一種汽油發(fā)動(dòng)機(jī)感應(yīng)式數(shù)字轉(zhuǎn)速表設(shè)計(jì)方案解析

?0　引言
　　發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表能準(zhǔn)確地反映發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況?，F(xiàn)在，轎車一 般都是電子式轉(zhuǎn)速表，包括指針式和液晶數(shù)字顯示式，表內(nèi)有數(shù)字集成電路，它將點(diǎn)火線圈輸送過來的電壓脈沖經(jīng)過計(jì)算后驅(qū)動(dòng)指針移動(dòng)或數(shù)字顯示。另外還有一種 轉(zhuǎn)速表是從發(fā)電機(jī)取出脈沖信號(hào)送到轉(zhuǎn)速表電路解釋后顯示轉(zhuǎn)速值，不過因受發(fā)電機(jī)皮帶打滑等因素影響，數(shù)值不太精確［1-2］。目前，手持式轉(zhuǎn)速表應(yīng)用很 廣，有光電式轉(zhuǎn)速表、感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表，還有用RF401等集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的遙測(cè)。有些產(chǎn)品雖然能達(dá)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(chǎn)品價(jià)格昂貴［3］。
　　針對(duì)上述問題，設(shè)計(jì)了一種非接觸型汽油發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表，由天線接收脈沖信號(hào)，單片機(jī)通過測(cè)量脈沖周期的方法得到脈沖頻率，并通過按鍵設(shè)置沖程與汽缸數(shù)，計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并顯示數(shù)據(jù)。
　　轉(zhuǎn)速表工作原理
　　汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)包括進(jìn)氣、壓縮、點(diǎn)火、排氣。對(duì)于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)， 1個(gè)工作循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)1周，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火1次。對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)， 1個(gè)工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)2周，點(diǎn)火1次。所以發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火脈沖的頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸有單缸和多缸，汽缸數(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系在發(fā)動(dòng) 機(jī)點(diǎn)火時(shí)，高壓軟管會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)火脈沖，測(cè)得此脈沖信號(hào)的頻率，按照發(fā)動(dòng)機(jī)的具體沖程和氣缸數(shù)，通過一定的計(jì)算便可得到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速值：
　　
　　式中：n為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min; f為點(diǎn)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(xiàn)［4］中將采集到的脈沖信號(hào)發(fā)大整形，通過計(jì)算在一定時(shí)間內(nèi)測(cè)得的脈沖個(gè)數(shù)來計(jì)算點(diǎn)火脈沖的頻率。這種方法，當(dāng)測(cè)量由每秒轉(zhuǎn)速來表示發(fā)動(dòng)機(jī)每分鐘轉(zhuǎn) 速時(shí)，誤差就會(huì)被放大。雖然文獻(xiàn)［4］中采用一定方法法來降低誤差，但是不能消除誤差，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)測(cè)速精度仍然沒有明顯提高。而且抗干擾性能不佳使得測(cè) 量讀數(shù)有很大波動(dòng)。由于采樣周期長(zhǎng)導(dǎo)致到達(dá)穩(wěn)定值的過渡時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是在測(cè)低速時(shí)。
　　文中采用了脈沖周期測(cè)量法來測(cè)量轉(zhuǎn)速。由于頻率與 周期成反比，所以如果可以精確測(cè)到相鄰點(diǎn)火脈沖間的寬度，那么結(jié)果在理論上將可以比上一種方法更精確。為了進(jìn)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(cè)量法可以快速并且穩(wěn)定地顯示讀數(shù)，而且精度很高。對(duì)實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行了實(shí)車測(cè)量，結(jié)果證明了此方法的有效性。
　　2　硬件電路設(shè)計(jì)
　　硬件部分包括信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元和顯示單元。信號(hào)采集單元由天線、放大、整形電路組成，由天線取得脈沖信號(hào)，經(jīng)放大、整形后輸入信號(hào)處理單元;信號(hào)處理單元為單片　機(jī)，按鍵連接單片機(jī)的輸入，單片機(jī)的輸出連接顯示單元;脈沖信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后進(jìn)行數(shù)字顯示。
　　2. 1　信號(hào)采集單元
　　天線集成在電路板上，在35~220 mm的測(cè)定范圍內(nèi)，將轉(zhuǎn)速表靠近高壓軟線（無分電器的靠近高壓軟線束），高壓點(diǎn)火信號(hào)將被天線感應(yīng)，通過RCL前端網(wǎng)絡(luò)耦合。由三極管組成共射放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，如圖2所示。