一種基于單片機的汽車電子點火系統(tǒng)的設計

　　1 系統(tǒng)工作原理

　　發(fā)動機點火時刻是通過控制點火提前角(即點火時活塞位置到上止點曲軸轉過的角度)來實現的。影響火花塞點火時刻的因素主要有發(fā)動機轉速、負荷大小、發(fā)動機冷卻水溫度以及發(fā)動機缸體爆震等。

　　整個點火系統(tǒng)硬件電路主要由傳感器及信號調理電路、A／D轉換器、電控單元、點火電路、電源及火花塞等部分組成。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

　　各傳感器的輸出信號經相應調理電路調理、A／D轉換器轉換后，送入單片機。單片機依據一定的控制策略、算法對輸入信號運算處理，依據運算結果，在合適時刻給出控制信號。控制信號經驅動電路后，控制點火控制電路工作，通過火花塞最終實現發(fā)動機點火。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　2.1 傳感器

　　主要包括轉速傳感器、水溫傳感器、爆震傳感器和節(jié)氣門開度傳感器及其相應調理電路。

　　2.1.1 轉速傳感器及其調理電路

　　采用光電式轉速傳感器，其作用是測量發(fā)動機轉速和曲軸轉角位置。傳感器輸出信號經調理電路整形、放大后號送入單片機外部計數器T0(P3.4)引腳上，由單片機在一定時間內對其計數便可測量其轉速和曲軸位置。

　　2.1.2 水溫傳感器及其調理電路

　　采用集成溫度傳感器MAX6611測量發(fā)動機冷卻水溫度。單片機依據水溫信號對點火提前角作相應調整：當水溫低時增大點火提前角，而水溫高時減小點火提前角。傳感器輸出信號經二極管雙向限幅和RC濾波電路調理后接到ADC0809的信道0上。

　　2.1.3 爆震傳感器及其調理電路

　　采用安裝在發(fā)動機缸體上的壓電加速度傳感器來測量發(fā)動機爆震信號，并依據是否發(fā)生爆震而對點火提前角作相應調整。傳感器輸出信號經兩級濾波電路調理后接到ADC0809的信道1上。

　　2.1.4 節(jié)氣門開度傳感器調理電路

　　發(fā)動機的負荷的測量是通過線性輸出型模擬式節(jié)氣門傳感器(TPS)來實現的。傳感器輸出信號經雙向限幅濾波調理電路后接到ADC0809的信道2上。

　　2.2 電控單元及A／D轉化電路設計

　　本系統(tǒng)以AT89C2051單片機作為控制器。A／D轉化器采用ADC0809對前端輸入信號進行模／數轉換。系統(tǒng)中需要進行A／D轉換的信號有水溫信號、節(jié)氣門開度信號和爆震信號。單片機與A／D轉換器的接口電路如圖2所示。

　　由ADDA，ADDB和ADDC選擇轉化信道，信道0輸入溫度信號、信道1輸入爆震信號、信道2輸入節(jié)氣門開度信號，轉化后的信號通過P1口輸入到單片機內部。其中AT89C2051的P3.4(T0)對曲軸轉速信號計數，確定轉速和曲軸位置。通過P3.5輸出點火控制信號。

　　2.3 點火控制電路設計

　　點火電路的作用是產生火花塞點火所需的高壓。其輸入是來自單片機P3.5引腳的點火控制信號，輸出端接到火花塞上。電路如圖3所示。

　　單片機的P3.5輸出高電平時，T1和T2都截止，12 V電壓通過R4和L1對C7充電。當單片機P3.5輸出低電平時(發(fā)出點火控制信號)，T1，T2導通，則C7兩端的電壓立即變位低電平(即C7迅速放電)，從而使流過L1的電流突變，L2兩端產生點火高壓。其中D1起保護T2的作用。

　　2.4 電源電路設計

　　在汽車系統(tǒng)中一般只提供12 V的直流電壓，而芯片大都需要5 V的電壓。本系統(tǒng)采用集成芯片W78L05設計了12 V到5 V的DC-DC轉換電路。

　　3 系統(tǒng)軟件設計

　　系統(tǒng)軟件主要由主程序及延時子程序、計算基本點火提前角子程序、計數T0中斷服務子程序、A／D轉化子程序、點火提前角修正子程序和點火子程序組成。本系統(tǒng)采用匯編語言編寫了源程序。

　　3.1 主程序

　　系統(tǒng)上電后，首先進行系統(tǒng)初始化(包括單片機的初始化，ADC0809的初始化，計數器T0的初始化)，接著獲取轉速信號確定基本點火提前角，再進行A／D轉化采集水溫、爆震和節(jié)氣門開度信號，對采集的信號進行運算處理，最后等待點火時刻的到來并發(fā)出點火控制信號實現系統(tǒng)點火。

　　3.2 計算基本點火提前角子程序

　　本系統(tǒng)的基本點火提前角由轉速信號確定，采用查表法確定基本點火提前角。首先建立兩個數據表，一為轉速表v(v[0]，v[1]，v[2]，…，v[i]，v[i+1]，…)和基本點火提前角表。兩表中的元素個數相等，且都以升序排序。Vi對應的基本點火提前為基本點火提前角表中的第i個元素。為了減少查找的次數，設計時采用了二分法對轉速表進行檢索。

3.3 水溫對點火提前角修正子程序

　　水溫對點火提前角進行雙重修正，即暖機修正和過熱修正。當水箱溫度過低，應加大點火提前角，即進行暖機修正。當發(fā)動機水箱溫度過高，應減小點火提前角，即進行過熱修正。

　　本設計中水溫對點火提前角修正也采用查表法，建立2個修正表：過熱修正表(升序表)和暖機修正表(降序表)。根據經驗水溫對點火提前角最大修正5，采用直接查找法。首先確定對點火提前角零修正的水溫T，測得的水溫t大于T則查找過熱修正表進行過熱修正，否則查找暖機修正表進行暖機修正。

　　3.4 爆震信號對點火提前角修正子程序

　　系統(tǒng)對點火提前角修正是為了使發(fā)動機始終接近爆震臨界狀態(tài)，即處于一種“臨界控制”方式，使發(fā)動機既接近爆震區(qū)又不進入爆震區(qū)，此時缸內燃燒的熱效率最高。測到有爆震信號點火提前角增加2，測得無爆震信號時點火提前角減小2。設臨界狀態(tài)對應的爆震信號為F，當測得的爆震信號f大于F時點火提前角減2，否則點火提前角加2。

　　另外，節(jié)氣門開度對點火提前角修正子程序采用直接查表法。

　　4 結 語

　　本點火裝置具有及時性高、控制精度高等優(yōu)點，實現了對點火提前角的優(yōu)化控制。該系統(tǒng)已調試成功。