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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Regolatore automatico dell'angolo OZ su K1816BE31. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / microcontrollori I dispositivi progettati per mantenere automaticamente la fasatura di accensione (OZ) di un motore a combustione interna a un livello ottimale sono ancora piuttosto complessi. Possono essere semplificati utilizzando microcircuiti con un alto grado di integrazione. Un esempio di ciò è mostrato di seguito. Il modo più ovvio per migliorare gli indicatori più importanti di un motore a combustione interna a benzina è sostituire il regolatore angolare OZ centrifugo con uno elettronico con controllo manuale e, ancora meglio, automatico. Analoghi regolatori elettronici sono già stati descritti nella rivista [1; 2]. Sulla base del dispositivo [2], ho sviluppato un più semplice regolatore automatico dell'angolo O3. La semplificazione è stata ottenuta utilizzando il microcontrollore K1816BE31. La presenza di due timer digitali a sedici cifre al suo interno consente di misurare in modo continuo e simultaneo la velocità dell'albero motore e controllare l'angolo OZ. A differenza del prototipo, i contatti dell'interruttore rimangono nella posizione dell'angolo iniziale 03, come per un regolatore centrifugo meccanico, che assicura una modalità di accensione normale durante l'avviamento del motore. Il regolatore automatico è progettato per funzionare con un interruttore di contatto e un sistema di accensione elettronica. Il ritardo di accensione relativo all'istante di apertura dei contatti è pari alla differenza tra il periodo di accensione (Ti - 1 / fi, dove fi è la frequenza di apertura dei contatti dell'interruttore) e il tempo di anticipo dell'accensione (corrispondente all'angolo OZ a una specifica velocità dell'albero motore del motore). Il calcolo del momento di accensione viene ripetuto ogni mezzo giro dell'albero motore, il che garantisce praticamente l'inerzia del regolatore. Prevede inoltre l'introduzione di una correzione temporanea mediante un correttore di ottano, che fissa sia il valore che il segno della correzione. A seconda della posizione della valvola a farfalla del carburatore e della velocità del motore, l'elettrovalvola dell'economizzatore viene controllata secondo un algoritmo standard. Il diagramma schematico del controller digitale è mostrato in fig. 1. Il dispositivo è costituito da un'unità di elaborazione, uno shaper di ingresso, un'unità di uscita, un correttore di ottano, un'unità di controllo dell'elettrovalvola dell'economizzatore, uno stabilizzatore di tensione e un circuito di isolamento galvanico dai contatti del microinterruttore.
L'elemento principale del nodo del processore è un microcontrollore a chip singolo DD1, incluso secondo uno schema tipico con memoria esterna (memorizza programmi). Il microcontrollore è sincronizzato dall'oscillatore integrato, la cui frequenza è impostata dal risonatore al quarzo ZQ1. Chip DD3 - latch indirizzo low byte. Lo shaper, costituito da un amplificatore di ingresso su un transistor VT1, un singolo vibratore sugli elementi DD2.1, DD2.4 e un trigger DD2.2, DD2.3, è assemblato secondo lo schema da [2] ed è progettato per eliminare le conseguenze del rimbalzo dei contatti dell'interruttore e fornire un segnale di basso livello all'ingresso P3.2 del controllore quando i contatti dell'interruttore sono aperti. L'ingresso dello shaper è collegato all'interruttore del motore dell'auto. L'interruttore SA1 consente di spegnere il regolatore automatico e inviare un segnale dall'interruttore direttamente all'unità di accensione. Ciò, in particolare, consente di avviare il motore con una batteria fortemente scarica, quando la tensione della rete di bordo è insufficiente per il normale funzionamento della macchina. Il correttore di ottani include gli interruttori SB1, SA2 e