基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计

基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 摘 要 本文针对电喷汽车喷油嘴清洗机控制系统的特点，介绍一种以AT89S51单片机为核心的电喷汽车喷油嘴清洗机的设计。该装置以AT89S51单片机作为整个系统的核心，负责整体控制。电机调速利用单片机内部的定时器配合软件产生脉宽调制波(PWM),再通过功率场效应管去驱动低压直流电机。与同类产品相比较，具有结构紧凑、成本低、效率高、精度高等优势。 关键词 单片机， 清洗机， 自动控制 - I - 沈阳学院毕业设计,论文， Abstract The main body of the article is designed specifically for the electricity gushing an automobile gushing flow nipple wash machine navar characteristic , the automobile introducing that one kind of electricity centering on AT89S51 monolithic machine gushes gushing the flow nipple wash machine's. With AT89S51, the monolithic machine controls that device as entire systematic core, the entirety being responsible. The electric motor object exchanges the continuous current dynamo making use of the internal timer of monolithic machine to go to drive low pressure in coordination with that the software producing pulse broad modulation wave (PWM) , field effect being in charge of again by power quickly. With the same kind product compare, have structure is compact, cost is low, efficiency is high, accuracy is advanced advantage. Key Words PWM， Wash machine， Autocontrol - II - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 目 录 摘 要 ................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................. II 目 录............................................................................................................................... III 第1章 引 言 ................................................................................................................... 1 1.1 产业背景分析及设计原理 .................................................................................... 1 1.2 电喷汽车喷油嘴清洗机的工作原理 ..................................................................... 2 1.3 系统比较及论证 ............................................................................................ 2 1.3.1 系统方案 ...................................................................................................... 2 1.3.2 系统方案设计 .............................................................................................. 3 1.4 PWM波调速原理 ...................................................................................................... 4 1.4.1 相电压控制PWM ........................................................................................... 5 1.4.2等面积法 ....................................................................................................... 6 1.4.3 线电压控制PWM ........................................................................................... 8 1.4.4 电流控制PWM ............................................................................................... 8 1.4.5.空间电压矢量控制PWM ....................................................................................... 9 1.4.6其他常用的PWM控制方法 ............................................................................ 9 1.5本文PWM波调速原理 .................................................................................... 11 1.6 PWM脉冲驱动电机的实现过程 ............................................................................. 11 1.6.1 PWM脉冲驱动电机实现电路 ....................................................................... 11 1.6.2 电源转换电路 ............................................................................................ 12 第2章电路设计 ............................................................................................................... 13 2.1 AT89S51单片机的功能特点 ................................................................................ 13 2.1.1 AT89S51的主要特点 ................................................................................ 13 2.1.2 AT89S51芯片主要引脚介绍: ................................................................. 14 2.2总体硬件电路设计 ................................................................................................ 16 第3章 程序设计 ............................................................................................................ 