(zhuǎn)速盤 ,與其相對(duì)的位置安裝一塊永久磁鐵 ,當(dāng)轉(zhuǎn)速盤旋轉(zhuǎn)時(shí) ,霍爾傳感器就輸出矩形脈沖信號(hào) ,輸出六個(gè)脈沖 ,對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)每個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)缸 ,其中的兩個(gè)寬脈沖信號(hào)配合上止點(diǎn)信號(hào)精確確定上止點(diǎn)的位置。嚴(yán)重時(shí) ,這種噪音信號(hào)會(huì)淹沒待提取的輸入 信號(hào) ,造成測(cè)試系統(tǒng)無法獲取被測(cè)信號(hào)。根據(jù)低通濾波器幅頻特性 ,確定有限增益低通濾波器的線路圖 。 2) . 使用 MCS 51 的 I/ O 腳 ,CPU 每隔一段時(shí)間就檢查一次連接信號(hào)的 I/ O 口上是高電平還是低電平 ,再根據(jù)高低電平的轉(zhuǎn)換確定接受到的是上升沿還是下降沿 ,編寫相應(yīng)程序計(jì)算 6 個(gè)高電平或 6 個(gè)低電平的長(zhǎng)度 ,求得主軸的轉(zhuǎn)速。方法 2 則可以連接多個(gè)傳感器 ,但是 CPU 利用率不高 ,速度較慢。其電路如圖 2所示。 圖 2 單片機(jī)采樣處理的工作流程圖 單片機(jī)采樣處理的工作流程 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路傳來的數(shù)字脈沖信號(hào)中每個(gè)脈沖表示轉(zhuǎn)速盤的一個(gè)齒。這個(gè)信號(hào)被分為兩路 (如圖 2) :一路直接送至單片機(jī)的 P1. 0 口 ,另一路通過線非的方式接到單片機(jī)的 INT0 端 ,而單片機(jī)外部中斷 0 設(shè)置為后邊沿觸發(fā)方式 ,這樣當(dāng)高電平到來時(shí) INT0 端產(chǎn)生由高電平到低電平的電 壓跳變 ,向 CPU 發(fā)出外部中斷請(qǐng)求。然后單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器開始記時(shí) ,計(jì)數(shù)器開始計(jì)算脈沖數(shù)量。 6 采樣具體工作流程如下 : 1) 傳感器電路的低電平信號(hào)跳變?yōu)楦唠娖叫盘?hào) ,經(jīng)過非門后在 INT0 端產(chǎn)生高電平到低電平的跳變 ,因此產(chǎn)生下邊沿觸發(fā)中斷。 2) 外部中斷處理程序 對(duì) P1 口各個(gè)引腳依次查詢 ,判斷是哪個(gè)引腳發(fā)出的中斷信號(hào) (在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中只使用了 P1. 0 口 ,其他未使用引腳一律接地 ) ,再轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理子程序。如果該數(shù)值為 5 則說明這是第六個(gè)脈沖信號(hào) ,也就是一個(gè)周期的最后一個(gè)脈沖。若計(jì)數(shù)器為 14 ,則僅僅將計(jì)數(shù)器加 1 ,返回 。 5) 轉(zhuǎn)速計(jì)算子程序?qū)⒍〞r(shí)器 T0 中的內(nèi)容取出 ,將定時(shí)計(jì)數(shù)器記錄的溢出次數(shù)乘以定時(shí)器最大定時(shí)時(shí)間 (本系統(tǒng)中定時(shí)器 T0 工作于狀態(tài) 1 ,最大定時(shí)時(shí)間為 65. 536ms) 再加上T0 中寄存器的數(shù)值 ,就可以求得整個(gè)周期的長(zhǎng)度。將 T0 和定時(shí)計(jì)數(shù)器的內(nèi)容清零 ,計(jì)數(shù)器清零 ,返回外 部中斷處理程序 。 7 3 系統(tǒng)基本工作原理及組成 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PC 機(jī)程序設(shè)計(jì) 串行通信過去在 DOS 操作系統(tǒng)下一般都是采用匯編語(yǔ)言開發(fā) ，匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)是功能強(qiáng) 、運(yùn)行速度快 、但編程復(fù)雜、 調(diào)試難。 Windows 環(huán)境下的串口通信程序是基于 Visual 開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的 ,利用MSComm 串行通控信件 , 采用事件驅(qū)動(dòng)的串行通信方式。 參數(shù)設(shè)置程序如下： =1。 每次讀取一個(gè)字節(jié) =Ture。 在各種通信事件中 ，大多數(shù)都是需要處理接收通信事件，接收閥值參數(shù) RThreshold 設(shè)為 2 每接收 8 到兩個(gè)字符 就
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