3.2.2.1. Thời gian ngậm điện cần thiết để nạp vào chƣơng trình
Để đảm bảo dịng Ing lớn (Ing là cường độ dịng điện cuộn sơ cấp tại thời điểm đánh lửa khi transistor cơng suất ngắt) khi động cơ chạy ở tốc độ cao, ta phải tăng tốc độ tăng trưởng của dịng sơ cấp vậy nên người ta sử dụng bobine cĩ độ tự
cảm (L1) nhỏ, đồng thời giá trị điện trở của cuộn sơ cấp (R1) phải nhỏ, đối với hệ thống đánh lửa lập trình ta cĩ bảng lựa chọn cường độ dịng điện:
Ing, (A) 5 6 7 8 1 R, (Ω) 0,90 0,75 0,64 0,56 1 L , (mH) 6,40 4,40 3,26 2,50 bb K 58 70 82 94 , 1 C (µF) 0,25 0,37 0,49 0,64 f R ,(Ω) 1,5 1,25 1,10 0,94
Chọn thơng số cơ bản của bobine: Ing=6 A 1 L = 4.4 mH 1 R=0.75 Ω ) 1 ( 1 . L R t ng d R U I (3.5)
Từ cơng thức tính (3.1) ta suy ra thời gian ngậm điện cần thiết để nạp vào chương trình sao cho dịng điện tại thời điểm ngắt mạch bằng 6A.
R U R I L t ng d ) . 1 ln( . . 1 (3.6) Trong đĩ:
- L1= 4.4 (mH) : Độ tự cảm của cuộn sơ cấp. - R=R1 Rf (Ω)
R1 : Điện trở cuộn sơ cấp. Rf : Điện trở phụ.
Hệ thống khơng cĩ sử dụng điện trở phụ nên:
R1 0,75
R
- U = 12 V : Hiệu điện thế cung cấp. Bỏ qua sự sụt áp trên transitor cơng suất và accu.
- Ing = 6 A : Cường độ dịng điện cuộn sơ cấp tại thời điểm đánh lửa khi transitor cơng suất ngắt.
ms R U R I L t ng d 2,757 . 1 ln . 1
3.2.2.2. Hiệu chỉnh gĩc đánh lửa theo các chế làm việc động cơ
Động cơ trên ơ tơ cĩ khả năng thích ứng rất cao. Từ lúc khởi động và trong suốt quá trình làm việc, chế độ làm việc của động cơ liên tục thay đổi. Tùy từng chế độ làm việc mà ECU thực hiện việc điều chỉnh gĩc đánh lửa sớm đúng với bản đồ gĩc đánh lửa sớm lý tưởng ở từng chế độ khởi động, sau khởi động.
- Chế độ khởi động
Khi khởi động chẳng hạn, hiệu điện thế accu sẽ bị sụt áp rất lớn, vì vậy ECU sẽ điều khiển tăng thời gian ngậm điện nhằm mục đích bảo đảm dịng sơ cấp tăng trưởng đến giá trị ấn định.
Thời gian ngậm điện thực tế:
tdtt = td + tdst
Trong đĩ:
tdtt : Là thời gian ngậm điện thực
td = 2,757 ms : Là thời gian ngậm khơng đổi khi thay đổi tốc độ động cơ. tdst : Là thời gian ngậm điện hiệu chỉnh khi cĩ tín hiệu khởi động.
Thời gian khởi động, ở chế độ khởi động ngắn nên trong board mạch này chọn tdst= 1 ms khi cĩ tín hiệu khởi động.
- Chế độ sau khởi động
Trong board này thì gĩc đánh lửa sớm thực tế khi động cơ hoạt động được xác định bằng cơng thức sau:
θ = θbđ + θcb + θhc (3.7)
Trong đĩ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- θ: là gĩc đánh lửa sớm thực tế. - θbđ: là gĩc đánh lửa sớm ban đầu. - θcb: là gĩc đánh lửa sớm cơ bản.
-θhc: là gĩc đánh lửa hiệu chỉnh, theo nhiệt độ nước làm mát.
Gĩc đánh lửa sớm ban đầu (θbđ) phụ thuộc vào cảm biến vị trí piston (tín hiệu G). Trong board mạch này gĩc đánh lửa ban đầu chọn 70
. Gĩc đánh lửa sớm cơ bản (θcb) sẽ được ECU đọc ra từ bộ nhớ dựa vào giá trị tốc độ động cơ (Ne) và giá trị điện áp của cảm biến vị trí bướm ga (VTA) báo về ECU. Trong board mạch này gĩc đánh lửa hiệu chỉnh sẽ theo tín hiệu nhiệt độ nước làm mát điện áp accu đưa về ECU.