17 3.1 主程序设计 .......................................................................................................... 17 3.2 变量定义及初始化模块 ....................................................................................... 18 3.3 调宽脉冲输出子程序模块 ................................................................................... 19 3.4 软件程序完整代码 ............................................................................................... 20 3.5 Keil软件的编译与仿真 ........................................................................................ 28 第4章 调试应用 ............................................................................................................ 30 4.1 安全注意事项....................................................................................................... 30 4.2 功能调试 .............................................................................................................. 30 4.3 日常维护 .............................................................................................................. 31 结 论................................................................................................................................ 32 致 谢 ................................................................................................................................ 33 参考文献 ........................................................................................................................... 34 附 件 ................................................................................................................................ 35 - III - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 第1章 引 言 1.1 产业背景分析及设计原理 1.1.1电喷汽车喷油嘴清洗机设计的客观需要 随着科技的发展，汽车行业经历了重大的技术改进。仅以燃油系统而言，传统的化油器点火燃烧方式，已被由电脑控制的燃油电子喷射系统所代替，因而势必带来汽车保养、清洗技术的难题。基于这种客观要求，许多科研院所、企业单位试图生产出新型汽车喷油嘴清洗机。 众所周知，喷油嘴是电喷发动机关键部件之一，它的工作状况的好坏将直接影响每台发动机的功率。燃油不佳会导致喷油嘴工作不灵，使缸内积炭严重，缸筒和活塞环加速磨损，造成怠速不稳，油耗上升，加速无力，启动困难及排放超标;严重的会彻底堵塞喷油嘴，损坏发动机。因此，要定时清洗喷油嘴，长期不清洗或者频繁清洗喷油嘴都会造成不好的影响。至于清洗的频率，要根据车况和平时使用的燃油的质量来确定。一般来说，现在大多建议车主在2000~3000Km左右进行清洗，清除喷油嘴上的积炭和污物，使发动机恢复其动力特性。喷油嘴堵塞会严重影响汽车的性能。 燃油系的沉积物是造成喷油嘴堵塞的元凶。燃油系的沉积物有很大危害，它会堵塞喷油嘴的针阀和阀孔，影响电子喷射系统精密部件的工作性能，导致发动机动力性能下降。沉积物还会在进气阀形成积炭，使其关闭不严，导致发动机怠速不稳、油耗增大并伴随尾气排放恶化。沉积物会在活塞顶和汽缸盖等部位形成坚硬的积炭，由于积炭的热容量高而导致导热性能差，容易引起发动机爆震等故障 ;此外还会缩短三元催化器的寿命。 1.1.2喷油嘴沉积物形成原因分析 汽车行驶一段时间后，燃油系统就会形成一定的沉积物。喷油嘴堵塞的原因是发动机内积碳沉积在喷油嘴上或者燃油中杂质等堵住了喷油嘴通路。沉积物的形成与使用的燃油有直接的关系:首先，汽油本身含有的胶质和杂质，或储运过程中带入的灰尘和杂质等，会在汽车油箱、进油管等部位形成类似油泥的沉积物;其次，汽油中的不稳定成分会在一定温度下发生反应，形成胶质和树脂状的粘稠物。这些粘稠物在喷油嘴和进气阀等部位燃烧时，会变成坚硬的积炭。另外，由于城市交通拥堵，汽车经常处于低速行驶和怠速行驶的状态，更加重了这些沉积物的形成和聚积。 1.1.3与同类产品的优势比较 过去这类保养问题通常要交汽修厂进行，费用昂贵。现在市场上出现的一种电喷汽车喷油嘴清洗机。该装置结合专用的燃油系统清洗剂，不需拆装发动机，只需用接头与发动 - 1 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 机供油管及回油管连接，在发动机正常运转的情况下，让清洗混合液进入燃油供给系统，在30min内即可溶解发动机供油管、喷油嘴针阀和燃烧室的积炭、油泥、胶质及漆类污染物，经由循环燃烧分解过程，从汽车排放系统排出，恢复该车性能使其启动顺畅，怠速平稳，加油轻快，增加动力，从而达到省油及降低空气污染的效果。 1.2 电喷汽车喷油嘴清洗机的工作原理 把汽油和清洁剂混合，通过高压汽油泵为发动机提供燃料。由于清洁剂对喷油嘴上的油污有清洁作用，使喷油嘴消除堵塞。 电喷汽车喷油嘴清洗机的工作过程及技术要求: ?按启动/停止键，2位数码管显示器显示“00”。 ?按时间，、时间,选择工作时间，每次累加(减)1min，时间的选择范围位00~60min。 ?选好时间，延时5s后继电器吸合工作，汽油泵运行在额定电压12V状态，数码管显 示剩余的工作时间。汽油泵的额定功率为70W，额定电压为12V。 ?按压力，、压力,键通过改变直流电机上的电压(即改变汽油泵的转数)调整清洗 压力，电压调整范围为6—12V。 ?当剩余工作时间少于5min时，蜂鸣器开始鸣叫，直到定时结束，继电器释放，汽油 泵停止工作，蜂鸣器停止鸣叫，数码管显示“00”。 ?6min内无任何操作则自动断电，数码管无显示。 ?保护措施: ?油面过低保护。为防止无油损坏汽油泵，油面过低时，传感器开关闭合，继电器开关闭合，汽油泵自动断电，数码管g段显示“— —”，并闪烁。 ?油温过高保护。为防止油温过高起火，温度过高时，温度继电器开关闭合，汽油泵自动断电，数码管g段显示“— —”，但不闪烁。 1.3 系统方案比较及论证 1.3.1 系统方案 目前清洗喷油嘴几种方法: 1) 把清洗剂直接加人油箱里进行清洗 此种方法简便易行，只需将合适的清洗剂加人油箱即可。但是目前市场上的清洗剂由于热值偏大，燃烧时的温度和压力比汽油混合气燃烧时高，部件承受的热负荷与机械负荷会增大，在清洗过程中容易对进排气门、活塞、缸壁产生损害。特别是清洗下来的胶质积碳不能完全燃烧, 排出大量黑烟, 造成严重污染，干扰堵塞氧传感器和三元催化器。 2) 免拆清洗机清洗 - 2 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 免拆清洗机清洗的原理就是利用发动机本来系统的压力及循环网络，用清洗剂替代油料燃烧对缸内的积碳进行清洗，然后借排放系统排出。免拆清洗机的优点在于方便快捷，而且对于进气门、燃烧室清洗效果明显。缺点是进气道清洗不到，清洗时产生大量黑烟，造成污染，干扰、堵塞氧传感器和三元催化器。 3) 超声波清洗 一般这种清洗的费用较高, 与用清洗机不同, 它要拆下喷油嘴。其优点在于可以用超声波对喷油嘴进行有无雾化、响应程度、开关灵敏度、是否漏油等方面的检测, 缺点是清洗不到进气门、燃烧室、无法解决因进气门、燃烧室积碳造成的油耗增加、动力下降、尾气超标问题。 