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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Regulador automático de ángulo OZ en K1816BE31. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Microcontroladores Los dispositivos diseñados para mantener automáticamente el tiempo de encendido (OZ) de un motor de combustión interna en un nivel óptimo siguen siendo bastante complejos. Se pueden simplificar utilizando microcircuitos con un alto grado de integración. Un ejemplo de esto se muestra a continuación. La forma más obvia de mejorar los indicadores más importantes de un motor de combustión interna de gasolina es reemplazar el regulador de ángulo centrífugo OZ por uno electrónico con control manual, y mejor aún, con control automático. Reguladores electrónicos similares ya han sido descritos en la revista [1; 2]. Basado en el dispositivo [2], desarrollé un controlador de ángulo automático O3 más simple. La simplificación se logró utilizando el microcontrolador K1816BE31. La presencia de dos temporizadores digitales de dieciséis dígitos le permite medir de forma continua y simultánea la velocidad del cigüeñal y controlar el ángulo OZ. A diferencia del prototipo, los contactos del interruptor permanecen en la posición del ángulo inicial 03, como para un regulador centrífugo mecánico, que asegura un modo de encendido normal durante el arranque del motor. El regulador automático está diseñado para trabajar con un interruptor de contacto y un sistema de encendido electrónico. El retardo de encendido relativo al momento de apertura de los contactos es igual a la diferencia entre el período de encendido (Ti - 1 / fi, donde fi es la frecuencia de apertura de los contactos del interruptor) y el tiempo de avance del encendido (correspondiente al ángulo OZ en una velocidad específica del cigüeñal del motor). El cálculo del momento de chispa se repite cada media vuelta del cigüeñal, lo que prácticamente asegura la inercia del regulador. También prevé la introducción de una corrección temporal mediante un corrector de octanaje, que fija tanto el valor como el signo de la corrección. Dependiendo de la posición de la válvula de mariposa del carburador y la velocidad del motor, la válvula solenoide del economizador se controla de acuerdo con un algoritmo estándar. El diagrama esquemático del controlador digital se muestra en la fig. 1. El dispositivo consta de una unidad procesadora, un conformador de entrada, una unidad de salida, un corrector de octanaje, una unidad de control de electroválvula economizadora, un estabilizador de tensión y un circuito de aislamiento galvánico de los contactos del microinterruptor.
El elemento principal del nodo del procesador es un microcontrolador DD1 de un solo chip, incluido de acuerdo con un esquema típico con memoria externa (almacena programas). El microcontrolador es sincronizado por el oscilador incorporado, cuya frecuencia es establecida por el resonador de cuarzo ZQ1. Chip DD3: dirección de byte bajo de pestillo. El modelador, que consta de un amplificador de entrada en un transistor VT1, un solo vibrador en los elementos DD2.1, DD2.4 y un disparador DD2.2, DD2.3, se ensambla de acuerdo con el esquema de [2] y está diseñado para eliminar las consecuencias del rebote de los contactos del interruptor y suministrar una señal de bajo nivel a la entrada P3.2 del controlador cuando se abren los contactos del interruptor. La entrada del moldeador está conectada al interruptor del motor del automóvil. El interruptor SA1 le permite apagar el regulador automático y enviar una señal desde el interruptor directamente a la unidad de encendido. Esto, en particular, permite arrancar el motor con una batería muy descargada, cuando el voltaje de la red de a bordo es insuficiente para el funcionamiento normal de la máquina. El corrector de octanaje incluye interruptores SB1, SA2 y un codificador en diodos VD8-VD22. La corrección del momento de la chispa es discreta, con un paso establecido por software de 0,7 grados. Dependiendo de la posición del interruptor SA2, la señal en el código binario inverso a través de los diodos ingresa a las entradas P1.0-P1.3 del microcontrolador y establece el número de pasos de corrección. Del interruptor SB1 a la entrada P1.6 del controlador se recibe una señal que determina el signo de la corrección. El software determina que los contactos abiertos de este interruptor corresponden a un aumento y los contactos cerrados corresponden a una disminución en el tiempo de encendido en relación con el valor nominal. El nodo de salida está ensamblado en un solo vibrador DD4.1, DD4.3 con un amplificador basado en transistores VT3, VT5 según el esquema de [1] y está diseñado para generar pulsos de polaridad positiva con una amplitud de 12 V y una duración de 500 μs para iniciar el sistema de encendido electrónico. Si la salida del elemento DD4.1 está conectada a las entradas de un elemento libre DD4.4 (que no se muestra en el diagrama), entonces se puede eliminar una