一種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)感應(yīng)式數(shù)字轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)

0 引言

　　發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表能準(zhǔn)確地反映發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況。現(xiàn)在,轎車一 般都是電子式轉(zhuǎn)速表,包括指針式和液晶數(shù)字顯示式,表內(nèi)有數(shù)字集成電路,它將點(diǎn)火線圈輸送過來的電壓脈沖經(jīng)過計(jì)算后驅(qū)動(dòng)指針移動(dòng)或數(shù)字顯示。另外還有一種 轉(zhuǎn)速表是從發(fā)電機(jī)取出脈沖信號(hào)送到轉(zhuǎn)速表電路解釋后顯示轉(zhuǎn)速值,不過因受發(fā)電機(jī)皮帶打滑等因素影響,數(shù)值不太精確[1-2]。目前,手持式轉(zhuǎn)速表應(yīng)用很 廣,有光電式轉(zhuǎn)速表、感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表,還有用RF401等集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的遙測(cè)。有些產(chǎn)品雖然能達(dá)到很高的精度,但是在快速性和穩(wěn)定性 上還存在一定的欠缺,而且有些高端產(chǎn)品價(jià)格昂貴[3]。

　　針對(duì)上述問題,設(shè)計(jì)了一種非接觸型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表,由天線接收脈沖信號(hào),單片機(jī)通過測(cè)量脈沖周期的方法得到脈沖頻率,并通過按鍵設(shè)置沖程與汽缸數(shù),計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,并顯示數(shù)據(jù).

　　轉(zhuǎn)速表工作原理

　 　汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、點(diǎn)火、排氣。對(duì)于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī), 1個(gè)工作循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)1周,發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火1次。對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī), 1個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)2周,點(diǎn)火1次。所以發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火脈沖的頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸有單缸和多缸,汽缸數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí),高壓軟管會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)火脈沖,測(cè)得此脈沖信號(hào)的頻率,按照發(fā)動(dòng)機(jī)的具體沖程和氣缸數(shù),通過一定的計(jì)算便可得到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值:

　　式中:n為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,r/min; f為點(diǎn)火脈沖頻率,Hz;s為沖程數(shù); c為氣缸數(shù)。
　　工作原理圖如圖1所示。

　 　文獻(xiàn)[4]中將采集到的脈沖信號(hào)發(fā)大整形,通過計(jì)算在一定時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)來計(jì)算點(diǎn)火脈沖的頻率。這種方法,當(dāng)測(cè)量由每秒轉(zhuǎn)速來表示發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘轉(zhuǎn) 速時(shí),誤差就會(huì)被放大。雖然文獻(xiàn)[4]中采用一定方法法來降低誤差,但是不能消除誤差,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)測(cè)速精度仍然沒有明顯提高。而且抗干擾性能不佳使得測(cè) 量讀數(shù)有很大波動(dòng)。由于采樣周期長(zhǎng)導(dǎo)致到達(dá)穩(wěn)定值的過渡時(shí)間較長(zhǎng),尤其是在測(cè)低速時(shí)。

　　文中采用了脈沖周期測(cè)量法來測(cè)量轉(zhuǎn)速。由于頻率與 周期成反比,所以如果可以精確測(cè)到相鄰點(diǎn)火脈沖間的寬度,那么結(jié)果在理論上將可以比上一種方法更精確。為了進(jìn)一步提高精度,在算法中還加入了平均值數(shù)字濾波模塊。脈沖周期測(cè)量法可以快速并且穩(wěn)定地顯示讀數(shù),而且精度很高。對(duì)實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行了實(shí)車測(cè)量,結(jié)果證明了此方法的有效性。

2　硬件電路設(shè)計(jì)

　　硬件部分包括信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元和顯示單元。信號(hào)采集單元由天線、放大、整形電路組成,由天線取得脈沖信號(hào),經(jīng)放大、整形后輸入信號(hào)處理單元;信號(hào)處理單元為單片　機(jī),按鍵連接單片機(jī)的輸入,單片機(jī)的輸出連接顯示單元;脈沖信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后進(jìn)行數(shù)字顯示。

　　2. 1　信號(hào)采集單元

　　天線集成在電路板上,在35~220 mm的測(cè)定范圍內(nèi),將轉(zhuǎn)速表靠近高壓軟線(無(wú)分電器的靠近高壓軟線束),高壓點(diǎn)火信號(hào)將被天線感應(yīng),通過RCL前端網(wǎng)絡(luò)耦合。由三極管組成共射放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,如圖2所示。


　　由LM339組成的遲滯比較器對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步的整形。輸出的信號(hào)經(jīng)過由CD4011組成的觸發(fā)電路和LM339組成的遲滯比較器進(jìn)一步整形,如圖3所示。