1.3.2 系统方案设计 电喷汽车喷油嘴清洗机的系统组成框图如图所示，它由单片机控制器、按键输入、数码管显示器、电机PWM驱动、输出控制电路等组成。 AT89S51单片机是整个系统的核心，负责控制检测输入/输出显示和电机调速等。 按键输入电路负责对清洗过程一系列工作参数进行设定输入。 数码管显示器在工作过程中显示剩余的工作时间。 电机调速利用单片机内部的定时器，配合软件产生脉宽调制波(PWM)，再通过功率场效应管去驱动低压直流电机，具有效率高、能耗低、转速连续可调等特点。 输出控制电路在油温过高或油面过低的情况下，切断高压汽油泵电机的供电，防止发生事故。 电喷汽车喷油嘴清洗机的工作电压取自汽车上12V蓄电池，经降压稳压后得到5V的稳定工作电压。 - 3 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 数码管显示 电动机 PWM 输出控制 单片机控制器 驱动 按键输入 图1.1 电喷汽车喷油嘴清洗机系统组成方框图 1.4 PWM波调速原理 图1.2脉宽调制示意图 所谓的脉冲宽度调制(PWM)是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定。 脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计 - 4 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。 多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。 许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比;调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作: * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器 PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。 采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。 PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术，微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论，非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种PWM控制技术，根据PWM控制技术的特点，到目前为止主要有以下8类方法: 1.4.1 相电压控制PWM 1)等脉宽PWM法 - 5 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压。等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。 2) 随机PWM 在上世纪70年代开始至上世纪80年代初，由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管，载波频率一般不超过5kHz，电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注。为求得改善，随机PWM方法应运而生。其原理是随机改变开关频率使电机电磁噪音近似为限带白噪声(在线性频率坐标系中，各频率能量分布是均匀的)，尽管噪音的总分贝数未变，但以固定开关频率为特征的有色噪音强度大大削弱。正因为如此，即使在IGBT已被广泛应用的今天，对于载波频率必须限制在较低频率的场合，随机PWM仍然有其特殊的价值;另一方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率，随机PWM技术正是提供了一个分析，解决这种问题的全新思路。 3) SPWM法 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一种比较成熟的，目前使用较广泛的PWM法。前面提到的采样控制理论中的一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。SPWM法就是以该结论为理论基础，用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆变电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值。该方法的实现有以下几种方案: 1.4.2等面积法 该方案实际上就是SPWM法原理的直接阐释，用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波，然后计算各脉冲的宽度和间隔，并把这些数据存于微机中,通过查的方式生成PWM信号控制开关器件的通断，以达到预期的目的。由于此方法是以SPWM控制的基本原理为出发点，可以准确地计算出各开关器件的通断时刻，其所得的的波形很接近正弦波，但其存在计算繁琐，数据占用内存大，不能实时控制的缺点。 1) 硬件调制法 硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的，其原理就是把所希望的波形作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过对载波的调制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作为载波，当调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。其实现方法简单，可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路，用比较器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进行控制，就可以生成SPWM波。但是，这种模拟电路结构复杂，难以实现精确的控制。 - 6 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 2) 软件生成法 由于微机技术的发展使得用软件生成SPWM波形变得比较容易，因此，软件生成法也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法，即自然采样法和规则采样法。 3 ) 自然采样法 以正弦波为调制波，等腰三角波为载波进行比较，在两个波形的自然交点时刻控制开关器件的通断，这就是自然采样法，其优点是所得SPWM波形最接近正弦波，但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，难以实时控制。 4 ) 规则采样法 规则采样法是一种应用较广的工程实用方法，一般采用三角波作为载波。其原理就是用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的通断，从而实现SPWM法。当三角波只在其顶点(或底点)位置对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(即采样周期)内的位置是对称的，这种方法称为对称规则采样。当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个载波周期(此时为采样周期的两倍)内的位置一般并不对称，这种方法称为非对称规则采样。 规则采样法是对自然采样法的改进，其主要优点就是是计算简单，便于在线实时运算，其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦。其缺点是直流电压利用率较低，线性控制范围较小。 以上两种方法均只适用于同步调制方式中。 5) 低次谐波消去法 低次谐波消去法是以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法。其原理是对输出电压波形按傅氏级数展开，表示为u(ωt)=ansinnωt，首先确定基波分量a1的值，再令两个不同的an=0，就可以建立三个方程，联立求解得a1，a2及a3，这样就可以消去两个频率的谐波。 该方法虽然可以很好地消除所指定的低次谐波，但是,剩余未消去的较低次谐波的幅值可能会相当大，而且同样存在计算复杂的缺点。该方法同样只适用于同步调制方式中。 6) 梯形波与三角波比较法 前面所介绍的各种方法主要是以输出波形尽量接近正弦波为目的，从而忽视了直流电压的利用率，如SPWM法，其直流电压利用率仅为86.6% ，因此，为了提高直流电压利用率，提出了一种新的方法--梯形波与三角波比较法。该方法是采用梯形波作为调制信号，三角波为载波，且使两波幅值相等，以两波的交点时刻控制开关器件的通断实现PWM控制。 