小排量發(fā)動機電控燃油噴射監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、 傳感器與微系統(tǒng)(Transducer and M icr osyste m Technol ogies 2009年第28卷第11期80小排量發(fā)動機電控燃油噴射監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計趙宗紅, 譚德榮(山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院, 山東淄博255049摘要:為了加速小排量發(fā)動機電控系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用和發(fā)動機的匹配標(biāo)定工作, 開發(fā)了小排量發(fā)動機電控燃油噴射監(jiān)控系統(tǒng)。從硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計方面論述了發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn), 研究了VB 控件M SComm 在開發(fā)發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊中的編程技術(shù); 利用VB 6. 0的MSComm 通信控件, 實現(xiàn)了上位機與主控單片機的串行通信, 達到了電控汽油機運行參

2、數(shù)的可視化, 為研究電控汽油機控制參數(shù)的優(yōu)化匹配提供平臺。關(guān)鍵詞:小排量發(fā)動機; 監(jiān)控系統(tǒng); MSComm 控件; 單片機中圖分類號:TK323文獻標(biāo)識碼:B 文章編號:10009787(2009 11008003D esi gn of s ma ll 2d ispl ace m en t eng i n e m on itor i n gsyste m on electron i c fuel i n jecti onZHAO Z ong 2hong, T AN De 2r ong(School of Tran sport a ti on, Shandong Un i versity of

3、Z i bo Abstract :I n order t o s peed up the devel electr m of s mall 2dis p lace ment engine, ensure the on of onic the system with it, the monit m on electr onic fuel injecti on is devel oped . The p r ogra mm VB MSComm contr ols is designed t o collect the dates of engine s operati onal para mete

4、rs ; contr ols in the envir on ment of VB 6. 0is used t o carry out the corres pondence bet w een pers onal computer and single 2chi p p r ocess or, and achieves the pur pose of the engine s working parameters visualizati ons, it offers significant support f or the op ti m izati on of the engine wor

5、king para meters . Key words :s mall 2dis p lace ment engine; monit oring syste m; MSComm contr ols; single 2chi p p r ocess or0引言1系統(tǒng)功能和總體方案設(shè)計隨著世界石油資源的日益枯竭, 全球環(huán)境的不斷惡化, 汽車工業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。我國以摩托車為代表的小排量發(fā)動機制造業(yè)產(chǎn)品技術(shù)水平低、污染重、能耗高, 其發(fā)動機技術(shù)指標(biāo)已很難適應(yīng)2008年7月1日實施的國排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。在發(fā)動機電噴系統(tǒng)的研究中, 各項參數(shù)的標(biāo)定是重要內(nèi)容。本文利用具有良好界面設(shè)計能力和強大串口通

6、信功能的V isual Basic 6. 0開發(fā)小排量發(fā)動機運行監(jiān)控系統(tǒng), 通過M SComm 通信控件采集發(fā)動機運行時的各類數(shù)據(jù), 并顯示在監(jiān)控系統(tǒng)界面上, 實現(xiàn)發(fā)動機運行參數(shù)的實時監(jiān)控, 以減少由人工操作引起的誤差, 提高工作效率。通過自動調(diào)節(jié)噴油脈寬和點火提前角, 獲取發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性和排放性的最佳參數(shù)值。收稿日期:200905181. 1系統(tǒng)功能1 實現(xiàn)對發(fā)動機各運行參數(shù)的可視化, 主要包括:設(shè)計發(fā)動機運行監(jiān)控系統(tǒng)主程序用戶界面和相應(yīng)的功能界面; 實現(xiàn)上位機(監(jiān)控系統(tǒng)所處的PC 機 與下位機(EC U 之間的串行通信, 并編程實現(xiàn)實時異步串行數(shù)據(jù)傳輸, 實現(xiàn)發(fā)動機運行參數(shù)的實時采集

7、、顯示、保存等功能。2 建立完整的發(fā)動機試驗臺架, 在臺架上進行電控系統(tǒng)各工況控制參數(shù)的匹配研究。對采集的數(shù)據(jù)進行分析, 在線修正、獲得各工況最佳工作狀態(tài)點, 繪制噴油和點火提前角MAP 圖。1. 2系統(tǒng)總體方案設(shè)計本系統(tǒng)主要采用程序設(shè)計模塊化, 整個程序的編制把相應(yīng)的任務(wù)設(shè)計成功能模塊的形式; 數(shù)據(jù)預(yù)處理的快速運 第11期趙宗紅, 等:小排量發(fā)動機電控燃油噴射監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計算。在處理八位以上運算時采用了預(yù)設(shè)簡單的拆分組合操作來代替十六位運算子程序; 超時軟件控制。通過對定時器的開啟與清零和外部計數(shù)器的控制實現(xiàn)每段程序都在500m s 內(nèi)執(zhí)行完畢。81好、易操作、滿足研究需要的程序功能界面, 能

