基于单片机的汽车发动机的控制与检测系统设计-毕业论文.doc

2012届毕业设计（论文）- III - 毕业设计报告（论文）题 目： 基于单片机的汽车发动机的控制与检测系统设计所 属 系： 自动化技术系 班 级： 电子0913班 摘 要 本设计主要介绍基于单片机汽车发动机的控制与检测系统。具有温度检测，扭矩检测，气压检测，输出保护，电子点火，电子喷油，刹车，报警等功能。具有精确的电子点火功能，能实现喷油量的控制，遇到紧急情况具有智能刹车功能，能检测发动机的温度，转速，扭矩，实现及时控制。能检测系统在工作时出现的压力过大，温度过高，转速过快，具有保护功能并能报警。此设计是以MC68HC908GP32单片机为核心的控制器，采用K型温度传感器和铂电阻温度传感器来实现测温功能。此设计采用低功耗元器件，具有节能环保，测量精度高，可靠性高，稳定性高。关键词 传感器 单片机 电子点火 电子喷油 刹车 发动机目 录1前言12 整体方案12.1基于单片机的汽车发动机的控制与检测系统模块12.2 转速传感器22.3 爆震传感器22.4 节气门开度传感器32.5 温度传感器32.6 压力传感器42.7 单片机42.8 电子点火52.9 电子喷油62.10 刹车制动62.11 负荷特性控制机构72.12 辅助电源模块73 单元电路的设计83.1温度调理电路83.2刹车制动电路的设计93.3 大气压力调理电路的设计93.4 单片机的设计113.5 电子点火电路的设计133.6 辅助电源模块的设计133.7 扭矩 转速 油耗调理电路的设计143.8 输出保护电路的设计143.9 电喷电路中阀值比较电路的设计143.10 电喷电路中执行器控制电路的设计153.11 转速油门控制电路的设计153.12 报警电路的设计164 结论16参考文献16致谢171前言汽车工业作为现代工业的一个支柱产业，是一个国家工业现代化发展水平的标志。近年来随着人们的生活水平的不断提高，人们对汽车的需求量也日益提高，发动机作为汽车的核心部件，除了结构设计，制造工艺改进外还要对其性能做一个检测。保证发动机的安全性。另外随着电子和自动化技术的不断革新，发动机的测试技术也得到了相应的发展，具体地表现为测试设备功能越来越强大，集成度高，使发动机的某些性能指标测量手段得到改进。在此基础之上引进单片机控制技术，把单片机与测量设备相连，对发动机进行测量与控制。随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛。今天的汽车已经逐步进入了电脑控制的时代。国外专家预测未来35年内汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的25%以上，汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展，成为所谓的“电子汽车”在现代汽车上，机械式或机电混合式燃油喷射系统已趋于淘汰，电控燃油喷射装置因其性能优越而得到了日益普及。电子喷油装置可以自动地保证发动机始终工作在最佳状态，使其在输出一定功率的条件下最大限度地节油和净化空气。经过实验并修正得到发动机最佳工况时的供油控制规律、事先把这些客观规律编成程序存在微机的存储器中，当发动机工作时，根据各传感器测得的空气流量、排气管中含氧量、进气温度、发动机转速及工作温度等参数，按预先编好的运算程序进行运算、然后和内存中的最佳工况的参数进行比较和判断再调整供油量。这样就能够使发动机一直处于最优工作条件下运行，从而使发动机的综合性能得到提高。由于汽车电子控制系统的多样化，使其所需要的传感器种类和数量不断增加。为此，研制新型、高精度、高可靠性和低成本的传感器是十分必要的。未来的智能化集成传感器，不仅要能提供用于模拟和处理的信号，而且还能对信号作放大和处理。同时，它还能自动进行时漂、温漂和非线性的自校正，具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力，保证传感器信号的质量不受影响，即使在特别严酷的使用条件下仍能保持较高的精度。它还具有结构紧凑、安装方便的优点，从而免受机械特性的影响。微处理机的出现给汽车仪表带来了革命性的变化，世界汽车工业的微处理机用量激增，由从前单一的仪器逐步发展为多用途、智能化仪表，不但可以很精确地把汽车上所有的待测量都检测出来，分别显示和打印需要的结果，而且还有运算、判断、预测和引导等功能。