基于单片机控制的电子节气门的研究与实践

文章摘要：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ATmega 16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RS 232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0 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。本文以ATmega 16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

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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ATmega 16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RS 232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

0 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。本文以ATmega 16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RS 232接口，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：

1．1 ATmega 16控制核心
    本系统采用单片机为控制核心，型号为ATmega 16(16 MHz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。由于其自带三通道PWM输出和8路10位ADC转换，因而十分便于本系统的控制。
1．2 电机驱动电路
    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LMD18200。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3 A、并且还具有温度报警、过热与短路保护等功能，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：

    (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。

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3．2 下位机软件设计
    单片机软件系统采用CodeVersionAVR环境编程，程序由前、后台程序构成。前台程序包括系统初始化程序和循环检测程序。后台程序则包括软件定时器中断程序、串口中断接收子程序与串口中断发送程序，过流保护外中断程序。
    初始化程序主要包括单片机I／O口初始化、两路A／D转换的初始化(脚踏板传感器A／D转换初始化和节气门开度传感器A／D转换A／D初始化)、串口通信初始化以及单片机PWM端口的初始化等。系统初始化完成后，就等待中断，以完成中断子程序的处理。
    对于软件定时器，采用的是8位T／CO的CTC模式，定时时间设置为20 ms。单片机需完成脚踏板和节气门位置信号的读取及A／D转换、模糊控制算法的实现，以及单片机PWM信号的输出等功能。软件定时中断程序的流程图如图6所示。

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