Тема: M20 L-jet., Авт.система управления процессами ДВС

для заголовка
тема на редактировании по мере выделения свободного времени


1.Поставленные задачи

Скрытое Вложение

Данная работа призвана обеспечить альтернативу узла регулирования «прогревочных» холостых оборотов двигателя внутреннего сгорания – перепускного клапана дросселя (рис.1, эл.7),

 а так-же установку, и управление электро вентилятором обдува основного радиатора. Регулировка производится в заданном температурном диапазоне работы с помощью программируемого микроконтроллера как вычислительного устройства, сервопривода в качестве регулирующего устройства и датчиков температуры как элементов сбора информации о температурном режиме работы двигателя. Предполагается установка двух дополнительных датчиков для измерения температуры охлаждающей жидкости на выходе из радиатора для оценки эффективности работы охлаждения двигателя и в перспективе установки электро-вентилятора обдува основного радиатора системы охлаждения как замена вязко-муфте, и датчика температуры наружного воздуха. Для удобной интерпретации результатов вычислений и работы системы в целом предусмотрен вывод значений на графический LCD-экран.


Предусматриваются два режима работы системы:
1.   Полностью автоматический режим работы и регулирования.
2.   Ручной режим работы системы предусматривающий- управление углом поворота сервопривода и задание значения яркости подсветки экрана
Устройство системы для удобства работы и перспективы модернизации разделено на 2 вычислительных блока в составе которых установлены микроконтроллеры и связаны между собой по протоколу передачи данных. Блок№1 выполняет основные вычисления по сбору информации с датчиков температуры, обработку и выдачу управляющих сигналов для сервопривода регулирования перепускного клапана. Блок№2 выполняет основные функции по отображению результатов работы системы и контролю системы в ручном режиме работы
Во избежание создания помехи водителю при управлении в темное время суток необходимо предусмотреть адаптивную регулировку яркости подсветки экрана с применением датчика освещенности салона автомобиля.

2.Алгоритм работы системы

Скрытое Вложение

При включении зажигания автомобиля замыкаются контакты подачи питания на вычислительный блок№1 и блок№2.
Блок№1 выполняет инициализацию: производит 10 замеров температуры охлаждающей жидкости двигателя и усредняет значения для приведения погрешности результатов аналого-цифрового преобразования, производит замер температуры охлаждающей жидкости на выходе радиатора системы охлаждения и замер напряжения аккумулятора автомобиля. Проводит вычисление и сравнение полученных значений о температурном режиме двигателя в соответствии с которым (при условии автоматического режима работы системы) выдает управляющий сигнал на сервопривод об установлении необходимой пропускной способности перепускного клапана. Результаты вычислений датчиков температуры и замера напряжения АКБ автомобиля, а также данные об установке угла сервопривода записываются в назначенные регистры для передачи данных на блок№2.
Блок№2 инициирует работу графического дисплея и приостанавливает загрузку рабочей программы на 500 миллисекунд для ожидания результатов отработки цикла программы вычислительного блока№1. После задержки загрузки продолжается инициализация: опрос клавишных выключателей об установленном режиме работы (ручной или автоматический) инициирует прием и передачу данных с блоком№1, считывает 20 байт вычисленных им значения (рис.3) и устанавливает бит режима работы системы. Проводит измерение освещенности салона автомобиля и установление яркости подсветки дисплея от 2% до 100%, в зависимости от результата измерения.

3.Блок-схема алгоритма работы системы

Скрытое Вложение

4.Расчет параметров системы и подбор комплектующих

Скрытое Вложение

Расчет пропускной способности перепускного клапана.
Для сохранения работы двигателя в заданных производителем режимах перепускной клапан должен быть выполнен с сохранением параметра пропускной способности рабочей среды (воздуха). Для выполнения этого условия были учтены размеры сечений и условный проход оригинального клапана системы регулирования прогревочных оборотов D1=11мм.
Выбор и расчет Сервопривода
Выбор сервопривода в качестве исполнительного устройства был обусловлен не высокой ценой детали, точностью позиционирования вала привода и простотой управления.
В качестве сервопривода для прототипа системы выбрана модель производителя Futaba S3003 как хорошо зарекомендовавшая себя при работе условиях повышенных нагрузок и широком температурном диапазоне

