一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统的制作方法

本实用新型涉及天然气发动机电控系统，属于发动机电控领域，具体涉及一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统。

背景技术：

随着科技的日益进步，石油资源短缺和排放法规的日趋严格成为困扰汽车工业发展的两大难题。因此，寻找清洁的代用燃料，降低对化石燃料的依赖，减少污染物的排放，成为了近几年世界各大汽车行业研究的热点问题。而在众多清洁的代用燃料中，又以LPG、CNG为代表的气体燃料，一起储量丰富、价格便宜、燃烧后污染物较少等优点，成为汽车清洁代用燃料的主流。然而，对于燃气汽车，其发动机的电控系统成为了制约气体燃料发展的一大难题。目前市场上燃气发动机电控系统集成度低、体积大、执行速度慢、控制精度低，不能满足喷气嘴的要求。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型公开一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统，集成度高，执行速度快、控制精度高，精准控制喷气量，成本低。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统，包括电源单元、信号采集单元、位置检测单元、电压变换单元、信号处理电路、主控单元和输出驱动单元；电源单元输出端分别与信号采集单元、位置检测单元和电压变换单元建立连接关系，信号采集单元输出端、位置检测单元输出端和电压变换单元输出端分别与信号处理电路建立连接关系，信号处理电路、主控单元和输出驱动单元依次建立连接关系，电压变换单元输出端与主控单元建立连接关系，输出驱动单元输出端与信号处理电路建立双向数据通信连接关系；

所述信号采集单元包括并行连接的燃气温度采集电路、燃气压力采集电路、排气氧传感器采集电路、母线电压采集电路和母线电流采集电路；所述燃气温度采集电路包括第一采集电阻、第二采集电阻、第三采集电阻、第四采集电阻、第一采集电容、第二采集电容、第三采集电容和运算放大器；所述并联连接的第一采集电阻和第一采集电容的一端与串联连接的第二采集电阻和第三采集电阻的一端建立连接关系，并联连接的第一采集电阻和第一采集电容的另一端接地，串联连接的第二采集电阻和第三采集电阻的另一端与运算放大器的同相输入端建立连接关系，运算放大器的同相输入端通过第二采集电容接地，运算放大器的反相输入端与运算放大器的输出端建立连接关系，第二采集电阻和第三采集电阻的中点通过第三采集电容与运算放大器的输出端建立连接关系，运算放大器的输出端通过第四采集电阻接地；所述第一采集电阻、第二采集电阻、第三采集电阻、第四采集电阻的阻值比为1∶2∶2∶5。

所述位置检测单元包括并行连接的曲轴位置检测电路、凸轮位置检测电路和节气门位置检测电路；所述曲轴位置检测电路包括第一检测电阻、第二检测电阻、第三检测电阻、第四检测电、第五检测电阻、第六检测电阻、第一检测电容和反相器；所述串联连接的第一检测电阻和第三检测电阻与反相器的输入端建立连接关系，反相器的输出端通过串联连接的第五检测电阻和第六检测电阻接地，第一检测电阻和第三检测电阻的中点分别通过第二检测电阻和第四检测电阻与电源和地建立连接关系，第一检测电容的一端与输入端建立连接关系，第一检测电容的另一端接地；所述节气门位置检测电路包括节气门体、加速踏板和节气门控制部分。

所述电压变换单元包括并行连接的第一直流电源部分和第二直流电源部分；所述第一直流电源部分通过稳压芯片将输出电压控制在直流5V，所用稳压芯片为M2575，输出电流1A，集成有52kHz的晶体振荡器，可通过主控单元控制芯片的开关；所述第一直流电源部分采用低跌落电压稳压芯片ASM1117-3.3，输出负载电流800mA，将输出电压稳定为3.3V，给主控单元供电。

所述主控单元包括第一控制芯片和与第一控制芯片相连接的第一外围电路、第二控制芯片和与第二控制芯片相连接的第二外围电路，第一控制芯片与第二控制芯片建立双向数据通信连接；所述第一主控单元中第一主控芯片为FPGA芯片，FPGA芯片型号为XC3S200A，工作频率50kHz，第一外围电路包括第一最小系统电路、JTAG接口电路和功率开关管控制电路；所述第二主控单元中第二主控芯片为CPLD可编程逻辑控制芯片，型号为EPM7064S，第二外围电路包括第二最小系统电路、EGO接口电路和串口电路。

