通信工程导论论文 精品.docx

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通信工程导论论文精品

毕业设计（论文）任务书

题目：

通信工程燃油喷射电磁阀控制系统的设计实现

系名信息工程系

专业

年级2006级

姓名

学号6006202080

指导教师

职称副教授

2009年12月4日

一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。

）

1、设计的工作基础

在之前的学习中，了解了一些驱动电路，在电子设计这门课程中设计了开关电源和线性稳压源的电路，因此在驱动电路方面的设计有一定的了解，通过学习完单片机这门课程后，对单片机和程序编译方面也有了了解，为电路的设计打下基础，在本科期间学会了使用Protel软件设计电路，在电工实习中焊接和组装了收音机、对讲机，因此在电路焊接方面有一定的基础。

2、研究条件

在实验室力所具备的研究条件有电脑、示波器、Protel软件、C8051F410/2单片机、电磁阀，以及必要的实验设备。

3、应用环境

当今，日益严格的排放法规、激烈的市场竞争和能源短缺，使得发动机不断引入新技术，向低污染、低油耗、高比功率的方向发展。

而提高发动机动力性、经济性和降低排放的关键在于改善发动机的燃烧。

燃烧过程的好坏和整机性能的优劣取决于喷油系统、进气系统和燃烧室结构三者之间的匹配。

传统的机械喷油系统已越来越不适应形势的发展，在多种研究开发的发动机喷油系统中，其中高压共轨式电控燃油喷射系统是目前最理想的喷油系统，是二十一世纪燃油系统的主流，因此在汽车的动力系统中使用电控燃油喷射系统，不仅能提高发动机的性能，还能够汽车尾气对环境的污染。

4、工作目的

通过这次设计掌握产品的设计流程、设计思想和动手能力，能够熟练地使用Protel软件设计电路，提高单片机的编程能力和电路板的焊接能力，增强在遇到问题时，怎样分析和解决问题的能力，在综合能力上有一定的提升，为以后的发展打下坚实的基础。

二、参考文献

[1]张科勋,红木南,周明等.柴油机电磁阀集成式升压驱动电路计与分析[J].上海交通大学学报,2008,42（8）:

1367-1371.

[2]宋军，田良云，李孝禄，乔信起，黄震.柴油机共轨系统ECU的设计及喷油特性研究[J].内燃机学报,2006,24

（1）:

28-34.

[3]卢启龙，欧阳明高.电控柴油喷射用高速强力电磁阀的结构设计与功率驱动[J].电控技术,1999,10（4）:

33-37.

[4]连长震，李建秋，周明，欧阳明高.电控燃油喷射用高速电磁阀驱动方式研究[J].汽车工程,2002,24（4）:

310-313.

[5]刘建成，王立德，刘彪.基于DSP的柴油机喷油电磁阀驱动电路的设计[J].内燃机,2007,4

（1）:

14-17.

[6]郭建波.高压共轨柴油机电控燃油喷射系统及开发环境的研究[D].杭州：

浙江大

学，2002.

[7]郝守刚.电控单体泵电磁阀电磁机液特性研究[D].北京:

清华大学,2003.

[8]周玉成,平涛,方祖华等,高压共轨喷油系统开发过程中电磁阀控制参数研究[J].

铁道机车车辆,2003,23（增刊1）:

124-126.

三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。

）

本课题是我校内燃机燃烧学国家重点实验室的国家自然基金项目中的电路控制部分，针对的是发动机燃油喷射系统。

拟采用SiliconLabs公司的C8051F410微控制器芯片，需要完成的核心功能是根据油泵角标器传送的角度信息在设定的时刻切换油泵电磁阀的开关，建立油压并测量显示；在喷油功能被触发之后，根据发动机角标信号在设定的时刻采用PWM方式打开喷油电磁阀，完成燃油喷射，同时为PIV拍摄系统发送触发信号，开始出激光并照相。

学生通过此次训练，可以掌握现场解决工程实际问题的能力，如变频器带来的干扰就是本系统需要解决的一大难题。

还可以熟悉系统设计方法，C语言编程，绘制PCB板，焊接调试等。

指导教师（签字）

年月日

审题小组组长（签字）

年月日

天津大学仁爱学院本科生毕业设计开题报告

课题名称

电磁阀控制发动机燃油喷射系统的研制

学院名称

天津大学仁爱学院

专业名称

通信工程

学生姓名

高楠

指导教师

张瑞峰

一、课题的来源及意义

采用电子控制技术是当今内燃机发展的重要方向之一，随着世界范围内的能源危机及环境污染的日益严重，人们对内燃机在节能和排放方面的要求日趋严格，因而对其调节控制体吹了高精度及多参数的要求。