Характеристики сервопривода:
Система управления: широтно- импульсная модуляция.
Внутренний интерфейс: аналоговый с частотой 50Гц.
Рабочее напряжение: 4,8В-6В.
Диапазон рабочей температуры: от-20*с до+60*с.
Скорость поворота вала при 4.8Вольт питании: 0.23сек/60 град.
Усилие на валу при 4.8Вольт питании: 3.2кг/см
Предельные углы поворота вала: 0-180градусов.
Ток холостого хода при 4.8Вольт питании: 7.2 мА
Выбор и расчет датчиков температуры
В качестве элемента получения информации для измерения температуры охлаждающей жидкости двигателя, температуры охлаждающей жидкости на выходе радиатора и температуры наружного воздуха применены терморезисторы с отрицательным температурным коэффициентом «NTC термисторы серии MF52»с сопротивлением 10кОм при 25 градусах по Цельсию.

Выбор обусловлен высокими характеристиками:
•   Диапазон рабочих температур: от -30 до +125 градусов по Цельсию
•   Высокая точность до ±0.25°C
•   Малые размеры, быстрая реакция
•   Устойчивая работа в течение длительного времени
•   Хорошее качество согласованности и обмена информации
•   Широкий ассортимент, отличное отношение цена/качество
Принцип действия термистора основан на изменении сопротивления элемента при воздействии на него измеряемой среды- при увеличении температуры среды, сопротивление термистора уменьшается.
Для измерения температуры с применением термистора микроконтроллеру необходимо измерить его сопротивление путем подключения термистора в качестве нижнего плеча делителя напряжения.

При использовании микроконтроллера с 10-битным АЦП и опорным напряжением АЦП=5вольт, результат измерения (при 25 градусах по Цельсию) составит:
Vo = R1 / (R1 + NTC 10K) * Vcc
где Vcc - это напряжение источника питания (5В),
R1 –верхнее плечо делителя напряжения,
NTC 10K –Сопротивление терморезистора.
Расчет значения АЦП микроконтроллера:
ADC = R1 / (R1 + 10K) * 1023
R = 10K / (1023/ADC - 1)
ADC = 10000/(10000+10000)*1023 = 0.5*1023=511.5
R=10000/(1023/511.5-1)=10000/1 = 100000 Ом.
Для преобразования сопротивления терморезистора в температуру использовано уравнение Стейнхарта-Харта, которое позволит реализовать достаточно достоверную аппроксимацию конвертированных значений.
Выбор и расчет датчика освещенности
В качестве элемента получения информации для измерения уровня освещенности салона автомобиля и корректировки степени яркости подсветки LCD-экрана предусмотрено применение фоторезистора «VT935G»
Расчет делителя напряжения
Для измерения напряжения бортовой сети автомобиля с помощью АЦП микроконтроллера реализован делитель напряжения

Для вычисления значений резисторов применена формула расчета резистивного делителя напряжения:

Где Uin- входное напряжение делителя в вольтах
R1- сопротивление верхнего плечо делителя в омах
R2- сопротивление нижнего плечо делителя в омах
Расчет делителя предусматривает максимальное напряжение бортовой сети в 20В и опорное напряжение АЦП микроконтроллера 5В.
Из приведенной выше формулы значения резисторов R1=10кОм, R2=3,3кОм
4,962=3300*20/(10000+3300)
Моделирование перепускного клапана
Прототип модели перепускного клапана был смоделирован в программе SolidWorks с учетом условий эксплуатации и предъявленных требований при расчете параметров системы