如可监视汽车各大部件的工作情况，还可以对蓄电池电压、轮胎气压、车速等检测量的高低限量进行报警。微处理机将更广泛地应用于安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商们的高度重视。其主要技术中“自动驾驶仪”的构想必将依赖于电子技术实现。智能交通系统（ITS）的开发将与电子、卫星定位等多个交叉学科相结合，它能根据驾驶员提供的目标资料，向驾驶员提供距离最短而且能绕开车辆密度相对集中处的最佳行驶路线。它装有电子地图，可以显示出前方道路、并采用卫星导航。从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况，自动筛选出最佳行车路线。未来的某天，路上行驶的都会是由计算机控制的智能汽车，汽车电子技术未来将实现整车控制。2 整体方案2.1基于单片机的汽车发动机的控制与检测系统模块在图1中包含转速传感器，爆震传感器，节气门开度传感器，温度传感器，气压传感器，油耗仪，水温油温报警保护，波形调理电路，单片机，电子点火，电喷电路，刹车电路。此电路由各个传感器的检测信号，通过转换把信号传给单片机，用单片机控制发动机电子点火，电喷，以及刹车。整个系统采集和控制的都是模拟量，爆震传感器，节气门传感器，温度传感器，气压传感器直接送入外围信号调理电路。油耗信号送入油耗仪。转速，扭矩信号送入控制器。所采集的转速，扭矩参数从控制器中取得。转速，扭矩，油耗模拟电压值0-10V经外围信号调理电路后为0-5V，进单片机的A/D转换。其他信号经外围信号调理电路后为0-5V，进单片机A/D转换。单片机处理后来进行控制。如发生紧急情况可以实现急停，另外有保护电路，配套的控制器有转速，油门输入输出信号口，为单片机采集控制创造条件。转速传感器爆震传感器节气门开度传感器温度传感器外围信号调理电路板气压传感器油耗仪电子点火电路电喷电路刹车制动电路辅助电源模块单片 机负荷控制机构水温油温报警保护图1 基于单片机的汽车发动机的控制与检测系统模块2.2 转速传感器介绍最常见的一种转速传感器电磁式转速传感器。传感器的结构它由永磁体，极轴和感应线圈等组成。极轴头部结构有凿式和柱式两种。齿圈旋转时，齿顶和齿隙交替对向极轴。在齿圈旋转过程中，感应线圈内部的磁通量交替变化从而产生感应电动势，此信号通过感应线圈末端的电缆输入控制器。当齿圈的转速发生变化时，感应电动势的频率也变化。它由电缆，永磁体，外壳，感应线圈，极轴，齿圈组成。2.3 爆震传感器发动机工作时因点火时间提前过度（点火提前角）、发动机的负荷、温度及燃料的质量等影响，会引起发动机爆震。发生爆震时，由于气体燃烧在活塞运动到上止点之前，轻者产生噪音及降低发动机的功率，重者会损坏发动机的机械部件。为了防止爆震的产生，爆震传感器是不可缺少的重要部件，以便通过电子控制系统去调整点火提前时间。发动机发生爆震时，爆震传感器把发动机的机械振动转变为信号电压送至控制器。控制器根据其内部事先储存的点火及其他数据，及时计算修正点火提前角，去调整点火时间，防止爆震的发生。爆震传感器也有多种类型。常见的有压电式和瓷质伸缩式两大类。其中压电式共振型传感器应用最多，它一般安装在发动机机体上部，利用压电效应把爆震时产生的机械振动转变为信号电压。当产生爆震时的振动频率（约6000Hz左右）与压电效应传感器自身的固有频率一致时，即产生共振现象。这时传感器会输出一个很高的爆震信号电压送至控制器，控制器及时修正点火时间，避免爆震的产生。它由绕组，铁心，外壳，永久磁铁组成。2.4 节气门开度传感器节气门是控制空气进入发动机的一道可控阀门，气体进入进气管后会和汽油混合成可燃混合气，从而燃烧做功。它上接空气滤清器，下接发动机缸体，被称为是汽车发动机的咽喉。节气门有传统拉线式和电子节气门两种，传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端连接油门踏板，另一端连接节气门连动板而工作。电子节气门主要通过节气门位置传感器，来根据发动机所需能量，控制节气门的开启角度，从而调节进气量的大小。它由节气门，电双轮道，节气位置传感器，动齿轮，泊蕉吸入口组成。