以往的自动控制装置，如调速器、点火提前器等即使进一步复杂化也不能完全满足要求。

要在内燃机工作时同时达到低排放、低油耗以及高动力性能的要求，不仅要使内燃机的喷油量和喷油正式随转转速及负荷的变化而发生模式较为复杂的变化，而且还要对温度、吸气压力等因素加以补偿，故传统的机械式燃油喷射系统因其固有的缺点（控制自由度小、控制精度低、响应速度慢）而无法满足这些要求。

所以，电控系统的应用已成为必然趋势。

采用电子控制技术后，由微机可精确控制内燃机的供油、点火、喷油及配气定时等参数，是内燃机在各种工况下都能按最佳状态运行，在以时间控制为特点的发动机电控喷射系统中，应用最多的执行器是电磁阀，电磁阀的工作状态，特别是它的快速响应能力影响着电控燃油喷射系统的控制精度，进而决定了发动机的动力性能、燃油经济性和排放物的生成。

二、国内外发展状况

70年代以来，随着微电子技术和新型传感器的不断发展，柴油机的电喷系统不仅在硬件方面先后推出了位置控制、时间控制、时间控制+共轨控制等三代产品，而且在控制理论与方法方面也取得了许多令人服务的成果。

控制方法从过去的查表法、PID控制法等基于控制理论的方法发展到以状态空间、多变量最优控制、自适应控制等现代控制理论为主体的技术。

近年来，神经网络控制、模糊控制等智能控制技术的应用也日趋活跃。

三、本课题的研究目标

本课题旨在通过对智能芯片C8051的研究和编程语言的运用，设计出电磁阀控制电路，来控制油量的输入，从而大幅度的降低排放污染，提高经济性和改善动力性。

四、研究内容

1、油泵控制策略

（1）确定凸轮轴上对应的角标零点；

（2）确定油泵柱塞升程对应的角度（720°）；

（3）制作控制电路，将油泵电磁阀开启时刻对应的角度和持续期设成可调量（此过程电磁阀开启四次）；

（4）进行标定，确定油泵最大供油能力所对应的油泵电磁阀开启角度和持续期；

（5）柱塞下行：

断电，电磁阀开启，从低压油罐抽油

（6）柱塞上行预行程：

不通电，无压缩，部分燃油压回低压油管

（7）柱塞压缩行程：

在上止点的某个时刻，通电，阀关闭，剩余燃油压到高压油管

（8）通电越早，供应燃油越多。

供油控制～通电提前角控制！

高压油泵的工作原理

控制电路制作：

电磁阀采用12伏电瓶供电。

旋转编码器随凸轮轴转动，编码器每转一圈发出720个脉冲，将脉冲通过A/D/转换器采集到PC机，通过编程控制角标的Z信号。

当电磁阀到达标定的打开角度时，PC机给出一个触发信号并维持标定的持续角度时间。

电瓶开始供电，电磁阀打开，油泵开始泵油。

此过程每720°要重复四次。

2、燃油压力采集

燃油压力传感器为压阻式传感器，用5伏稳压电源供电，输出电压所对应的压力0MPA---------------0.486V

1MPA---------------0.763V

2MPA---------------0.920V

3MPA---------------1.107V

4MPA---------------1.300V

5MPA---------------1.501V

6MPA---------------1.704V

7MPA---------------1.910V

8MPA---------------2.115V

9MPA--------------2.320V

10MPA--------------2.522V

11MPA--------------2.725V

12MPA--------------2.929V

13MPA--------------3.131V

14MPA--------------3.333V

15MPA-------------3.534V

16MPA--------------2.735V

17MPA--------------2.936V

18MPA-------------3.137V

输出的电压信号通过A/D转换器采集到PC。

对油轨压力进行时时检测，同时通过调节限压阀调节油轨中的压力。

3、喷油嘴电磁阀控制：

首先选择以参考脉冲，确定此脉冲高电平下降沿与发动机上止点之间的的角度

，将此角度设定成可调参数。

将喷油定时

的角度和喷油脉宽

设成可调参数，则喷油过程和触发的方式按一下流程进行：

（1）进去喷射程序，参考脉冲的下降沿触发、单片机进入喷射过程即图中的a点。

