曲轴与凸轮轴信号的采集系统及模拟电路设计(附件)
摘 要汽车电子技术在汽车不断推广使用的时代下得到了不断的发展，ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，安装在汽车各处的传感器采集到汽车运行的各种信号，然后输入的信息通过ECU进行处理、运算和判断，最后输出指令。从而获得控制汽车运行的目标，汽车运行时最关键的信号是发动机曲轴与凸轮轴的信号，所以模拟这两个信号，可以提高故障诊断效率。本论文课题的目的是将发动机曲轴与凸轮轴信号模拟成脉冲信号（即方波信号）的研究。首先，利用双通道示波器采集九种不同车型的曲轴与凸轮轴信号方波，通过比较和研究，把波形图的逻辑关系提取出来，并罗列出逻辑数表；然后，设计单片机系统，通过程序将逻辑数表生成ECU可以直接获取的方波信号，并在模拟软件中进行仿真论证。通过对比可以发现，模拟的波形与传感器的真实波形在逻辑上是完全一致的，所以能够激活发动机ECU。然而因为时间和经验的有限，本系统依然不够完善。比如，传感器信号可以通过信号采集电路进行滤波整流等处理后直接输入单片机，以获得其时序关系，从而可以大大提高效率。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 汽车发动机的电控系统概述 1
1.2曲轴与凸轮轴传感器的介绍 2
1.3国内外研究概况 2
第二章 信号采集及其特征提取 4
2.1别克2.4L 4
2.2东风日产1.8L 5
2.3海南马自达LF1.6L 6
2.4海南马自达1.6 L 7
2.5福特福克斯1.8L 9
2.6红旗1.8L 10
2.7吉利帝豪1.5L 11
2.8江淮SUV2.4L 12
2.9奇瑞东方之子2.0L 14
第三章 信号模拟装置硬件设计 16
3.1微处理器的选择 16
3.2单片机工作电路 18
3.2.1稳压电源电路 19
3.2.2晶振电路 19
3.2.3复位电路 19
3.2.4 LCD显示电路 20
3.2.5放大电路 20
第四章 系统软件设计 22
4.1程序主
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流程设计 22
4.2定时器初值设置 22
4.3信号逻辑表达与发送 23
4.4 LCD显示程序 23
第五章 仿真 25
结束语 27
致谢 28
参考文献 29
附录 30
第一章 绪论
随着时代的发展，汽车产业蓬勃发展，企业的自主研发能力在市场竞争中扮演着越来越重要的角色。传统的机械系统技术差不多已经到达了技术的瓶颈，因此汽车工业要从汽车电子技术方面不停开拓创新，追求新高度。然而我国在此领域的技术水平却仍处于初步阶段，因此，目前我国汽车产业发展的关键是积极发展汽车电子产业。
“汽车发动机曲轴凸轮轴信号模拟系统”属于一种单片机应用系统，单片机和外围电路模拟产生任何型号的发动机曲轴和凸轮轴信号，系统的状态信息通过前面板配有显示终端实时地显示。
1.1 汽车发动机电控系统概述
ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。与普通的单片机一样，它由微处理器（CPU）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）存储器（ROM、、RAM）、及驱动、整形等大规模集成电路组成。电控单位以其内存的程序和数据对各类传感器输入的信息展开运算、处理、判断为依据，然后输出指令，比如，向喷油器供给给定宽度的电脉冲信号来掌控喷油量。电控单位由微型处理器、控制电路、输入电路和输出电路等电路构成。ECU的电压工作范围一般为6.516V、工作电流为0.0150.1A、工作温度为40℃~80℃，能承受1000Hz以下的振动。所以ECU损坏的可能性非常小，CPU是ECU的核心部分，它发挥着运算与控制的功能，当发动机运作时，它将各传感器的信号进行采集并运算，然后程序把运算数据转变为控制信号，通过输出电路输出，从而达到控制被控对象的目的。它还控制存储器、输入/输出接口及其它外部电路；以大量试验和精准计算取得的数据为依据编写出存储器ROM中存放的程序，在发动机工作时，这个程序不停地与采集的各种传感器的信号进行计算和比对。其结果用来控制发动机的点火、怠速、废气再循环、空燃比等多项参数。
