一種汽油發(fā)動機感應式數(shù)字轉速表設計

0 引言

　　發(fā)動機轉速表能準確地反映發(fā)動機的工作狀況。現(xiàn)在,轎車一 般都是電子式轉速表,包括指針式和液晶數(shù)字顯示式,表內有數(shù)字集成電路,它將點火線圈輸送過來的電壓脈沖經過計算后驅動指針移動或數(shù)字顯示。另外還有一種 轉速表是從發(fā)電機取出脈沖信號送到轉速表電路解釋后顯示轉速值,不過因受發(fā)電機皮帶打滑等因素影響,數(shù)值不太精確[1-2]。目前,手持式轉速表應用很 廣,有光電式轉速表、感應式轉速表,還有用RF401等集成電路芯片來實現(xiàn)對汽車發(fā)動機轉速的遙測。有些產品雖然能達到很高的精度,但是在快速性和穩(wěn)定性 上還存在一定的欠缺,而且有些高端產品價格昂貴[3]。

　　針對上述問題,設計了一種非接觸型汽油發(fā)動機轉速表,由天線接收脈沖信號,單片機通過測量脈沖周期的方法得到脈沖頻率,并通過按鍵設置沖程與汽缸數(shù),計算出發(fā)動機轉速,并顯示數(shù)據.

　　轉速表工作原理

　 　汽油發(fā)動機的工作循環(huán)包括進氣、壓縮、點火、排氣。對于二沖程發(fā)動機, 1個工作循環(huán)發(fā)動機曲軸轉1周,發(fā)動機點火1次。對于四沖程發(fā)動機, 1個工作循環(huán)曲軸轉2周,點火1次。所以發(fā)動機點火脈沖的頻率與發(fā)動機的轉速存在對應關系。發(fā)動機汽缸有單缸和多缸,汽缸數(shù)與發(fā)動機轉速成反比關系在發(fā)動機點火時,高壓軟管會產生點火脈沖,測得此脈沖信號的頻率,按照發(fā)動機的具體沖程和氣缸數(shù),通過一定的計算便可得到發(fā)動機的轉速值:

　　式中:n為發(fā)動機的轉速,r/min; f為點火脈沖頻率,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[4]中將采集到的脈沖信號發(fā)大整形,通過計算在一定時間內測得的脈沖個數(shù)來計算點火脈沖的頻率。這種方法,當測量由每秒轉速來表示發(fā)動機每分鐘轉 速時,誤差就會被放大。雖然文獻[4]中采用一定方法法來降低誤差,但是不能消除誤差,在實際應用時測速精度仍然沒有明顯提高。而且抗干擾性能不佳使得測 量讀數(shù)有很大波動。由于采樣周期長導致到達穩(wěn)定值的過渡時間較長,尤其是在測低速時。

　　文中采用了脈沖周期測量法來測量轉速。由于頻率與 周期成反比,所以如果可以精確測到相鄰點火脈沖間的寬度,那么結果在理論上將可以比上一種方法更精確。為了進一步提高精度,在算法中還加入了平均值數(shù)字濾波模塊。脈沖周期測量法可以快速并且穩(wěn)定地顯示讀數(shù),而且精度很高。對實驗板進行了實車測量,結果證明了此方法的有效性。

2　硬件電路設計

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

　　2. 1　信號采集單元

　　天線集成在電路板上,在35~220 mm的測定范圍內,將轉速表靠近高壓軟線(無分電器的靠近高壓軟線束),高壓點火信號將被天線感應,通過RCL前端網絡耦合。由三極管組成共射放大電路對信號進行放大,如圖2所示。


　　由LM339組成的遲滯比較器對信號進行初步的整形。輸出的信號經過由CD4011組成的觸發(fā)電路和LM339組成的遲滯比較器進一步整形,如圖3所示。