8、提高系統(tǒng)的可靠性和可操作性。在串口通信方面也有很強的功能, 它所提供的MSComm 通信控件具有強大的串行通信功能, 通過串行端該發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示, 包括各種傳感器、計算機、單片機等。系統(tǒng)通過節(jié)氣門位置傳感器、溫度傳感器、氧傳感器等采集節(jié)氣門開度、缸體溫度、進氣溫度、廢氣中的氧含量等數(shù)據(jù)信號, 發(fā)送給主控單片機, 由單片機集結(jié)成幀后, 傳輸?shù)接嬎銠C, 計算機對數(shù)據(jù)進行處理, 完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)保存、歷史數(shù)據(jù)再現(xiàn)、在線修正、MAP 圖繪制。采用Cygnal 單片機系統(tǒng)作為硬件基礎(chǔ), 使用計算機自帶的具有RS 232C 標(biāo)準(zhǔn)的DB9連接器作為數(shù)據(jù)通信設(shè)備間的接口, 實現(xiàn)上

9、位機與下位機之間的連接1, 2 ?？趥鬏敽徒邮諗?shù)據(jù)。同時, V isual Basic 6. 0還具有數(shù)據(jù)庫連接和數(shù)據(jù)處理功能, 可以作為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境。3. 1系統(tǒng)主控功能界面設(shè)計該系統(tǒng)主控功能設(shè)計界面包括了所有實現(xiàn)功能的界面與功能界面鏈接。在監(jiān)控系統(tǒng)界面中, 主要使用框架控件對每個功能與參數(shù)類型進行區(qū)分?？梢灾庇^地查看每一類參數(shù)的變化, 或?qū)δ骋还δ苓M行操作。主界面中主要包括采集參數(shù)顯示框架和在線修正框架等功能框架。出于對界面操作的方便性, 將針對性查詢和MAP 圖繪制兩部分使用單獨的界面進行顯示, 通過針對性查詢按鈕和MAP 圖按鈕進行鏈接。3. 2系統(tǒng)串口數(shù)據(jù)通信協(xié)議1 該系

10、統(tǒng)串口通信協(xié)議是:9600bp s,。為節(jié)省傳輸時間,圖1監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)F i g 1Tot a l structure of m on itor i n g syste m, I nput m ode =1, ; , 設(shè)定inbuffersize 為512B, 由于修正數(shù)據(jù)的發(fā)送是間斷性的, 不會出現(xiàn)緩沖區(qū)滿而出現(xiàn)錯誤, 因此, 不需要設(shè)置太大的發(fā)送緩沖區(qū), 在設(shè)定輸出緩沖區(qū)outbuffersize 為10B 。定義間隔時間為500m s, 在發(fā)送完數(shù)據(jù)500m s 后清空接收緩沖區(qū), 使得修正數(shù)據(jù)不會由于接收緩沖器滿而被丟棄。最小接收字長R threshold 和最小發(fā)送字長Sthre

11、shold 都設(shè)置為1。2 該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)據(jù)接收和在線修正兩2系統(tǒng)硬件設(shè)計EC 機的監(jiān)視與控制, 理連接, 并滿足系統(tǒng)對速度、可靠性、穩(wěn)定性要求。電子控制單元ECU 是控制系統(tǒng)的核心, EC U 的微處理器的選擇對系統(tǒng)影響很大。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求、使用條件和外部電特性, 以及單片機的軟件特性, 為了滿足精度、速度、位數(shù)的要求, 提高集成度, 減少干擾, 選用Cygnal 公司的C8051Fxxx 單片機。其芯片上有64個I/O口線, 25M I PS 高速流水線式8051兼容的微控制器內(nèi)核, 2304字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM , 32K B F LASH 存儲器可在系統(tǒng)編程, 計算速度足夠部

12、分, 前者使用事件驅(qū)動, 是數(shù)據(jù)輸入部分; 后者使用查詢方式, 是數(shù)據(jù)輸出部分。串行通信是半雙工形式, 通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)相對簡單, 在時間上可以隨意控制, 只要直接給串口通信控件MSComm 的Out put 屬性賦值即可; 使用Turbo C2. 0語言或者匯編語言, 也只要在一個循環(huán)之內(nèi)向串口的數(shù)快, 且內(nèi)部有一個全雙工UART, SP I 總線和I 2C /SMBus, 每種串行總線都完全用硬件實現(xiàn), 都能向C I P 51產(chǎn)生中斷, 這些串行總線不“共享”定時器、中斷或端口I/O,可以使用任何一個或全部同時使用, 滿足車用發(fā)動機實時控制的要求, 其硬件連接如圖2所示 。據(jù)端口寫數(shù)據(jù)即可

