基于单片机控制的电子节气门的研究与实践

文章摘要：摘要：阐明一种基于单片机控制的电子节气门控制系统。它以ATmega 16单片机为控制核心，德国博世公司电子节气门为研究对象，通过传感器测量加速踏板位置信号，然后经过单片机控制算法的处理，驱动直流伺服电动机，从而带动节气门盘片旋转到指定开度，以实现闭环控制。同时，系统的上位机通过USB转RS 232接口，实现与单片机的通信，便于系统的调试与运行。0 引言电子节气门(ETC)是汽车发动机控制系统中的一个重要的子系统。本文以ATmega 16单片机为控制核心，德国博世Bosch公司电子节气门为研究对象，通过传感器测量加速踏板位置信号，然后经过单片机控制算法的处理，驱动节气门体上的直流伺服电动机，从而

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　　摘要：阐明一种基于单片机控制的电子节气门控制系统。它以ATmega 16单片机为控制核心，德国博世公司电子节气门为研究对象，通过传感器测量加速踏板位置信号，然后经过单片机控制算法的处理，驱动直流伺服电动机，从而带动节气门盘片旋转到指定开度，以实现闭环控制。同时，系统的上位机通过USB转RS 232接口，实现与单片机的通信，便于系统的调试与运行。

　　0 引言

　　电子节气门(ETC)是汽车发动机控制系统中的一个重要的子系统。本文以ATmega 16单片机为控制核心，德国博世Bosch公司电子节气门为研究对象，通过传感器测量加速踏板位置信号，然后经过单片机控制算法的处理，驱动节气门体上的直流伺服电动机，从而带动节气门盘片旋转到指定开度，以实现闭环控制。同时，上位机通过USB转RS 232接口，实现与单片机的通信，便于系统的调试与运行。

　　1 硬件系统设计

　　本系统硬件设计框图如图1所示，它包括单片机及其外围电路、节气门集成体、直流电机驱动电路、脚踏板位置信号检测电路等。此外，单片机通过USB转。RS232接口，与上位机进行数据交换，实现人机对话。下面分别阐明如下：

　　1．1 ATmega 16控制核心

　　本系统采用单片机为控制核心，型号为ATmega 16(16 MHz晶振)。它采用先进的RISC结构，具有高速度、低功耗、抗干扰能力强等特点。由于其自带三通道PWM输出和8路10位ADC转换，因而十分便于本系统的控制。

　　1．2 电机驱动电路

　　本系统驱动电路采用美国国家半导体公司推出的专用于运动控制的H桥组件LMD18200。该组件上集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件、连续输出电流达3 A、并且还具有温度报警、过热与短路保护等功能，因而使整个控制系统得到了简化。电机驱动与单片机接口电路如图2所示。

　　1．3 电子节气门集成体

　　本系统节气门为德国博世公司出产，型号为06813306，其结构外型如图3所示。主要包括：

　　(1)加速踏板位置传感器

　　此传感器安装在加速踏板上，将踏板移动量转换成带有不同输出特性的两类电信号(下踏量大小和变化速率)，传送给单片机。

　　(2)节气门位置传感器

　　节气门位置传感器(两个电位计)的滑片与节气门同轴，当节气门转动时，电位计滑片同步转动，从而将相互监测的节气门开度信号转换为电子信号输出给单片机。

　　(3)直流伺服电机

　　通过对电机进行PWM控制，再经过两级齿轮的减速，即可调节节气门开度，本节气门的齿轮减速比为：

　　该系统输入量是踏板输入量θR(t)，输出量是节气门开度θ(t)。模糊参数调节器的输入量是油门踏板的踏入量θR(t)和θ(t)节气门开度之差E以及其变化率Ec。输出量是PID调节器的3个控制参数为KP，KI，KD。系统根据传统PID控制器得到专家经验形成的模糊控制规则进行推理判决，从而对PID调节器3个控制参数实现在线自调整，以形成不同的PWM输出信号，从而完成对气门直流电机的控制。

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