一种采用AVR单片机的天然气发动机系统设计

图5 用于喷气控制的Atmega128单片机引脚图

　　（2） 系统电源

　　由于天然气发动机电控系统为装机嵌入式系统，ECU必须直接使用发动机蓄电池提供的电源，因此，必须将蓄电池的12 V电压进行转换，为单片机、输入输出接口和传感器提供稳定的+5 V、+12 V和+9 V电源。本设计采用了LM7809和LM7805两个稳压芯片实现电压转换。图6为电源电路图。

图6 电源电路

3 传感器及信号处理

　　（1） 转速传感器

　　转速传感器是位于分电器的霍尔传感器，通过传感器来捕获分电器中齿轮的下降沿，从而进行转速的计算以及各缸上止点的判断，以进行精确的点火控制。图7为转速捕获信号采集电路。

图7 转速捕获采集电路

　　（2） 温度传感器

　　水温传感器和进气温度传感器原理基本相同，故其信号处理电路也基本一致，只需在参数上略加调整，现在以水温传感器为例说明。如图8所示，信号采集转化电路为电桥测量形式，利用单电源供电的运放LM324实现信号的放大处理。

图8 水温信号采集电路

　　进气温度传感器信号的采集方式与水温传感器信号处理电路结构相同。

　　4 执行器与驱动控制

　　（1） 怠速步进电机

　　在硬件设计过程中，通过主MCU输出控制脉冲，经过74F06芯片及LM293D步进电机驱动芯片来最终把信号输出给步进电机的4个输入端，控制步进电机的运转方向和运转步数，实现进气旁通阀开度的大小调节从而完成了怠速过程的控制。图9为ECU怠速步进电机驱动电路。

图9 步进电机驱动电路

　　（2） 天然气喷射阀

　　喷气驱动电路采用开关式电流反馈功率放大电路，利用脉宽调制（PWM）原理，输出信号经功率复合管放大，处于开关状态。由于控制线圈的感抗作用，当功率放大管开关导通时，通过线圈的电流按一阶特性上升，其速率取决于电气时间常数；当功率放大管开关截止时，由于线圈旁路二极管的作用，工作电流也按一阶特性下降。由于功率放大管只在“完全导通”和“完全截止”两种工作情况下工作，所以功耗很低，效率高，也提高了系统工作的可靠性。

　　燃气喷射控制由燃料喷射MCU来实现，通过采集发动机转速信号、进气压力信号、节气门位置信号和氧传感器信号等，经过ECU的处理，控制喷射阀实现对发动机燃气供给量的精确控制，从而有效地控制空燃比，使发动机处于稳定高效的工作状态。通过霍尔传感器获得转速和曲轴位置信号，确定燃料喷射基准时刻。图10为ECU喷气驱动电路。

图10 ECU喷气驱动电路