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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Regulador automático de ângulo OZ em K1816BE31. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Microcontroladores Dispositivos projetados para manter automaticamente o tempo de ignição (OZ) de um motor de combustão interna em um nível ideal ainda são bastante complexos. Eles podem ser simplificados usando microcircuitos com alto grau de integração. Um exemplo disso é mostrado abaixo. A maneira mais óbvia de melhorar os indicadores mais importantes de um motor de combustão interna a gasolina é substituir o regulador de ângulo centrífugo OZ por um eletrônico com manual e, melhor ainda, com controle automático. Reguladores eletrônicos semelhantes já foram descritos na revista [1; 2]. Com base no dispositivo [2], desenvolvi um controlador de ângulo automático mais simples O3. A simplificação foi conseguida usando o microcontrolador K1816BE31. A presença de dois temporizadores digitais de dezesseis dígitos permite medir contínua e simultaneamente a velocidade do virabrequim e controlar o ângulo OZ. Ao contrário do protótipo, os contatos do disjuntor permanecem na posição do ângulo inicial 03, como para um regulador centrífugo mecânico, o que garante um modo normal de ignição durante a partida do motor. O regulador automático é projetado para funcionar com um interruptor de contato e um sistema de ignição eletrônica. O atraso da centelha em relação ao momento de abertura dos contatos é igual à diferença entre o período de centelhamento (Ti - 1 / fi, onde fi é a frequência de abertura dos contatos do disjuntor) e o tempo de avanço da ignição (correspondente ao ângulo OZ em uma velocidade específica do virabrequim do motor). O cálculo do momento de centelhamento é repetido a cada meia volta do virabrequim, o que praticamente garante a inércia do regulador. Ele também prevê a introdução de uma correção temporária por um corretor de octanas, que define o valor e o sinal da correção. Dependendo da posição da válvula borboleta do carburador e da rotação do motor, a válvula solenóide do economizador é controlada de acordo com um algoritmo padrão. O diagrama esquemático do controlador digital é mostrado na fig. 1. O dispositivo consiste em uma unidade processadora, um modelador de entrada, uma unidade de saída, um corretor de octanagem, uma unidade de controle da válvula solenoide do economizador, um estabilizador de tensão e um circuito de isolamento galvânico dos contatos do microinterruptor.
O elemento principal do nó processador é um microcontrolador DD1 de chip único, incluído de acordo com um esquema típico com memória externa (armazena programas). O microcontrolador é cronometrado pelo oscilador embutido, cuja frequência é definida pelo ressonador de quartzo ZQ1. Chip DD3 - trava endereço de byte baixo. O shaper, consistindo de um amplificador de entrada em um transistor VT1, um único vibrador nos elementos DD2.1, DD2.4 e um gatilho DD2.2, DD2.3, é montado de acordo com o esquema de [2] e é projetado para eliminar as consequências do ressalto dos contatos do disjuntor e fornecer um sinal de baixo nível à entrada P3.2 do controlador quando os contatos do disjuntor são abertos. A entrada do shaper é conectada ao disjuntor do motor do carro. O interruptor SA1 permite desligar o regulador automático e enviar um sinal do interruptor diretamente para a unidade de ignição. Isso, em particular, permite dar partida no motor com uma bateria muito descarregada, quando a tensão da rede de bordo é insuficiente para o funcionamento normal da máquina. O corretor de octanas inclui os interruptores SB1, SA2 e um codificador nos diodos VD8-VD22. A correção do momento da faísca é discreta, com um passo definido por software de 0,7 graus. Dependendo da posição da chave SA2, o sinal no código binário inverso através dos diodos entra nas entradas P1.0-P1.3 do microcontrolador e define o número de etapas de correção para ele. Da chave SB1 para a entrada P1.6 do controlador, é recebido um sinal que determina o sinal da correção. É determinado por software que os contatos abertos desta chave correspondem a um aumento e os contatos fechados correspondem a uma diminuição no tempo de ignição em relação ao valor nominal. O nó de saída é montado em um único vibrador DD4.1, DD4.3 com um amplificador baseado nos transistores VT3, VT5 de acordo com o esquema de [1] e é projetado para gerar pulsos de polaridade positiva com amplitude de 12 V e duração de 500 μs para iniciar o sistema de ignição eletrônica. Se a saída do elemento DD4.1 estiver conectada às entradas de um elemento livre DD4.4 (não mostrado no diagrama), então