（2）准本第一部分喷油参数，包括：

电磁铁上升时间（吸合时间）

转为对应的角度

。

从参考脉冲的a点开始触发电磁阀驱动脉冲A。

A脉冲高电平，

电磁阀线圈电流上升。

设置MASK信号定时，其目的是过了EMASK后，电磁阀关闭时刻，反馈电路开始工作。

准备第二部分喷射参数，根据瞬态转速，把喷油脉宽

全部转化为定时器的技术脉冲

。

检测电磁阀反馈信号，捕捉到后，立即关闭电磁阀驱动脉冲A，达到b点。

电磁阀电流下降，喷射过程开始。

开始计量喷油脉宽时间

准备第三部分喷油数据，如果

大于

（

为电磁铁驱动电流由峰值电流降到维持电流的时间，一般

），进行电磁铁维持电流控制（对电磁阀驱动脉冲A进行脉宽调制）的数据准备。

喷油和相机的工作过程

达到c点开始电磁铁驱动电流的脉宽调制控制。

到达d点，喷油脉宽时间

计量结束，关闭控制脉冲A。

喷油过程中，相机和激光器信号设定为可调量，根据需求随时准备触发，抓拍喷油过程中的每一个细节。

触发过程中信号存在延时，所以在编程过程中需要考虑延时时间,具体的延时时间随着转速的变化而不同，需在现场进行标定，所以最好延时也设定成可调节量。

五、研究方法

本课题采用理论结合实际的方法，辅助导师完成该系统的设计与实现

六、研究手段

请教老师与同学，查阅相关资料、编写所需程序、进行电脑模拟、搭建系统电路，进行仿真调试，最终形成系统焊接实际电路。

七、进度安排

（1）、2009.12.28~2010.3.15

开题报告形成阶段：

本阶段主要任务是查找相关文献资料，了解本课题，按时顺利完成开题报告。

（2）、2010.3.15~2009.4.15

理论准备阶段：

本阶段主要学习C8051F410X系列单片机，熟悉软硬件开发平台、电路、编程等方面的知识，加强外语文献的阅读。

为开题的设计和实施做好理论知识储备。

（3）、2010.4.15~2009.5.1

确定开题实施方案阶段：

通过上一阶段学习，对该课题有了更深的了解，对各种可能的实施方案进行优劣比较，最终确定合适的实施方案。

（4）、2010.5.1~2010.5.25

课题实质性设计实施阶段：

本阶段要进行此课题的方案设计和实施，最终完成该课题的研究和设计。

（5）、2010.5.25~2010.5.31

毕业设计总结和整理阶段：

这段时间主要对以上各阶段的工作做总结和梳理，对实验中可能遗留的问题进行最后的突破，为毕业论文的撰写做好准备。

（6）、2010.6.1~2010.6.20

撰写毕业论文阶段：

主要完成毕业论文的撰写、修改和打印工作，准备好毕

业答辩。

（7）、2010.6.21~2010.6.24

毕业论文答辩阶段

八、实验方案可行性分析

本系统以C8051F410/2单片机为核心配以必要的外围电路。

C8051F410/2单片机是SiliconLaboratories公司推出的，其强大的性能为系统的实现提供了有力的保障。

九、已具备的实验条件

电脑，Protel软件、C8051F410/2单片机、电磁阀，以及必要的实验设备

十、主要参考文献

[1]张科勋,红木南,周明等.柴油机电磁阀集成式升压驱动电路计与分析[J].上

海交通大学学报,2008,42（8）:

1367-1371.

[2]宋军，田良云，李孝禄，乔信起，黄震.柴油机共轨系统ECU的设计及喷油

特性研究[J].内燃机学报,2006,24

（1）:

28-34.

[3]卢启龙，欧阳明高.电控柴油喷射用高速强力电磁阀的结构设计与功率驱动

[J].电控技术,1999,10（4）:

33-37.

[4]连长震，李建秋，周明，欧阳明高.电控燃油喷射用高速电磁阀驱动方式研

究[J].汽车工程,2002,24（4）:

310-313.

[5]刘建成，王立德，刘彪.基于DSP的柴油机喷油电磁阀驱动电路的设计[J].

内燃机,2007,4

（1）:

14-17.

[6]苏岭，柳泉冰，汪映，周龙保，潘可煜.脉宽调制保持电磁阀驱动参数的研

究[J].西安交通大学学报,2005,39（7）:

689-692.

[7]尚宇辉,唐厚君,杨银昌,韩正之.车用柴油机电控燃油喷射系统的研究现状

选题是否合适：

是□否□

课题能否实现：

能□不能□指导教师（签字）

年月日

的发展趋势[J].柴油机,1999,4（4）:

17-23.