2.5 温度传感器温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的。温度传感器随温度变化而引起的物理参数变化有：膨胀，电阻，电容，热电动势，磁性能，频率等等。热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器，它与被测对象直接接触，不受中间介质的影响，具有较高的精度；测量范围广，可从-501600进行连续测量。特殊的热电偶如金，铁，镍，铬最低可测到-269，钨，铼最高可达2800。它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。另外，由于热电偶是一种有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常被用作测量炉子，管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。热电偶传感器是工业测量中应用最广泛的一种温度传感器。热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40350）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。虽然传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件，热敏电阻成本低，但需要后续信号处理电路，而且热敏电阻的可靠性相对较差，测量温度的准确度低，检测系统的精度差。所以不采用此方案。DS18B20是DALLAS(达拉斯)公司生产的，体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高，附加功能强。DS18B20最高12位分辨率，精度可达±0.5摄氏度，检测温度范围为-55+125，适合于恶劣环境的现场温度测量。LM35D是精密集成电路温度传感器，线性好（10mV/），宽量程（0100），它的输出电压与摄氏温度线性成比例，无需外部校准或微调来提供±0.4的常用的室温精度。电阻式传感器广泛应用于测量-200960范围内的温度。铜热电阻主要应用于测量-50150范围内的场合。铜容易提纯、加工，价格便宜，复制性能好而且电阻温度系数大，温度范围内线性关系好，灵敏度比铂电阻高。但铜热电阻与铂热电阻相比，铜的电阻率低，因此铜电阻的体积较大。而且铜易于氧化，一般只用于150以下的低温测量和没有水分及无侵蚀性介质的温度测量。因精度不高且检测温度较低，所以不采用。铂热电阻是目前公认的制造热电阻最好的材料，它性能稳定，重复性好，长时间稳定的复现性可达10-4 K ，是目前测温复现性最好的一种温度计，同时其测量精度高。在氧化性介质中、甚至在高温下、其物理、化学性能都很稳定，其阻值与温度之间几乎成线性变化。但其在还原性介质中特别是高温易从氧化物中还原出来的气体所污染，改变它的电阻与温度关系，此外其电阻温度系数小，价格较高。因此，主要作为标准电阻温度计和高精度温度测量。所以铂热电阻可以作为此次温度检测电路的温度传感器。经过比较此系统选择K型热电偶和铂（PT100）金属热电阻两种温度传感器。2.6 压力传感器在此系统中大气压力也是影响发动机的主要因素之一，西藏地区海拔高，空气稀薄，含氧量低，以海拔3000m为例，其大气压力为内地的70%。空气密度为内地的74%汽车在高原地区行驶时海拔高度增加大气压力降低使空气密度降低，经空气流量计进入的流量就降低了，为避免混合气过浓与油耗过高，应根据大气压力传感器输入的信号，对大气压力进行修正，提供给发动机一个喷油的修正值，海拔高度不一样，喷油量也不一样，空气压力传感器可以检测大气压力对大气压力修正提供依据。根据测量原理不一样，力传感器可分为应变式力传感器，压阻式力传感器，压电式力传感器，以及压磁式力传感器等几种。测量大气压力选择压阻式力传感器。压阻式压力传感器是指当半导体材料在某一方向受到应力作用时它的电阻率会发生明显变化，这种现象被称为半导体压阻效应。压阻式传感器是根据半导体压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。压阻式传感器的灵敏度要比金属应变片系数大50100倍。有时压阻式传感器输出不需要放大就可以用于测量。