Исполнительный механизм (вал сервопривода) приводит в движение заслонку клапана в линейной зависимости от измеренной температуры охлаждающей жидкости двигателя. При температуре охлаждающей жидкости двигателя менее 5 градусов Цельсия –клапан полностью открывается, прогревочные обороты максимальны. При температуре охлаждающей жидкости более 5 и менее 85 градусов Цельсия- клапан регулирует степень открытия в зависимости от температуры. При температуре охлаждающей жидкости более 85 градусов Цельсия- клапан полностью закрывается

"система" внедрена и опробована в зимний период и уже летний. В целом поставленные задачи выполняет, прогрев и регулировка холостых ей вполне автоматизированы. По итогу прикрутил к ней  дисплей для отображения значений, электровентилятор основного радиатора  как замена вязкомуфте и добавил датчик температуры за бортом, и вольтметр акб для красоты, пару тумблеров для принудительного включения вентилятора и ручного режима упр. клапаном, также прикрутил датчик освещенности для адаптивной регулировки подсветки в темное время суток и 3х цветный светодиод для индикации какого-либо события
все вместе в итоге состоит из двух плат на atmega328p одна из них смонтирована в отсеке бардачка под мозгами, вторая с дисплеем установлена на замену бесполезной для меня чек панели перед ручкой люка.

Такая плата? А программировать её с помощью переходника ЮСБ? Или сразу с дисплеем брать?

Такая плата? А программировать её с помощью переходника ЮСБ? Или сразу с дисплеем брать?

Нужно смотреть в корень. Плата на самом деле не шибко важно какая,-важно что бы это была Atmega 328p, тоесть это может быть и ардуино уно и ардуино нано(что лучше) и что угодно и голый чип тоже(в идеале).
А дисплей такой брать не стоит ,-он цветной и съст всю память МК махом и все.
пока список примерно такой: 2платы arduino nano(или arduino pro mini)важно что бы стоял чип Atmega 328p а то китайцы могут подсунуть левый чип обычно он просто без маркировки. дисплей ищите графический 128*64

Скрытое Вложение

/go.php?l=https://ru.aliexpress.com/item/32464276214.html?spm=a2g0v.search0604.3.57.56672b26KLtID2&ws_ab_test=searchweb0_0%2Csearchweb201602_5_10065_10068_319_317_10696_453_10084_454_10083_10618_10307_10301_537_536_10059_10884_10887_321_322_10915_10103_10914_10911_10910%2Csearchweb201603_52%2CppcSwitch_0&algo_expid=8b7d2e68-96a9-4cce-b3f1-ceb5b550c59e-8&algo_pvid=8b7d2e68-96a9-4cce-b3f1-ceb5b550c59e&transAbTest=ae803_3

серву я указал датчики температуры тоже, еще понадобятся понижающие DC-DC регуляторы типа такого

Скрытое Вложение

/go.php?l=https://ru.aliexpress.com/item/32917109680.html?spm=a2g0v.search0604.3.56.4d34649ejQWelR&ws_ab_test=searchweb0_0%2Csearchweb201602_5_10065_10068_319_317_10696_453_10084_454_10083_10618_10307_10301_537_536_10059_10884_10887_321_322_10915_10103_10914_10911_10910%2Csearchweb201603_52%2CppcSwitch_0&algo_expid=4fcb48cb-cfdb-4994-8157-121c4208daa7-8&algo_pvid=4fcb48cb-cfdb-4994-8157-121c4208daa7&transAbTest=ae803_3

Зрить в корень? Это я не пойму, если честно. Сам чип важен, это я понимаю. Для меня голубая муть - это прошивка, и программирование. Хотя, жену попрошу, настроит
А вообще, просто хочу сказать спасибо, от души, за работу и бескорыстность.

Всем привет!
Тоже интересует данная тема.
Возникают некоторые вопросы:
1. что за клапан применен для регулировки?
2. Почему нет контроля оборотов?
3. Как "ардуина" переносит минусовую температуру (есть данные по допустимым температурным режимам работы применяемых компонентов)?

ну и вполне логичным выглядела бы регулировка холостых оборотов.

Тема заглохла насовсем или что-то делается? Пришли холода, а системы хорошей нет на прогрев.