毕业设计（论文）说明书

题目：

液位测量中的边缘检测问题研究

系名信息工程系

专业通信工程

年级2006级

姓名高楠

指导教师张瑞峰

2010年06月06日

摘要

随着全球范围内日益严峻的能源危机和人们越来越强的环保意识，用电磁阀控制发动机燃油喷射系统必将得到越来越广泛的应用。

因为电控燃油喷射系统能够提高汽车汽车发动机性能。

所以说对电控燃油喷射系统的研究有着重要的现实意义。

电控燃油喷射系统发展至今，先后推出了位置控制式、时间控制式、时间+共轨控制式三代产品。

共轨系统是一种全新的柴油机电控燃油系统，它摒弃了现有的喷油泵分缸脉动供油原理，通过共轨蓄压，用电磁阀控制喷射过程，系统的自由度和精度都有很大提高，可以说，共轨系统代表了目前电喷技术的最新水平和今后的发展方向。

电控燃油喷射系统均由传感器、电控单元和执行机构三部分组成。

电控单元硬件、软件设计是电控系统设计的核心。

本文详细地讨论了电控单元硬件、软件设计过程，完成了硬件电路和软件模块化设计，并对硬件、软件提出了相应的抗千扰措施。

关键词：

电磁阀；电控燃油喷射系统；共轨；电控单元

ABSTRACT

Withtheglobalenergycrisisandgrowingtheawarenessofenvironmentalprotection,usingsolenoidvalvetocontrolenginefuelinjectionsystemwillbeemployedmoreandmorewidely.Becausetheelectronicallycontroledfuelinjectionsystemcanincreaseengineperformance.Therefore,itisveryimportanttodeveloptheelectronicallycontroledfuelinjectionsystem.

ThreegenerationproductsofECFIS（electronicallycontrolledfuelinjectionsystem）

havebeenputintoapplication,theyareposition-controlled,time-controlledandtime&

commonrail-controlled.CommonrailsystemisanewECFIS,itcontrollstheinjectioncoursewithelectronic-magneticvalveandcontrolstheoil-pressurewithcommonrail,insteadofexistingprincipleinprovidingoil.Theaspectsoffreedomandaccuracy

havebeenraisedhighly.Soitissaidthatcommonrailsystemisthebestlevelandlater

developedtendencyofECFIS.

Electronicallycontroledfuelinjectionsystemisconsistofthreeparts:

sensor,electr-

oniccontrolunitandexecutivedevices.Asthecoreofelectronicallycontroledfuelinjectionsystem,thewholeprocessofECU（electroniccontrolunit）hardwareandsoft-

waredesignsisspecified,moreoverrequisitesoftwareandhardwaremeasuresaretakeninthesystemanti-disturbanceperformance.

Keywords:

Electronic-magneticvalve;Electronicallycontrolledfuelinjectionsystem;

Commonrail;Electroniccontrolunit

外文资料

中文译文

致谢

第一章绪论

1.1引言

随着现代工业的发展和科学技术的进步，人类的生存环境和工作环境也面临着大气、水源、电磁辐射和噪声等一系列的污染，生态平衡遭到严重的破坏。

而汽车工业的快速发展，汽车的生产量和保有量急剧增加，汽车排放污染已成为大气污染最主要的根源，严重的危害着人类的健康。

据研究，大气中38.5%的一氧化碳（CO）、21.7%的碳氢化合物（HC）、87.6%的氮氧化合物（NOX）、11.7%的二氧化碳（CO2）、6.2%的二氧化硫（SO2）、32%的微粒物（PM）来自汽车废气排放。

而城市大气中，61%的CO、87%的HC、55%的NOX汽车废气排放。

为了治理环境污染，各国相继对大气中各种排放污染源的排放提出控制要求，制定强制性排放标准（排放法规），以控制汽车排放污染物排放量。

随着欧洲一体化进程的深入，自20世纪90年代始推行了更加严格的排放法规，对汽车排放的限制越来越严厉，相继出台了欧洲Ⅰ号、Ⅱ号直至Ⅴ号标准。

从2000年10月1日起，执行欧洲Ⅲ号标准，就NOX、HC、CO及微小颗粒物质等排放限值，欧洲Ⅲ号限值分别是欧洲Ⅱ号的71%、60%、52%和67%。

1.2电控燃油喷射的意义

在人们意识到汽车废气的污染的严重时，纷纷出台很多控制汽车尾气排放的政策，但是这不能从根本上来解决这个问题，再加上石油资源的紧张，于是人们从上世界七十年代就开始对发动机燃油电控喷射系统的研究。

