基于PIC16F877单片机的柴油机电子调速系统设计

何琪

摘 要：本文主要介绍一种以PIC16F877单片机为核心的柴油机电子调速控制器设计开发， 通过分析柴油机电子调速系统的主要作用，阐述了电子调速器系统主要几个组成部分及其功能， 提出能实现电子调速功能中硬件设计的周期法转速测量原理并论述了PID调速计算方式，由此确定了硬件开发和软件设计的研究方案。

关键词：水路运输 电子调速器 PID控制

在柴油机控制系统中，调速器的好坏决定着柴油机性能的优劣，而以单片机作为核心的电子调速装置能在柴油机遥控制系统的参数设置与调试、系统I/O的扩展、调速器模拟调试与整定等方面具有更大的优越性，本文以PIC16F877单片机为核心的柴油机调速装置研究与开发方面的一些探索。

系统的组成及功能

1、系统的组成

要实现柴油机遥控控制，就必须将指令给定的速率信号通过调速装置计算后实现对柴油机执行器的精确控制，使得电气信号最终变为伺服电机转动信号，输出柴油机的要求油门。结合分析机械式调速器的结构，可以确定单片机开发的电子调速装置必须包括PID调节器、限制环节、信号转换及转速反馈功能，具体如图1所示（红色虚线部分为本方案的电子调速器装置）。

2、系统的功能

PID调节器。PID调节器是比例积分微分调节器，是柴油机电子调速器的主要组成部分，它将指令给定的柴油机输出转速和反馈转速进行运算，形成一个闭环控制系统，在调速系统中可以克服转速振荡甚至失稳，能大大改善柴油机调速系统的动态特性。

限制环节。限制环节即柴油限制环节，它将处理后的转速指令限制信号、转矩限制信号、增压压力限制信号、手动限油信号进行采集比较运算，取出较小者的转速指令，传递给下一阶段的信号转换（但在应急状态下可自动取消限制），这样就能有效控制油门限定。

信号转换。油门的开启大小是由执行电机转动的决定的，信号转换环节是将处理过后的准确信号转换成执行电机的转动信号，将弱信号放大准确控制伺服电机，从而精确控制油门大小。

转速反馈。此环节是将传感器当前采集的柴油机转速信号经过A/D转换后发送至PID调节器之前，形成反馈回路，是柴油机转速始终在指令信号的控制范围内。

系统的硬件设计

1、周期法转速测量原理

系统的软件设计

系统软件主要有主控程序和中断子程序两部分组成，其中主程序部分完成PIC16F877单片机的初始化、主时序控制及过程控制（ 包括柴油机启停、检测、显示及报警等），此外信号采集、脉冲计算、调节计算、输出、通信及故障等针对性的控制过程，则采用中断控制程序完成响应。

1、主控程序部分

按控制要求主控部分程序主要具有上电和复位初始化、检测显示、终端打开、故障报警恢复、显示输出等功能，另外，为提供系统的抗干扰能力，程序设计了定时刷新。

2、中断子程序部分

中断子程序部分主要包括：PWM脉冲输出子程序、定时器中断子程序、显示子程序、通信子程序、驱动转换子程序、速计算子程序、PID 控制调节子程序、参数调节子程序由主控程序符合中断条件后自动调用、返回，不作具体介绍。

模拟调试及分析

结论

基于PIC16F877单片机的柴油机电子调速系统通过理论实践相结合的实证研究，正确采集电子调速器的功能信息，并通过计算、设计、调试、模拟不断完善柴油机电子调速实际所需的功能，调速器的功能必须需要硬件元件和软件编程的统一，模拟运行使得系统功能更加完美，在今后的类似项目开发过程中可采用此方法进行研究。（基金项目：2010 年度浙江省教育厅科研计划项目《现代船舶自动电站监控系统的研发与推广》，项目编号：Y201019169）

摘 要：本文主要介绍一种以PIC16F877单片机为核心的柴油机电子调速控制器设计开发， 通过分析柴油机电子调速系统的主要作用，阐述了电子调速器系统主要几个组成部分及其功能， 提出能实现电子调速功能中硬件设计的周期法转速测量原理并论述了PID调速计算方式，由此确定了硬件开发和软件设计的研究方案。

关键词：水路运输 电子调速器 PID控制

在柴油机控制系统中，调速器的好坏决定着柴油机性能的优劣，而以单片机作为核心的电子调速装置能在柴油机遥控制系统的参数设置与调试、系统I/O的扩展、调速器模拟调试与整定等方面具有更大的优越性，本文以PIC16F877单片机为核心的柴油机调速装置研究与开发方面的一些探索。

系统的组成及功能

1、系统的组成

要实现柴油机遥控控制，就必须将指令给定的速率信号通过调速装置计算后实现对柴油机执行器的精确控制，使得电气信号最终变为伺服电机转动信号，输出柴油机的要求油门。结合分析机械式调速器的结构，可以确定单片机开发的电子调速装置必须包括PID调节器、限制环节、信号转换及转速反馈功能，具体如图1所示（红色虚线部分为本方案的电子调速器装置）。

2、系统的功能

PID调节器。PID调节器是比例积分微分调节器，是柴油机电子调速器的主要组成部分，它将指令给定的柴油机输出转速和反馈转速进行运算，形成一个闭环控制系统，在调速系统中可以克服转速振荡甚至失稳，能大大改善柴油机调速系统的动态特性。

限制环节。限制环节即柴油限制环节，它将处理后的转速指令限制信号、转矩限制信号、增压压力限制信号、手动限油信号进行采集比较运算，取出较小者的转速指令，传递给下一阶段的信号转换（但在应急状态下可自动取消限制），这样就能有效控制油门限定。

