電子節(jié)氣門控制

1/1電子節(jié)氣門控制基于單片機(jī)的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（1）初步了解和熟悉汽車電子控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、組成和開發(fā)方法；

（2）學(xué)習(xí)電子節(jié)氣門的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及基本控制方法；

（3）學(xué)習(xí)執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)基本方法和電路參數(shù)匹配，熟悉掌握智能驅(qū)動(dòng)芯片L298N的基本使用方法；

（4）掌握對(duì)Microchip公司提供的MPLAB-ICD?集成化開發(fā)環(huán)境的使用，能夠通過單片機(jī)的編程來實(shí)現(xiàn)各種不同的輸入和輸出功能；

（5）學(xué)習(xí)PIC單片機(jī)外圍模塊中AD轉(zhuǎn)換及PWM模塊的實(shí)現(xiàn)方法，了解和熟悉控制系統(tǒng)的開環(huán)和閉環(huán)控制方法及其實(shí)現(xiàn)；

（6）學(xué)習(xí)汽車電子輸入信號(hào)的基本處理方法及從單片機(jī)的輸出到執(zhí)行器功率驅(qū)動(dòng)之間的功率接口電路及其實(shí)現(xiàn)方法；

（7）經(jīng)過邏輯電路和功率電路的混合調(diào)試，進(jìn)一步提高對(duì)于汽車電子機(jī)電結(jié)合的認(rèn)識(shí)。

（8）了解電子節(jié)氣門開度的確定方式、影響因素及基本的控制方式等。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）TetronixTDS2012B型示波器：20MHz，雙通道模擬輸入，用來觀測(cè)模擬量及數(shù)字量信號(hào)；

（2）Wolkswagen電子節(jié)氣門：輸入和控制對(duì)象；

（3）XD1022多功能信號(hào)發(fā)生器：產(chǎn)生占空比可調(diào)的控制信號(hào)，測(cè)試噴油器的控制及其波形；

（4）DH1719G-4直流穩(wěn)壓電源：用來模擬車上的蓄電池，給噴油器的驅(qū)動(dòng)提供功率；

（5）搭建驅(qū)動(dòng)電路所需的面包板、L298N、二極管、電子配件以及各種工具；（6）DY2106數(shù)字萬用表：電阻、電壓、電流及相關(guān)信號(hào)測(cè)量；

（7）MPLAB－ICD仿真器：控制用PIC16F877A單片機(jī)仿真開發(fā)系統(tǒng)；（8）PIC16F877A開發(fā)DEMO板TPDEM1：控制用單片機(jī)系統(tǒng)；

（9）PC機(jī)一臺(tái)：和MPLAB－ICD及TPDEM1板形成一個(gè)單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

三、實(shí)驗(yàn)參考資料

（1）《MPLAB－ICD使用指南》

（2）MPLAB－ICD的在線HELP文檔；

（3）Microchip單片機(jī)的編程（基礎(chǔ)篇，提高篇）；

（4）MOSFET的高邊、低邊、半橋、全橋、智能驅(qū)動(dòng)的方法及L298數(shù)據(jù)手冊(cè)

（參考課程講義）。

（5）輸入信號(hào)處理：模擬電子及課程講義

（6）TetronixTDS2012B型示波器使用說明書。

四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1）節(jié)氣門及電子踏板位置傳感器的標(biāo)定；

（2）搭建節(jié)氣門位置傳感器輸入及信號(hào)處理電路；

（3）搭建L298N節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)電路；

（4）實(shí)現(xiàn)通過信號(hào)發(fā)生器控制電子節(jié)氣門工作；

（5）調(diào)試基于單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換及PWM程序?qū)崿F(xiàn)；

（6）實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)節(jié)氣門位置傳感器信號(hào)來控制驅(qū)動(dòng)電路，從而控制電子節(jié)氣門的工作。

（7）測(cè)量執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)信號(hào)及電子節(jié)氣門波形信號(hào)；