此外它还有分辨率高，尺寸小，横向效应小，滞后和蠕变小，响应频率高压阻式传感器。没有压力作用时输出电压为零，当有压力作用时则有电压输出，且输出的电压与所受压力成正比。因而根据电压大小就知道压力大小。为了减少温度的影响最好采用恒流源供电。2.7 单片机最早由Intel公司推出的8051/31 类单片机也是世界上用量最大的几种单片机之一。由于Intel公司在嵌入式应用方面将重点放在186、386、奔腾等与PC 类兼容的高档芯片的开发上，随后Intel公司将80C51内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名IC制造厂商，如 Philips 、NEC、ATMEL、AMD、Dallas、siemens、FUJUTSU、OKI、华邦、LG等。在保持与80C51单片机兼容的基础上，这些公司融入了自身的优势，扩展了针对满足不同测控对象要求的外围电路，如满足模拟量输入的A/D、满足伺服驱动的PWM、满足高速输入/输出控制的HSL/HSO、满足串行扩展总线I2C、保证程序可靠运行的WDT、引入使用方便且价廉的Flash ROM等，开发出上百种功能各异的新品种。这样80C51单片机就变成了众多芯片制造厂商支持的大家族，统称为80C51系列单片机。客观事实表明，80C51已成为8位单片机的主流，成了事实上的标准MCU芯片。 MOTOROLA 是世界上最大的单片机厂商，品种全、选择余地大、新产品多是其特点。在8 位单片机方面有68HC05和升级产品68HC08。68HC05有30多个系列，200多个品种，产量已超过20 亿片。16位单片机68HC16也有十多个品种。32位单片机的683XX系列也有几十个品种。MOTOROLA单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel 类单片机低得多，因而使得高频噪声低、抗干扰能力强，更适合用于工业控制领域及恶劣的环境。ATMEL公司的90系列单片机是增强 RISC内载 Flash 的单片机，通常简称为 AVR 单片机，90 系列单片机是基于新的精简指令RISC 结构的。这种结构是在90 年代开发出来的综合了半导体集成技术和软件性能的新结构，这种结构使得在8 位微处理器市场上AVR 单片机具有最高 MIPS mw能力。首先，89C51单片机是8位单片机。其指令是采用的被称为“ CISC ”的复杂指令集，总共具有111条指令。而MSP430单片机是 16 位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，只有简洁的27条指令，大量的指令则是模拟指令，众多的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算。这些内核指令均为单周期指令，功能强，运行的速度快。其次，89C51单片机本身的电源电压是5 V，有两种低功耗方式：待机方式和掉电方式。正常情况下消耗的电流为24mA，在待机状态下，其耗电电流仍为3mA；即使在掉电方式下，电源电压可以下降到2V，但是为了保存内部RAM中的数据，还需要提供约50uA的电流。2.8 电子点火现在的汽车基本都装配的是磁感应电子点火系统，当发动机工作时，分寄电器通过转子。定子，使传感器圈内磁通发生变化，产生电压信号，供给点火控制器。其突出优点是结构简单，不需外加电源。我们一般把点火控制器又称电子点火控制器，电子点火组件或点火器，主要由点火专用的集成电路和一些辅助电子元件组成。它的主要作用是根据磁感应传感器输出的电压信号，控制点火线圈初级绕组电路的导通与截止，使点火线圈产生高压电。此外，点火控制器还有恒流源，闭合角控制，停车断电控制，过压保护等功能。2.8.1霍尔信号发生器的优点 1）工作可靠性高，霍尔信号发生器无磨损部件，不受灰尘、油污的影响，无调整部件，小型坚固，寿命长。 2）发动机起动性能好，霍尔信号发生器的输出电压信号与叶轮叶片的位置有关，但与叶轮叶片的运动速度无关，也就是说它与磁通变化的速率无关，它与磁感应信号发生器不同，它不受发动机转速的影响，明显地增强了发动机的起动性能，有利于低温或其他恶劣条件下起动。霍尔信号发生器目前已经得到广泛的应用。 