uma sequência de pulsos pode ser removida da saída do elemento DD4.4 para alimentar um tacômetro eletrônico. A unidade de controle da eletroválvula é montada no elemento DD4.2 e nos transistores VT2, VT4 de acordo com o esquema de [3]. Um nível lógico baixo na saída P3.5 do controlador, após ser invertido pelo elemento DD4.2, abre os transistores VT2, VT4. Através do transistor aberto VT4, uma tensão de 12 V é fornecida ao enrolamento da válvula solenóide, que controla o fluxo de combustível para o carburador do motor. Um nó é montado no relé K1, que fornece isolamento galvânico da entrada do microcontrolador dos contatos do sensor-microswitch, que é instalado no carburador e conectado mecanicamente ao acelerador. Quando o damper está aberto, os contatos do sensor são fechados e uma tensão de 1 V é aplicada ao enrolamento do relé K12. Através dos contatos fechados K1.1 do relé, um nível lógico baixo é aplicado à entrada P1.7 do controlador, informando-o sobre a abertura do acelerador. O auto-regulador é alimentado pela rede de bordo do carro. Através do filtro de entrada L1C13, a tensão CC é fornecida ao estabilizador DA1, de cuja saída uma tensão de 5 V é fornecida aos microcircuitos e outros nós. O regulador liga simultaneamente com a ignição do carro. Quando a tensão de alimentação é aplicada, o capacitor C6 é carregado através do resistor R8, gerando um sinal de reset, segundo o qual o controlador DD1 entra em seu estado inicial e realiza operações preparatórias. Primeiro, ele define um nível baixo na saída P3.5, que, após ser invertido pelo elemento DD4.2 e amplificado pelo transistor VT2, abre o transistor VT4 e a tensão da rede de bordo é fornecida ao enrolamento da válvula solenóide, permitindo assim que o combustível seja fornecido ao carburador do motor. Em segundo lugar, um pulso de baixo nível na entrada inferior do elemento DD2.2 de acordo com o circuito define o gatilho DD2.2, DD2.3 para seu estado inicial, no qual a saída do elemento DD2.2 é alta e a saída do elemento DD2.3 é baixa. Em terceiro lugar, habilita uma interrupção de baixo nível na entrada P3.2. Em quarto lugar, define os temporizadores internos - contadores TO e T1 para o modo de 16 bits e permite a interrupção do temporizador interno T1. Os temporizadores do controlador são organizados para que seu estado seja incrementado em 1 após 12 ciclos do oscilador. A uma frequência de relógio de 12 MHz, o estado do temporizador aumenta após 1 µs, o que permite medir um período não superior a 65535 µs, o que corresponde a uma velocidade da cambota do motor de pelo menos 457 min-1. Quando o temporizador passa do estado "todos uns" para o estado "todos zeros", um sinalizador de estouro é definido em um registro especial do controlador, segundo o qual, se a interrupção estiver habilitada, o controlador executa a sub-rotina correspondente atendendo a esse interromper. Em seguida, o controlador redefine os temporizadores, inicia a contagem TO do temporizador e entra no modo de espera por um nível baixo na entrada P3.2. Assim, o controlador digital está pronto para ligar o motor. Na primeira abertura dos contatos do disjuntor na saída do único vibrador DD2.1, DD2.4, será gerado um pulso com duração de 500 μs que, após diferenciação pelo circuito C7R11R12, acionará o gatilho DD2.2. 2.3, DD2.2 e um nível baixo será definido na saída do elemento DD3.2. Entrando na entrada PXNUMX do controlador, ele chamará a rotina de serviço de interrupção apropriada, que para o temporizador TO, salva seu estado, executa a configuração inicial e reinicia no modo de contagem. Depois disso, o valor armazenado do temporizador TO é analisado. Quando o motor é ligado, a rotação do virabrequim é menor do que o permitido para medição, portanto, o cronômetro de manutenção transborda. Sob esta condição, o controlador sem atraso irá gerar um pulso curto de baixo nível na saída P3.4, que irá iniciar o único vibrador DD4.1, DD4.3. Um pulso de baixo nível com duração de 500 μs, gerado na saída de um único vibrador, fechará os transistores VT3, VT5 e iniciará o sistema eletrônico de ignição do motor. Depois disso, o controlador com um pulso de baixo nível para a entrada inferior do elemento DD2.2 define o gatilho DD2.2, DD2.3 para seu estado original e novamente entra em modo de espera para a próxima troca de gatilho. Quando a rotação do virabrequim ultrapassa 457 min-1, o estouro do timer de manutenção não ocorre mais e o controlador analisa o período de centelhamento ao executar a rotina de processamento de interrupção na entrada P3.2. De acordo com as características do regulador mecânico P147B, mostrado na fig. 2 (N - velocidade do virabrequim).
