Электронный регулятор угла опережения зажигания

Содержание

 

 

Введение	3
1 Описание  схемы	4
2 Выбор элементной  базы	5
2.1  Выбор микроконтроллера	5
2.2  Описание выводов	6
3  Расчетная   часть	8
4  Разработка  печатной платы	9
5  Программирование  микроконтроллера	10
Заключение	11
Список использованной литературы	12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В целесообразности применения электронных регуляторов угла опережения зажигания (03) на автомобиле сейчас уже  почти никто не сомневается. Они позволяют существенно повысить эксплуатационную надежность системы зажигания. Анализ известных решений регулятора показывает, что они нередко довольно громоздки по схеме и не всегда устойчивы в работе. Ниже описано еще одно устройство, требующее минимума деталей и имеющее приемлемую точность отсчета угла ОЗ.

Как известно, для поддержания  оптимальных мощностных и экологических  характеристик автомобильного двигателя  в условиях постоянно меняющихся оборотов коленчатого вала предназначен центробежный регулятор угла 03. Это механическое устройство выполнено так, чтобы угол 03 зависел от частоты вращения вала определенным образом.

По мере эксплуатации автомобиля из-за износа и ряда иных причин характеристика регулятора все  более отклоняется от типовой, что приводит к ухудшению работы двигателя Гораздо стабильнее работает электронный аналог центробежного регулятора.

Описываемый ниже электронный  регулятор разработан применительно  к автомобилю BA3-21213 "Нива", оборудованному бесконтактной системой зажигания с датчиком Холла. Датчик Холла вырабатывает прямоугольные импульсы скважностью, равной 3, т в длительность импульса напряжения низкого уровня равна одной трети периода, а длительность паузы (высокии уровень) — двум третям периода. Один период соответствует половине оборота коленчатого вала двигателя. Накопление энергии в катушке зажигания начинается в момент, когда от датчика Холла поступает сигнал высокого уровня, а искрообразование происходит в момент обратного перепада напряжения от высокого уровня к низкому. 

 

 

1 Описание  схемы                                    

Рисунок 1     

При включении зажигания  на выходе датчика Холла может  быть как низкий, так и высокий  уровень. По логике работы программы  микроконтроллер в это время, а также и при работе двигателя на холостых оборотах формирует на выходе RB1 сигнал низкого уровня Этот сигнал никак не воздействует на состояние второго инвертора, так как диод VD2 закрыт. Поэтому сигнал с датчика Холла, пройдя два инвертора, попадает на блок зажигания в первоначальной фазе. В соответствии с программой на выходе RB1 сохраняется сигнал низкого уровня до того момента, когда коленчатый вал двигателя достигнет частоты вращения 1200 мин.

При дальнейшем увеличении оборотов микроконтроллер начнет формировать  импульсы высокого уровня, опережающие по фазе входные, поэтому искрообразование будет происходить раньше Опережение будет тем большим, чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя. Задача программы микроконтроллера — измерить время, в течение которого напряжение с датчика Холла соответствует низкому уровню. Это время — параметр, прямо указывающий на частоту вращения коленчатого вала в момент измерения, а значит, дающий возможность рассчитать угол опережения зажигания в соответствии с вышеприведенной характеристикой [3]. 

