一種采用AVR單片機的天然氣發(fā)動機系統(tǒng)設計

圖5 用于噴氣控制的Atmega128單片機引腳圖

　?。?） 系統(tǒng)電源

　　由于天然氣發(fā)動機電控系統(tǒng)為裝機嵌入式系統(tǒng)，ECU必須直接使用發(fā)動機蓄電池提供的電源，因此，必須將蓄電池的12 V電壓進行轉換，為單片機、輸入輸出接口和傳感器提供穩(wěn)定的+5 V、+12 V和+9 V電源。本設計采用了LM7809和LM7805兩個穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)電壓轉換。圖6為電源電路圖。

圖6 電源電路

3 傳感器及信號處理

　?。?） 轉速傳感器

　　轉速傳感器是位于分電器的霍爾傳感器，通過傳感器來捕獲分電器中齒輪的下降沿，從而進行轉速的計算以及各缸上止點的判斷，以進行精確的點火控制。圖7為轉速捕獲信號采集電路。

圖7 轉速捕獲采集電路

　?。?） 溫度傳感器

　　水溫傳感器和進氣溫度傳感器原理基本相同，故其信號處理電路也基本一致，只需在參數(shù)上略加調整，現(xiàn)在以水溫傳感器為例說明。如圖8所示，信號采集轉化電路為電橋測量形式，利用單電源供電的運放LM324實現(xiàn)信號的放大處理。

圖8 水溫信號采集電路

　　進氣溫度傳感器信號的采集方式與水溫傳感器信號處理電路結構相同。

　　4 執(zhí)行器與驅動控制

　?。?） 怠速步進電機

　　在硬件設計過程中，通過主MCU輸出控制脈沖，經過74F06芯片及LM293D步進電機驅動芯片來最終把信號輸出給步進電機的4個輸入端，控制步進電機的運轉方向和運轉步數(shù)，實現(xiàn)進氣旁通閥開度的大小調節(jié)從而完成了怠速過程的控制。圖9為ECU怠速步進電機驅動電路。

圖9 步進電機驅動電路

　?。?） 天然氣噴射閥

　　噴氣驅動電路采用開關式電流反饋功率放大電路，利用脈寬調制（PWM）原理，輸出信號經功率復合管放大，處于開關狀態(tài)。由于控制線圈的感抗作用，當功率放大管開關導通時，通過線圈的電流按一階特性上升，其速率取決于電氣時間常數(shù)；當功率放大管開關截止時，由于線圈旁路二極管的作用，工作電流也按一階特性下降。由于功率放大管只在“完全導通”和“完全截止”兩種工作情況下工作，所以功耗很低，效率高，也提高了系統(tǒng)工作的可靠性。

　　燃氣噴射控制由燃料噴射MCU來實現(xiàn)，通過采集發(fā)動機轉速信號、進氣壓力信號、節(jié)氣門位置信號和氧傳感器信號等，經過ECU的處理，控制噴射閥實現(xiàn)對發(fā)動機燃氣供給量的精確控制，從而有效地控制空燃比，使發(fā)動機處于穩(wěn)定高效的工作狀態(tài)。通過霍爾傳感器獲得轉速和曲軸位置信號，確定燃料噴射基準時刻。圖10為ECU噴氣驅動電路。

圖10 ECU噴氣驅動電路