1 引言 汽車發(fā)動機(jī)的起動是通過起動機(jī)驅(qū)動發(fā)動機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)的。由蓄電池驅(qū)動的起動機(jī)驅(qū)動齒輪產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動；傳動機(jī)構(gòu)將驅(qū)動齒輪嚙合入飛輪齒圈，同時能在發(fā)動機(jī)起動后自動脫開；起動機(jī)直流電動機(jī)的通斷由電磁開關(guān)控制。 汽車起動機(jī)屬于汽車中的貴重部件，輕易不會損壞。但是，為了延長起動機(jī)的使用壽命，須有恰當(dāng)?shù)氖褂梅椒?。由于誤操作等原因，在汽車發(fā)動機(jī)起動時，若發(fā)動機(jī)起動后起動機(jī)不能及時斷電．將燒毀起動機(jī)或損壞飛輪齒環(huán)；若起動時變速器不在空檔，則會引發(fā)交通事故和人身安全。在起動發(fā)動機(jī)的過程中，起動機(jī)要從蓄電池引人300～400 Ah的電量，為了防止蓄電池出現(xiàn)過流或損壞現(xiàn)象，起動時間一般不應(yīng)超過5 s；冬季容易出現(xiàn)起動困難的現(xiàn)象，多次起動時每次起動時間不宜過長，每次起動應(yīng)留有適當(dāng)間隔。 為了實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的正常起動和安全保護(hù)，需從汽車電氣控制系統(tǒng)予以考慮。在汽車發(fā)動機(jī)的起動電路系統(tǒng)中，汽車起動機(jī)的供電電源來自電瓶，發(fā)動機(jī)起動時起動機(jī)線圈電流非常大，達(dá)上百安培。為了保證汽車發(fā)動機(jī)能正常起動，通常在發(fā)動機(jī)起動時，要求切斷汽車燈光等車身電器電源，只保證為汽車起動機(jī)提供電源。為了防止汽車起動時出現(xiàn)安全事故，只有當(dāng)汽車變速器檔位處于空檔狀態(tài)下，汽車發(fā)動機(jī)才能點(diǎn)火啟動，否則因起動機(jī)瞬間的強(qiáng)力轉(zhuǎn)動，將使汽車位移，前方一旦有障礙物，將會損壞汽車或危害人身安全。為了保護(hù)起動機(jī)，每次起動不得超過一定的時間，若汽車起動機(jī)帶負(fù)荷連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時間超過5～8 s，發(fā)動機(jī)起動后起動開關(guān)不斷開，起動機(jī)繼續(xù)工作，則飛輪齒輪會帶動起動機(jī)驅(qū)動齒輪高速旋轉(zhuǎn)，加速損壞起動機(jī)單向離合器。若發(fā)動機(jī)起動后，又誤將起動開關(guān)接通，則起動機(jī)驅(qū)動齒輪將與高速旋轉(zhuǎn)的飛輪相碰撞而損壞起動機(jī)，因此，在發(fā)動機(jī)起動狀況下不可再次起動。在此，介紹了一種基于NXP P89LPC901單片機(jī)的汽車起動保護(hù)控制器。該控制器對汽車發(fā)動機(jī)起動過程進(jìn)行了檢測控制，通過采用逐個關(guān)閉或打開負(fù)載電源系統(tǒng)，解決了起動電流大對汽車電源的沖擊影響，通過對發(fā)動機(jī)起動過程中變速箱檔位、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測，實現(xiàn)對汽車起動機(jī)的保護(hù)。 2 起動保護(hù)器工作過程及功能 2.1工作過程 圖1給出汽車起動保護(hù)器原理框圖。其工作過程是：起動保護(hù)控制器對起動開關(guān)進(jìn)行檢測，當(dāng)起動開關(guān)接通時，若變速箱檔位開關(guān)處于空檔位置，汽車發(fā)動機(jī)未在工作狀態(tài)時，接通車身電器電源繼電器，切斷車身電器負(fù)載電源，延時0.5 s后，接通起動控制繼電器，起動機(jī)通電起動。