一种基于单片机原理的汽车电子点火控制系统的设计

沈爱莲

SHEN Ai-lian

（浙江汽车职业技术学院，临海 317000）

0 引言

近年来，研究汽车点火装置的产品层出不穷，比如单极双压无触点汽车点火装置、多火花汽车点火装置、复合式汽车点火装置、无分电器电脑控制汽车点火装置等等，当前正在研制和应用的汽车电子点火装置种类也很多。

随着电子技术、计算机技术以及汽车工业的迅速发展，能源危机以及汽车尾气对大气环境造成的污染日趋严重，因此对汽车发动机点火时刻的精确控制提出了更高的要求，与传统的机械调节点火时刻的控制系统相比，基于微机控制的电子点火系统具有及时性好、精确度高、控制灵活等特点，为此，从发动机点火控制系统的控制策略出发，设计一种能提高发动机点火控制精度的新型电子点火控制装置，一种基于单片机原理的电子点火控制系统由此产生了。

1 系统工作原理

发动机的点火时刻是通过控制点火提前角（即点火时活塞位置到上止点时曲轴转过的角度）来实现的。影响气缸内火花塞的点火时刻的因素主要有：发动机的转速、负荷的大小、发动机冷却水的温度以及发动机缸体的爆震情况等。

基于单片机原理的电子点火系统的硬件电路主要由信号输入装置（即传感器及信号处理电路、A/D转换电路及各种接口电路）、电子控制单元ECU和执行器（即点火控制电路、火花塞）及电源等部件构成。系统原理框图如图1所示。

各传感器的输出信号经过相应的信号处理电路处理，A/D转换器转换后，输送到单片机。单片机根据一定的控制策略、算法对输送的信号进行运算处理，依据运算处理的结果，在合适的最佳点火时刻输出点火控制信号。控制信号经驱动电路后，控制点火控制电路中大功率三极管的导通和截止，从而控制点火线圈初级电流的通断，产生高压电，点燃火花塞，最终实现发动机点火。

2 系统硬件设计

2.1 传感器及其信号处理电路

主要包括转速传感器、水温传感器、爆震传感器和节气门开度传感器及其相应的信号处理电路。

图1 系统原理框图

2.1.1 转速传感器及其信号处理电路

采用光电式速度传感器，其作用是测量发动机转速和曲轴转角位置。传感器输出信号经处理电路整形、放大后输入到8031单片机外部计数器T0（P3.4引脚）上，由单片机8031在一定时间对其进行计数后便可测量发动机转速和曲轴位置。

2.1.2 水温传感器及其处理电路

采用集成温度传感器MA×6611来测量发动机冷却水温度。单片机依据水温信号对点火提前角作相应调整。当水温较低时应增大点火提前角，反之当水温较高时应减少点火提前角。传感器输出信号经二极管（利用其单向导电性）双向限幅和RC滤波电路处理后接到模数转换器ADC0809的模拟输入通道IN0上。

2.1.3 爆震传感器及其处理电路

采用安装在发动机缸体上的压电加速度传感器来测量发动机爆震信号。当单片机接受到爆震信号后，根据爆震强度的大小调节点火提前角。传感器输出信号经两级滤波电路处理后接到ADC0809的模拟输入通道IN1上。

2.1.4 节气门开度传感器及其处理电路

发动机负荷的变化是影响点火提前角的主要因素，而发动机负荷变化的测量时由节气门传感器来实现的，本系统采用的是属于线性输出型模拟式的节气门传感器。传感器输出信号经双向限幅滤波电路处理后，连接到模数转换器ADC0809的模拟输入通道IN2上。

2.2 电子控制单元及模数（A/D）转换电路设计

本系统采用8031单片机作为微机控制器，A/D转换器采用ADC0809对前端输入信号进行模/数转换。系统中需要进行A/D转换的有水温信号、节气门开度信号和爆震信号等。单片机8031与A/D转换器ADC0809的接口电路如图2所示。