Em sua seção horizontal de zero ao ponto 1, o dispositivo gera pulsos de saída sem atraso, ou seja, no momento da abertura dos contatos do disjuntor, na seção 1 - 2, o controlador calcula o atraso necessário na formação do pulso de ignição de acordo com o Fórmula tset = (tmeas - φoz tmeas/180) - tcalc ± tcorr, onde tzad - tempo de atraso de ignição, μs; tmeas - tempo entre duas aberturas adjacentes do disjuntor, µs; φoz - o valor do ângulo de avanço da ignição em uma velocidade específica do virabrequim do motor, graus; tcalc - tempo decorrido desde o momento da abertura dos contatos da ampola até o final do cálculo do retardo de ignição, μs; tcorr - correção de tempo (correção de ignição), dependendo da posição da chave corretora de octanagem e da chave de sinal de correção, μs. O valor de atraso resultante é subtraído de 65536, o resultado corrige o temporizador T1, após o qual ele inicia e o conteúdo do temporizador começa a aumentar em um a cada microssegundo. Simultaneamente à conclusão do cálculo do atraso de ignição, o controlador liga ou desliga a válvula solenóide, dependendo da posição da válvula borboleta do carburador e da velocidade do eixo do motor. Quando o acelerador está aberto, o controlador mantém constantemente um nível baixo na saída P3.5, permitindo assim que o combustível seja fornecido ao carburador. Quando está fechado, o relé K1 libera a armadura, os contatos K1.1 abrem e um nível alto é aplicado na entrada P10 do controlador através do resistor R1.7. O controlador compara o período de centelhamento medido com limites de tempo definidos por software e abre ou fecha a válvula de acordo. Esses limites de tempo correspondem aos definidos na unidade de controle do economizador, que foi montada no veículo. Após a conclusão da rotina de interrupção na entrada P3.2, o controlador define o gatilho DD2.2, DD2.3 para seu estado inicial e aguarda o sinal de interrupção do temporizador T1. Após um certo tempo, o timer T1 estoura, e gera uma requisição para processar o vetor de interrupção. O controlador executa a sub-rotina correspondente, pára o temporizador T1, inicia o vibrador único DD4.1, DD4.3 com um pulso de baixo nível. O transistor fechado VT4 gerará um pulso inicial para a unidade de ignição. Depois de completar a sub-rotina, o controlador novamente espera um nível baixo para entrar em P3.2. Como os contatos do disjuntor abrem a cada meia volta do virabrequim do motor, o tempo medido pelo cronômetro TO em cada ciclo corresponde a 180 graus. O tempo medido é dividido programaticamente por 256 (é obtido um resultado correspondente a 0,7 graus) e multiplicado pelo código inserido no codificador nos diodos VD8-VD22. Como resultado, obtém-se o tempo de correção do atraso de ignição tcorr, que é levado em consideração no cálculo final do atraso de ignição com o sinal correspondente. O ângulo de correção OZ da chave SA2 pode ser alterado na faixa de 0 a +6,3 ou de 0 a -6,3 graus, que correspondem às linhas pontilhadas superior e inferior na Fig. 2. O uso do código inverso permite reduzir o número de diodos no codificador. Ao definir um ângulo de correção negativo, a característica do controlador é limitada pelo software para que o ângulo OC resultante não possa assumir valores negativos. Consideremos a formação das características do autômato-regulador (a mesma do regulador centrífugo), mostrada na Fig. 2 (linha tracejada grossa). Em um regulador centrífugo, essa forma de característica é definida por duas molas de rigidez diferente, que entram em ação uma após a outra com o aumento da frequência de rotação do eixo do picador. A linha consiste em quatro seções. Na primeira seção da origem ao ponto 1, o ângulo 03 é igual a zero. As três seções restantes - 1-2, 2-3 e 3-4 - são aproximadas por linhas retas e expressas por um sistema de três equações lineares para a dependência do ângulo O3 da velocidade do virabrequim, geralmente descrita pelo fórmula φoz = K (N - N0) + φbegin, onde φoz é o ângulo atual da OZ, graus; N - frequência atual de rotação do virabrequim do motor, min-1; N0 - frequência de rotação no ponto inicial da seção, min-1; K - coeficiente levando em consideração o ângulo de inclinação do local em relação ao eixo N; φbegin - o ângulo inicial da OZ para o site, deg. Substituindo essas três equações para cada seção na fórmula para tset e realizando transformações, obtemos um sistema de três equações lineares com a dependência do tempo de atraso do momento de faísca no intervalo de tempo medido entre duas aberturas adjacentes do interruptor: tset = (tmeas K1/256 - B1) - tpasch ± tcorr (para a seção 1-2); tset = (tmeas K2/256 - B2) - tpasch ± tcorr (para 2-3); tset = (tmeas K3/256 - B3) - tpasch ± tcorr (para 3-4), onde K1, B1, K2, B2, K3, B3 são os coeficientes calculados para as seções correspondentes da característica. Para determinar esses coeficientes, um programa (Tabela 1) foi escrito na linguagem de programação Q-Basic.
