0 引言

　　發(fā)動機轉(zhuǎn)速表能準(zhǔn)確地反映發(fā)動機的工作狀況。現(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,它將點火線圈輸送過來的電壓脈沖經(jīng)過計算后驅(qū)動指針移動或數(shù)字顯示。另外還有一種 轉(zhuǎn)速表是從發(fā)電機取出脈沖信號送到轉(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現(xiàn)對汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速的遙測。有些產(chǎn)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(chǎn)品價格昂貴[3]。

　　針對上述問題,設(shè)計了一種非接觸型汽油發(fā)動機轉(zhuǎn)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(shè)置沖程與汽缸數(shù),計算出發(fā)動機轉(zhuǎn)速,并顯示數(shù)據(jù).

　　轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速存在對應(yīng)關(guān)系。發(fā)動機汽缸有單缸和多缸,汽缸數(shù)與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系在發(fā)動機點火時,高壓軟管會產(chǎn)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(zhuǎn)速值:
         
　　式中:n為發(fā)動機的轉(zhuǎn)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(nèi)測得的脈沖個數(shù)來計算點火脈沖的頻率。這種方法,當(dāng)測量由每秒轉(zhuǎn)速來表示發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn) 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(yīng)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(dǎo)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(zhuǎn)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(jié)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(jié)果證明了此方法的有效性。

   2　硬件電路設(shè)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(jīng)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(jīng)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(nèi),將轉(zhuǎn)速表靠近高壓軟線(無分電器的靠近高壓軟線束),高壓點火信號將被天線感應(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信號進行放大,如圖2所示。
         

　　由LM339組成的遲滯比較器對信號進行初步的整形。輸出的信號經(jīng)過由CD4011組成的觸發(fā)電路和LM339組成的遲滯比較器進一步整形,如圖3所示。

 
2. 2　信號處理單元和顯示單元

采用AT89C4051作為控制核心,AT89C4051是基于MSC-51內(nèi)核的簡化單片機,指令與標(biāo)準(zhǔn)的51單片機兼容,帶有4K可重新編程片上程序存儲器, 128B的數(shù)據(jù)存儲器,多達15條可編程I/O線, 2個16位定時器/計數(shù)器,片上模擬比較器, 1個標(biāo)準(zhǔn)串行通訊口,內(nèi)部帶有振蕩器和時鐘電路。
 
顯示單元選擇6位8段的液晶顯示模塊LCM06XA.圖4為單片機與按鍵、液晶顯示器 等的接口電路。其中按鍵1和2用來選擇頁面設(shè)置汽缸和沖程參數(shù)。LED(發(fā)光二級管)在測量到脈沖信號時不斷閃爍。圖4中的S1為選擇開關(guān),可選擇將整形 后的脈沖信號輸出給外部設(shè)備或通過單片機采樣計算出轉(zhuǎn)速然后顯示。
        
 
3　軟件程序設(shè)計
 
3. 1　主程序

　　(1)調(diào)用液晶初始化子程序。
　　(2)設(shè)置定時計數(shù)器T0、T1的工作方式和初值(T0和T1均設(shè)為16位定時器)。
　　(3)初始化中斷系統(tǒng)。
　　(4)循環(huán)檢測按鍵是否按下并刷新顯示屏。
 
3. 2　中斷服務(wù)程序
 
　　(1)T1溢出中斷子程序。在測量模式下工作,計算溢出次數(shù)。

　　(2)外部中斷子程序。圖4所示處理后的信號與外部中斷1連接,當(dāng)信號的第2個上升沿到來時,開始讀取T1寄存器中的數(shù)值和溢出次數(shù),并將它們清零,計算出1個周期的時間并存入平值濾波數(shù)組,開T1等待下一次中斷。

　　(3)T0定時中斷子程序。判斷轉(zhuǎn)速表工作模式,在設(shè)置模式下,T0用于0·5 s的顯示閃爍;在測量模式下,T0用于2 s的顯示刷新,每2 s計算1次轉(zhuǎn)速值并顯示。
 
3. 3　液晶初始化和顯示子程序

該程序完成LCD顯示模塊的顯示驅(qū)動。
 
4　實測結(jié)果

利用PROTEL軟件設(shè)計了硬件電路,利用KEIL C軟件完成了單片機程序的編寫,制作出實驗板,并且在實驗室和實地分別做了測試。
 
在實驗室使用頻率信號發(fā)生器作為信號源,測得誤差在0 .03%以內(nèi)。在室外對某普通型號的摩托車(嘉爵JJ150T-4)、金杯牌普通化油器的汽車和豐田牌電噴汽車進行了實車測量。測量數(shù)據(jù)如表1所示,參考 值為日本小野測器SE-2500轉(zhuǎn)速表的測量數(shù)據(jù)。實測結(jié)果證明了采用脈沖周期測量法的轉(zhuǎn)速表測量準(zhǔn)確,響應(yīng)速度快,讀數(shù)穩(wěn)定,而且成本低,適用于二沖 程、四沖程的單缸、多缸汽油機轉(zhuǎn)速測量以及汽油機的維修檢測及野外測量,有利于推廣。
         
 
5　結(jié)束語

設(shè)計的基于脈沖周期測量法的非接觸汽油機轉(zhuǎn)速表,采樣測量周期短,靈敏度高,測量數(shù)據(jù)精確,操作簡單,并且達到了很高的性價比。可廣泛用于發(fā)動機教學(xué)、科研和汽車、摩托車的檢修中,同時可以為其他汽車檢測設(shè)備提供準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速信號。該設(shè)計已成功投入生產(chǎn)并銷售。