由于当梯形波幅值和三角波幅值相等时，其所含的基波分量幅值已超过了三角波幅值，从而可以有效地提高直流电压利用率。但由于梯形波本身含有低次谐波，所以输出波形中含有5次，7次等低次谐波。 - 7 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 1.4.3 线电压控制PWM 前面所介绍的各种PWM控制方法用于三相逆变电路时，都是对三相输出相电压分别进行控制的，使其输出接近正弦波，但是，对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载，逆变器输出不必追求相电压接近正弦，而可着眼于使线电压趋于正弦.因此，提出了线电压控制PWM，主要有以下两种方法: 1) 马鞍形波与三角波比较法 马鞍形波与三角波比较法也就是谐波注入PWM方式(HIPWM)，其原理是在正弦波中加入一定比例的三次谐波，调制信号便呈现出马鞍形，而且幅值明显降低，于是在调制信号的幅值不超过载波幅值的情况下，可以使基波幅值超过三角波幅值，提高了直流电压利用率。在三相无中线系统中，由于三次谐波电流无通路，所以三个线电压和线电流中均不含三次谐波。 除了可以注入三次谐波以外，还可以注入其他3倍频于正弦波信号的其他波形，这些信号都不会影响线电压。这是因为，经过PWM调制后逆变电路输出的相电压也必然包含相应的3倍频于正弦波信号的谐波，但在合成线电压时，各相电压中的这些谐波将互相抵消，从而使线电压仍为正弦波。 2) 单元脉宽调制法 因为，三相对称线电压有Uuv+Uvw+Uwu=0的关系，所以，某一线电压任何时刻都等于另外两个线电压负值之和。现在把一个周期等分为6个区间，每区间60?，对于某一线电压例如Uuv，半个周期两边60?区间用Uuv本身表示，中间60?区间用-(Uvw+Uwu)表示，当将Uvw和Uwu作同样处理时，就可以得到三相线电压波形只有半周内两边60?区间的两种波形形状，并且有正有负。把这样的电压波形作为脉宽调制的参考信号，载波仍用三角波，并把各区间的曲线用直线近似(实践表明，这样做引起的误差不大，完全可行)，就可以得到线电压的脉冲波形，该波形是完全对称，且规律性很强，负半周是正半周相应脉冲列的反相，因此，只要半个周期两边60?区间的脉冲列一经确定，线电压的调制脉冲波形就唯一地确定了。这个脉冲并不是开关器件的驱动脉冲信号，但由于已知三相线电压的脉冲工作模式，就可以确定开关器件的驱动脉冲信号了。 该方法不仅能抑制较多的低次谐波，还可减小开关损耗和加宽线性控制区，同时还能带来用微机控制的方便，但该方法只适用于异步电动机，应用范围较小。 1.4.4 电流控制PWM 电流控制PWM的基本思想是把希望输出的电流波形作为指令信号，把实际的电流波形作为反馈信号，通过两者瞬时值的比较来决定各开关器件的通断，使实际输出随指令信号的改变而改变。其实现方案主要有以下3种: 1) 滞环比较法 这是一种带反馈的PWM控制方式，即每相电流反馈回来与电流给定值经滞环比较器，得出相应桥臂开关器件的开关状态，使得实际电流跟踪给定电流的变化。该方法的优点是 - 8 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 电路简单，动态性能好，输出电压不含特定频率的谐波分量。其缺点是开关频率不固定造成较为严重的噪音，和其他方法相比，在同一开关频率下输出电流中所含的谐波较多。 2) 三角波比较法 该方法与SPWM法中的三角波比较方式不同，这里是把指令电流与实际输出电流进行比较，求出偏差电流，通过放大器放大后再和三角波进行比较，产生PWM波.此时开关频率一定，因而克服了滞环比较法频率不固定的缺点。但是,这种方式电流响应不如滞环比较法快。 3) 预测电流控制法 预测电流控制是在每个调节周期开始时，根据实际电流误差，负载参数及其它负载变量，来预测电流误差矢量趋势，因此，下一个调节周期由PWM产生的电压矢量必将减小所预测的误差。该方法的优点是，若给调节器除误差外更多的信息，则可获得比较快速，准确的响应。目前，这类调节器的局限性是响应速度及过程模型系数参数的准确性。 1.4.5.空间电压矢量控制PWM 空间电压矢量控制PWM(SVPWM)也叫磁通正弦PWM法。它以三相波形整体生成效果为前提，以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的，用逆变器不同的开关模式所产生的实际磁通去逼近基准圆磁通，由它们的比较结果决定逆变器的开关，形成PWM波形。此法从电动机的角度出发，把逆变器和电机看作一个整体，以内切多边形逼近圆的方式进行控制，使电机获得幅值恒定的圆形磁场(正弦磁通)。 具体方法又分为磁通开环式和磁通闭环式。磁通开环法用两个非零矢量和一个零矢量合成一个等效的电压矢量，若采样时间足够小，可合成任意电压矢量。此法输出电压比正弦波调制时提高15%，谐波电流有效值之和接近最小。磁通闭环式引。 入磁通反馈，控制磁通的大小和变化的速度.在比较估算磁通和给定磁通后，根据误差决定产生下一个电压矢量，形成PWM波形.这种方法克服了磁通开环法的不足，解决了电机低速时，定子电阻影响大的问题，减小了电机的脉动和噪音。但由于未引入转矩的调节，系统性能没有得到根本性的改善。 1.4.6其他常用的PWM控制方法 1)矢量控制PWM 矢量控制也称磁场定向控制，其原理是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia，Ib及Ic，通过三相/二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流Ia1及Ib1,再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流Im1及It1(Im1相当于直流电动机的励磁电流;It1相当于与转矩成正比的电枢电流)，然后模仿对直流电动机的控制方法，实现对交流电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度，磁场两个分量进行独立控制。通过控制转子磁链，然后分解定子电流而获得转矩和磁场两个分量，经坐标变换，实现正交或解耦控制。 - 9 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 但是，由于转子磁链难以准确观测，以及矢量变换的复杂性，使得实际控制效果往往难以达到理论分析的效果，这是矢量控制技术在实践上的不足，此外，它必须直接或间接地得到转子磁链在空间上的位置才能实现定子电流解耦控制，在这种矢量控制系统中需要配置转子位置或速度传感器，这显然给许多应用场合带来不便。 2)直接转矩控制PWM 1985年德国鲁尔大学Depenbrock教授首先提出直接转矩控制理论(Direct Torque Control简称DTC)。直接转矩控制与矢量控制不同，它不是通过控制电流，磁链等量来间接控制转矩，而是把转矩直接作为被控量来控制，它也不需要解耦电机模型，而是在静止的坐标系中计算电机磁通和转矩的实际值，然后，经磁链和转矩的Band-Band控制产生PWM信号对逆变器的开关状态进行最佳控制，从而在很大程度上解决了上述矢量控制的不足，能方便地实现无速度传感器化，有很快的转矩响应速度和很高的速度及转矩控制精度，并以新颖的控制思想，简洁明了的系统结构，优良的动静态性能得到了迅速发展。 但直接转矩控制也存在缺点，如逆变器开关频率的提高有限制。 3)非线性控制PWM 单周控制法又称积分复位控制(Integration Reset Control，简称IRC)，是一种新型非线性控制技术，其基本思想是控制开关占空比，在每个周期使开关变量的平均值与控制参考电压相等或成一定比例。该技术同时具有调制和控制的双重性，通过复位开关，积分器，触发电路，比较器达到跟踪指令信号的目的。单周控制器由控制器，比较器，积分器及时钟组成，其中控制器可以是RS触发器。 单周控制在控制电路中不需要误差综合，它能在一个周期内自动消除稳态，瞬态误差，使前一周期的误差不会带到下一周期。虽然硬件电路较复杂，但其克服了传统的PWM控制方法的不足，适用于各种脉宽调制软开关逆变器，具有反应快，开关频率恒定，鲁棒性强等优点，此外，单周控制还能优化系统响应，减小畸变和抑制电源干扰，是一种很有前途的控制方法。 4)谐振软开关PWM 传统的PWM逆变电路中，电力电子开关器件硬开关的工作方式，大的开关电压电流应力以及高的du/dt和di/dt限制了开关器件工作频率的提高，而高频化是电力电子主要发展趋势之一，它能使变换器体积减小，重量减轻，成本下降，性能提高，特别当开关频率在18kHz以上时，噪声将已超过人类听觉范围，使无噪声传动系统成为可能。 谐振软开关PWM的基本思想是在常规PWM变换器拓扑的基础上，附加一个谐振网络，谐振网络一般由谐振电感，谐振电容和功率开关组成.。开关转换时，谐振网络工作使电力电子器件在开关点上实现软开关过程，谐振过程极短，基本不影响PWM技术的实现。从而既保持了PWM技术的特点，又实现了软开关技术。但由于谐振网络在电路中的存在必然会产生谐振损耗，并使电路受固有问题的影响，从而限制了该方法的应用。 PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。 - 10 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 相关应用领域: PWM控制结束主要应用在电力电子技术行业，具体讲,包括风力发电、电机调速、直流供电等领域，由于其四象限变流的特点，可以反馈再生制动的能量，对于目前国家提出的节能减排具有积极意义。据上传，即把采集器中采集到的电表数据通过异步串行的方式发送网络传输设备中，这个模块起到一个电平转换的作用。 1.5本文PWM波调速原理 大家可能做过这样小实验，一台额定电压为12V的直流小电机，使用一台可调稳压电源供电。当电压为12V时，电机转得很快;降低到9V时转速满了很多;当降到6V时转速就更慢了。因为电压降低后，电机获得的输入功率小了，当然转速就慢了。但单片机输出的是数字脉冲信号，如何控制电机调速呢,这里，我们就设法控制单片机输出脉冲的宽度(即控制脉冲的占空比)，使电机得到平均输入功率发生变化，就能控制电机调速了。在图2.3中输出为50%的脉冲波，其电压平均值(如图中虚线所示)为6V，这样电机的速度就降低了。而在图2.4中输出为接近100%的脉冲波其电压平均值为12V，这时电机的转速就快，就接近额定转速。 V V 12 6 t t 图1.3输出为50%的脉冲波 图1.4输出为100%的脉冲波 1.6 PWM脉冲驱动电机的实现过程 1.6.1 PWM脉冲驱动电机实现电路 PWM脉冲驱动电机实现电路如图2.5，AT89S51单片机的P3.6引脚输出占空比为60%~100%的调宽脉冲，经光电隔离后驱动场效应管。这样电机上获得调宽脉冲波的占空比也为60%~100%，幅度接近12V。由于电机具有机械惯性的特点，因此运行时不会产生 - 11 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， +12抖动。 +5 M P3.6 89S51 GND 图1.5 PWM脉冲驱动电路 GND 1.6.2 电源转换电路 IC2 7805 +12 +5 1 3 Vin Vout C5 C8 C7 + + C6 GND 100uF/16V 0.1uF 0.1uF 1000uF/25V 2 图1.6电源转换电路 - 12 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 第2章电路设计 电喷汽车喷油嘴清洗机的电路原理如图整体硬件电路所示。整个电路非常简单。共设有5个输入按键、1个油面传感器和一个油温传感器。2位数码管显示器用于显示输入时间、指示剩余工作时间及报警状态显示。蜂鸣器用作报警提醒。继电器用于控制汽油泵电机的通断。 按启动/停止键，2位数码管显示“00”，电喷汽车喷油嘴清洗机出于待机状态。此时按时间+、时间,键就能选择工作时间，时间的选择范围为00~60min。选好时间，再延时5s，P3.6输出低电平，继电器吸合工作，汽油泵运行在额定电压12V状态，数码管同时显示剩余工作时间。按压力+、压力,键使P3.6输出的脉冲占空比发生变化，即改变汽油泵转速来调整清洗压力。当剩余工作时间小于5min时，蜂鸣器开始鸣叫。定时结束时，继电器释放，汽油泵停止工作，蜂鸣器停止鸣叫，数码管显示“00”。若6min内无任何操作则数码管熄灭，自动关机。在作业过程中，如油面过低时，油面传感器开关(Soil)闭合，此信号经P1.5送入CPU，经运算处理，P3.7输出高电平，汽油泵自动断电，数码管g段显示“— —”，并闪烁;若油温过高时，温度继电器开关(Stem)闭合，经P3.6送入CPU，P3.7输出高电平，汽油泵也自动断电，数码管g段显示“— —”，但不闪烁。 2.1 AT89S51单片机的功能特点 AT89S51是Atmel公司继大获成功的AT89C51之后的新型单片机，时AT89C51的换代产品。该单片机与80C51系列单片机高度兼容，而且具有一些显著特点 2.1.1 AT89S51的主要特点 4KB的可编程闪速存储器(FLASH-MEMORY)可进行在系统下载编程(ISP);可重复擦写1000次;数据保留10年以上;工作电压范围4.0~5.5V;工作频率0~33MHz;3级程序加密锁定;128B内部RAM;32条可编程双向I/O口线;2个16位定时器/计数器;6个中断源;可编程串行UART通道;双数据指针(DPTR)，可寻址效率更高;片内带看门狗定时器(WDT)，防止程序失控;低功耗的闲置和掉电模式。 - 13 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 2.1.2 AT89S51芯片主要引脚介绍: 图2.1 AT89S51芯片引脚图 ? VCC: AT89S51电源正极输入，接+5V电压; ? GND:电源接地端; ? XTAL1:接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反向放大器输入端， 这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡时，该引脚应接地; ? XTAL2:接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反向放大器输出端和内部 时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入; ? RST:AT89S51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片复位时，只要将此 引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89S51便能完成系统 复位的各项工作，使得内部特殊功能寄存器的内部均被设为已知状态; ? ALE/PROG:ALE是英文"ADDRESS LATCH ENABLE”的缩写，表示地址锁存允许 信号。当访问外部存储器时，ALE信号的负跳变来触发外部的8位锁存器(如 74LS373)，将端口P0的地址总线(A0-A7)锁存到锁存器中。在非访问外部储存器期 间，ALE引脚的输出频率是系统工作频率的1/16，因此可以用来驱动其他的外围芯 片的时钟输入。当访问外部存储器期间，将以1/2振荡频率输出; ? EA/VPP:该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码(存于外部EPROM来执行程 序，在8051中，EA引脚必须接低电位，因为其内部无程序存储器空间。如果是使 用AT89S51或其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平使程序运行时访 问内部程序存储器，当程序指针PC值超过片内程序储存地址(如8051/8751 /89S51 的PC超过0FFFH)时，将自动转向外部程序储存器继续运行。此外，在程序代码烧 录至8951内部EPROM, 89S51内部FLASH时，可以利用此引脚来输入提供编程电压 (AT89S51为12V); - 14 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 ? PSEN:此为“Program Store Enable”的缩写。访问外部程序存储器选通信号，低电 平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次PSEN信号， 在执行片内程序储存器指令时，不产生PSEN信号，在访问外部数据时，亦不产生 PSEN信号; ? P0 、P1、P2.、P3口 ? P0口(P0.0~P0.7)是一个8位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是 地址总线(低8位)和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作为一般的双向 v0口用。P0口每一个引脚可以带8个LSTTL负载; P1口((P 1.0~P 1.7)是具有内部提升电路的双向vo端口(准双向并行vo口)，其输出可以带4个LSTTL负载。仅供用户作为输入输出用的端口; P2口(P2.0~P2.7)是具有内部提升电路的双向v0端口(准双向并行I/O口)，当访问外部程序存储器时，它是高8位地址。外部不扩展而单片应用时，则作为一般双向v0口用。