Bản đồ gĩc đánh lửa được xác định bằng cách thực nghiệm khảo sát các gĩc đánh lửa tối ưu trên một vài loại động cơ của Toyota, Mitsubishi, Ford,… sau đĩ
thiết lập được bản đồ gĩc đánh lửa sớm của động cơ theo 2 thơng số của động cơ là
NE VTA 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 0 20 20 20 21 23 27 32 35 37 39 41 42 44 44 44 0.33 20 20 20 21 22 25 32 34 40 40 40 42 42 42 42 0.65 20 20 20 22 23 24 32 35 37 35 39 39 39 39 39 0.98 20 20 20 21 22 23 30 33 36 34 37 37 37 37 37 1.36 20 20 20 21 21 24 27 34 35 34 35 35 35 35 35 1.68 18 18 18 18 18 20 23 28 29 27 27 29 29 29 29 2.01 18 16 14 15 15 19 23 26 25 25 25 25 25 25 25 2.34 12 12 11 12 14 18 19 22 22 22 22 23 25 25 25 2.66 12 11 11 11 12 16 17 20 20 20 21 22 23 24 24 2.99 11 11 11 11 11 12 13 19 19 19 19 20 21 22 23 3.32 9 9 9 9 9 11 12 18 18 18 18 18 18 18 18 3.64 8 8 8 8 7 10 11 18 18 18 18 18 18 18 18 4.02 8 8 8 8 8 9 10 16 17 17 17 17 18 17 17 4.35 6 6 6 6 6 7 8 9 9 9 10 10 10 11 11 4.76 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5
Gĩc đánh lửa hiệu chỉnh theo nhiệt độ nước làm mát tùy thuộc vào nhiệt độ của động cơ được nhận biết từ cảm biến nhiêt độ nước làm mát mà gĩc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh tăng hoặc giảm cho thích hơp với điều kiện chạy của hịa khí trong buồng đốt. Khi nhiệt độ của động cơ nằm trong khoảng -200
đến 600 thì gĩc đánh lửa sớm được hiệu chỉnh sớm hơn từ 00
đến 150. Nếu nhiệt độ động cơ nhộ hơn -200
thì gĩc đánh lửa sớm cũng chỉ được cộng thêm 150. Sơ dĩ phải tăng gĩc đánh lửa sớm khi động cơ nguội là vì ở nhiệt độ thấp tốc độ chay chậm, nên phải kéo dài thời gian để nhiên liệu cháy hết nhằm tăng hiệu suất động cơ.
Bảng 3.7 Gĩc đánh lửa hiệu chỉnh
THW (nhiệt độ nƣớc làm mát) (gĩc đánh lửa hiệu chỉnh)
60 0 40 3 20 8 10 10 -20 15 3.3. Tính tốn, thiết kế phần cứng ECU 3.3.1. Chọn linh kiện chế tạo board mạch
Thơng thường các hãng chế tạo ECU thường thiết kế tăng cường khả năng tích hợp trên một chíp giúp giảm bớt số linh kiện phân lập trong ECU ví dụ như con vi điều khiển TC1766 ở thị trường Việt Nam rất hiếm và ít người sử dụng, đồng thời giá thành lại cao, điều này gây khĩ khăn khi sửa chữa các ECU hiếm trên thị trường do khơng tìm được linh kiện. Tiêu chí chọn linh kiện cho ECU ở đây là chọn linh kiện cĩ nhiều trên thị trường giúp cho quá trình chế tạo sửa chữa dễ dàng, tốc độ tính tốn lớn, đồng thời đạt độ tích hợp cao, nhưng giá thành vừa phải. Vi xử lý chính là ATMEGA16
Các linh kiện khác được chọn trên cơ sở đảm bảo tính tương thích, dịng tiêu thụ thấp, phổ biến trên thị trường.
Giới thiệu về atmega16
Sơ đồ chân của ATMEGA16
Hình 3.7 Sơ đồ chân của vi điều khiển ATMEGA 16
Atmega16 gồm cĩ 40 chân:
Chân 1 đến 8: Cổng nhập xuất dữ liệu song song B (PORTB) nĩ cĩ thể được sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu.
Chân 9: RESET để đưa chip về trạng thái ban đầu. Chân 10: VCC cấp nguồn nuơi cho vi điều khiển.
Chân 11,31: GND 2 chân này được nối với nhau và nối đất.
Chân 12,13: 2 chân XTAL2 và XTAL1 dùng để đưa xung nhịp từ bên ngồi vào chip.
Chân 14 đến 21: Cổng nhập xuất dữ liệu song song D (PORTD) nĩ cĩ thể được sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu.
Chân 22 đến 29: Cổng nhập xuất dữ liệu song song C (PORTC) nĩ cĩ thể được sử dụng các chức năng đặc biệt thay vì nhập xuất dữ liệu.