所述输出驱动单元包括防干扰电路，所述防干扰电路采用RC低通滤波器进行抑制干扰；所述RC低通滤波器包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻阻值为10k，滤波电容容值为0.1uF。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：根据本实用新型所公开的一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统，集成度高，执行速度快、控制精度高，通过FPGA与CPLD双数字芯片对整个电控系统进行电压外环电流内环的双闭环控制，通过系统实时反馈，精准控制喷气量。而且本实用新型成本低，装置简单，适于推广。

附图说明

图1是根据本实用新型的实施例的一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统的总体结构框图；

图2是根据本实用新型的实施例的一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统的主控单元结构框图；

图3是根据本实用新型的实施例的一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统的燃气温度采集电路图；

图4是根据本实用新型的实施例的一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统的曲轴位置检测电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步详细描述。

一种基于FPGA控制的天然气发动机电控系统，包括电源单元、信号采集单元、位置检测单元、电压变换单元、信号处理电路、主控单元和输出驱动单元；电源单元输出端分别与信号采集单元、位置检测单元和电压变换单元建立连接关系，信号采集单元输出端、位置检测单元输出端和电压变换单元输出端分别与信号处理电路建立连接关系，信号处理电路、主控单元和输出驱动单元依次建立连接关系，电压变换单元输出端与主控单元建立连接关系，输出驱动单元输出端与信号处理电路建立双向数据通信连接关系；

所述信号采集单元包括并行连接的燃气温度采集电路、燃气压力采集电路、排气氧传感器采集电路、母线电压采集电路和母线电流采集电路；所述燃气温度采集电路包括第一采集电阻R1、第二采集电阻R2、第三采集电阻R3、第四采集电阻R4、第一采集电容C1、第二采集电容C2、第三采集电容C3和运算放大器U1；所述并联连接的第一采集电阻R1和第一采集电容C1的一端与串联连接的第二采集电阻R2和第三采集电阻R3的一端建立连接关系，并联连接的第一采集电阻R1和第一采集电容C1的另一端接地，串联连接的第二采集电阻R2和第三采集电阻R3的另一端与运算放大器U1的同相输入端建立连接关系，运算放大器U1的同相输入端通过第二采集电容C2接地，运算放大器U1的反相输入端与运算放大器U1的输出端建立连接关系，第二采集电阻R2和第三采集电阻R3的中点通过第三采集电容C3与运算放大器U1的输出端建立连接关系，运算放大器U1的输出端通过第四采集电阻R4接地；所述第一采集电阻R1、第二采集电阻R2、第三采集电阻R3、第四采集电阻R4的阻值比为1∶2∶2∶5。

所述位置检测单元包括并行连接的曲轴位置检测电路、凸轮位置检测电路和节气门位置检测电路；所述曲轴位置检测电路包括第一检测电阻R5、第二检测电阻R6、第三检测电阻R7、第四检测电阻R8、第五检测电阻R9、第六检测电阻R10、第一检测电容C4和反相器U2；所述串联连接的第一检测电阻R5和第三检测电阻R7与反相器U2的输入端建立连接关系，反相器U2的输出端通过串联连接的第五检测电阻R9和第六检测电阻R10接地，第一检测电阻R5和第三检测电阻R7的中点分别通过第二检测电阻R6和第四检测电阻R8与电源和地建立连接关系，第一检测电容C4的一端与输入端建立连接关系，第一检测电容C4的另一端接地；所述节气门位置检测电路包括节气门体、加速踏板和节气门控制部分。

所述电压变换单元包括并行连接的第一直流电源部分和第二直流电源部分。

所述主控单元包括第一控制芯片和与第一控制芯片相连接的第一外围电路、第二控制芯片和与第二控制芯片相连接的第二外围电路，第一控制芯片与第二控制芯片建立双向数据通信连接；所述第一外围电路包括第一最小系统电路、JTAG接口电路和功率开关管控制电路；第二外围电路包括第二最小系统电路、EGO接口电路和串口电路。

所述输出驱动单元包括防干扰电路，所述防干扰电路采用RC滤波器进行抑制干扰。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。