电控燃油喷射系统有利于提高燃油喷射压力，可以根据发动机的实际运转工况反馈控制调整各缸供油量和供油时间，一方面改善了燃烧，提高了工质的热效率，另一方面也能适当减少某些有害排放，是现代电子技术与传统机械产业结合的典范[1]。

1.3电控燃油喷射技术的发展

燃油喷射系统式发动机的核心部分，对发动机的动力性、燃油经济性、排放、噪声、运转平稳性，以及可靠性、耐久性等都有极其重要的影响，采用电子控制技术将大大优化燃油的喷射规律。

本质上，电子控制技术并未改变发动机的工作过程以及燃烧、排放等的机理和规律，但很大程度上影响着发动机的性能、使用和发展方向。

相比机械控制方式，发动机采用电子控制技术的优势在于：

（1）控制自由度大，能针对不同的运行工况，迅速调整，实现对喷油量、喷油正时、喷油压力和喷油速率等参数的最优控制，是发动机在大部分工况下均具有良好的性能。

（2）控制精度高，尤其是对喷油量、喷油正时、喷油压力和喷油速率等参数的控制精度均远高于机械式燃油喷射系统，控制功能更强。

（3）能充分考虑其他影响燃油喷射和缸内燃烧的各种因素，如大气压力、水温、油温、油的品质等，并做出准确的校正。

发动机电控燃油喷射系统的发展根据其进展时间、工作原理和直接控制的量可以分为位置控制、时间控制和时间—压力控制三个阶段[2]。

在发动机电控喷射技术的发展过程中，不论是最早的位置控制式电控喷射系统还是近期的高压共轨电控喷射系统，国内外均投入了大量的人力物力开发新的技术，研究成果不断涌现。

1.3.1位置控制式电控燃油喷射系统

位置控制式电控燃油喷射系统是在原机械控制系统的基础上发展起来的，属于第一代电控燃油喷射系统。

这类系统尽量保留了原机械燃油喷射系统的结构和部件，包括传统的喷油泵—高压油管—喷油嘴系统及控制油量的机械传动机构，如直列泵中的油量调节齿杆、柱塞上控油螺旋槽，VE型分配泵中的油量调节滑套等，所以易为发动机生产企业和用户所接受。

但是由于燃油泵输送和计量机构基本不变，喷油系统参数受发动机转速影响大，控制自由度小，精度差，难以实现喷油规律的精确控制，凸轮机构、柱塞套的应力和变形限制了喷油压力的提高。

目前该类系统主要有基于分配泵和基于直列泵的两种类型。

1.3.2时间控制式电控燃油喷射系统

采用时间控制式的电控燃油喷射系统称为第二代电控燃油喷射系统。

时间控制的核心在于采用高速电磁阀直接控制高压燃油的喷油定时和喷油持续时间。

此外，还能实现对每个喷油泵的单独控制，这样可以对发动机实施部分停缸。

时间控制式的电控燃油喷射系统在大功率发动机上一般有两种结构：

（1）电控单体泵系统。

相比第一代控制系统，取消了机械泵，改为电控单体泵，取消供油拉杆，各单体泵单独控制；高速电磁阀的响应速度优于第一代的比例电磁铁。

这种控制方式对于原来使用联合调节器的机车发动机而言，需要做一些改动：

主要是取消联合调节器、接卸喷油泵、供油拉杆及其附件等喷油调节系统，改用电控单体泵和电子控制单元，并加装相应传感器。

这些改动主要是减少了发动机机体上的部件，如果电控单体泵的安装尺寸与机械泵一致，将无需重新设计发动机的机械部件；否者需要更改凸轮轴箱以适应电控单体泵的结构。

（7）电控泵喷嘴系统。

电控泵喷嘴系统的高压燃油容积比甭管最系统少了高压有关部分，因而液力响应更快，能够实现多次喷射。

不过需要重新设计汽缸盖，凸轮轴也需要重新布置，这将对发动机的改动很大，而且汽缸盖将变得更复杂，一般用于新设计的发动机。

总之，第二代控制系统具有更大的控制灵活性和精确度。

高速电磁阀控制高压燃油的喷射规律为：

电磁阀关闭，开始喷油；电磁阀打开，喷油结束。

喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量取决于电磁阀关闭时间的长短。

可见，时间控制式实现了喷油定时和喷油量的双重控制。

由于喷油泵只提供高压燃油，不再具备调节油量的功能，故取消齿圈、滑套、柱塞上的斜槽等部件或结构，喷油泵结构得以简化，强度大大提高，能提供比第一代更高的燃油喷射压力。

时间控制式仍然采用脉动供油的方法，供油规律与曲轴转速有