图2 单片机与转换器的接口电路

ADC0809的A、B、C选择模拟输入通道，通道IN0输入温度信号，通道IN1输入爆震信号，通道IN2输入节气门开度信号，转换后的信号通过P0口输入到单片机内部，其中单片机8031的P3.4（T0）对曲轴转速信号进行计数，确定发动机转速和曲轴位置，通过P3.6引脚输出点火控制信号，控制点火电路的通断，从而实现点火控制。

2.3 点火控制电路的设计

点火控制电路的作用是接受电子控制单元输出的点火控制信号并进行功率放大，使其内部的大功率三极管导通和截止，控制点火线圈初级电流的通断，从而产生火花塞点火所需的高压电，其输入信号来自单片机8031的P3.5 引脚输出的点火控制信号，其输出端接到火花塞上，如图3所示。

图3 点火控制电路

当单片机8031的P3.6 引脚输出高电平时，三极管T1、T2 都截止，12V电压通过R4和初级绕组L1对C7进行充电，当单片机P3.6 引脚输出低电平时，发出点火控制信号，此时T1、T2同时导通，C7两端的电压瞬间变为低电平（即C7迅速放电），从而使流过点火线圈初级绕组L1的电流发生突变，在次级绕组L2两端产生点火所需的高压电，图中二极管D2起着保护晶体管T2的作用。

2.4 电源电路的设计

在汽车系统中一般只提供12V的直流电压，而系统中所用的芯片大都只需5V的电压，本系统采用三端集成稳压器W7805，它的引脚1作为输入端，引脚2作为输出端，引脚3作为公共端，它的最大输出电流可达1.5A,公共端的静态电流为8mA,W7805后两位数字05为输出电压值，表示输出电压UO=±5V。集成三端稳压器W7805的基本电路图如图4所示。

图4 三端稳压器W7805的基本电路

3 系统软件的设计

系统软件主要由主程序、延时程序、计算基本点火提前角子程序、计数器T0的中断服务程序、A/D转换子程序、点火提前角修正子程序和点火子程序组成，本系统均采用汇编语言编写。

如果单片机8031的时钟频率采用6MHZ，则ALE引脚的输出频率为1MHZ,再经过二分频后为500KHZ,恰好符合ADC0809对时钟频率的要求。由于ADC0809具有输出三态锁存器，其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。由于ALE与START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。在读取转换结果时，用低电平的读信号和P2.7经一级或非门后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。采用中断方式可大大节省CPU的时间，当转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应中断请求，由外部中断1的中断服务程序读A/D结果，并启动0809的下一个转换，外部中断1采用边沿触发方式。

ADC0809的初始化程序如下：

中断服务程序：

PINT1：MOV DPTR,#7FF8H;读取A/D结果送缓冲单元30H

对另外两个通道IN1,IN2的启动程序同上，只需改变MOV DPTR,#data指令中的立即数。

4 结束语

通过上述对点火系统的原理分析以及硬件电路的设计、软件程序的实现，设计出一种汽车点火装置，与其他点火装置相比，本系统具有及时性好、稳定性高、控制精度高等优点，实现了对点火提前角的最优化控制，攻克了点火提前角难以控制的关键技术，为后续开发研究新的汽车点火装置打下了坚实的基础。

[1] 张毅刚,等.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社,1997.

[2] 冯渊.汽车电子控制技术[M].北京：机械工业出版社,1998.

[3] J.玛瑞克,等.左治江等译.汽车传感器[M].北京：化学工业出版社,2004.

[4] 许新乃.浅析汽车点火装置[J].汽车电器,1992(04).

[5] 李俄收,吴文民.汽车点火系统的种类和特点[J].汽车电器,2003(02).

[6] 胡步发,林建航,董炳武.汽车点火系统发展研究[J].福州大学学报(自然科学版),1999(04).

[7] Jack Wojslawowocz,Jim Gillberg.分立元件ICBT应用趋势汽车点火装置向小型化合智能化方向发展[J].电子与电脑,2005(09).6t.