Chân 32: AREF điện áp so sánh tín hiệu vào ADC.
Chân 33 đến 40: Cổng vào ra dữ liệu song song A (PORTA) ngồi ra nĩ cịn được tích hợp bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ADC (analog to digital converter 2, vào ra của vi điều khiển).
Các tính năng của Atmega16
Hiệu xuất cao (high performance), là loại vi điều khiển AVR 8 bit cơng suất thấp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cấu trúc lệnh đơn giản, thời gian thực thi lệnh như nhau (thật ra là Advanced RISC Architecture).
131 lệnh thực thi trong vịng 1 chu kì chip.
32 x 8 thanh ghi cơng dụng chung (chắc là 32 thanh ghi cơng dụng chung 8 bit).
Đầy đủ các xử lí tĩnh.
Hỗ trợ 16 MIPS khi hoạt động ở tần số 16 MHz. Tích hợp bộ nhân 2 thực hiện trong 2 chu kì chip.
Bộ nhớ chương trình và dữ liệu khơng bay hơi (nonvolatile).
16k byte trong hệ thống flash khả trình cĩ thể nạp và xĩa 1,000 lần.
Tùy chọn khởi động phần mã với các bit nhìn độc lập trong hệ thống bằng cách vào chương trình khởi động chip.
512 byte EEPROM cĩ thể ghi và xĩa 100,000 lần. 1Kbyte ram nhớ tĩnh trong (internal SRAM). Lập trình khĩa cho phần mềm bảo mập. - Tính năng ngoại vi
2 bộ định thời/bộ đếm (timers/counters) 8 bit với các chế độ đếm riêng rẽ và kiểu so sánh.
1 bộ định thời/bộ đếm (timer/counter) 16 bit với các chế độ đếm riêng rẽ, kiểu so sánh và kiểu bắt sự kiện.
4 kênh băm xung PWM. 8 kênh ADC 10 bit.
Byte định hướng 2 đường giao tiếp nối tiếp. Giao tiếp USART nối tiếp khả trình.
Giao tiếp SPI nối tiếp chủ/tớ.
Bộ định thời khả trình giám sát xung nhịp của chip 1 cách riêng rẽ. - Các tính năng đặc biệt của vi điều khiển
Chế độ bật nguồn reset và lập trình Brown-out phát triển. Tích hợp mạch dao động RC bên trong.
Các ngắt trong và ngồi.
6 chế độ nghỉ : rảnh rỗi, giảm nhiễu ADC. Tiết kiệm năng lượng.
- Vào/ra và các gĩi dữ liệu
32 chân vào ra khả trình.
40-pin PDIP and 44-lead TQFP, and 44-pad QFN/MLF. - Điện áp sử dụng
4.5 – 5.5V dùng với atmega16. - Tốc độ xung nhịp dùng cho chip
0 – 16 MHz cho atmega16.
- Mơ tả
Atemega 16 là bộ vi điều khiển CMOS 8 bít tiêu thụ điện năng thấp dựa trên kiến trúc RISC (Reduced Intruction Set Computer). Vào ra Analog-digtal và ngược lại. Với cơng nghệ này cho phép các lệnh thực thi chỉ trong một chu kì xung nhịp, vì thế tốc độ xử lý dữ liệu cĩ thể đạt đến 1 triệu lệnh trên giây ở tần số 1 Mhz.
- Sơ đồ khối Atemega 16
Atmega 16 cĩ tập lệnh phong phú về số lượng với 32 thanh ghi làm việc đa năng. Tồn bộ 32 thanh ghi điều được nối trực tiếp với ALU (Arithmetic Logic Unit), cho phép truy cập 2 thanh ghi độc lập bằng một chu kì xung nhịp. Kiến trúc
đạt được tốc độ xử lý nhanh gấp 10 lần vi điều khiển dạng CISC (Complex Intruction Set Computer) thơng thường.
Khi sử dụng vi điều khiển Atmega 16, cĩ rất nhiều phần mềm được dùng để lập trình bằng nhiều ngơn ngữ khác nhau đĩ là: Trình dịch Assembly như AVR studio của Atmel, Trình dịch C như win AVR, Code Vision AVR C, ICCAVR…
Ổn áp LM 7805 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Là một bộ ổn áp được tích hợp sẵn trên một IC
- Mơ tả các chân của LM 7805.
Chân Đặc điểm Tính chất 1 Vin 7V Đến 20V 2 GND Nối đất 3 Vout 5 V - Nhiệt độ làm việc: 0 ÷ 120 o C Diode 1N5399 Hình 3.10 Diode 1N5399 Hình 3.9 IC ổn áp 7805
Thơng số kỹ thuật:
- Điện áp ngược cực đại: 1000 V. - Dịng chỉnh lưu trung bình: 2 A. - Dịng điện rị: 5µ A.