un encoder sui diodi VD8-VD22. La correzione dell'istante di accensione è discreta, con uno step impostato via software di 0,7 gradi. A seconda della posizione dell'interruttore SA2, il segnale nel codice binario inverso attraverso i diodi entra negli ingressi P1.0-P1.3 del microcontrollore e imposta il numero di passi di correzione per esso. Dall'interruttore SB1 all'ingresso P1.6 del controller, viene ricevuto un segnale che determina il segno della correzione. È determinato dal software che i contatti aperti di questo interruttore corrispondono ad un aumento e i contatti chiusi corrispondono ad una diminuzione della fasatura dell'accensione rispetto al valore nominale. Il nodo di uscita è assemblato su un singolo vibratore DD4.1, DD4.3 con un amplificatore basato sui transistor VT3, VT5 secondo lo schema da [1] ed è progettato per generare impulsi di polarità positiva con un'ampiezza di 12 V e una durata di 500 μs per avviare il sistema di accensione elettronica. Se l'uscita dell'elemento DD4.1 è collegata agli ingressi di un elemento libero DD4.4 (non mostrato nel diagramma), è possibile rimuovere una sequenza di impulsi dall'uscita dell'elemento DD4.4 per l'alimentazione a un tachimetro elettronico. L'unità di controllo dell'elettrovalvola è assemblata sull'elemento DD4.2 e sui transistor VT2, VT4 secondo lo schema da [3]. Un livello logico basso all'uscita P3.5 del controller, dopo essere stato invertito dall'elemento DD4.2, apre i transistor VT2, VT4. Attraverso il transistor aperto VT4, viene fornita una tensione di 12 V all'avvolgimento dell'elettrovalvola, che controlla il flusso di carburante nel carburatore del motore. Sul relè K1 è montato un nodo che fornisce l'isolamento galvanico dell'ingresso del microcontrollore dai contatti del microinterruttore sensore, che è installato sul carburatore ed è collegato meccanicamente all'acceleratore. Quando la serranda è aperta, i contatti del sensore sono chiusi e all'avvolgimento del relè K1 viene applicata una tensione di 12 V. Attraverso i contatti chiusi K1.1 del relè, viene applicato un livello logico basso all'ingresso P1.7 del controller, informandolo dell'apertura dell'acceleratore. L'autoregolatore è alimentato dalla rete di bordo dell'auto. Attraverso il filtro di ingresso L1C13, la tensione CC viene fornita allo stabilizzatore DA1, dalla cui uscita viene fornita una tensione di 5 V ai microcircuiti e ad altri nodi. Il regolatore si accende contemporaneamente all'accensione dell'auto. Quando viene applicata la tensione di alimentazione, il condensatore C6 viene caricato attraverso il resistore R8, generando un segnale di ripristino, in base al quale il controller DD1 si porta nello stato iniziale ed esegue operazioni preparatorie. Innanzitutto, imposta un livello basso sull'uscita P3.5, che, dopo essere stato invertito dall'elemento DD4.2 e amplificato dal transistor VT2, apre il transistor VT4 e la tensione della rete di bordo viene fornita al avvolgimento dell'elettrovalvola, consentendo così di fornire carburante al carburatore del motore. In secondo luogo, un impulso di basso livello all'ingresso inferiore dell'elemento DD2.2 secondo il circuito imposta il trigger DD2.2, DD2.3 al suo stato iniziale, in cui l'uscita dell'elemento DD2.2 è alta, e l'uscita dell'elemento DD2.3 è bassa. In terzo luogo, abilita un interrupt di basso livello all'ingresso P3.2. In quarto luogo, imposta i timer interni - contatori TO e T1 in modalità a 16 bit e abilita l'interrupt dal timer interno T1. I timer del controller sono organizzati in modo che il loro stato venga incrementato di 1 dopo 12 cicli dell'oscillatore. A una frequenza di clock di 12 MHz, lo stato del timer aumenta dopo 1 µs, il che consente di misurare un periodo non superiore a 65535 µs, che corrisponde a una velocità dell'albero motore di almeno 457 min-1. Quando il timer passa dallo stato "tutti uno" allo stato "tutti zeri", viene