專利名稱：一種基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到節(jié)氣門的智能化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置。
背景技術(shù)：
電子節(jié)氣門的研究工作起源于上世紀(jì)70年代，自上世紀(jì)80年代開(kāi)始有產(chǎn)品問(wèn)世， 近幾十年來(lái)，國(guó)外對(duì)電子節(jié)氣門的研究取得了非常迅速的發(fā)展。發(fā)展趨勢(shì)可總結(jié)為在控制策略上由線性控制發(fā)展為非線性控制，由輔助電子節(jié)氣門發(fā)展為獨(dú)立的電子節(jié)氣門系統(tǒng)， 從單一的控制功能發(fā)展到集成多種控制功能，兼顧提高動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性、排放性和乘坐舒適性。電子節(jié)氣門系統(tǒng)的研發(fā)已有了很大的進(jìn)步，但在技術(shù)上仍不成熟，因此應(yīng)用也并不十分廣泛，但是電子節(jié)氣門系統(tǒng)對(duì)提高車輛動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、乘坐舒適性， 降低排放有重大意義。在21世紀(jì)新能源開(kāi)發(fā)和電控技術(shù)飛速發(fā)展的形勢(shì)下，隨著生產(chǎn)成本下降以及排放要求不斷提高，電子節(jié)氣門系統(tǒng)的普及使用將成為必然。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提供一種基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置。它能夠解決節(jié)氣門的精確控制問(wèn)題，即通過(guò)單片機(jī)來(lái)處理傳感器單元采集的信息，然后將處理后的轉(zhuǎn)向控制信號(hào)傳送給驅(qū)動(dòng)電路。從而達(dá)到節(jié)氣門的精確控制。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置，其特征在于，包括電源模塊，安裝在節(jié)氣門位置的開(kāi)度傳感器、安裝在油門踏板上的位置傳感器、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的電機(jī)控制單元、 以及核心控制單元，其中，核心控制單元分別與開(kāi)度傳感器、位置傳感器、電機(jī)控制單元相連接，電源模塊經(jīng)降壓后與核心控制單元連接。本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的的電子節(jié)氣門控制裝置，根據(jù)核心控制單元所采集的駕駛員踩下油門踏板開(kāi)度，油門踏板位置傳感器將油門踏板行程轉(zhuǎn)換成目標(biāo)電信號(hào)。同時(shí)， 節(jié)氣門開(kāi)度傳感器也將節(jié)氣門實(shí)際開(kāi)度轉(zhuǎn)換成實(shí)際電信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)同時(shí)送入單片機(jī)進(jìn)行比較。若目標(biāo)信號(hào)與實(shí)際信號(hào)不同，說(shuō)明節(jié)氣門開(kāi)度沒(méi)有達(dá)到控制要求，則單片機(jī)改變輸出PWM的占空比，以改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)的平均電壓，使電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩與彈簧回復(fù)扭矩達(dá)到新的平衡位置，控制節(jié)氣門開(kāi)度變化，達(dá)到目標(biāo)要求。

圖1為系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)示意圖。圖2為系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)示意圖。圖3為H橋正轉(zhuǎn)示意圖。圖4為主程序流程圖。圖5為節(jié)氣門角度計(jì)算子程序流程圖。[0012]圖6為PID控制系統(tǒng)原理圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置，包括電源模塊，安裝在節(jié)氣門位置的開(kāi)度傳感器、安裝在油門踏板位置的油門傳感器、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的電機(jī)控制單元、以及核心控制單元，其中，核心控制單元分別與開(kāi)度傳感器、油門傳感器、電機(jī)控制單元相連接，電源模塊經(jīng)降壓后與核心控制單元連接。所述核心控制器采用16位的單片機(jī)MC9S12XS128，該系列的單片機(jī)在汽車電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)MC9S12XSU8的中央處理器CPU12由以下三部分組成算術(shù)邏輯單元ALU，控制單元和寄存器組。CPU外部總線頻率為8MHZ或者16MHZ，通過(guò)內(nèi)部鎖相環(huán) (PLL)，可以使內(nèi)部總線速度可以達(dá)到25MHZ。內(nèi)部寄存器組中的寄存器，堆棧指針和變址寄存器均為16位。它具有很強(qiáng)的高級(jí)語(yǔ)言支持功能。CPU12的累加器A和B是8位的，也可以組成16位累加器D。所述電機(jī)控制單元也就是采用行脈沖調(diào)制(pulse width modulation，簡(jiǎn)稱PWM) 控制方式，該控制方式的電路采用H橋驅(qū)動(dòng)電路，所謂的H橋驅(qū)動(dòng)電路就是控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的。本實(shí)施例使用了 2路PWM控制信號(hào)，用來(lái)控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。