2 Выбор элементной  базы                                                                    

2.1 Выбор микроконтроллера

Рисунок 2 – выводы микроконтроллера

PIC16F84 относится к семейству КМОП микроконтроллеров. Отличается  тем, что имеет внутреннее 1K x 14 бит EEPROM для программ,  8-битовые  данные  и 64байт EEPROM памяти  данных.  При  этом  отличаются  низкой  стоимостью  и  высокой производительностью. Пользователи,  которые  знакомы  с  семейством PIC16C5X могут посмотреть подробный список отличий нового  от  производимых ранее контроллеров. Все команды состоят из одного слова (14 бит шириной)  и исполняются за один цикл (1  мкс  при  4  МГц),  кроме  команд  перехода, которые выполняются за два  цикла  (2 мкс).  PIC16F84  имеет прерывание, срабатывающее от четырех источников,  и  восьмиуровневый  аппаратный  стек. Периферия   включает   в   себя   8-битный   таймер/счетчик   с    8-битным программируемым предварительным делителем (фактически 16 - битный таймер) и 13 линий двунаправленного ввода/вывода. Высокая нагрузочная способность (25 мА макс. входной ток, 20 мА  макс.  выходной  ток)  линий  ввода/вывода упрощают  внешние  драйверы  и,  тем  самым,  уменьшается  общая  стоимость системы.  Разработки   на   базе   контроллеров   PIC16F84   поддерживается ассемблером,  программным симулятором,  внутрисхемным эмулятором  (только фирмы Microchiр) и программатором [1].

Серия  PIC16F84  подходит  для широкого  спектра приложений  от  схем высокоскоростного управления автомобильными и электрическими двигателями до экономичных удаленных приемопередатчиков, показывающих приборов  и  связных процессоров. Наличие ПЗУ  позволяет  подстраивать  параметры  в  прикладных программах (коды  передатчика,  скорости  двигателя,  частоты  приемника  и т.д.).

Малые размеры корпусов, как для  обычного,  так  и  для  поверхностного монтажа, делает  эту  серию  микроконтроллеров  пригодной  для  портативных приложений.   Низкая   цена,   экономичность,   быстродействие,    простота использования  и гибкость ввода/вывода делает PIC16F84 привлекательным даже в тех областях,  где ранее не  применялись микроконтроллеры.  Например, таймеры, замена жесткой логики в больших системах, сопроцессоры [4].

 

2.2 Описание выводов

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – выводы микроконтроллера

 

 

Таблица 1 – описание выводов

Обозначение	Нормальный режим	Режим записи EEPROM
RA0 – RA3	Двунаправленные линии  ввода/вывода. Входные уровни ТТЛ
RA4/T0CKI	Вход через триггер  Шмитта. Ножка порта ввода/вывода с открытым стоком  или вход частоты для таймера/счетчика TMR0
RB0/INT	Двунаправленная линия  порта ввода/ вывода или внешний  вход прерывания Уровни ТТЛ
RB1 – RB5	Двунаправленные линии  ввода/ вывода. Уровни ТТЛ
RB6	Двунаправленные линии  ввода/ вывода. Уровни ТТЛ.	Вход тактовой частоты для EEPROM
RB7	Двунаправленные линии  ввода/ вывода. Уровни ТТЛ.	Вход/выход EEPROM данных.
/Vрр	Низкий уровень на этом входе генерирует сигнал сброса для контроллера. Активный низкий.	Сброс контроллера Для  режима EEPROM- подать Vрр.
OSC1/CLKIN	Для подключения кварца, RC или вход внешней тактовой частоты
OSC2/CLKOUT	Генератор,  выход тактовой частоты в режиме RC генератора, в  остальных случаях - для подкл.кварц
Vdd	Напряжение питания	Напряжение питания
Vss	Общий(земля)	Общий

3  Расчетная   часть          

Расчетная характеристика представлена в таблице 2 [12]. Цены взяты с магазина радиолюбительских товаров Safary.

 

Таблица 2 – Расчетная характеристика

Наименование	Количество, шт.	Цена, руб.	Сумма, руб.
Конденсаторы	9	30	270
Микроконтроллер PIC16F84	1	150	150
Фольгированный стеклотекстолит	1 (30х40)	30	30
Транзисторы	2	5	10
Диоды	4	2	8
Стабилизатор	1	10	10
Дросель	1	14	14
Кварцевый резонатор	1	9	9
Итог:			501

                            

Информацию о стоимости  деталей и конечной цене устройства можно найти  в таблице 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4  Разработка  печатной платы     

 

Регулятор смонтирован  на печатной плате из фольгированного  стеклотекстолита толщиной 1 мм, установленной  в корпусе блока зажигания. Чертеж платы изображен на рис. 4. Все детали припаяны непосредственно к печатным проводникам, без отверстий. Плата двумя винтами М3 привинчена к крышке-теплоотводу блока зажигания, для чего в крышке просверлены два отверстия и нарезана резьба [6].                                                

 

      

Рисунок 4 – схема печатной платы

 

 

 

 

 

 

5  Программирование  микроконтроллера                                        

Программа написана на с++ программа выполняет основные функции  микроконтроллера.