一般ECU都具备故障自诊断及保护功能，当系统发生故障时，RAM中会自行记下故障代码并采用相应的保护措施从上述的固有程序中读取替代程序以维持发动机的正常运转。这些故障信息还会显示在仪表盘上并保持，这样车主就你及时发现故障并作出处理。
有些中高级轿车，不仅在发动机上配置ECU，其它很多地方也应用ECU。比如电控自动变速器、防抱死制动系统、安全气囊系统、四轮驱动系统、主动悬架系统、多向可调电控座椅等。随着轿车电子化自动化程度的提高，线路越来越复杂，ECU将趋向增多。CAN数据总线可以简化电路和降低成本。CAN总线技术就是在多个ECU之间的信息传递构成多路复用通信网络，将整车的ECU构成一个网络系统。
发动机曲轴与凸轮轴信号是在ECU处理的所有信号中最重要的信号。
1.2曲轴与凸轮轴传感器介绍
曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，车型不同它的结构也可能不同，有磁电感应式、霍尔效应式和光电式。它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用来检测曲轴转角、活塞上止点及发动机转速。它的安装位置一般在曲轴的前端、凸轮轴的前端、飞轮上或分电器内[1]。
磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器安装在分电器内，分为上、下两层。该传感器由永磁感应检测线圈和转子（正时转子和转速转子）构成，转子随分电器轴一同扭转。正时转子的种类有一、二或四个齿等多种，转速转子有24个齿。
霍尔效应式转速传感器与曲轴位置传感器的规律是应用霍尔效应的信号发生器。霍尔信号发生器安装在分电器内，它与分火头同轴，霍尔芯片和永久磁铁以一个整体把它装在分电器盘上。触发叶轮上的缺口数与发动机气缸数相同。当永久磁铁和霍尔元件之间进入触发叶轮上的叶片，霍尔触发器的磁场被叶片旁路，此时无霍尔电压产生，传感器无输出信号；当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时，此时磁力线进入霍尔元件，霍尔电压升高，传感器输出电压信号。
光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内，由信号发生器与带光孔的信号盘构成。它的信号盘和分电器轴一同旋转，信号盘外圈分布有360条光刻间隔，产生曲轴转角的信号为1°；它稍靠内分布有以60°为间隔均布的 6 个光孔，产生的曲轴转角信号为120°，此中1个光孔较宽，它会产生相对于 1 缸上止点的信号。
曲轴信号和凸轮轴信号是发动机控制系统中最重要的输入信号，它们是控制喷油和点火时刻(点火提前角)必不可少的信号[2]。
1.3国内外研究概况
目 录
第一章 绪论 1
1.1 汽车发动机的电控系统概述 1
1.2曲轴与凸轮轴传感器的介绍 2
1.3国内外研究概况 2
第二章 信号采集及其特征提取 4
2.1别克2.4L 4
2.2东风日产1.8L 5
2.3海南马自达LF1.6L 6
2.4海南马自达1.6 L 7
2.5福特福克斯1.8L 9
2.6红旗1.8L 10
2.7吉利帝豪1.5L 11
2.8江淮SUV2.4L 12
2.9奇瑞东方之子2.0L 14
第三章 信号模拟装置硬件设计 16
3.1微处理器的选择 16
3.2单片机工作电路 18
3.2.1稳压电源电路 19
3.2.2晶振电路 19
3.2.3复位电路 19
3.2.4 LCD显示电路 20
3.2.5放大电路 20
第四章 系统软件设计 22
4.1程序主
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
流程设计 22
4.2定时器初值设置 22
4.3信号逻辑表达与发送 23
4.4 LCD显示程序 23
第五章 仿真 25
结束语 27
致谢 28
参考文献 29
附录 30
第一章 绪论
随着时代的发展，汽车产业蓬勃发展，企业的自主研发能力在市场竞争中扮演着越来越重要的角色。传统的机械系统技术差不多已经到达了技术的瓶颈，因此汽车工业要从汽车电子技术方面不停开拓创新，追求新高度。然而我国在此领域的技术水平却仍处于初步阶段，因此，目前我国汽车产业发展的关键是积极发展汽车电子产业。