2.8.2点火器的功能和基本电路 桑塔纳轿车等用的霍尔电子点火系统中的点火器，除具有前述丰田、伏尔加轿车点火器的开关功能，即接通和切断初级电路外，还具有许多功能，如限流控制、闭合角控制、停车断电保护等功能。由于该点火器具备较多的功能，因而使该点火系统具有更多的优越性，如点火能量高，且在怠速至高速整个发动机转速范围内基本保持恒定；高速不断火；低速耗能小；起动可靠等优点。 与霍尔信号发生器相匹配的点火器，国内已有多家研制并投入生产，它们都是采用先进的混合集成电路，一般多是由专用的点火集成块和一些外围电路组成。为了改善其散热条件，点火器紧密地固定在一块铝板上，其上部用塑料盒封装，具有体积小、重量轻、功能多、可靠性高的特点。1）为了提高点火系统的调整精度和各种工况的适应性，在电子点火系统基础上，采用了微机控制。系统的特点是：不但没有分电器，而且在提前角的控制方面也没有离心提前装置和真空装置。从初级线圈电流的接通时间到点火时刻全部采用微机进行控制。其工作的原理如下：通过传感器检测发动机的转速和负荷大小，由此查阅存在内部存储器中的最佳控制参数，从而获得这一工况下的最佳点火提前角和点火线圈初级电路的最佳闭合角。通过控制三极管的通断时间实现控制目的。微机根据曲轴位置传感器提供的曲轴位置信号，判断出发动机的活塞位置并且根据信号频率计算出发动机转速值，再通过电控燃油喷射节气门传感器确定负荷的大小从而对发动机的运行情况做出比较精确的判断，根据发动机的转速和负荷的大小微机从存储单元中查找出对应此工况的点火提前角和点火初级电路导通时间，由这些数据对电子点火器进行控制从而实现精确控制。另外微机系统还可以根据其它影响因素对这两个因素进行修正实现点火系统的智能控制。2）点火提前角的控制：因点火提前角对发动机的工作影响较大，因此对点火提前角控制就成为点火的重点。发动机的工作原理和各类实验表明：发动机的最佳点火提前角与发动机转速及负荷有密切关系，并且发动机运行工况不同时，对其动力性，经济型和排放污染量有不同的控制标准，这也意味着发动机最佳点火提前角在不同的工况时有不同的标准；在怠速时最佳点火提前角应保证在发动机运转平稳的前提下排放污染物控制在最低限度；在部分负荷工况下以经济为主，最佳提前角应保证发动机最低燃油消耗量；在大负荷和加速工况下以动力为主，最佳提前角应保证使发动机获得最大输出扭矩。最佳提前角是对发动机进行实验而得。设计人员将这些数据存储到微机存储单元中，在发动机工作时，微机根据各传感器的测量数据确定发动机的运行工况，查出最佳点火提前角数值，再通过电子点火器对点火提前角进行控制。3）通电时间控制:点火线圈初级电流的大小与电路的接通时间有关，通电时间越长电流越大点火能量也越大，但是电流过大将导致点火线圈发热甚至损坏且造成能量的浪费；同时线圈中的电流也受电源电压的影响，在相同的通电时间内，电源电压越高线圈电流越大。因此有必要对线圈电路的接通时间进行修正。通电时间控制方法一般是由微机从通电时间与电源电压关系曲线中查出通电时间，再根据发动机转速算出曲轴转角以决定线圈中的电流的大小。2.9 电子喷油电喷发动机是采用电子控制装置.取代传统的机械系统(如化油器)来控制发动机的供油过程。如汽油机电喷就是通过各种传感器将发动机的温度、空燃比、油门状况、发动机的转速、负荷、曲轴位置、车辆行驶状况等信号输入电子控制装置。电子控制装置根据这些信号参数。计算并控制发动机各气缸所需要的喷油量和喷油时刻,将汽油在一定压力下通过喷油器喷入到进气管中雾化。并与进入的空气气流混合,进入燃烧室燃烧,从而确保发动机和催化转化器始终工作在最佳状态。这种由电子系统控制将燃料由喷油器喷入发动机进气系统中的发动机称为电喷发动机。电喷发喷油器动机按数量可分为多点喷射和单点喷射。2.10 刹车制动电喷发动机包括直喷发动机工作原理大致情况：一旦驾驶人员放开油门，汽车将不在继续给车辆供应保持，怠速情况所超过的燃油，虽然此时发动机转速并非直接正常怠速转速，如750或800转（不同车辆调教不同）。原因就在于此时车辆惯性带动-驱动轮带动-变速箱-发动机曲轴-带动活塞-然后所做的活塞运动-也就是转速。在这个发动机转速被动影响的过程中，整个汽车传动系统以及滚动系统将很大程度上消耗汽车原有的惯性前行。这也就是所谓的发动机制动。现代轿车的制动器有鼓式和盘式两大类型，它们各有千秋，但随着轿车车速的不断提高，近年来采用盘式制动器的轿车日益增多尤其是中高级轿车，一般都采用了盘式制动器。汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。因此，散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态，就会阻碍能量的转换过程，造成制动性能下降。越是跑得快的汽车，制动起来所产生的热量越大，对制动性能的影响也越大。解决好散热问题，对提高汽车的制动性能也就起了很大的作用。所以，现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低温度外，还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。盘式制动器又称为蝶式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，主要零部件有制动盘，分泵，制动钳，油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好像用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。这种制动器散热快，重量轻，构造简单，调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，加速通风散热提高制动效率。反观鼓式制动器，由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。当然，盘式制动器也有自己的缺陷，例如对制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本贵，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用。而鼓动制动器成本低廉，比较经济。所以，汽车设计者从经济与实用的角度出发，一般轿车采用了混合的形式，前轮盘式制动，后轮鼓式制动。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车的百分之七十到百分之八十。因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。四轮盘式制动的中高级轿车，采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热，至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多，价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低，在汽车领域中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。盘式制动器的结构：它有转向节，调整垫片，活塞，制动块总成，导向支承销，制动钳体，轮辐，回位弹簧，制动盘，轮毂2.11 负荷特性控制机构转矩传感器可见在发动机测功率测量中，扭矩M和转速n是基本物理量，而扭矩对功率测量精度的影响很大。此系统中，扭矩量的测定精度要求比较高，因为扭矩的微弱变化正反映了所测发动机输出功率的大小，而发动机输出功率的大小是发动机生产者和使用者共同最关心的问题，因此扭矩的测量要求精确。扭矩测量的方法是电涡流测功机产生了制动转矩。该转矩通过外环及传力臂传至测力装置上，由力传感器将力的大小转换成电信号输出，从而达到测转矩的目的。2.12 辅助电源模块辅助电源模块在汽车系统中一般只提供12 V的直流电压，而芯片大都需要5 V的电压。本系统采用集成芯片W78L05设计了12 V到5 V的DC-DC转换电路。3 单元电路的设计3.1温度调理电路3.1.2 K型热电偶调理电路 图2 K型热电偶调理电路如图2所示，K型热电偶调理电路由于热电偶产生的信号微弱（毫伏级）一般需对信号进行放大，因此热电偶测温电路要有放大环节。3.1.3 PT100 测温电路图3 PT100 测温电路如图3所示，铂电阻PT100是电阻性的温度传感器件，它有较高的测量精度及较好线性度。在0时，阻值R=100欧姆，R为被测铂电阻输出电压U随R变化而变化温度在0-150时测量电桥的输出电压为0-556.7mV温度信号由测量电桥输出进入，调整电桥的可变电阻可使在0度时，放大器输出为零。