impostato un flag di overflow in un apposito registro del controllore, in base al quale, se l'interrupt è abilitato, il controllore esegue la corrispondente subroutine al servizio di questo interrompere. Successivamente, il controllore azzera i timer, avvia il conteggio del timer TO ed entra in modalità di attesa per un livello basso all'ingresso P3.2. Pertanto, il controller digitale è pronto per avviare il motore. Alla prima apertura dei contatti del ruttore all'uscita del singolo vibratore DD2.1, DD2.4, verrà generato un impulso della durata di 500 μs che, dopo essere stato differenziato dal circuito C7R11R12, commuterà il trigger DD2.2. 2.3, DD2.2 e un livello basso sarà impostato all'uscita dell'elemento DD3.2. Entrando nell'ingresso PXNUMX del controller, esso chiamerà l'opportuna routine di servizio di interrupt, che arresta il timer TO, ne salva lo stato, esegue l'impostazione iniziale e si riavvia in modalità conteggio. Successivamente, viene analizzato il valore memorizzato del timer TO. Quando il motore viene avviato, la velocità dell'albero motore è inferiore a quella consentita per la misurazione, pertanto il timer di manutenzione va in overflow. In questa condizione, il controller genererà senza ritardo un breve impulso di basso livello all'uscita P3.4, che avvierà il singolo vibratore DD4.1, DD4.3. Un impulso di basso livello con una durata di 500 μs, generato all'uscita di un singolo vibratore, chiuderà i transistor VT3, VT5 e avvierà il sistema di accensione elettronica del motore. Successivamente, il controller con un impulso di basso livello all'ingresso inferiore dell'elemento DD2.2 imposta il trigger DD2.2, DD2.3 al suo stato originale e torna nuovamente in modalità standby per la successiva commutazione del trigger. Quando la velocità dell'albero a gomiti supera 457 min-1, l'overflow del timer di manutenzione non si verifica più e il controller analizza il periodo di accensione durante l'esecuzione della routine di elaborazione dell'interrupt all'ingresso P3.2. In accordo con le caratteristiche del regolatore meccanico P147B, mostrato in fig. 2 (N - velocità dell'albero motore).
Sulla sua sezione orizzontale da zero al punto 1, il dispositivo genera impulsi di uscita senza ritardo, ad es. al momento dell'apertura dei contatti dell'interruttore, nella sezione 1 - 2, il controller calcola il ritardo necessario nella formazione dell'impulso di accensione in base al formula tset = (tmeas - φoz tmeas/180) - tcalc ± tcorr, dove tzad - tempo di ritardo dell'accensione, μs; tmeas - tempo tra due aperture adiacenti dell'interruttore, µs; φoz - il valore dell'angolo di anticipo dell'accensione a una specifica velocità dell'albero motore del motore, gradi; tcalc - il tempo trascorso dal momento dell'apertura dei contatti dell'ampolla alla fine del calcolo del ritardo di accensione, μs; tcorr - correzione del tempo (correzione dell'accensione), a seconda sia della posizione dell'interruttore del correttore di ottano sia dell'interruttore del segno di correzione, μs. Il valore di ritardo risultante viene sottratto da 65536, il risultato fissa il timer T1, dopodiché si avvia e il contenuto del timer inizia ad aumentare di uno ogni microsecondo. Contemporaneamente al completamento del calcolo del ritardo di accensione, il controller accende o spegne l'elettrovalvola in base alla posizione della valvola a farfalla del carburatore e alla velocità dell'albero motore. Quando l'acceleratore è aperto, il controller mantiene costantemente un livello basso all'uscita P3.5, consentendo così l'alimentazione del carburante al carburatore. Quando è chiuso, il relè K1 rilascia l'armatura, i contatti K1.1 si aprono e viene applicato un livello alto all'ingresso P10 del controller tramite la resistenza R1.7. Il controller confronta il periodo di accensione misurato con le soglie temporali definite dal software e apre o chiude la valvola di