基于单片机控制的电子节气门的研究与实践

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1、万方数据基于单片机控制的电子节气门的研究与实践何跃军(深圳职业技术学院广东深圳518055)摘要：阐明一种基于单片机控制的电子节气门控制系统。它以ATmega16单片机为控制核心，德国博世公司电子节气门为研究对象。通过传感器测量加速踏板位置信号，然后经过单片机控制算法的处理，驱动直流伺服电动机，从而带动节气门盘片旋转到指定开度，以实现闭环控制。同时，系统的上位机通过USB转RS232接口，实现与单片机的通信。便于系统的调试与运行。关键词：电动机；单片机；电子节气门；闭环控制中图分类号：TM352文献标识码：A文章编号：1004—373X(2010)05—203—03Researchan

2、dPracticeofETCBasedonSingleChipMicrocomputerHEYuejun(ShenzhenPolyteehieCollege，Shenzhen，518055．China)Abstract：ETCbasedonsinglechipmicrocomputerisintroduced．ThesystemadoptsATmega16ascontrolcore，GermanyBoschasresearchobject．First，itteststhepositionsignalofacceleratorpedalbysensors，then，dealswithth

3、esignalbycontrolalgorithmofsinglechipmicrocomputer．Afterthat，itdriyestheDCmotor，andmakesthethrottleplaterotatetoappointedopening，sothatrealizestheclosed—loopcontr01．Atthesametime，thesystemadaptsPCasuppermonitor，andusesUSBtoRS232interfacetorealizethecommunicationbetweentheuppermonitorandsinglechi

4、pmicrocomputer．Thismakesiteasyforoverallsystemdebuggingandrunning．Keywords：motor；singlechipmicrocomputer；ETC；closed—loopcontrol0引言电子节气门(ETC)是汽车发动机控制系统中的一个重要的子系统[1]。本文以ATmega16单片机为控制核心，德国博世Bosch公司电子节气门为研究对象，通过传感器测量加速踏板位置信号。然后经过单片机控制算法的处理。驱动节气门体上的直流伺服电动机，从而带动节气门盘片旋转到指定开度。以实现闭环控制。同时，上位机通过USB转RS232接

5、口，实现与单片机的通信，便于系统的调试与运行。1硬件系统设计本系统硬件设计框图如图1所示，它包括单片机及其外围电路、节气门集成体、直流电机驱动电路、脚踏板位置信号检测电路等。此外，单片机通过USB转RS232接口，与上位机进行数据交换，实现人机对话。下面分别阐明如下：1．1ATmega16控制核心本系统采用单片机为控制核心，型号为ATmega16收稿日期：2009—10一24(16MHz晶振)。它采用先进的RISC结构，具有高速度、低功耗、抗干扰能力强等特点‘2

6、。由于其tJ带三通道PWM输出和8路10位ADC转换嘲，因而十分便于本系统的控制。图1节气门控制系统硬件框图1．2电机驱动电

7、路本系统驱动电路采用美国国家半导体公司推出的专用于运动控制的H桥组件LMDl8200。该组件上集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件、连续输出电流达3A、并且还具有温度报警、过热与短路保护等功能h5

8、，因而使整个控制系统得到了简化。电机驱动与单片机接口电路如图2所示。1．3电子节气门集成体本系统节气门为德国博世公司出产，型号为06813306，其结构外型如图3所示。主要包括：203万方数据(1)加速踏板位置传感器此传感器安装在加速踏板上，将踏板移动量转换成带有不同输出特性的两类电信号(下踏量大小和变化速率)，传送给单片机[6J。(2)节气门位置传感器节气门位置传感器(两个电位计)的滑

9、片与节气门同轴，当节气门转动时，电位计滑片同步转动，从而将相互监测的节气门开度信号转换为电子信号输出给单片机。(3)直流伺服电机通过对电机进行PWM控制，再经过两级齿轮的减速，即可调节节气门开度，本节气门的齿轮减速比为：咒=∞。／,oL一丁L／丁m一20．68式中：∞。和虮分别为电机和负载的角速度；T。和R则分别是电机和负载的转矩。另外，节气门内还包括一个回转弹簧，其作用是确保当没有驱动力矩产生时，节气门盘片能够安全地复位。节气门盘片开启位置在