secuencia de pulsos de la salida del elemento DD4.4 para alimentar un tacómetro electrónico. La unidad de control de la electroválvula se ensambla en el elemento DD4.2 y los transistores VT2, VT4 según el esquema de [3]. Un nivel lógico bajo en la salida P3.5 del controlador, luego de ser invertido por el elemento DD4.2, abre los transistores VT2, VT4. A través del transistor abierto VT4, se suministra un voltaje de 12 V al devanado de la válvula solenoide, que controla el flujo de combustible hacia el carburador del motor. Se ensambla un nodo en el relé K1, que proporciona aislamiento galvánico de la entrada del microcontrolador de los contactos del sensor-microinterruptor, que está instalado en el carburador y está conectado mecánicamente al acelerador. Cuando la compuerta está abierta, los contactos del sensor están cerrados y se aplica una tensión de 1 V al devanado del relé K12. A través de los contactos cerrados K1.1 del relé, se aplica un nivel lógico bajo a la entrada P1.7 del relé. controlador, informándole sobre la apertura del acelerador. El autorregulador se alimenta de la red de a bordo del coche. A través del filtro de entrada L1C13, se suministra voltaje de CC al estabilizador DA1, desde cuya salida se suministra un voltaje de 5 V a los microcircuitos y otros nodos. El regulador se enciende simultáneamente con el encendido del automóvil. Cuando se aplica la tensión de alimentación, el condensador C6 se carga a través de la resistencia R8, generando una señal de reinicio, según la cual el controlador DD1 pasa a su estado inicial y realiza operaciones preparatorias. Primero, establece un nivel bajo en la salida P3.5 que, después de ser invertido por el elemento DD4.2 y amplificado por el transistor VT2, abre el transistor VT4 y el voltaje de la red de a bordo se suministra al devanado de la válvula solenoide, lo que permite que se suministre combustible al carburador del motor. En segundo lugar, un pulso de bajo nivel en la entrada inferior del elemento DD2.2 según el circuito establece el disparador DD2.2, DD2.3 a su estado inicial, en el que la salida del elemento DD2.2 es alta, y la salida del elemento DD2.3 es baja. En tercer lugar, habilita una interrupción de bajo nivel en la entrada P3.2. En cuarto lugar, establece los temporizadores internos - contadores TO y T1 en modo de 16 bits y habilita la interrupción desde el temporizador interno T1. Los temporizadores del controlador están organizados de manera que su estado se incrementa en 1 después de 12 ciclos del oscilador. A una frecuencia de reloj de 12 MHz, el estado del temporizador se incrementa después de 1 µs, lo que permite medir un período no superior a 65535 µs, lo que corresponde a una velocidad del cigüeñal del motor de al menos 457 min-1. Cuando el temporizador pasa del estado "todos unos" al estado "todos ceros", se establece un indicador de desbordamiento en un registro especial del controlador, según el cual, si la interrupción está habilitada, el controlador ejecuta la subrutina correspondiente que da servicio a este interrumpir. A continuación, el controlador reinicia los temporizadores, inicia el temporizador para contar y pasa al modo de espera por un nivel bajo en la entrada P3.2. Por lo tanto, el controlador digital está listo para arrancar el motor. En la primera apertura de los contactos del interruptor en la salida del vibrador único DD2.1, DD2.4, se generará un pulso con una duración de 500 μs que, después de la diferenciación por el circuito C7R11R12, activará el gatillo DD2.2. 2.3, DD2.2 y se establecerá un nivel bajo en la salida del elemento DD3.2. Al ingresar a la entrada PXNUMX del controlador, llamará a la rutina de servicio de interrupción adecuada, que detiene el temporizador TO, guarda su estado, realiza la configuración inicial y se reinicia en modo de conteo. Después de eso, se analiza el valor almacenado del temporizador de mantenimiento. Cuando se arranca el motor, la velocidad del cigüeñal es inferior a la permitida para la medición, por lo tanto, el temporizador de mantenimiento se desborda. Bajo esta condición, el controlador sin demora generará un pulso corto de bajo nivel en la salida P3.4, que iniciará el vibrador único DD4.1, DD4.3. Un pulso de bajo nivel con una duración de 500 μs, generado a la salida de un solo vibrador, cerrará los transistores VT3, VT5 y encenderá el sistema de encendido electrónico del motor. Después de eso, el controlador con un pulso de bajo nivel a la entrada inferior del elemento DD2.2 establece el disparador DD2.2, DD2.3 a su estado original y nuevamente entra en modo de espera para el próximo cambio de disparador. Cuando la velocidad del cigüeñal supera los 457 min-1, el desbordamiento del temporizador de mantenimiento ya no se produce y el controlador analiza el período de activación al ejecutar la rutina de procesamiento de interrupción en la entrada P3.2. De acuerdo con las características del regulador mecánico P147B, que se muestra en la fig. 2 (N - velocidad del cigüeñal).