 

Код программы [7]:

:020000040000FA

:020000000C28CA

:080008008C0003088D000D08B7

:1000100083008C0E0C0E090064008316FD308600F0

:10002000831286106400061811286400061C152827

:1000300086108F018E01061C272800008F0F1B28B9

:100040008E0A640005300E06031911281B280030A3

:100050000E060319152801300E0603195728023021

:100060000E06031D3728CA300F02031C57286E30B6

:100070008F02031C8E0364000000000000000000DB

:10008000000000000000000000008F0B3B2864000F

:100090000000000000000000000000000000000060

:1000A00000008F0B47288E0B4728861415284630F2

:1000B0008F02031C8E03640000000000000000009B

:1000C00000000000000000008F0B5B2800300E06CF

:1000D0000319772864000000000000000000000001

:1000E0000000000000008F0B6A288E0B6A2886141F

:0200F0001528D1

:02400E00F53F7C

:00000001FF

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В данном курсовом проекте  было произведено программирование, проектирование  и расчет частотомера, также была разработана печатная плата. По полученному заданию была проделана работа в полном объеме, разработан частотомер на микроконтроллере, написана программа для него, рассмотрены вопросы программирования микроконтроллера. При выполнении данной работы был получен ценный опыт разработки подобных устройств, получены навыки в разработке программ, также был закреплены знания полученные на занятиях. Данное устройство качественно, надежно и экономично.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Антошина, И.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы  / И.В. Антошина, Ю.Т. Котов; Рос. академия естест. наук.- М.: Профессия, 2003. – 258с.
2. Басманов, А.С. Сетевой информационный поиск [Текст] /  А.С.Басманов, Ю.Ф.Широков ; Рос. академия естест. наук.- М.: Профессия, 1988. – 128с.
3. Заец, Н.И. Радиолюбительские конструкции на PIC-микроконтроллерах. кн 4+CD/ Н.И. Заец.- Киев.: МК-Пресс.Киев , 2008г. – 103 с.
4. Калабеков, Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы / Б.А. Калабеков; Рос. академия естест. наук.- СПб.: Профессия, 2003. – 336с.
5. Кёниг, А. Полное руководство по Р1С-микроконтроллерам/ А. Кёниг, М. Кёниг; Рос. академия естест. наук.- СПб.: МК-Пресс" Киев , 2007. – 255с.
6. Крылов Ю.И Журнал Радио / Ю.И. Крылов // Частотомер на микроконтроллере.- 2010.- №3.- с. 21
7. Корабельников, Е.А Самоучитель по программированию PIC микроконтроллеров./ Е.А. Корбальников.- М.: Радио и связь, 2008г. – 120 с.
8. Ливенталь , Л. Введение в микроконтроллеры/ Л. Ливенталь.- М.: Энергия, 1983г. – 450 с.
9. Нарышкин, А.К. Цифровые устройства ,микропроцессоры,микроконтроллеры / А.К.Нарышкин.- М.: Радио и связь, 2006г. – 320 с.
10. Тавернье, К. PIC-микроконтроллеры. Практика применения/ К. Тавернье.- М.: ДМК Пресс, 2002 г. – 272 с.
11. Уилмсхерст, Т. Разработка встроенных систем с помощью микроконтроллеров PIC/ Т. Уилмсхерст.- М.: МК-Пресс, 2008г. – 544 с.
12. Федотова, И.А. Деловые бумаги  [Текст]: Учебное пособие / И.А. Федотова, Г.Н.Григорьева.-  Чебоксары.: ЧМТТ.-2000.
13. http://microchip.ru
14. http://pic.rkniga.ru