基于單片機控制的電子節氣門的研究與實踐

摘要：闡明一種基于單片機控制的電子節氣門控制系統。它以ATmega 16單片機為控制核心，德國博世公司電子節氣門為研究對象，通過傳感器測量加速踏板位置信號，然后經過單片機控制算法的處理，驅動直流伺服電動機，從而帶動節氣門盤片旋轉到指定開度，以實現閉環控制。同時，系統的上位機通過USB轉RS 232接口，實現與單片機的通信，便于系統的調試與運行。
關鍵詞：電動機；單片機；電子節氣門；閉環控制

0 引言
電子節氣門(ETC)是汽車發動機控制系統中的一個重要的子系統。本文以ATmega 16單片機為控制核心，德國博世Bosch公司電子節氣門為研究對象，通過傳感器測量加速踏板位置信號，然后經過單片機控制算法的處理，驅動節氣門體上的直流伺服電動機，從而帶動節氣門盤片旋轉到指定開度，以實現閉環控制。同時，上位機通過USB轉RS 232接口，實現與單片機的通信，便于系統的調試與運行。

1 硬件系統設計
本系統硬件設計框圖如圖1所示，它包括單片機及其外圍電路、節氣門集成體、直流電機驅動電路、腳踏板位置信號檢測電路等。此外，單片機通過USB轉。RS232接口，與上位機進行數據交換，實現人機對話。下面分別闡明如下：

1．1 ATmega 16控制核心
本系統采用單片機為控制核心，型號為ATmega 16(16 MHz晶振)。它采用先進的RISC結構，具有高速度、低功耗、抗干擾能力強等特點。由于其自帶三通道PWM輸出和8路10位ADC轉換，因而十分便于本系統的控制。
1．2 電機驅動電路
本系統驅動電路采用美國國家半導體公司推出的專用于運動控制的H橋組件LMD18200。該組件上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件、連續輸出電流達3 A、并且還具有溫度報警、過熱與短路保護等功能，因而使整個控制系統得到了簡化。電機驅動與單片機接口電路如圖2所示。

1．3 電子節氣門集成體
本系統節氣門為德國博世公司出產，型號為06813306，其結構外型如圖3所示。主要包括：

(1)加速踏板位置傳感器
此傳感器安裝在加速踏板上，將踏板移動量轉換成帶有不同輸出特性的兩類電信號(下踏量大小和變化速率)，傳送給單片機。