0 引言
發動機轉速表能準確地反映發動機的工作狀況。現在,轎車一 般都是電子式轉速表,包括指針式和液晶數字顯示式,表內有數字集成電路,它將點火線圈輸送過來的電壓脈衝經過計算後驅動指針移動或數字顯示。另外還有一種 轉速表是從發電機取出脈衝信號送到轉速表電路解釋後顯示轉速值,不過因受發電機皮帶打滑等因素影響,數值不太精確[1-2]。目前,手持式轉速表應用很 廣,有光電式轉速表、感應式轉速表,還有用RF401等集成電路晶片來實現對汽車發動機轉速的遙測。有些產品雖然能達到很高的精度,但是在快速性和穩定性 上還存在一定的欠缺,而且有些高端產品價格昂貴[3]。
針對上述問題,設計了一種非接觸型汽油發動機轉速表,由天線接收脈衝信號,單片機通過測量脈衝周期的方法得到脈衝頻率,並通過按鍵設置衝程與汽缸數,計算出發動機轉速,並顯示數據.
轉速表工作原理
汽油發動機的工作循環包括進氣、壓縮、點火、排氣。對於二衝程發動機, 1個工作循環發動機曲軸轉1周,發動機點火1次。對於四衝程發動機, 1個工作循環曲軸轉2周,點火1次。所以發動機點火脈衝的頻率與發動機的轉速存在對應關係。發動機汽缸有單缸和多缸,汽缸數與發動機轉速成反比關係在發動機點火時,高壓軟管會產生點火脈衝,測得此脈衝信號的頻率,按照發動機的具體衝程和氣缸數,通過一定的計算便可得到發動機的轉速值:
式中:n為發動機的轉速,r/min; f為點火脈衝頻率,Hz;s為衝程數; c為氣缸數。
工作原理圖如圖1所示。
文獻[4]中將採集到的脈衝信號發大整形,通過計算在一定時間內測得的脈衝個數來計算點火脈衝的頻率。這種方法,當測量由每秒轉速來表示發動機每分鐘轉 速時,誤差就會被放大。雖然文獻[4]中採用一定方法法來降低誤差,但是不能消除誤差,在實際應用時測速精度仍然沒有明顯提高。而且抗幹擾性能不佳使得測 量讀數有很大波動。由於採樣周期長導致到達穩定值的過渡時間較長,尤其是在測低速時。
文中採用了脈衝周期測量法來測量轉速。由於頻率與 周期成反比,所以如果可以精確測到相鄰點火脈衝間的寬度,那麼結果在理論上將可以比上一種方法更精確。為了進一步提高精度,在算法中還加入了平均值數字濾波模塊。脈衝周期測量法可以快速並且穩定地顯示讀數,而且精度很高。對實驗板進行了實車測量,結果證明了此方法的有效性。
2 硬體電路設計
硬體部分包括信號採集單元、信號處理單元和顯示單元。信號採集單元由天線、放大、整形電路組成,由天線取得脈衝信號,經放大、整形後輸入信號處理單元;信號處理單元為單片 機,按鍵連接單片機的輸入,單片機的輸出連接顯示單元;脈衝信號經單片機處理後進行數字顯示。
2. 1 信號採集單元
天線集成在電路板上,在35~220 mm的測定範圍內,將轉速表靠近高壓軟線(無分電器的靠近高壓軟線束),高壓點火信號將被天線感應,通過RCL前端網絡耦合。由三極體組成共射放大電路對信號進行放大,如圖2所示。
由LM339組成的遲滯比較器對信號進行初步的整形。輸出的信號經過由CD4011組成的觸發電路和LM339組成的遲滯比較器進一步整形,如圖3所示。