基于单片机控制的电子节气门的研究与实践

文章摘要：3 控制系统软件设计3．1上位机软件设计为了便于系统运行和检查调节效果，采用上位机软件进行辅助控制。之所以选择Matlab 7．0做GUI控制，主要是因为Matlab强大的技术支持平台，其信号处理功能和图形效果的优越性是VC#或VB 6．O等目前常用的上位机软件无法替代的。本系统GUI主要功能包括：模式选择、系统运行、过流和握手应答显示等，上位机软件界面如图5所示。介绍如下：系统上位机和下位机采用串行异步方式，通信协议如下：波特率9 600 b／s，起始位1位，停止位1位，无校验位。串口数据的读取，采用查询方式，读取串口数据，柔用连续接收数据(continuous)的缺省方式，因而下位机返回的

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　　3 控制系统软件设计

　　3．1上位机软件设计

　　为了便于系统运行和检查调节效果，采用上位机软件进行辅助控制。之所以选择Matlab 7．0做GUI控制，主要是因为Matlab强大的技术支持平台，其信号处理功能和图形效果的优越性是VC#或VB 6．O等目前常用的上位机软件无法替代的。本系统GUI主要功能包括：模式选择、系统运行、过流和握手应答显示等，上位机软件界面如图5所示。

　　介绍如下：

　　系统上位机和下位机采用串行异步方式，通信协议如下：波特率9 600 b／s，起始位1位，停止位1位，无校验位。串口数据的读取，采用查询方式，读取串口数据，柔用连续接收数据(continuous)的缺省方式，因而下位机返回的数据自动地存入输入缓冲区中。

　　软件串口初始化设置如下：

　　用户可根据需要，选择串口。设计上，采用弹出框形式，其回调函数为：

　　参数设置好后，用户通过“参数传递”按钮，向下位机传递运行模式等相关运行参数。得到响应后，用户再通过运行按钮启动系统。在设计中，为了实现交互式的输入，在调用set和get等回调函数时，还应特别注意数据类型的转换，否则，就无法实现交互式的操作。

　　3．2 下位机软件设计

　　单片机软件系统采用CodeVersionAVR环境编程，程序由前、后台程序构成。前台程序包括系统初始化程序和循环检测程序。后台程序则包括软件定时器中断程序、串口中断接收子程序与串口中断发送程序，过流保护外中断程序。

　　初始化程序主要包括单片机I／O口初始化、两路A／D转换的初始化(脚踏板传感器A／D转换初始化和节气门开度传感器A／D转换A／D初始化)、串口通信初始化以及单片机PWM端口的初始化等。系统初始化完成后，就等待中断，以完成中断子程序的处理。

　　对于软件定时器，采用的是8位T／CO的CTC模式，定时时间设置为20 ms。单片机需完成脚踏板和节气门位置信号的读取及A／D转换、模糊控制算法的实现，以及单片机PWM信号的输出等功能。软件定时中断程序的流程图如图6所示。

　　驱动电路的PWM的输出，使用的是单片机引脚PD3的第二功能OCl，采用的是相位修正PWM模式。程序设计时，通过改变输入捕捉寄存器ICRl中的值来改变PWM的频率，改变OCRlA输出比较寄存器的值，以改变PWM的占空比。我们发现，电机的脉宽调制频率对电机有很大影响。频率过低则电机颤振幅度偏大，不符合电子节气门的高精度控制要求；频率过高则电机会产生刺耳的蜂鸣声。通过不断调试，发现，电机的脉宽调制频率为1 200 Hz左右效果最好。

　　ETC系统试验台实物图如图7所示。

　　4 结语

　　电子节气门系统是一个复杂的非线性系统，非线性因素的存在将影响系统的控制精度和响应特性。本系统采用模糊参数自整定控制策略，实现了对电子节气门的精确控制。节气门控制过程中无抖动，中间位置时无振荡，而且打开和关闭节气门过程中，节气门运动得十分平滑，从而达到了预期的目的。

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