將節(jié)氣門位置上的開(kāi)度傳感器和油門踏板上的位置傳感器采集到的信息送到單片機(jī)MC9S12XS128B中進(jìn)行處理。參照?qǐng)D2，電源模塊為各個(gè)模塊正常工作提供可靠的工作電壓。在電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)中，核心控制單元、節(jié)氣門位置的開(kāi)度傳感器、油門踏板上的位置傳感器都是5V;驅(qū)動(dòng)電機(jī)可直接由12V電源為其提供工作電壓。電源電壓經(jīng)過(guò)7805芯片穩(wěn)壓至5V后供單片機(jī) MC9S12XS128，節(jié)氣門位置上的開(kāi)度傳感器、油門踏板上的位置傳感器使用。參照?qǐng)D3，H橋電路由2個(gè)P型場(chǎng)效應(yīng)管Ql、Q2與2個(gè)N型場(chǎng)效應(yīng)管Q3、Q4組成， 所以它叫P-NMOS管H橋。橋臂上的4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于四個(gè)開(kāi)關(guān)，P型管在柵極為低電平時(shí)導(dǎo)通，高電平時(shí)關(guān)閉；N型管在柵極為高電平時(shí)導(dǎo)通，低電平時(shí)關(guān)閉。場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型元件，柵極通過(guò)的電流幾乎為“零”。正因?yàn)檫@個(gè)特點(diǎn)，在連接好下圖電路后，控制臂1 置高電平(U = VCC)、控制臂2置低電平(U = 0)時(shí)，Q1、Q4關(guān)閉，Q2、Q3導(dǎo)通，電機(jī)左端低電平，右端高電平，所以電流沿箭頭方向流動(dòng)。設(shè)為電機(jī)正轉(zhuǎn)。參照?qǐng)D4，本系統(tǒng)軟件采用模塊化編程，查詢方式工作，主要程序有系統(tǒng)初始化程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、電機(jī)控制子程序、系統(tǒng)自檢子程序。其中，V為汽車的實(shí)際速度，V’為目標(biāo)車速，θ為節(jié)氣門實(shí)際開(kāi)啟角，θ 目標(biāo)開(kāi)啟角，η為發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速，η’為目標(biāo)怠速轉(zhuǎn)速值。初始化部分主要用于完成常量和變量的初始化；單片機(jī)MC9S12XSU8輸出PWM初始化和數(shù)據(jù)初始化?？刂栖浖墓ぷ餮h(huán)部分包括信號(hào)的采集、傳感器的故障判斷、電子節(jié)氣門角度和踏板角度計(jì)算，根據(jù)控制算法計(jì)算控制量以及串行通信等。參照?qǐng)D5，程序運(yùn)行中，需要計(jì)算踏板的給定角度和節(jié)氣門的反饋角度。根據(jù)TPS 和PPS的輸入信號(hào)，和各自的電壓角度關(guān)系，可以計(jì)算出輸入角度和反饋角度。此外，需要將踏板輸入的角度進(jìn)行換算，以保證踏板的開(kāi)度與節(jié)氣門的開(kāi)度相對(duì)應(yīng)。參照?qǐng)D6，PID控制是現(xiàn)在控制技術(shù)中最經(jīng)典的控制方法，它是按偏差的比例(P-Proportional)、積分(integral)、微分 -Derivative)線性組合進(jìn)行控制的方式。 在PID控制算法中，存在比例、積分、微分三種控制作用。PID控制也就是這三種控制的線性組合。將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，用這一控制量對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，就構(gòu)成了 PID控制器。
權(quán)利要求1.一種基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置，其特征在于，包括電源模塊，安裝在節(jié)氣門位置的開(kāi)度傳感器、安裝在油門踏板上的位置傳感器、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的電機(jī)控制單元、以及核心控制單元，其中，核心控制單元分別與開(kāi)度傳感器、油門傳感器、電機(jī)控制單元相連接，電源模塊經(jīng)降壓后與核心控制單元連接。
2.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置，其特征在于，所述的核心控制單元采用單片機(jī)MC9S12XS128。
3.如權(quán)利要求1所述的基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置，其特征在于，所述的電機(jī)控制單元采用H橋驅(qū)動(dòng)電路。
4.如權(quán)利要求3所述的基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置，其特征在于，所述H橋電路由2個(gè)P型場(chǎng)效應(yīng)管與2個(gè)N型場(chǎng)效應(yīng)管組成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制裝置，包括電源模塊，安裝在節(jié)氣門位置的開(kāi)度傳感器、安裝在油門踏板上的位置傳感器、與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接的電機(jī)控制單元、以及核心控制單元，其中，核心控制單元分別與開(kāi)度傳感器、油門傳感器、電機(jī)控制單元相連接，電源模塊經(jīng)降壓后與核心控制單元連接。過(guò)單片機(jī)來(lái)處理傳感器單元采集的信息，然后將處理后的轉(zhuǎn)向控制信號(hào)傳送給電機(jī)控制單元，從而達(dá)到節(jié)氣門的精確控制。
文檔編號(hào)F02D11/10GK202250418SQ20112039820
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者丁磊, 劉偉, 張雙喜, 王金洋, 謝昊原, 趙康, 韓毅 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)