一種汽油發(fā)動機感應式數(shù)字轉速表設計方案解析

?0　引言
　　發(fā)動機轉速表能準確地反映發(fā)動機的工作狀況?，F(xiàn)在，轎車一 般都是電子式轉速表，包括指針式和液晶數(shù)字顯示式，表內有數(shù)字集成電路，它將點火線圈輸送過來的電壓脈沖經過計算后驅動指針移動或數(shù)字顯示。另外還有一種 轉速表是從發(fā)電機取出脈沖信號送到轉速表電路解釋后顯示轉速值，不過因受發(fā)電機皮帶打滑等因素影響，數(shù)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等集成電路芯片來實現(xiàn)對汽車發(fā)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(wěn)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(fā)動機轉速表，由天線接收脈沖信號，單片機通過測量脈沖周期的方法得到脈沖頻率，并通過按鍵設置沖程與汽缸數(shù)，計算出發(fā)動機轉速，并顯示數(shù)據(jù)。
　　轉速表工作原理
　　汽油發(fā)動機的工作循環(huán)包括進氣、壓縮、點火、排氣。對于二沖程發(fā)動機， 1個工作循環(huán)發(fā)動機曲軸轉1周，發(fā)動機點火1次。對于四沖程發(fā)動機， 1個工作循環(huán)曲軸轉2周，點火1次。所以發(fā)動機點火脈沖的頻率與發(fā)動機的轉速存在對應關系。發(fā)動機汽缸有單缸和多缸，汽缸數(shù)與發(fā)動機轉速成反比關系在發(fā)動 機點火時，高壓軟管會產生點火脈沖，測得此脈沖信號的頻率，按照發(fā)動機的具體沖程和氣缸數(shù)，通過一定的計算便可得到發(fā)動機的轉速值：
　　
　　式中：n為發(fā)動機的轉速，r/min; f為點火脈沖頻率，Hz;s為沖程數(shù); c為氣缸數(shù)。
　　工作原理圖如圖1所示。
　　
　　文獻［4］中將采集到的脈沖信號發(fā)大整形，通過計算在一定時間內測得的脈沖個數(shù)來計算點火脈沖的頻率。這種方法，當測量由每秒轉速來表示發(fā)動機每分鐘轉 速時，誤差就會被放大。雖然文獻［4］中采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。而且抗干擾性能不佳使得測 量讀數(shù)有很大波動。由于采樣周期長導致到達穩(wěn)定值的過渡時間較長，尤其是在測低速時。
　　文中采用了脈沖周期測量法來測量轉速。由于頻率與 周期成反比，所以如果可以精確測到相鄰點火脈沖間的寬度，那么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(shù)字濾 波模塊。脈沖周期測量法可以快速并且穩(wěn)定地顯示讀數(shù)，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　硬件電路設計
　　硬件部分包括信號采集單元、信號處理單元和顯示單元。信號采集單元由天線、放大、整形電路組成，由天線取得脈沖信號，經放大、整形后輸入信號處理單元;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;脈沖信號經單片機處理后進行數(shù)字顯示。
　　2. 1　信號采集單元
　　天線集成在電路板上，在35~220 mm的測定范圍內，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(wǎng)絡耦合。由三極管組成共射放大電路對信號進行放大，如圖2所示。