每一个引脚可以推动8个LSTTL负载; P3口(P3.0~P3.7)是具有内部提升电路的双向v0口(准双向并行I/O口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能，其特殊功能引脚分配如下: ? P3.0 RXD串行通信输入; ? P3.1 TXD串行通信输出; ? P3.2 INT0外部中断0输入，低电平有效; ? P3.3 INT1外部中断I输入，低电平有效; ? P3.4 T0计数器0外部事件计数输入端; ? P3.5 T1计数器1外部事件计数输入端; ? P3.6 WR外部随机存储器的写选通，低电平有效; ? P3.7 RD外部随机存储器的读选通，低电平有效; - 15 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 2.2总体硬件电路设计 1234 DD +5V R14GNDR15~R2110KGND1K×7R1-R210K*5 U1~U4R7S2PC817×4P20S3CCP21S4P32P22S5P11P23P12P24P13P25X110uF/16VGND19P14P26GNDU1VCC+C1+12AT89S51R22EAR11P35SoilP15470ΩP30GNDGNDX2U218P16P37P31S1RESETP33BZStemP34GNDGND+12 BBR10P36C2300Ωk011KR610uF/16VX1 11.0592MHzC1C2D21KD1R830pF×2+5OPTOISO1K14004MR1240042KT2+-+-停止U4/时间压力压力时间R11启动C1384470R23R134.7kTitle2KAAT1IRF730SizeNumberRevisionA4R24GNDDate:30-May-2009Sheet of 4.7kFile:D:\protel\Examples\MyDesign1.ddbDrawn By:1234GND油面低油温高 - 16 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 第3章 程序设计 3.1 主程序设计 主程序的工作过程为:先进行初始化工作，然后判断是否启动。若启动则读取键值信 号或传感器输入信号，进行对应处理;否则进入工作状态。主程序状态图如图3.1所 示。 初始化 N 启动, 关机处理 Y 有按键 N 输入, Y N 已延时 根据键值散转 5s, 延时 Y 5s 时油事压压油 间 温件 力 力 面 + 高, + , 低正 处处处处处处常 理 理 理 理 理 理 工 作 图3.1 主程序状态 - 17 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 3.2 变量定义及初始化模块 程序设计时需设立一系列的变量和标志，具体如下: unit deta; //1ms及时单元// uchar sec; //计时秒// char set_min; //设定分// uchr min_5m; //5min计数器// uchar val; //中间变量// uchar pwm_val; //调宽脉冲变量值// char push_val; //压力变化值// sfr WDT=0xa6; //定义看门狗定时器// sbit pushdec_key=P1^4; //压力,键// sbit pushinc_key=P1^3; //压力，键// sbit timede_key=P1^2; //时间,键// sbit timeinc_key=P1^1; //时间，键// sbit buzz=P3^5; //驱动蜂鸣器断// sbit out=P3^6; //调宽脉冲输出端// sbit relay=P3^7; //驱动继电器端// uchar dis_sel; //显示内容散转标志// bit over_5m; //5min钟溢出标志// bit flag_5m; //5min标志// bit flag_5s; //5s标志// bit start; //启动标志// bit dis_flag; //显示标志// bit key_flag; //按下键标志// bit buzz_sound; //蜂鸣器声响标志// bit y; //中间变量// bit out_flag; //pwm输出标志// /***************************初始化*********************************/ void init( ) {//push_val=20; IT0=1; IE=0x8b; //set_min=0; buzz=OFF; - 18 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 //relay=OFF; out_flag=0; reset( ) } /******************************定时器T0初始化********************/ void init_timer0( ) { TMOD=0x11; TH0=,(1150/256); //1ms初值} TH0=,(1150%256); TR0=0; ET0=1; EA=1; } /************************定时器T1初始化****************************/ void init_timer1( ) { TH1=,(5000/256); //5ms初值 TH1=,(5000%256); TR1=1; ET1=1; EA=1; } 3.3 调宽脉冲输出子程序模块 为控制大批量生产的成本，使用低价位AT89S51单片机，但AT89S51内部没有集成 PWM部件，这里我们利用了内部定时器，与软件配合产生调宽脉冲波。 void pmw_(void) { if(out_flag) //如果输出标志有效// {if(pwm_val<=(push_val+30)) {out=ON;} //输出有效// else{out=OFF;} //输出关闭// - 19 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， if(pwm_val>=50) pwm_val=0; } else out=OFF; } 3.4 软件程序完整代码 #include //器件配置文件 #define uchar unsigned char //变量类型的宏定义 #define uint unsigned int uchar DATA_7SEG[10]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66, 0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6}; /*0~9的数码管段码*/ uchar x[4]; /* 存放走时的数组*/ uchar y[4]={0,0,0,0}; /* 存放定时1的数组*/ uchar z[4]={0,0,0,0}; /* 存放定时2的数组*/ uchar act[4]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; /*四位数码管的位选码*/ void delay(uint k); //延时子函数声明 void conv(); //走时转换子函数声明 void p_out(); //判别定时到否子函数声明 void p_out1(); //判别定时到否子函数1声明 void t_adj(); //走时调整子函数声明 uchar deda=0; /*100mS计数单元清零*/ bit d_05s=0; /*0.5秒标志*/ bit o_f1=0; /*定时1启/停标志*/ bit o_f2=0; /*定时2启/停标志*/ uchar set=0; /*功能键标志*/ uchar h=0; uchar n=0; uchar m=0; uchar flag; uchar left=0; uchar sec=0; uchar min=0; uchar hour=0; uchar min1=0; uchar hour1=0; - 20 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 uchar min2=0; uchar hour2=0; uchar up=0; bit flag1=0; bit flag2=0; //*显示走时*// void time() { for(h=0;h<4;h++) {P1=DATA_7SEG[x[h]]; //输出数码管的字形码 P3=act[h];p_out(); //输出数码管的位码。判断输出 if(P3_2==0){if(d_05s==1)P1_0=1;else P1_0=0;} /* 百位数码管点亮时，控制小点(秒点)闪烁*/ delay(2);} //每位数码管点亮2ms if(o_f1==1){P1=0x01;P3_3=1;P3_2=1;P3_1=0;P3_0=1;} /* 若定时1启动，点亮十位数码管小数*/ else{P1=0x00;P3_3=1;P3_2=1;P3_1=1;P3_0=1;}p_out(); /*否则十位数码管小数点不亮*/ delay(2); if(o_f2==1){P1=0x01;P3_3=1;P3_2=1;P3_1=1;P3_0=0;} /* 若定时2启动，点亮个位数码管小数点*/ else{P1=0x00;P3_3=1;P3_2=1;P3_1=1;P3_0=1;}p_out(); /*否则个位数码管小数点不亮*/ delay(2); } /*定时器T0初始化*/ void init_timer0() { TMOD=0x11; TH0=-(50235/256); TL0=-(50235%256); IE=0x8a; TR0=1; } /*定时器T1初始化*/ void init_timer1() - 21 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， { TH1=-(5000/256); TL1=-(5000%256); } /*延时k*1ms子函数*/ void delay(uint k) { uint i,j; for(i=0;i=30){n=0;m=0;} P3_7=0; P1=0xff; if(P1!