conseguenza. Tali soglie temporali corrispondono a quelle impostate nella centralina economizzatore montata sul veicolo. Dopo il completamento della routine di interrupt all'ingresso P3.2, il controller imposta il trigger DD2.2, DD2.3 al suo stato iniziale e attende il segnale di interrupt dal timer T1. Dopo un certo tempo, il timer T1 va in overflow e genera una richiesta per elaborare il vettore di interruzione. Il controller esegue la subroutine corrispondente, arresta il timer T1, avvia il singolo vibratore DD4.1, DD4.3 con un impulso di basso livello. Il transistor chiuso VT4 genererà un impulso di avviamento per l'unità di accensione. Dopo aver completato la subroutine, il controllore attende nuovamente che un livello basso entri in P3.2. Poiché i contatti dell'interruttore si aprono ogni mezzo giro dell'albero motore del motore, il tempo misurato dal timer TO in ogni ciclo corrisponde a 180 gradi. Il tempo misurato viene programmaticamente diviso per 256 (si ottiene un risultato corrispondente a 0,7 gradi) e moltiplicato per il codice inserito dall'encoder sui diodi VD8-VD22. Di conseguenza, si ottiene il tempo di correzione del ritardo di accensione tcorr, che viene preso in considerazione nel calcolo finale del ritardo di accensione con il segno corrispondente. L'angolo di correzione dell'interruttore SA2 OZ può essere modificato nell'intervallo da 0 a +6,3 o da 0 a -6,3 gradi, che corrispondono alle linee tratteggiate superiore e inferiore in Fig. 2. L'uso del codice inverso consente di ridurre il numero di diodi nell'encoder. Quando si imposta un angolo di correzione negativo, la caratteristica del controller è limitata dal software in modo che l'angolo OC risultante non possa assumere valori negativi. Consideriamo la formazione delle caratteristiche dell'automa-regolatore (uguale a quella del regolatore centrifugo), mostrata in Fig. 2 (linea tratteggiata spessa). In un regolatore centrifugo, questa forma di caratteristica è imposta da due molle di diversa rigidità, che entrano in azione una dopo l'altra con un aumento della frequenza di rotazione dell'albero del trinciatore. La linea è composta da quattro sezioni. Sulla prima sezione dall'origine al punto 1, l'angolo 03 è uguale a zero. Le restanti tre sezioni - 1-2, 2-3 e 3-4 - sono approssimate da linee rette e sono espresse da un sistema di tre equazioni lineari per la dipendenza dell'angolo O3 dalla velocità dell'albero motore, che è generalmente descritta dal formula φoz = K (N - N0) + φbegin, dove φoz è l'angolo attuale dell'OZ, gradi; N - frequenza attuale di rotazione dell'albero motore del motore, min-1; N0 - frequenza di rotazione nel punto iniziale della sezione, min-1; K - coefficiente che tiene conto dell'angolo di inclinazione del sito rispetto all'asse N; φbegin - l'angolo iniziale dell'OZ per il sito, deg. Sostituendo queste tre equazioni per ciascuna sezione nella formula per tset ed eseguendo trasformazioni, otteniamo un sistema di tre equazioni lineari con la dipendenza del tempo di ritardo del momento di accensione sull'intervallo di tempo misurato tra due aperture adiacenti dell'ampolla: tset = (tmeas K1/256 - B1) - tpasch ± tcorr (per la sezione 1-2); tset = (tmeas K2/256 - B2) - tpasch ± tcorr (per 2-3); tset = (tmeas K3/256 - B3) - tpasch ± tcorr (per 3-4), dove K1, B1, K2, B2, K3, B3 sono i coefficienti calcolati per le corrispondenti sezioni della caratteristica. Per determinare questi coefficienti è stato scritto un programma (Tabella 1) nel linguaggio di programmazione Q-Basic.
I parametri iniziali per esso sono le caratteristiche del regolatore centrifugo del demolitore-distributore R147V dell'auto Moskvich-2140, dalla descrizione tecnica [4] - l'angolo di rotazione e la velocità di rotazione dell'albero motore del motore (da non confondere con la velocità di rotazione e la sua rotazione è la metà di quella dell'albero motore) nei punti 1, 2, 3 - tabella. 2.
