基于單片機控制的電子節(jié)氣門的研究與實踐

摘要：闡明一種基于單片機控制的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)。它以ATmega 16單片機為控制核心，德國博世公司電子節(jié)氣門為研究對象，通過傳感器測量加速踏板位置信號，然后經(jīng)過單片機控制算法的處理，驅(qū)動直流伺服電動機，從而帶動節(jié)氣門盤片旋轉(zhuǎn)到指定開度，以實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時，系統(tǒng)的上位機通過USB轉(zhuǎn)RS 232接口，實現(xiàn)與單片機的通信，便于系統(tǒng)的調(diào)試與運行。
關(guān)鍵詞：電動機；單片機；電子節(jié)氣門；閉環(huán)控制

0 引言
電子節(jié)氣門(ETC)是汽車發(fā)動機控制系統(tǒng)中的一個重要的子系統(tǒng)。本文以ATmega 16單片機為控制核心，德國博世Bosch公司電子節(jié)氣門為研究對象，通過傳感器測量加速踏板位置信號，然后經(jīng)過單片機控制算法的處理，驅(qū)動節(jié)氣門體上的直流伺服電動機，從而帶動節(jié)氣門盤片旋轉(zhuǎn)到指定開度，以實現(xiàn)閉環(huán)控制。同時，上位機通過USB轉(zhuǎn)RS 232接口，實現(xiàn)與單片機的通信，便于系統(tǒng)的調(diào)試與運行。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計
本系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖如圖1所示，它包括單片機及其外圍電路、節(jié)氣門集成體、直流電機驅(qū)動電路、腳踏板位置信號檢測電路等。此外，單片機通過USB轉(zhuǎn)。RS232接口，與上位機進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)人機對話。下面分別闡明如下：

1．1 ATmega 16控制核心
本系統(tǒng)采用單片機為控制核心，型號為ATmega 16(16 MHz晶振)。它采用先進的RISC結(jié)構(gòu)，具有高速度、低功耗、抗干擾能力強等特點。由于其自帶三通道PWM輸出和8路10位ADC轉(zhuǎn)換，因而十分便于本系統(tǒng)的控制。
1．2 電機驅(qū)動電路
本系統(tǒng)驅(qū)動電路采用美國國家半導(dǎo)體公司推出的專用于運動控制的H橋組件LMD18200。該組件上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件、連續(xù)輸出電流達3 A、并且還具有溫度報警、過熱與短路保護等功能，因而使整個控制系統(tǒng)得到了簡化。電機驅(qū)動與單片機接口電路如圖2所示。

1．3 電子節(jié)氣門集成體
本系統(tǒng)節(jié)氣門為德國博世公司出產(chǎn)，型號為06813306，其結(jié)構(gòu)外型如圖3所示。主要包括：

(1)加速踏板位置傳感器
此傳感器安裝在加速踏板上，將踏板移動量轉(zhuǎn)換成帶有不同輸出特性的兩類電信號(下踏量大小和變化速率)，傳送給單片機。