（8）完成開環(huán)和閉環(huán)實(shí)驗(yàn)，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

（1）實(shí)驗(yàn)原理圖：整個(gè)實(shí)驗(yàn)的硬件框圖如圖1所示，實(shí)驗(yàn)用的節(jié)氣門電子控制電路如圖2所示，其中控制信號(hào)既可以由單片機(jī)輸出，也可以先用信號(hào)發(fā)生器輸出。

圖1節(jié)氣門電子控制系統(tǒng)硬件框圖

（2）在面包板上搭建輸入信號(hào)處理電路和基于L298N的節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)電路，注意接線的可靠性；

圖2位置傳感器輸入信號(hào)處理參考電路

圖3L298N節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)參考電路

??！注意：L298功率地線、控制信號(hào)的地線、示波器的地線的連接；

?。【荆荷想娭跋扔蓪?shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師檢查電路，同意后方可上電；

（3）調(diào)試節(jié)氣門位置傳感器的信號(hào)處理電路：搭建信號(hào)處理電路后連接節(jié)氣門及踏板位置傳感器，通過示波器觀察處理前后信號(hào)的異同并記錄波形；（4）調(diào)試L298Ｎ驅(qū)動(dòng)電路：搭建的驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)老師檢查后，用信號(hào)發(fā)生器輸出方波，并將方波的頻率調(diào)整到1KHz的水平，作為Ｌ298N的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，同時(shí)連接電子節(jié)氣門，觀察節(jié)氣門位置的變化并記錄波形；

注：電路板中紅色線接信號(hào)發(fā)生器正極、黑色線接信號(hào)發(fā)生器負(fù)極；（5）測(cè)量驅(qū)動(dòng)電流（電壓）信號(hào)用示波器測(cè)量節(jié)氣門驅(qū)動(dòng)電機(jī)兩端的電壓，觀察電壓的變化及其特點(diǎn)并記錄波形；

（6）連接位置傳感器及其信號(hào)處理電路、單片機(jī)及L298N驅(qū)動(dòng)電路以及電子節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)：根據(jù)預(yù)先準(zhǔn)備好的AD轉(zhuǎn)換程序、ＰWM程序及其它主程序，在計(jì)算機(jī)上把程序?qū)懭隡PLAB－ICD中，先用示波器測(cè)量輸出信號(hào)的RC2引腳，修改并調(diào)整程序的參數(shù)，通過示波器觀察輸入輸出并記錄結(jié)果，改變腳踏板來控制電子節(jié)氣門葉片的開度并記錄相關(guān)結(jié)果。（7）開環(huán)和閉環(huán)控制：用單一的電子踏板信號(hào)做開環(huán)控制和用電子踏板及節(jié)氣門位置傳感器作為反饋信號(hào)進(jìn)行閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行比較；

注：電路板中紅色線接單片機(jī)控制信號(hào)輸出RC2端口、黑色線接單片機(jī)地線；

！！注意：執(zhí)行器功率地線、單片機(jī)輸出的地線、示波器的地線的連接；??！警示：上電之前先由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師檢查電路，同意后方可上電；

六、實(shí)驗(yàn)要求

（1）預(yù)習(xí)大眾電子節(jié)氣門的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；

（2）預(yù)習(xí)《MPLAB－ICD使用指南》及相關(guān)的HELP文檔；

（3）預(yù)習(xí)L298N的說明文檔；

（4）預(yù)習(xí)信號(hào)處理電路的基本原理及其實(shí)現(xiàn)方法；

（5）仔細(xì)閱讀提供單片機(jī)程序，掌握如何利用單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換和PWM功能來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)外圍的執(zhí)行器；

（6）詳細(xì)閱讀相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用說明書；

（7）按照附件A中的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板，撰寫并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

七、思考及習(xí)題：

（1）問題1：電子節(jié)氣門位置傳感器為什么用互補(bǔ)的雙傳感器形式？

（2）問題2：閉環(huán)控制和開環(huán)控制的比較，思考PID控制的實(shí)現(xiàn)方法？（3）問題3：影響電子節(jié)氣門開度的基本因素有哪些？

