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一种汽油发动机感应式数字转速表设计

作者:时间:2012-12-20来源:网络收藏

0 引言

  发动机能准确地反映发动机的工作状况。现在,轿车一 般都是电子式,包括指针式和液晶显示式,表内有集成电路,它将点火线圈输送过来的电压脉冲经过计算后驱动指针移动或显示。另外还有一种 是从发电机取出脉冲信号送到转速表电路解释后显示转速值,不过因受发电机皮带打滑等因素影响,数值不太精确[1-2]。目前,手持式转速表应用很 广,有光电式转速表、转速表,还有用RF401等集成电路芯片来实现对汽车发动机转速的遥测。有些产品虽然能达到很高的精度,但是在快速性和稳定性 上还存在一定的欠缺,而且有些高端产品价格昂贵[3]。

  针对上述问题,设计了一种非接触型转速表,由天线接收脉冲信号,单片机通过测量脉冲周期的方法得到脉冲频率,并通过按键设置冲程与汽缸数,计算出发动机转速,并显示数据.

  转速表工作原理

   的工作循环包括进气、压缩、点火、排气。对于二冲程发动机, 1个工作循环发动机曲轴转1周,发动机点火1次。对于四冲程发动机, 1个工作循环曲轴转2周,点火1次。所以发动机点火脉冲的频率与发动机的转速存在对应关系。发动机汽缸有单缸和多缸,汽缸数与发动机转速成反比关系在发动机点火时,高压软管会产生点火脉冲,测得此脉冲信号的频率,按照发动机的具体冲程和气缸数,通过一定的计算便可得到发动机的转速值:

  式中:n为发动机的转速,r/min; f为点火脉冲频率,Hz;s为冲程数; c为气缸数。
  工作原理图如图1所示。

   文献[4]中将采集到的脉冲信号发大整形,通过计算在一定时间内测得的脉冲个数来计算点火脉冲的频率。这种方法,当测量由每秒转速来表示发动机每分钟转 速时,误差就会被放大。虽然文献[4]中采用一定方法法来降低误差,但是不能消除误差,在实际应用时测速精度仍然没有明显提高。而且抗干扰性能不佳使得测 量读数有很大波动。由于采样周期长导致到达稳定值的过渡时间较长,尤其是在测低速时。

  文中采用了脉冲周期测量法来测量转速。由于频率与 周期成反比,所以如果可以精确测到相邻点火脉冲间的宽度,那么结果在理论上将可以比上一种方法更精确。为了进一步提高精度,在算法中还加入了平均值数字滤波模块。脉冲周期测量法可以快速并且稳定地显示读数,而且精度很高。对实验板进行了实车测量,结果证明了此方法的有效性。

2 硬件电路设计

  硬件部分包括信号采集单元、信号处理单元和显示单元。信号采集单元由天线、放大、整形电路组成,由天线取得脉冲信号,经放大、整形后输入信号处理单元;信号处理单元为单片 机,按键连接单片机的输入,单片机的输出连接显示单元;脉冲信号经单片机处理后进行数字显示。

  2. 1 信号采集单元

  天线集成在电路板上,在35~220 mm的测定范围内,将转速表靠近高压软线(无分电器的靠近高压软线束),高压点火信号将被天线感应,通过RCL前端网络耦合。由三极管组成共射放大电路对信号进行放大,如图2所示。


  由LM339组成的迟滞比较器对信号进行初步的整形。输出的信号经过由CD4011组成的触发电路和LM339组成的迟滞比较器进一步整形,如图3所示。


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