3.1.4大气温度调理电路图4 大气温度调理电路大气温度传感器输出信号为0-20mA的标准直流电流信号，而单片机能处理的只能是电压信号因此，调理电路的任务是将传感器的电流信号转换成能满足单片机输入要求的标准电压信号，所以采用简单的I/V转换形式，即利用一个250欧的精密电阻，将温度传感器输出的0-20mA电流信号转换成0-5V的电压信号。在输出端接了一个电压跟随器做缓冲器。见图4所示。3.2刹车制动电路的设计图5 刹车制动电路如图5所示，刹车电路的好坏直接关系到汽车的安全行驶。一旦遇到紧急情况立即刹车，保证汽车的安全驾驶。3.3 大气压力调理电路的设计如图6所示，由于大气压力传感器输出的信号是0-300mV，且压力传感器不包含温度补偿电路，所以电路中需要温度补偿电路与增益可调的放大电路。图6 大气压力调理电路- 17 -3.4 单片机的设计MC68HC908GP32具有以下特性： 32K片内FLASH程序存储器，具有在线编程能力和保密功能;512B片内RAM; 8MHZ内部总线频率;增强型串行口通讯口SCI;串行外围接口SPI;两个16位双通道定时器接口模块（TIM1和TIM2），每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和PWM，其时钟可分别选为内部总线的1、2、4、8、16、32和64的分频值;8路8位A/D转换器;系统保护特性： 计算机工作正常（COP）复位 低电压检测复位，可选为3V或5V操作 非法指令码检测复位 非法地址检测复位;时钟发生器模块，具有32KHZ晶振PLL电路，可产生各种工作频率;33根通用I/O脚，包括26根多功能I/O脚和5或7根专用I/O脚;PA、PC和PD的输入口有可选择的上拉电阻;所有口有10mA吸流和放流能力，PTC0- PTC4有15mA吸流和放流能力;带时钟预分频的时间基模块有8种周期性实时中断（1、4、16、256、512、1024、2048和4096HZ），可在STOP方式时使用外部32KHZ晶振周期性唤醒CPU l 8位键盘唤醒口;所有口有最高5mA输入电流保护功能;具有PDIP40、SDIP42和QFP44封装形式CPU08特性;增强的HC05 CPU结构;16种寻址方式（比HC05多8种）;16位变址寄存器和堆栈指针;存储器至存储器数据传送;快速8×8乘法指令;快速16/8除法指令;扩展的循环控制功能;BCD指令;优化用于控制应用;优化支持C语言。图7 单片机管脚表1输入输出口的分配I / O口方向功能PTB0输入转速输入信号PTB1输入扭矩输入信号PTB2输入大气压力输入信号PTB3输入机油温度输入信号PTB4输入节气门输入信号PTB5输入爆震输入信号PTB6输入油耗输入信号PTB7输入冷却水温度输入信号PTC0输出转速控制PTC1输出扭矩报警控制PTC2输出报警控制PTC3输出温度控制PTC4输出电子点火控制PTD1输出电喷控制PTD2输出刹车控制3.4.1 时钟外部连接电路设计 一般情况下C1取20pF，C2取15pF，晶振采用32.8KHZ。为此系统提供一个震荡信号，满足电路的实际需求。图8 时钟外部连接电路3.4.2 复位电路的设计如果单片机需要复位按下复位按钮S1就行了,所有数据又会回到最初的状态。如图9所示。图9 复位电路3.5 电子点火电路的设计 如图10所示，与传统的机械调节式点火时刻控制系统相比，基于微控制器的电子式控制系统具有及时性好，精确度高，控制灵活等优点。为此，这是一种提高发动机点火控制精确度的新型电子点火控制电路。图10 电子点火电路3.6 辅助电源模块的设计将12V电源变成5V使用7805芯片进行转换。如图11所示。图11 电源管理模块3.7 扭矩、转速、油耗调理电路的设计如图12所示，扭矩，转速信号与来自油耗仪的油耗信号都是0-10V的电压信号，而单片机处理的只能是0-5V的电压信号。因此调理电路的任务是将这些0-10的电压信号转换成单片机输入要求的0-5V电压信号。因此我们采用0-10V电压经两个15K欧的电阻分压后在同向输入端得到0-5V的输入电压，输出电压只与输入电压和分压电阻有关。