基于单片机的计量电磁泵控制系统设计

摘要

随着机动车数量的持续增长，城市的环保压力不断增加。SCR技术首先通过高温高压使发动机内柴油充分燃烧，能提高燃油经济性，降低PM、CO及CH的排放；然后利用NH3还原尾气中的氮氧化物，是发动机升级改造的主流方向。在催化还原反应中，尿素液的喷入量必须与NOx的浓度相匹配，因此要求电磁泵有很高的计量精度。受加工装配精度、材料性能及单向阀响应滞后的制约，电磁泵计量精度较低。本文以流量检测为基础，研制了电磁泵闭环控制系统，其计量精度能够满足SCR系统的需要。本文主要研究内容如下：
　　在了解国内外计量电磁泵控制技术研究现状与发展趋势的基础上，充分领会计量电磁泵的结构、工作原理和控制参数，分析电磁泵存在的计量精度低等问题，为提高电磁泵计量精度提出了电磁泵闭环控制系统的设计思路。
　　电磁泵是以动铁芯往复直线运动实现流体输送的，电磁泵输出的是高频脉动流量，即线圈通电时流量大，线圈断电时无流量，普通流量计难以精确检测。本文通过在电磁泵出口设置节流缓冲器，降低了脉动流量幅值，延长续流时间，便于流量计检测流量。选用了响应灵敏的微型电磁流量计，密集采集流量数据，为电磁泵流量控制创造条件。
　　采用脉冲频率调制信号（PFM）驱动的电磁泵具有结构简单、运行可靠、抗污染能力强等优点，但其计量精度难以满足车载SCR系统的要求。本文以流量检测为基础建立了计量电磁泵闭环控制系统，通过实时检测电磁泵流量与设定值的误差，对电磁泵的流量进行补偿，进而提高电磁泵的计量精度。
　　对电磁泵闭环控制系统的硬件和软件进行了设计。硬件电路主要包括键盘设置单元、液晶显示单元、驱动单元、放电保护单元及流量检测元件；通过优化泄放电阻，解决了MOS管发热与电磁泵高频性能衰减的问题。软件主要包括主模块、PFM信号产生模块、按键管理模块、LCD显示模块、数据采集与串口通信模块等。程序采用模块化设计，使用C语言编写。建立了电磁泵闭环控制系统Simulink仿真模型，仿真结果表明电磁泵闭环控制系统相对开环控制的电磁泵有更高的计量精度。
　　本文设立了计量电磁泵控制系统的试验系统，检测了线圈的感应电动势、场效应管的温度变化和计量泵的流量。结果表明，线圈感应电动势、MOS管温升均低于允许值；闭环控制的电磁泵计量精度明显高于开环控制。计量电磁泵闭环控制系统的各项控制指标实现了项目的需求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外电磁泵研究现状

1.3 本文主要创新点

1.4本论文研究内容安排

第2章 计量电磁泵结构与工作原理及控制条件

2.1计量电磁泵结构和工作原理

2.2计量泵的性能指标

2.3电磁泵控制条件

2.4 电磁泵输出流量特性

2.5电磁泵控制系统流量控制规则

2.6本章小结

第3章 控制系统硬件电路设计

3.1 电磁泵控制系统总体结构

3.2主控芯片选型与功能

3.3稳压电路设计

3.4液晶显示电路设计

3.5 PFM信号发生与驱动电路

3.6 串口通信电路设计

3.7本章小结

第4章 控制系统软件设计与仿真

4.1 软件开发平台介绍

4.2主程序设计

4.3 LCD液晶显示程序设计

4.4 串行通讯程序设计

4.5 PFM发生程序设计

4.6按键处理程序

4.7 电磁泵控制系统仿真

4.7本章小结

第5章 电磁泵控制系统实验与结果分析

5.1线圈的感应电动势测量

5.2控制电路板温度升高量测试

5.3电磁泵输出流量测试

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文