=0xff) { if(n==0)m=1; {if(n==1) { - 22 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 if(P1_0==0){set++;left=0;} if(set>=4)set=0; if(set==1)flag=0x55; if(P1_1==0)left++; if(left>=4)left=0; if(P1_2==0){up++; switch(left) { case 0:{if(up>=10)up=0;}break; case 1:{if(up>=6)up=0;}break; case 2:{if(up>=10)up=0;}break; case 3:{if(up>=3)up=0;}break; default:break; } } if(P1_2==0){ switch(set) {case 0:break; case 1:x[left]=up;break; case 2:{y[left]=up;if(P1_3==0)o_f1=!o_f1;}break; case 3:{z[left]=up;if(P1_3==0)o_f2=!o_f2;}break; default:break;} } else { switch(set) {case 0:break; case 1:up=x[left];break; case 2:{up=y[left];if(P1_3==0)o_f1=!o_f1;}break; case 3:{up=z[left];if(P1_3==0)o_f2=!o_f2;}break; default:break;} }} }} P1=i;P3=j; } /*显示调整走时*/ void t_adj() {p_out1(); - 23 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， for(h=0;h<4;h++) //四位数码管每位点亮3ms {if(h==left)P1=0x00; else {P1=DATA_7SEG[x[h]]; P3=act[h];p_out(); delay(3);}} P1=DATA_7SEG[up];P3=act[left]; hour=x[3]*10+x[2];min=x[1]*10+x[0]; p_out(); delay(12); //需调整的数码管点亮12ms if(o_f1==1){P1=0x01;P3_3=1;P3_2=1;P3_1=0;P3_0=1;} /*若定时1启动，点亮十位数码管小数点*/ else{P1=0x00;P3_3=1;P3_2=1;P3_1=1;P3_0=1;}p_out(); /*否则十位数码管小数点不亮*/ delay(12); //需调整的数码管点亮12ms if(o_f2==1){P1=0x01;P3_3=1;P3_2=1;P3_1=1;P3_0=0;} /*若定时2启动，点亮个位数码管小数点*/ else{P1=0x00;P3_3=1;P3_2=1;P3_1=1;P3_0=1;}p_out(); /*否则个位数码管小数点不亮*/ delay(12); //需调整的数码管点亮12ms } /*显示调整定时1*/ void t1_adj() {p_out1(); for(h=0;h<4;h++) //四位数码管每位点亮3ms {if(h==left)P1=0x00; else {P1=DATA_7SEG[y[h]]; P3=act[h];p_out(); delay(3);}} P1=DATA_7SEG[up];P3=act[left]; //需调整的数码管点亮18ms hour1=y[3]*10+y[2];min1=y[1]*10+y[0]; p_out(); delay(18); if(o_f1==1){P1=0x01;P3_3=0;P3_2=1;P3_1=0;P3_0=1;} /*若定时1启动，点亮十位数码管小数点*/ else{P1=0x01;P3_3=0;P3_2=1;P3_1=1;P3_0=1;} /*否则十位数码管小数点不亮*/ p_out(); - 24 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 delay(18); //需调整的数码管点亮18ms } /*显示调整定时2*/ void t2_adj() {p_out1(); for(h=0;h<4;h++) //四位数码管每位点亮3ms {if(h==left)P1=0x00; else {P1=DATA_7SEG[z[h]]; //需调整的数码管点亮18ms P3=act[h];p_out(); delay(3);}} P1=DATA_7SEG[up];P3=act[left]; hour2=z[3]*10+z[2];min2=z[1]*10+z[0]; p_out(); delay(18); if(o_f2==1){P1=0x01;P3_3=1;P3_2=0;P3_1=1;P3_0=0;} /*若定时2启动，点亮个位数码管小数点*/ else{P1=0x01;P3_3=1;P3_2=0;P3_1=1;P3_0=1;} /*否则个位数码管小数点不亮*/ p_out(); delay(18); //需调整的数码管点亮18ms } /*时、分、秒计时单元转换*/ void conv() { if(deda<=5)d_05s=0; //每500ms，秒点取反 else d_05s=1; if(deda>=10){sec++;deda=0;} //每1000ms，秒单元递增 if(sec>=60){min++;sec=0;} //每60s，分单元递增 if(min>=60){hour++;min=0;} //每60m，时单元递增 if(hour>=24){hour=0;} //每24h，时单元清零 } /*判别定时到否子函数*/ void p_out() - 25 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， { if(o_f1==1) //若定时1启动 {if(hour==hour1) //定时1时间到 {if(min==min1) {flag1=1;if(d_05s==1)P3_4=0;else P3_4=1;}}} //继电器输出标志置1，蜂鸣器间断鸣响 if(flag1==1) P3_5=0; //若输出标志为1，继电器吸合 if(o_f2==1) //若定时2启动 {if(hour==hour2) //定时2时间到 {if(min==min2) {flag1=0;if(d_05s==1)P3_4=0;else P3_4=1;}}} //继电器输出标志置0，蜂鸣器间断鸣响 if(flag1==0) P3_5=1; //若输出标志为0，继电器释放 } /*判别定时到否子函数1*/ void p_out1() { if(o_f1==1) //若定时1启动 {if(hour==hour1) //定时1时间到 {if(min==min1) {flag1=1;}}} //继电器输出标志置1 if(flag1==1) P3_5=0; //若输出标志为1，继电器吸合 if(o_f2==1) //若定时2启动 {if(hour==hour2) //定时2时间到 {if(min==min2) {flag1=0;}}} //继电器输出标志置0 if(flag1==0) P3_5=1; //若输出标志为0，继电器释放 } /*主函数*/ void main() { init_timer0(); //*定时器T0初始化*// init_timer1(); //*定时器T1初始化*// - 26 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 while(1) { //*将显示缓冲数组内容移到时、分计时单元*// hour=x[3]*10+x[2];min=x[1]*10+x[0]; hour1=y[3]*10+y[2];min1=y[1]*10+y[0]; hour2=z[3]*10+z[2];min2=z[1]*10+z[0]; conv(); //*时、分、秒及100mS单元转换*/ //*将转换后的时、分计时单元内容移到显示缓冲数组*// x[3]=hour/10;x[2]=hour%10;x[1]=min/10;x[0]=min%10; y[3]=hour1/10;y[2]=hour1%10;y[1]=min1/10;y[0]=min1%10; z[3]=hour2/10;z[2]=hour2%10;z[1]=min2/10;z[0]=min2%10; switch(set) { case 0:time();break; //*显示走时*// case 1:t_adj();break; //*显示调整走时*// case 2:t1_adj();break; //*显示调整定时1*// case 3:t2_adj();break; //*显示调整定时2*// default:break; } if(flag!