5

Введение

В настоящее время практически невозможно указать какую-то отрасль науки и производства, в которой бы не использовались микропроцессоры и микро ЭВМ. Универсальность и гибкость МП, как устройств с программным управлением наряду с высокой надежностью и дешевизной позволяют широко применить их в самых различных системах управления для замены аппаратной реализации функции управления, контроля, измерения и обработки данных. Применение МП и микро ЭВМ в системах управления промышленными станками, транспортировочным механизмами, атомными реакторами, электростанциями, а также создание на их основе робототехнических комплексов, гибких автоматизированных производств, систем диагностики и контроля.

Микропроцессорные средства позволяют создавать разнообразные по сложности выполняемых функций устройств управления – от простейших микроконтроллеров несложных приборов и механизмов до сложнейших специализированных и универсальных систем распределенного управления в реальном времени. Благодаря различию комплектаций, производительности и объема оборудования модулей они создают аппаратурную основу для разработки систем, ориентированных на различные области применения, и инструментальных комплексов для отладки их программ.

Целью данного курсового проекта является разработка контроллера системы зажигания двигателя внутреннего сгорания на основе микропроцессора, выполненного на основе КМОП-технологии.

1 Техническое задание

Необходимо разработать контроллер системы зажигания, выполненный на базе микропроцессора КМ1823 фирмы Microchip Technology Inc. БИС контроллера системы зажигания КМ1823ВГ1 предназначена для построения систем управления автомобильными бензиновыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Микросхема выполнена на основе КМОП-технологии с самосовмещенным поликремниевым затвором в 40-выводном.

Заданные технические характеристики сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Технические характеристики

Используемый микропроцессор	КМ1823ВГ1
Напряжение питания, В	5
Потребляемая мощность, мВт	55
Рабочая частота, МГц	4,2
Время цикла обращения к ЗУ, мкс	1,9
Масса, кг, не более	1
Диапазон рабочих температур	-60…+100С

2 Описание структурной схемы устройства

Предлагаемое устройство может выполнять функции управления системы зажигания двигателей внутреннего сгорания. Схема устройства показана на рисунке 1. Основой служит микроконтроллер КМ1823ВГ1. В его программе предусмотрено автоматическое восстановление нормальной работы при случайных сбоях, в течении не более одного оборота коленчатого вала двигателя.

Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная

В состав этой схе­мы, кроме контроллера КМ1823ВГ1, входит постоянно запоминающее устройство КМ1823РЕ1, резистивная матрица К1034НР2А и другие радиокомпоненты.

Резистивная матрица обеспечивает нагрузку выходных каскадов ПЗУ, вы­полненных по схеме с открытым кол­лектором. Конденсаторы СЗ и С6, ре­зисторы R2 и R4 и резонатор BQ1 со­ставляют генератор тактовых импуль­сов. RC-цепь, выполненная на элемен­тах R1 и С2, формирует сигнал началь­ной установки контроллера по включе­нию питания. Резистор R3 и конденса­тор С4 являются элементами цепи внеш­ней коррекции компаратора аналого-цифрового преобразователя (АЦП). На элементах С5, R5...R8 выполнен интегратор АЦП.

Контроллер системы управления 8-цилнндровым двигателем внутреннего сгорания показан на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема контроллера системы управления 8-цилиндровым ДВС

В состав контроллера системы управления 8-цилиндровым двигателем внутреннего сгорания входит:

1) Преобразователь сигнала датчика на­чала отсчета (НО), формирующий прямоугольные импульсы с логическими уровнями интегральных КМОП схем из квазисинусоидального сигнала ин­дукционного датчика;

2) Преобразователи сигнала датчика угловых импульсов (УИ) и сигнала дат­чика положения дроссельной заслонки;

3) Активный датчик разрежения, опре­деляющий нагрузку на двигатель по величине разрежения во впускном трубопроводе двигателя и задающий на выходе постоянное напряжение, про­порциональное величине разрежения;

4) Преобразователь порогового типа сигнала датчика температуры, уста­навливающий сигнал с высоким или низким логическим уровнем в зависи­мости от напряжения на датчике и тем­пературы охлаждающей жидкости;

5) Контроллер КМ1823ВГ1;

6) ПЗУ емкостью, 2К Х 8 бит;

7) Коммутатор первичной цепи катушки зажигания;

8) Мощные выходные ключи управле­ния ЭПХХ.

Контроллер предназначен для рабо­ты в составе системы управления 8-цилиндровым ДВС, структурная схе­ма которой приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема системы управления 8-цилиндровым ДВС

В состав системы входит:

1) Датчик положения, регистрирующий закрытое положение дроссельной заслонки;

2) Датчики НО и УИ индукционного типа, предназначенные для определе­ния угла поворота и частоты враще­ния КВД;

3) Датчик температуры охлаждающей жидкости;

4) Контроллер;

5) Катушка зажигания;

6) Первый и второй электроклапан ЭПХХ;

7) Электромеханический распределитель высокого напряжения;

8) Свечи зажигания I...VIII;

9) Аккумуляторная батарея;

10) Выключатель цепи электропитания системы.

Работа контроллера синхронизирует­ся с работой двигателя посредством сигнала датчика НО, который размещается на двигателе таким образом, чтобы в его магнитном поле проходил маркерный металлический флажок, устанавливаемый на маховике двигате­ля. Аналогично в магнитном поле дат­чика УИ проводят зубья шестерни ма­ховика.

Контроллер измеряет величину разре­жения во впускном трубопроводе двигателя и выбирает с учетом текущего значения температуры охлаждающей жидкости область ПЗУ для хранения информации, описывающей зависи­мость изменения УОЗ от частоты вра­щения КВД и соответствующей изме­ренному разрежению. Далее вычисляется величина УОЗ, соответствующая текущей частоте вращения КВД. Одно­временно отслеживается угол поворота КВД и при необходимости выклю­чается цепь питания первичной це­пи КЗ. Во вторичной цепи наводится высокое напряжение, подаваемое на свечи зажигания с помощью электро­механического распределители.

При замыкании концевого выключа­теля датчика положения дроссельной заслонки в режиме принудительного холостого хода (торможение двигате­лем) выключаются электроклапаны ЭПХХ1 и ЭПХХ2, прекращается по­дача топливной смеси в двигатель.

При снижении оборотов двигателя ни­же заданного порога, электроклапаны включаются, обеспечивая питание дви­гателя на холостом ходу. Посредством отключения по определенному алго­ритму клапанов ЭПХХ можно ограни­чивать максимальные обороты двига­теля.

В приведенном примере показаны не все возможности БИС КМ1823ВГ1. Наличие блока внешней коррекции позволяет построить системы, управ­ляющие УОЗ в зависимости от других параметров, например от детонацион­ного сгорания топлива.