“汽车发动机曲轴凸轮轴信号模拟系统”属于一种单片机应用系统，单片机和外围电路模拟产生任何型号的发动机曲轴和凸轮轴信号，系统的状态信息通过前面板配有显示终端实时地显示。
1.1 汽车发动机电控系统概述
ECU（Electronic Control Unit）电子控制单元，又称“行车电脑”、“车载电脑”等。与普通的单片机一样，它由微处理器（CPU）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）存储器（ROM、、RAM）、及驱动、整形等大规模集成电路组成。电控单位以其内存的程序和数据对各类传感器输入的信息展开运算、处理、判断为依据，然后输出指令，比如，向喷油器供给给定宽度的电脉冲信号来掌控喷油量。电控单位由微型处理器、控制电路、输入电路和输出电路等电路构成。ECU的电压工作范围一般为6.516V、工作电流为0.0150.1A、工作温度为40℃~80℃，能承受1000Hz以下的振动。所以ECU损坏的可能性非常小，CPU是ECU的核心部分，它发挥着运算与控制的功能，当发动机运作时，它将各传感器的信号进行采集并运算，然后程序把运算数据转变为控制信号，通过输出电路输出，从而达到控制被控对象的目的。它还控制存储器、输入/输出接口及其它外部电路；以大量试验和精准计算取得的数据为依据编写出存储器ROM中存放的程序，在发动机工作时，这个程序不停地与采集的各种传感器的信号进行计算和比对。其结果用来控制发动机的点火、怠速、废气再循环、空燃比等多项参数。
一般ECU都具备故障自诊断及保护功能，当系统发生故障时，RAM中会自行记下故障代码并采用相应的保护措施从上述的固有程序中读取替代程序以维持发动机的正常运转。这些故障信息还会显示在仪表盘上并保持，这样车主就你及时发现故障并作出处理。
有些中高级轿车，不仅在发动机上配置ECU，其它很多地方也应用ECU。比如电控自动变速器、防抱死制动系统、安全气囊系统、四轮驱动系统、主动悬架系统、多向可调电控座椅等。随着轿车电子化自动化程度的提高，线路越来越复杂，ECU将趋向增多。CAN数据总线可以简化电路和降低成本。CAN总线技术就是在多个ECU之间的信息传递构成多路复用通信网络，将整车的ECU构成一个网络系统。
发动机曲轴与凸轮轴信号是在ECU处理的所有信号中最重要的信号。
1.2曲轴与凸轮轴传感器介绍
曲轴位置传感器是发动机电子控制系统中最主要的传感器之一，车型不同它的结构也可能不同，有磁电感应式、霍尔效应式和光电式。它提供点火时刻（点火提前角）、确认曲轴位置的信号，用来检测曲轴转角、活塞上止点及发动机转速。它的安装位置一般在曲轴的前端、凸轮轴的前端、飞轮上或分电器内[1]。
磁电感应式转速传感器和曲轴位置传感器安装在分电器内，分为上、下两层。该传感器由永磁感应检测线圈和转子（正时转子和转速转子）构成，转子随分电器轴一同扭转。正时转子的种类有一、二或四个齿等多种，转速转子有24个齿。
霍尔效应式转速传感器与曲轴位置传感器的规律是应用霍尔效应的信号发生器。霍尔信号发生器安装在分电器内，它与分火头同轴，霍尔芯片和永久磁铁以一个整体把它装在分电器盘上。触发叶轮上的缺口数与发动机气缸数相同。当永久磁铁和霍尔元件之间进入触发叶轮上的叶片，霍尔触发器的磁场被叶片旁路，此时无霍尔电压产生，传感器无输出信号；当触发叶轮上的缺口部分进入永久磁铁和霍尔元件之间时，此时磁力线进入霍尔元件，霍尔电压升高，传感器输出电压信号。
光电式曲轴位置传感器一般装在分电器内，由信号发生器与带光孔的信号盘构成。它的信号盘和分电器轴一同旋转，信号盘外圈分布有360条光刻间隔，产生曲轴转角的信号为1°；它稍靠内分布有以60°为间隔均布的 6 个光孔，产生的曲轴转角信号为120°，此中1个光孔较宽，它会产生相对于 1 缸上止点的信号。
曲轴信号和凸轮轴信号是发动机控制系统中最重要的输入信号，它们是控制喷油和点火时刻(点火提前角)必不可少的信号[2]。
1.3国内外研究概况
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