En su tramo horizontal de cero al punto 1, el dispositivo genera pulsos de salida sin demora, es decir, en el momento de abrir los contactos del interruptor, en la sección 1 - 2, el controlador calcula el retraso necesario en la formación del pulso de encendido de acuerdo con el fórmula tset = (tmedidas - φoz tmedidas/180) - tcalc ± tcorr, donde tzad - tiempo de retardo de encendido, μs; tmeas - tiempo entre dos aperturas adyacentes del interruptor, µs; φoz: el valor del ángulo de avance del encendido a una velocidad específica del cigüeñal del motor, grados; tcalc: el tiempo transcurrido desde el momento de abrir los contactos del interruptor hasta el final del cálculo del retardo de encendido, μs; tcorr - corrección de tiempo (corrección de encendido), dependiendo tanto de la posición del interruptor corrector de octano como del interruptor de señal de corrección, μs. El valor de retraso resultante se resta de 65536, el resultado fija el temporizador T1, después de lo cual se inicia y el contenido del temporizador comienza a aumentar en uno cada microsegundo. Simultáneamente con la finalización del cálculo del retardo de encendido, el controlador enciende o apaga la válvula solenoide según la posición de la válvula de mariposa del carburador y la velocidad del eje del motor. Cuando el acelerador está abierto, el controlador mantiene constantemente un nivel bajo en la salida P3.5, lo que permite que se suministre combustible al carburador. Cuando está cerrado, el relé K1 libera la armadura, los contactos K1.1 se abren y se aplica un nivel alto a la entrada P10 del controlador a través de la resistencia R1.7. El controlador compara el período de encendido medido con los umbrales de tiempo definidos por software y abre o cierra la válvula en consecuencia. Estos umbrales de tiempo corresponden a los establecidos en la unidad de control del economizador, que estaba montada en el vehículo. Después de completar la rutina de interrupción en la entrada P3.2, el controlador establece el disparador DD2.2, DD2.3 en su estado inicial y espera la señal de interrupción del temporizador T1. Después de cierto tiempo, el temporizador T1 se desborda y genera una solicitud para procesar el vector de interrupción. El controlador ejecuta la subrutina correspondiente, detiene el temporizador T1, inicia el vibrador único DD4.1, DD4.3 con un pulso de bajo nivel. El transistor cerrado VT4 generará un pulso de arranque para la unidad de encendido. Después de completar la subrutina, el controlador nuevamente espera un nivel bajo para ingresar a P3.2. Dado que los contactos del interruptor se abren cada media vuelta del cigüeñal del motor, el tiempo medido por el temporizador TO en cada ciclo corresponde a 180 grados. El tiempo medido se divide programáticamente por 256 (se obtiene un resultado correspondiente a 0,7 grados) y se multiplica por el código ingresado desde el codificador en los diodos VD8-VD22. Como resultado se obtiene el tiempo de corrección del retardo de encendido tcorr, que se tiene en cuenta en el cálculo final del retardo de encendido con el signo correspondiente. El ángulo de corrección OZ del interruptor SA2 se puede cambiar en el rango de 0 a +6,3 o de 0 a -6,3 grados, que corresponden a las líneas discontinuas superior e inferior de la Fig. 2. El uso del código inverso permite reducir el número de diodos en el codificador. Al configurar un ángulo de corrección negativo, la característica del controlador está limitada por el software para que el ángulo OC resultante no pueda tomar valores negativos. Consideremos la formación de las características del autómata-regulador (el mismo que el del regulador centrífugo), que se muestra en la Fig. 2 (línea discontinua gruesa). En un regulador centrífugo, esta forma de característica está determinada por dos resortes de diferente rigidez, que entran en acción uno tras otro con un aumento en la frecuencia de rotación del eje del picador. La línea consta de cuatro tramos. En el primer tramo desde el origen hasta el punto 1, el ángulo 03 es igual a cero. Las tres secciones restantes, 1-2, 2-3 y 3-4, se aproximan mediante líneas rectas y se expresan mediante un sistema de tres ecuaciones lineales para la dependencia del ángulo O3 de la velocidad del cigüeñal, que generalmente se describe mediante el fórmula φoz = K (N - N0) + φbegin, donde φoz es el ángulo actual de la OZ, grados; N - frecuencia actual de rotación del cigüeñal del motor, min-1; N0 - frecuencia de rotación en el punto de inicio de la sección, min-1; K - coeficiente teniendo en cuenta el ángulo de inclinación del sitio al eje N; φbegin - el ángulo inicial de la OZ para el sitio, grados. Sustituyendo estas tres ecuaciones para cada sección en la fórmula de tset y realizando transformaciones, obtenemos un sistema de tres ecuaciones lineales con la dependencia del tiempo de retardo del momento de la chispa del intervalo de tiempo medido entre dos aperturas adyacentes del interruptor: tset = (tmeas K1/256 - B1) - tpasch ± tcorr (para la sección 1-2); tset = (tmeas K2/256 - B2) - tpasch ± tcorr (para 2-3); tset = (tmedida K3/256 - B3) - tpasch ± tcorr (para 3-4), donde K1, B1, K2, B2, K3, B3 son los coeficientes calculados para las secciones correspondientes de la característica. Para determinar estos coeficientes, se escribió un programa (Tabla 1) en el lenguaje de programación Q-Basic.