13、。但是, 接收數(shù)據(jù)比較麻煩, 因為中斷接收時, 數(shù)據(jù)常常不均勻流暢, 其中存在空白間隔, 給數(shù)據(jù)處理帶來困難。因此, 具體實現(xiàn)上, 應(yīng)在接收到第一批數(shù)據(jù)時, 開始等待T 時間段, 將第一批數(shù)據(jù)與隨后的第二批數(shù)據(jù)相加, 如此繼續(xù)循環(huán), 知道新的T 時間段結(jié)束而無數(shù)據(jù)到圖2ECU 與監(jiān)控系統(tǒng)的硬件連接F i g 2Hardware connecti on s of ECU and m on itor i n g syste m達, 在跳出循環(huán)。而T 時間段大小的選取, 應(yīng)根據(jù)具體的模塊或設(shè)備來調(diào)整。在本系統(tǒng)中, 通過定時器Ti m er 來實現(xiàn)等待的時間段, 命名為ti m e_COMM , 即這

14、個定時器是輔助串行通信控件工作的, 將Enable 屬性修改為False, 即不允許產(chǎn)生中斷, I nterval 修改為500(m s 。數(shù)據(jù)接收算法如圖33系統(tǒng)軟件設(shè)計V isual Basic 6. 0是一個簡單、高效的可視化軟件開發(fā)平臺, 提供了良好的界面設(shè)計能力, 使用它可以設(shè)計出友 傳感器與微系統(tǒng)第28卷82所示3, 4 。圖3數(shù)據(jù)接收算法F i g 3Da t a rece i ved a lgor ith m圖4噴油脈寬脈譜圖F i g 4M AP of fuel i n jecti on pulse w i dth3. 3數(shù)據(jù)存儲程序設(shè)計在系統(tǒng)中利用了VB 的數(shù)據(jù)控件ADO,

15、 DataGrid 等實現(xiàn)與Access 數(shù)據(jù)庫的連接, 分別設(shè)置Ado Data 控件的Connec 2ti onString, Command 2Type, RecordSource 3個重要的屬性以及DataGrid 控件的Data 2S ource 屬性在設(shè)置Ado Data 控件的Connecti onString 屬性。通過單擊“針對性查詢”按扭連接。在實時MAP 圖繪制部分使用Ti m er 控件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的實時檢查, 確保當(dāng)前圖像是發(fā)動機運行的最新狀態(tài)。同時, 為了減少同一數(shù)據(jù)控件對不同數(shù)據(jù)庫表的多次調(diào)用使得編程工作量, 使用數(shù)據(jù)環(huán)境設(shè)計器(Dataenvir on ment

16、 被調(diào)用數(shù)據(jù)庫表的容器, 64圖5F M of angle, 操作方便。與傳統(tǒng)的測試, 減少了人工操作引起的誤差, 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的實時、精確、高效性要求, 通過自動調(diào)節(jié)噴油脈寬和點火提前角, 獲取發(fā)動機動力性、排放性和經(jīng)濟性最佳參數(shù)值, 為小排量電控發(fā)動機運行參數(shù)的最優(yōu)匹配提供理想平臺。參考文獻:1馬玉春. 計算機監(jiān)控技術(shù)與系統(tǒng)開發(fā)M.北京:清華大學(xué)出。由于發(fā)動機運行工況復(fù)雜, 一般預(yù)先將基本的噴油脈寬和點火提前角以脈譜的形式存入單片機的EPROM 中, 在實際工作過程中, 電控單元首先根據(jù)轉(zhuǎn)速和負荷信號從脈譜中經(jīng)查表、插值計算獲得基本噴油時間或基本點火提前角, 然后, 再根據(jù)其他信號進行修

17、正, 噴油器根據(jù)電控單元修正后的脈沖寬度得出噴射循環(huán)所需的油量, 點火裝置根據(jù)修正后的點火信號進行點火控制, 以滿足發(fā)動機不同工況的要求。在自動監(jiān)控系統(tǒng)參與的優(yōu)化匹配過程中, 使用在線修正噴油脈寬或點火提前角觀察發(fā)動機運行狀況, 使用特定查詢篩選最優(yōu)的控制參數(shù), 經(jīng)過大量試驗找到最佳工況點控制參數(shù)。制得了優(yōu)化的噴油脈寬和點火提前角脈譜圖7。噴油脈寬脈譜圖如圖4所示, 點火提前角脈譜圖如圖5所示。5結(jié)論1 本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)使用了VB 6. 0中的M scomm版社, 2007:8-30.2徐翠琴, 吳蕾, 全書海. 基于VB 的燃料電池發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計J .微計算機信息, 2007, 23(3-1 :21-23.3范逸之, 陳立元. V isual Basic 與RS 232串行通信控制(最新版 M.北京:清華大學(xué)出版社, 2002.4韓加蓬, 龔長青, 譚德榮, 等. 電噴發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)研究J .農(nóng)機化研究, 2006(10 :205-207.5李湘江, 彭建. 基于VB 的實時數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計J .微計算機信息, 2003, 19(10 :38-40.6姚巍. V is