（4）問題4：汽車電子控制系統(tǒng)中常用的輸入信號(hào)處理方法有哪些？

（5）問題5：汽車電子控制系統(tǒng)中感性負(fù)載常用的驅(qū)動(dòng)形式有哪些？

（6）問題6：單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換和PWM程序的實(shí)現(xiàn)方法及每句程序的作用；（7）問題7：開環(huán)和閉環(huán)控制的原理及其優(yōu)缺點(diǎn)比較；

（8）問題8：根據(jù)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)和波形的記錄；

附一、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板

實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板

附二：實(shí)驗(yàn)參考源程序

listp=16f877

include"p16f877.inc"

org0x000

nop

Start

bankselPORTC

clrfPORTC;ClearPORTC

movlwB'01000000';Fosc/8,A/Denabled

movwfADCON0

bankselOPTION_REG

movlwB'10000111';TMR0prescaler,1:256

movwfOPTION_REG

clrfTRISC;PORTCalloutputs

movlwB'00001110';Leftjustify,1analogchannel

movwfADCON1;VDDandVSSreferences

bankselPORTC

Main

btfssINTCON,T0IF;WaitforTimer0totimeout

gotoMain

bcfINTCON,T0IF

bsfADCON0,GO;StartA/Dconversion

Wait

btfssPIR1,ADIF;Waitforconversiontocomplete

gotoWait

movfADRESH,W;WriteA/DresulttoPORTC

movwfPORTC;LEDs

clrfPORTC

WaitPush

btfssPORTB,0

gotoWaitPush

movwfPORTC

gotoMain;Doitagain

end

;___________pwm.asm的源程序代碼___________________

myperiodequ31h;periodforPWM

mydutyequ32h;dutyforWPM

mycountequ33h;

org000h;locatethestartofprogram

nop;thisnopisnecessaryfortheresetprocess.;_______________________________________________________________;___________STEPI:CLOSEINTERRUPTFORCPU___________________

bcfstatus,5

bcfstatus,6;PointtoBANK0

movlw00h

movwfmycount

movwfintcon1;closeallinterrupts

movwfpir1;clearallflags

movwfpir2;clearallflags

bsfstatus,5;PointtoBANK1

movwfpie1;closeallinterrupts

movwfpie2;closeallinterrupts

;_______________________________________________________________

;___________STEPII:SETRC2asoutput________________________

bsfstatus,5;PointtoBANK1

bcftrisc,2;setRC2asoutput

;movlw00h;portcasoutput

;movwftrisc;

;_______________________________________________________________

;___________STEPIII:SETPWMperiodanddutycycle____________

movlw80h;period=80h

movwfpr2;period->pr2

bcfstatus,5;PointtoBANK0

movwfmyperiod;savetheperiod

movlw40h;dutycycle=40h,50%duty

movwfccpr1l;duty->ccpr1l

movwfmyduty;savetheduty

bcfccp1con,5;clearbit5ofccp1con

bcfccp1con,4;clearbit4ofccp1con

;dutyLSB2bits=00

;_______________________________________________________________

;___________STEPIV:SETTIMER2MODE__________________________

bcfstatus,5;PointstoBANK0

movlw7ch;-1111100:postscale=1/16,prescale=1/1;timer2on;movwft2con;TIMER2startsworking

;______________________________________________________________

;__________STEPV:StartPWMoutput__________________________

movfccp1con,0

movlw0ch;00001100:pwmmodeselected

iorwfccp1con,1;pwmstarted

;_____________________________________________________________

;__________STEPVI:waitforinterruptorPWMflagset______

waitloop

btfsspir1,1;ifbit=1capturesuccess

gotowaitloop;elsewaitforsuccess

;________________________________________________________________

;____________STEPVII:ClearthePWMflag__________________