- Nhiệt độ làm việc: -50oC ÷ 125oC.
Opto PC817
Hinh 3.11 Opto PC817
- Tác dụng: Cách ly điều khiển giữa hai tầng mạch điện khác nhau. Mục đích:
- Nếu cĩ sự cố từ tầng ứng dụng như cháy, chập, tăng áp thì cũng khơng làm ảnh hưởng đến tầng điều khiển.
- Chú ý điện áp kích opto PC817 max 5v.
Hình 3.12 LM 358
Opam LM358.
Thơng số khi sử dụng cần chú ý: - Ucc max = 16v.
- Icc max = 0.7mA. - Uin min = 2mV. - Iin min = 2nA.
Hình 3.13 IRF 3205 Thơng số chú ý khi sử dụng:
VDS = 55V. RDS=8mΩ. ID= 110A.
3.3.2. Sơ đồ các khối trong ECU 3.3.2.1. Sơ đồ khối chung 3.3.2.1. Sơ đồ khối chung
Sơ đồ Cảm biến Vi xử lý Khối nguồn Màn hình LCD Đánh lửa Phun xăng Hình 3.14 Sơ đồ khối
3.3.2.2. Khối nguồn
- Vai trị
Biến nguồn điện một chiều 12V thành nguồn điện 1 chiều 5V để nuơi board mạch.
- Sơ đồ mạch điện và linh kiện
- Hoạt động
Nguồn 12 V lấy từ ACCU cho qua diode để bảo đảm an tồn nếu trường hợp mắc nhầm cọc bình. Ở đầu vào, ta đặt hai tụ C1 và C3 để dập xung nhọn bảo đảm an tồn cho ổn áp 7805. Tương tự đầu ra ta đặt hai tụ C2 và C4 để chống nhiểu nguồn. Tụ C1 và C2 là tụ một chiều cĩ giá trị là 104μF. Tụ C1và C4 là hai tụ xoay chiều cĩ giá trị 470μ F. Ở đầu ra của mạch cĩ LED báo nguồn.
3.3.2.3. Khối cảm biến
Cảm biến lƣu lƣợng khí nạp và nhiệt độ nƣớc làm mát
- Vai trị
Nhận biết lưu lượng khí nạp và nhiệt độ nước làm mát. - Sơ đồ mạch điện và linh kiện
Hình 3.16 Sơ đồ tín hiệu cảm biến lưu lượng khí nạp Hình 3.15 Khối tạo nguồn 5V cho vi điều khiển (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hoạt động
Chân Vcc cấp nguồn 5V từ mạch cấp nguồn. Chân Vs được nối qua tụ C5 trước khi đưa vào kênh ADC của vi điều khiển để lọc nhiễu cho vi điều khiển. Khi ta quay cánh bướm giĩ sẽ làm cho biến trở dịch chuyển phân áp cho chân Vs. Mức điện áp trên chân Vs dịch chuyển trong khoảng từ 0V đến 5V. Vi điều khiển sẽ đo mức điện áp này để nhận ra vị trí cánh bướm giĩ.
Cảm biến vị trí bƣớm ga
- Sơ đồ mạch điện và linh kiện
- Hoạt động
Chân Vcc cấp nguồn 5V từ mạch cấp nguồn. Chân VTA được nối qua điện trở C6 trước khi đưa vào kênh ADC của vi điều khiển để lọc nhiễu cho vi điều khiển. Khi ta quay cánh bướm ga sẽ làm cho biến trở dịch chuyển phân áp cho chân VTA. Mức điện áp trên chân VTA dịch chuyển trong khoảng từ 0V đến 5V. Vi điều khiển sẽ đo mức điện áp này để nhận ra vị trí cánh bướm ga.
Cảm biến nhiệt độ nƣớc làm mát
- Sơ đồ mạch điện và linh kiện
Hình 3.18 Sơ đồ tín hiệu cảm biến nhiệt độ nước làm mát
- Hoạt động
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát cĩ hai chân, chân 1 nối mass, chân 2 được nối với điện trở R tạo mạch phân áp trước khi vào ADC của vi điều khiển. Sau đĩ ECU sẽ đọc ADC để biết nhiệt độ nước làm mát.
Cảm biến vị trí piston, cảm biến đo tốc độ động cơ
- Vai trị
Cảm biến vị trí piston nhận biết vị trí piston ở điểm chết trên, cảm biến tốc độ động cơ dùng để đo tốc độ động cơ. Tốc độ động cơ trong board mạch tính như sau:
Trên trục quay được gắn một vấu sắt, cảm biến là một cuộn dây cuốn trên một lõi nam châm, khi trục quay làm vấu sắt quét qua cảm biến, từ trở mạch từ của cuộn