=0x55) //*判断RAM受干扰标志，若受干扰，则显示器闪烁告警*// {uchar i;P3_4=1;P3_5=1; for(i=0;i<100;i++) //*点亮显示器200mS*// { P1=DATA_7SEG[x[3]];P3=0xf7;delay(1); P1=DATA_7SEG[x[2]];P3=0xfb;delay(1); P1=DATA_7SEG[x[1]];P3=0xfd;delay(1); P1=DATA_7SEG[x[0]];P3=0xfe;delay(1); } P1=0xff;P3=0xff;delay(400); //*熄灭显示器200mS*// P3_7=0; //*如有键按下达0.5S则退出闪烁状态同时掉电标志置55H。*// if(P1!=0xff){ delay(10);if(P1_0==0)flag=0x55;F0:if(P1!=0xff)goto F0; }P3_7=1; } - 27 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， else TR1=1; //*启动定时器1*// }} 3.5 Keil软件的编译与仿真 1)编译通过:如图3.2 图3.2编译通过图 2)全速运行:如图3.3 - 28 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 图3.3全速运行图 - 29 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 第4章 调试应用 4.1 安全注意事项 ? 操作时设备必须先接12V电源,在拆下汽车的油路管道,以免打火造成火灾。本设备 所选用的清洗剂是易燃、易挥发液体，在清洗过程中要严禁烟火。 ? 设备应放在无阳光直射且通风良好的房间内，并张贴“严禁烟火”和“易燃品危 险警告”标志，需配有灭火器等消防设备。 ? 汽车尾气中含有多种有毒有害气体(如一氧化碳、炭化氢、氮氧化物等)，清洗时 要将其引到室外并保证室内通风良好。 ? 汽车发动机排水管和水箱等部件等温度较高，勿碰，以防灼伤。 ? 操作时要拉好手制动，并将变速器置于停车挡或空挡，同时当好前轮。 ? 操作时要戴好防护镜。 ? 断开有压力燃油管路接头时要用毛巾捂住接头，避免燃油泄漏到发动机体或其他 零件上，以防引起火灾。 ? 如清洗剂溅出和渗透到发动机或设备上，应立刻清洁干净，以防发生意外。 ? 在设备油箱内没有清洗剂和燃油混合液的情况下，不能启动本设备。 ? 在非使用状态下请将压力调节阀和电源开关处于关闭状态，回油阀处在全开状态。 4.2 功能调试 通电前应检查焊接质量，确认无短路和假焊等故障并将程序写入AT89S51单片机中。 由于电路板由单片机智能控制性电路构成，故障率极低，一般大多一次通电合格。下 面主要列举设备的功能统调。 ? 将电源开关打开，设备开始工作。 ? 根据车型调整燃油压力和清洗压力。 ? 待压力稳定后，启动发动机，设备进行发动机燃油系统清洗。在清洗过程中，使 发动机保持10min怠速运转、10min浸泡、5min高速运转(约2000rad/min)、并 连续多次加大油门。 ? 待清洗剂与燃油的混合液用完，发动机熄火，则清洗完毕。 ? 将汽车点火开关关闭，恢复汽车管路连接。 ? 启动发动机并适当加速，检查各接口处及管路是否渗、漏油。 ? 清理现场，整理好清洗机，以备后用。 - 30 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 4.3 日常维护 ? 设备没次使用完毕后，应盖上加油盖，以防灰尘杂物等掉入油桶内及电路板上，避免油路路堵塞或电路故障。 ? 将设备置于阴凉、干燥、通风、地面平坦的场所。 ? 设备使用完毕后，将接头擦拭干净集中放置在套件中。 - 31 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 结 论 本课题设计了基于AT89S51单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计，对整个系统的硬件、软件，都做了较为深入的阐述。使得系统能在实验室的环境下得到了较好的实验结果，为能够真正的运用于实际汽车电子中打下了基础。 1、完成了对电喷汽车喷油嘴清洗机的硬件设计，软件设计，成本低、清洗方便高。 2、在电机调速中利用了单片机内部的定时器，配合软件产生脉宽调制波(PWM)，在通过功率场效应管去驱动低压直流电机，具有效率高、能耗低、转速可调等特点。 3、在保护措施方面，分别设置了油面过低保护和油温过高保护，为防止无油损坏汽油泵和油温过高起火。 本方案设计的出发点是:简单实用、清洗迅速、性价比高。从试验的结果来看系统达到了预期的目的。 - 32 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 致 谢 本论文得以顺利地完成，首先感谢给予我悉心指导的导师孟祥斌老师。孟老师给我提供了一个良好的学习平台，在课题选择和论文写作过程中，孟老师的精心指导，使很多难题迎刃而解。两个月来，他花费了大量的宝贵时间指导我查找相关文献，对我的论文进行了反复的审查和修改，提出了许多宝贵的意见。孟老师严谨踏实的学术风范和认真积极的工作态度，将继续指导我今后的工作和学习。论文的顺利完成还要感谢我的朋友梁冬、董国文、刘北辰，是他们帮助我查找信息、收集资料，给予我鼓励与支持。 - 33 - 沈阳工程学院毕业设计,论文， 参考文献 [1] 范风强等. 单片机语言C51应用实战集锦[M].北京:电子出版社，2003 [2] 孙延鹏, 尹常永. VHDL与可编程逻辑器件应用. 北京:航空工业出版社，2006 [3] 王松武, 于鑫，武思军. 电子创新设计与实践. 北京:国防工业出版社，2005 [4] 王建校等. 51系列单片机及C51程序设计[M].北京:科学出版社，2002 [5] 周立功等. 增强型80C51单片机速成与实战[M].北京:电子工业出版社，2003 [6] 赵亮等. 单片机C语言编程与实例[M].北京:人民邮电出版社，2003 [7] 李玉峰, 霓虹霞.CS-51系列单片机原理与接口技术[M].人民邮电出版社，2004. [8] 薛栋梁. CS-51单片机原理与运用(二)[M].中国水利出版社，2001. [9] 王晓君，安国臣等.CS-51及兼容单片机原理与选型[M].电子工业出版社，2002. [10] 张立科.单片机典型模块设计实例导航[M].人民邮电出版社，2006. [11] 张毅刚，彭信源，谭晓明等.CS-51单片机应用设计[M].哈尔滨上业大学出版社，1997. [12] Ateml公司.T89C51单片及引脚及其使用说明[M].Ateml公司，2004. [13] 邻宽明.单片机器件外围适用手册[M].北京航空航天人学出版社，2002. [14] 何立民.单片机应用系统抗干扰技术[M].北京航天航空大学出版社，1999. [15] 顾永红.综述单片机应用系统的抗干扰技术[J].计算机自动测量与控制，2000 NoB:51-53. [16] 戴佳、戴为恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].电子工业出版社，2006. - 34 - 基于单片机的电喷汽车喷油嘴清洗机设计 附 件 1234 DD +5V R14GNDR15~R2110KGND1K×7R1-R210K*5 U1~U4R7S2PC817×4CCP20S3P21S4P32P22S5P11P23P12P24P13P25X110uF/16VGNDP14P2619GNDU1VCC+C1+12R22AT89S51EAR11P35Soil470ΩP15P30GNDGNDX2U2P16P37P3118S1RESETP33BZStemP34GNDGND+12BBR10P36C2300Ωk011KR610uF/16VX1 11.0592MHzC1C2D21KD1R830pF×2+5OPTOISO1K14004MR1240042KT2+-+-停止/U4时间压力压力时间启动R11C1384470R23R13Title4.7kAA2KT1IRF730SizeNumberRevisionA4Date:30-May-2009Sheet of R24GNDFile:D:\protel\Examples\MyDesign1.ddbDrawn By:4.7k1234 油面低油温高GND 整机电路图 - 35 -