图12 扭矩、转速、油耗调理电路3.8 输出保护电路的设计输出保护提供给单片机的A/D口的电压信号必须在0-5V之间，因此必须保护电路的输出正常，但当电路出现问题时，如小于0V或大于5V，都会使最终的结果出现错误，甚至损坏元器件。通常可以在输出端加一个5V稳压管，但稳压管的稳压数值随工作电路和温度的不同而略有改变，即使对于统一类型的稳压管来说，它的稳压也不固定，而有一定的分散性，同时对于负电压，稳压管起保护作用。这就要求设计寻求更好的保护电路。如图13所示。 图13 输出保护电路3.9 电喷电路中阀值比较电路的设计这个电路不但把发动机原装励磁信号转化成方波信号，而且可以对改装后的传感器信号进行处理。图14 电喷电路中阀值比较电路3.10 电喷电路中执行器控制电路的设计 通过控制门极电压来实现开关的功能，对执行器实行低端控制。图15 电喷电路中执行器控制电路3.11 转速油门控制电路的设计 转速、油门信号是由外部给出的信号，经调理后给单片机，由单片机进行数据处理。图16 转速油门控制电路3.12 报警电路的设计一旦电路发生紧急情况，比如温度过高，气压过大等等。此电路就会报警，提醒人员进行相关处理。图17 报警电路4 结论通过短短两个月的努力，在老师的指导下，我的课题基于单片机汽车发动机的控制与检测系统的设计终于完成了。这个设计我们是两人一组，但是我们也要运用两种不同的方案来设计。起初我们两人同心协力，不思进取的将第一套方案整理出来，我们从理论方面着手，每天查阅资料，来分析清楚系统的原理，工作方式等，只有弄明白了，才好着手，凡事都要有一个好的开头，如果连开头都没起好，那么这件事就等于已经失败了一小半，所以我们分工合作，我们俩各有各的工作，如果在查阅资中遇到不理解的地方，我们会相互讨论，也会去向同学求解。是在解决不了，我们就会带着问题去向指导老师请教。我们一一弄懂了各芯片的工作原理，然后再理清整个大系统的工作原理，从而使我们的毕业设计达到了目标。毕业设计使我在以下方面有明显的提高：融会和贯通所学习专业的基本概念、基本理论和基本技能。综合运用所学专业理论知识和技能分析，提高解决实际问题的能力。以科学的、实事求是的态度进行科学试验和工程实践的动手操作能力。提高文献阅读和使用能力。参考文献 1 张晞，王德银，张晨. MSP430系列单片机实用C语言程序设计M. 北京：人民邮电出版社，2005.92 孙余凯，吴鸣山，项绮明. 传感器应用电路300例M. 北京：电子工业出版社，2008.33 王煜东. 传感器应用电路400例M. 北京：中国电力出版社，2008.84 何希才. 新型电子电路应用实例M. 北京：科学出版社，2005.85 黄争. 德州仪器高性能单片机和模拟器件在高校中的应用和选型指南M. 上海：德州仪器半导体技术（上海）有限公司大学计划部，2010.66 杨毅德，刘卫民，王章权. 模拟电路M. 重庆：重庆大学出版社，2004.57 陈小忠，黄宁，赵小侠. 单片机接口技术实用子程序M. 北京：人民邮电出版社，2005.98 郭建江. 单片机技术与应用M. 东南大学出版社，20059 张志良. 单片机原理及控制技术M. 北京：机械工业出版社，2005 10 李光飞. 单片机课程设计实例指导M. 北京：北京航空航天出版社，200511 吉 雷. rotel99从入门到精通M. 西安：西安电子科技大学出版社，200412 赵景波, 向华. Protel99 SE 应用与实例教程M. 人民邮电出版社，200413 顾斌, 赵明中. 数字电路EDA设计M. 西安电子科技大学出版社，2005 14 赵亮, 侯国锐. 单片机语言编程与实例M. 人民邮电出版社，200315 吴建华. 汽车发动机原理M. 机械工业出版社, 2009致谢光阴似箭，转眼间三年学习就要结束了。通过两个月的不懈努力，毕业设计也终于完成了，这也意味着我们的专科学习生涯即将结束。毕业设计的顺利完成，我的大学三年的学习时光也已接近尾声，在此我想对我的母校，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的母校常州工程学院给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高。感谢常州工程学院的老师和同学们三年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三