ATmega8單片機的天然氣發(fā)動機電控系統(tǒng)設(shè)計

另外考慮到燃氣噴射的復(fù)雜性，選用了AVR家族另一款存儲空間大、引腳多、性價比高的ATmega128單片機來控制發(fā)動機的燃料噴射。圖5為用于噴氣控制的AT-mega128單片機引腳圖及其附屬電路。

(2)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(zhuǎn)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(shè)計采用了LM7809和LM7805兩個穩(wěn)壓芯片實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。
圖6為電源電路圖。

3 傳感器及信號處理
(1)轉(zhuǎn)速傳感器
轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速捕獲信號采集電路。
(2)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(diào)整，現(xiàn)在以水溫傳感器為例說明。如圖8所示，信號采集轉(zhuǎn)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。

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(jié)構(gòu)相同。

4 執(zhí)行器與驅(qū)動控制
(1)怠速步進電機
在硬件設(shè)計過程中，通過主MCU輸出控制脈沖，經(jīng)過74F06芯片及LM293D步進電機驅(qū)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(zhuǎn)方向和運轉(zhuǎn)步數(shù)，實現(xiàn)進氣旁通閥開度的大小調(diào)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(qū)動電路。

(2)天然氣噴射閥
噴氣驅(qū)動電路采用開關(guān)式電流反饋功率放大電路，利用脈寬調(diào)制(PWM)原理，輸出信號經(jīng)功率復(fù)合管放大，處于開關(guān)狀態(tài)。由于控制線圈的感抗作用，當功率放大管開關(guān)導(dǎo)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(guān)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(dǎo)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(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)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(qū)動電路。