Los parámetros iniciales para ello son las características del regulador centrífugo del interruptor-distribuidor R147V del automóvil Moskvich-2140, de la descripción técnica [4]: el ángulo de rotación y la velocidad de rotación del cigüeñal del motor (no confundir con la velocidad de rotación y su rotación es la mitad de la del cigüeñal) en los puntos 1, 2, 3 - tabla. 2.
En mesa. 3 resume los resultados del cálculo para el programa indicado. El valor de la velocidad del cigüeñal de 6000 min-1 se toma condicionalmente como el máximo, ya que la sección desde el punto 3 es horizontal. Para simplificar el programa de control del controlador, los valores del período de encendido al comienzo de las secciones de la característica se toman iguales al múltiplo más cercano de 256.
En mesa. 4 muestra los códigos del programa, que se coloca en la ROM DS1; asegura el funcionamiento del controlador DD1.
Con este programa, el regulador automático es similar en características al interruptor-distribuidor R147V y la unidad de control del economizador 252.3761 del motor del automóvil Moskvich-2140, diseñado para usar gasolina A-76. Los umbrales de encendido y apagado de la electroválvula según la frecuencia de rotación del cigüeñal se toman iguales a 1245 min-1 y 1500 min-1, respectivamente [5]. Las direcciones del programa, en las que se ingresa la información que determina la característica del regulador, se indican en la Tabla. 5 y 6.
El contenido del programa está escrito en código hexadecimal de dos bytes, excepto el período de encendido al comienzo de las secciones correspondientes (T1, T2, T3), que están representados solo por el byte alto. Los umbrales para conmutar la electroválvula de frecuencia a tiempo (Tabla 6) se recalculan según la fórmula tpor = 3 107/Npor, donde tpor es el tiempo en µs; Npor - velocidad en min-1. Para utilizar la máquina con otros reguladores centrífugos y unidades de control de economizadores, sus características se sustituyen en el cálculo. El regulador automático está montado en un tablero tecnológico con dimensiones de 130x85 mm. Las conexiones se realizan con cable MGTF. Los interruptores SA1, SA2, SB1 están instalados en el panel frontal del regulador. Si no es necesario controlar la electroválvula, se pueden omitir los elementos R13-R15, R18, R19, VT2, VT4, VD6, VD7, K1. La vista del dispositivo con la tapa quitada se muestra en la Fig. 3.
Como microcontrolador es adecuado cualquier microcircuito de la familia Intel51 (180x31, 180x51, 180x52) o sus homólogos domésticos (K1816BE51, por ejemplo). Un regulador hecho de piezas reparables y sin errores no necesita ser ajustado. Las recomendaciones para reemplazar elementos y verificar el rendimiento se establecen en [1-3]. Si se desea, los límites de ajuste para la corrección del ángulo OZ se pueden aumentar a ± 10,5 grados utilizando el interruptor SA2 para 16 posiciones con la adición del número apropiado de diodos al codificador. También es posible utilizar un codificador en forma de interruptor de 4 direcciones y 10 o 16 posiciones, como en [1]. El regulador está montado en el tablero del automóvil y conectado al interruptor, la unidad de encendido, la válvula solenoide y el sensor en el carburador con un cable blindado. Antes de instalar el regulador electrónico, fije las galletas del regulador centrífugo en su posición original. El momento de apertura de los contactos del interruptor debe corresponder al ángulo inicial de la OZ. El condensador del interruptor debe estar desconectado. Al instalar el regulador automático en automóviles con un sensor de tornillo instalado en el carburador (sus contactos están cerrados cuando el acelerador está cerrado), es necesario conectar la resistencia R10 a los contactos cerrados del relé K1. Aunque el dispositivo está diseñado para funcionar con un interruptor de contacto y un sistema de encendido electrónico, con el refinamiento apropiado del controlador de entrada y la unidad de salida, puede funcionar con un interruptor sin contacto y otros tipos de unidades de encendido. El texto fuente del programa para K1816BE31 Literatura
Autor: A. Obukhov, Perm
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