信号转换。油门的开启大小是由执行电机转动的决定的，信号转换环节是将处理过后的准确信号转换成执行电机的转动信号，将弱信号放大准确控制伺服电机，从而精确控制油门大小。

转速反馈。此环节是将传感器当前采集的柴油机转速信号经过A/D转换后发送至PID调节器之前，形成反馈回路，是柴油机转速始终在指令信号的控制范围内。

系统的硬件设计

1、周期法转速测量原理

系统的软件设计

系统软件主要有主控程序和中断子程序两部分组成，其中主程序部分完成PIC16F877单片机的初始化、主时序控制及过程控制（ 包括柴油机启停、检测、显示及报警等），此外信号采集、脉冲计算、调节计算、输出、通信及故障等针对性的控制过程，则采用中断控制程序完成响应。

1、主控程序部分

按控制要求主控部分程序主要具有上电和复位初始化、检测显示、终端打开、故障报警恢复、显示输出等功能，另外，为提供系统的抗干扰能力，程序设计了定时刷新。

2、中断子程序部分

中断子程序部分主要包括：PWM脉冲输出子程序、定时器中断子程序、显示子程序、通信子程序、驱动转换子程序、速计算子程序、PID 控制调节子程序、参数调节子程序由主控程序符合中断条件后自动调用、返回，不作具体介绍。

模拟调试及分析

结论

基于PIC16F877单片机的柴油机电子调速系统通过理论实践相结合的实证研究，正确采集电子调速器的功能信息，并通过计算、设计、调试、模拟不断完善柴油机电子调速实际所需的功能，调速器的功能必须需要硬件元件和软件编程的统一，模拟运行使得系统功能更加完美，在今后的类似项目开发过程中可采用此方法进行研究。（基金项目：2010 年度浙江省教育厅科研计划项目《现代船舶自动电站监控系统的研发与推广》，项目编号：Y201019169）

摘 要：本文主要介绍一种以PIC16F877单片机为核心的柴油机电子调速控制器设计开发， 通过分析柴油机电子调速系统的主要作用，阐述了电子调速器系统主要几个组成部分及其功能， 提出能实现电子调速功能中硬件设计的周期法转速测量原理并论述了PID调速计算方式，由此确定了硬件开发和软件设计的研究方案。

关键词：水路运输 电子调速器 PID控制

在柴油机控制系统中，调速器的好坏决定着柴油机性能的优劣，而以单片机作为核心的电子调速装置能在柴油机遥控制系统的参数设置与调试、系统I/O的扩展、调速器模拟调试与整定等方面具有更大的优越性，本文以PIC16F877单片机为核心的柴油机调速装置研究与开发方面的一些探索。

系统的组成及功能

1、系统的组成

要实现柴油机遥控控制，就必须将指令给定的速率信号通过调速装置计算后实现对柴油机执行器的精确控制，使得电气信号最终变为伺服电机转动信号，输出柴油机的要求油门。结合分析机械式调速器的结构，可以确定单片机开发的电子调速装置必须包括PID调节器、限制环节、信号转换及转速反馈功能，具体如图1所示（红色虚线部分为本方案的电子调速器装置）。

2、系统的功能

PID调节器。PID调节器是比例积分微分调节器，是柴油机电子调速器的主要组成部分，它将指令给定的柴油机输出转速和反馈转速进行运算，形成一个闭环控制系统，在调速系统中可以克服转速振荡甚至失稳，能大大改善柴油机调速系统的动态特性。

限制环节。限制环节即柴油限制环节，它将处理后的转速指令限制信号、转矩限制信号、增压压力限制信号、手动限油信号进行采集比较运算，取出较小者的转速指令，传递给下一阶段的信号转换（但在应急状态下可自动取消限制），这样就能有效控制油门限定。

信号转换。油门的开启大小是由执行电机转动的决定的，信号转换环节是将处理过后的准确信号转换成执行电机的转动信号，将弱信号放大准确控制伺服电机，从而精确控制油门大小。

转速反馈。此环节是将传感器当前采集的柴油机转速信号经过A/D转换后发送至PID调节器之前，形成反馈回路，是柴油机转速始终在指令信号的控制范围内。

系统的硬件设计

1、周期法转速测量原理

系统的软件设计

系统软件主要有主控程序和中断子程序两部分组成，其中主程序部分完成PIC16F877单片机的初始化、主时序控制及过程控制（ 包括柴油机启停、检测、显示及报警等），此外信号采集、脉冲计算、调节计算、输出、通信及故障等针对性的控制过程，则采用中断控制程序完成响应。

1、主控程序部分

按控制要求主控部分程序主要具有上电和复位初始化、检测显示、终端打开、故障报警恢复、显示输出等功能，另外，为提供系统的抗干扰能力，程序设计了定时刷新。

2、中断子程序部分

中断子程序部分主要包括：PWM脉冲输出子程序、定时器中断子程序、显示子程序、通信子程序、驱动转换子程序、速计算子程序、PID 控制调节子程序、参数调节子程序由主控程序符合中断条件后自动调用、返回，不作具体介绍。

模拟调试及分析

结论

基于PIC16F877单片机的柴油机电子调速系统通过理论实践相结合的实证研究，正确采集电子调速器的功能信息，并通过计算、设计、调试、模拟不断完善柴油机电子调速实际所需的功能，调速器的功能必须需要硬件元件和软件编程的统一，模拟运行使得系统功能更加完美，在今后的类似项目开发过程中可采用此方法进行研究。（基金项目：2010 年度浙江省教育厅科研计划项目《现代船舶自动电站监控系统的研发与推广》，项目编号：Y201019169）