A tavola. 3 riassume i risultati del calcolo per il programma indicato. Il valore della velocità dell'albero motore di 6000 min-1 è condizionalmente preso come massimo, poiché la sezione dal punto 3 è orizzontale. Per semplificare il programma di controllo del controller, i valori del periodo di accensione all'inizio delle sezioni della caratteristica sono presi pari al multiplo più vicino di 256.
A tavola. 4 mostra i codici del programma, che è posto nella ROM DS1; assicura il funzionamento del controllore DD1.
Con questo programma, il regolatore automatico è simile nelle caratteristiche al distributore dell'interruttore R147V e all'unità di controllo dell'economizzatore 252.3761 del motore dell'auto Moskvich-2140, progettata per utilizzare benzina A-76. Le soglie di accensione e spegnimento dell'elettrovalvola in funzione della frequenza di rotazione dell'albero motore sono assunte rispettivamente pari a 1245 min-1 e 1500 min-1 [5]. Gli indirizzi del programma, in cui vengono inserite le informazioni che determinano la caratteristica del regolatore, sono indicati in Tabella. 5 e 6.
Il contenuto del programma è scritto in un codice esadecimale a due byte, ad eccezione del punto di sparking all'inizio delle sezioni corrispondenti (T1, T2, T3), che sono rappresentate solo dal byte alto. Le soglie di commutazione dell'elettrovalvola dalla forma frequenza alla forma tempo (Tabella 6) sono ricalcolate secondo la formula tpor = 3 107/Npor, dove tpor è il tempo in µs; Npor - velocità in min-1. Per utilizzare la macchina con altri regolatori centrifughi e centraline economizzatore, le loro caratteristiche vengono sostituite nel calcolo. Il regolatore automatico è montato su una scheda tecnologica di dimensioni 130x85 mm. I collegamenti sono realizzati con filo MGTF. Gli interruttori SA1, SA2, SB1 sono installati sul pannello frontale del regolatore. Se non è necessario comandare l'elettrovalvola, gli elementi R13-R15, R18, R19, VT2, VT4, VD6, VD7, K1 possono essere omessi. La vista del dispositivo con il coperchio rimosso è mostrata in Fig. 3.
Come microcontrollore, è adatto qualsiasi microcircuito della famiglia Intel51 (180x31, 180x51, 180x52) o le loro controparti domestiche (K1816BE51, ad esempio). Un regolatore fatto di parti riparabili e senza errori non ha bisogno di essere regolato. Le raccomandazioni per la sostituzione degli elementi e il controllo delle prestazioni sono riportate in [1-3]. I limiti di regolazione per la correzione dell'angolo OZ possono, se lo si desidera, essere aumentati a ± 10,5 gradi utilizzando l'interruttore SA2 per 16 posizioni con l'aggiunta del numero appropriato di diodi all'encoder. È anche possibile utilizzare un encoder sotto forma di interruttore per 4 direzioni e 10 o 16 posizioni, come in [1]. Il regolatore è montato sul cruscotto dell'auto e collegato all'interruttore, al gruppo di accensione, all'elettrovalvola e al sensore sul carburatore con un cavo schermato. Prima di installare il regolatore elettronico, fissare i cracker del regolatore centrifugo nella loro posizione originale. Il momento di apertura dei contatti dell'interruttore deve corrispondere all'angolo iniziale dell'OZ. Il condensatore dell'interruttore deve essere scollegato. Quando si installa il regolatore automatico su auto con sensore a vite installato sul carburatore (i suoi contatti sono chiusi quando l'acceleratore è chiuso), è necessario collegare la resistenza R10 ai contatti chiusi del relè K1. Sebbene il dispositivo sia progettato per funzionare con un interruttore di contatto e un sistema di accensione elettronica, con l'appropriato perfezionamento del driver di ingresso e dell'unità di uscita, è in grado di funzionare con un interruttore senza contatto e altri tipi di unità di accensione. Il testo sorgente del programma per K1816BE31 Letteratura
Autore: A. Obukhov, Perm
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