Os parâmetros iniciais para isso são as características do regulador centrífugo do disjuntor-distribuidor R147V do carro Moskvich-2140, da descrição técnica [4] - o ângulo de rotação e a velocidade de rotação do virabrequim do motor (não confundir com a velocidade de rotação e sua rotação é metade da do virabrequim) nos pontos 1, 2, 3 - tabela. 2.
Na tabela. 3 resume os resultados do cálculo para o programa indicado. O valor da velocidade do virabrequim de 6000 min-1 é considerado condicionalmente máximo, pois a seção do ponto 3 é horizontal. Para simplificar o programa de controle do controlador, os valores do período de ignição no início das seções da característica são considerados iguais ao múltiplo mais próximo de 256.
Na tabela. 4 mostra os códigos do programa, que é colocado na ROM DS1; garante o funcionamento do controlador DD1.
Com este programa, o regulador automático é semelhante em características ao disjuntor-distribuidor R147V e à unidade de controle do economizador 252.3761 do motor do carro Moskvich-2140, projetado para usar gasolina A-76. Os limites para ligar e desligar a eletroválvula de acordo com a frequência de rotação do virabrequim são considerados iguais a 1245 min-1 e 1500 min-1, respectivamente [5]. Os endereços do programa, no qual são inseridas as informações que determinam a característica do regulador, são indicados na Tabela. 5 e 6.
O conteúdo do programa é escrito em um código hexadecimal de dois bytes, exceto pelo ponto de ignição no início das seções correspondentes (T1, T2, T3), que são representados apenas pelo byte alto. Os limites para comutação da eletroválvula da forma de frequência para tempo (Tabela 6) são recalculados de acordo com a fórmula tpor = 3 107/Npor, onde tpor é o tempo em µs; Npor - velocidade em min-1. Para usar a máquina com outros reguladores centrífugos e unidades de controle do economizador, suas características são substituídas no cálculo. O regulador automático é montado em uma placa tecnológica com dimensões de 130x85 mm. As conexões são feitas com fio MGTF. Os interruptores SA1, SA2, SB1 são instalados no painel frontal do regulador. Se não for necessário controlar a válvula solenóide, os elementos R13-R15, R18, R19, VT2, VT4, VD6, VD7, K1 podem ser omitidos. A vista do dispositivo com a tampa removida é mostrada na Fig. 3.
Como microcontrolador, qualquer microcircuito da família Intel51 (180x31, 180x51, 180x52) ou seus equivalentes domésticos (K1816BE51, por exemplo) é adequado. Um regulador feito de peças reparáveis e sem erros não precisa ser ajustado. As recomendações para substituir elementos e verificar o desempenho são apresentadas em [1-3]. Os limites de ajuste para a correção do ângulo OZ podem, se desejado, ser aumentados para ± 10,5 graus usando a chave SA2 para 16 posições com a adição do número apropriado de diodos ao encoder. Também é possível utilizar um encoder em forma de chave para 4 direções e 10 ou 16 posições, conforme [1]. O regulador é montado no painel do carro e conectado ao disjuntor, unidade de ignição, válvula solenóide e sensor no carburador com um cabo blindado. Antes de instalar o regulador eletrônico, fixe os crackers do regulador centrífugo em sua posição original. O momento de abertura dos contatos do disjuntor deve corresponder ao ângulo inicial da OZ. O capacitor do disjuntor deve ser desconectado. Ao instalar o regulador automático em carros com sensor de parafuso instalado no carburador (seus contatos são fechados quando o acelerador é fechado), é necessário conectar o resistor R10 aos contatos fechados do relé K1. Embora o dispositivo seja projetado para funcionar com um disjuntor de contato e um sistema de ignição eletrônica, com o refinamento apropriado do driver de entrada e da unidade de saída, ele é capaz de funcionar com um disjuntor sem contato e outros tipos de unidade de ignição. O texto fonte do programa para K1816BE31 Literatura
Autor: A. Obukhov, Perm
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