當(dāng)起動開關(guān)斷開或者發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到300 r／min后，控制器釋放起動控制繼電器，起動機(jī)斷電停止工作，延時0.5 s后。釋放車身電器電源繼電器，接通車身電器負(fù)載電源，起動完成。 2.2 主要功能 2.2.1正常起動 鑰匙開關(guān)從ON檔打到（起動檔）START檔起動發(fā)動機(jī)時，當(dāng)變速箱檔位在空檔位置時，起動保護(hù)控制器先切斷車身電器負(fù)載電源，延時0.5 s。再接通起動繼電器，起動機(jī)起動，當(dāng)起動機(jī)帶動發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于300 r／min后，或者鑰匙開關(guān)由START檔回到ON檔時，控制器控制起動繼電器斷開，起動機(jī)斷電，延時0.5 s，再接通車身電器負(fù)載電源，起動過程完成。 2.2.2非空檔起動保護(hù) 起動保護(hù)器要求變速箱只有在空檔位置時，才能起動發(fā)動機(jī)。但若空檔開關(guān)損壞或者駕駛員知道變速箱不在空檔位置但必須起動發(fā)動機(jī)時，可采取非空檔位置保護(hù)起動，其起動條件是要求鑰匙從ON檔打到START檔，并在START檔位持續(xù)3 s后方可起動。起動過程與正常起動相同。 2.2.3鑰匙開關(guān)不能回位保護(hù) 在汽車起動過程中，若鑰匙開關(guān)在START檔位且時間大于5 s，或者因鑰匙開關(guān)故障，在5 s內(nèi)不能從START檔回到ON檔，則為了保護(hù)起動機(jī)和電瓶，控制器可以切斷起動機(jī)電源，接通車身電器負(fù)載電源。 2.2.4重復(fù)起動保護(hù) 若發(fā)動機(jī)已處于工作狀態(tài)，而且轉(zhuǎn)速大于300 r／min，當(dāng)鑰匙開關(guān)從ON檔打到START檔時，則控制器保證起動機(jī)不再起動。 3 P89LPC901單片機(jī)的主要特性 根據(jù)工作條件和可靠性要求，經(jīng)過對比，選用NXP公司生產(chǎn)的單片封裝微控制器，即NXP P89LPC901單片機(jī)。該單片機(jī)的工作溫度范圍在-45～85℃，因此，可以滿足汽車起動保護(hù)器的應(yīng)用要求。該單片機(jī)的主要性能是：由于采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)型8051內(nèi)核．其指令執(zhí)行速度6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件，因此，集成了許多系統(tǒng)級的功能。圖2給出了結(jié)構(gòu)及功能框圖。芯片集成了1 KBFlash程序存儲器，128 B數(shù)據(jù)存儲器，2個16位定時／計數(shù)器及PWM，23位的系統(tǒng)定時器，以及增強(qiáng)型UART，具有高精度的內(nèi)部RC振蕩器和片內(nèi)復(fù)位、8引腳SO-8封裝，最大有6個可編程的I／O端口，內(nèi)部一個可編程的模擬比較器，可編程Watchdog定時器及電源監(jiān)控器等，該單片機(jī)具有較高的性能價格比，能夠滿足汽車起動保護(hù)器的控制功能要求。 4 起動保護(hù)器電路原理 根據(jù)汽車起動保護(hù)器的功能及工作過程要求，應(yīng)用NXPP90LPC901單片機(jī)的汽車起動保護(hù)器電路由電源電路、單片機(jī)電路、開關(guān)信號輸入電路、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速輸入電路，電源繼電器及起動繼電器控制電路等組成（見圖3）。P89LPC901采用內(nèi)部復(fù)位電路和片內(nèi)RC振蕩器（7.373 MHz），可以提供6個可編程I／O接口，分別用于輸入檢測和輸出控制。 4.1電源電路 用于客車的起動保護(hù)控制器。其供電電源采用+24 V的汽車電瓶電源，經(jīng)壓敏電阻和防止電源極性接反的保護(hù)二極管VD1后，得到+12 V電壓，該電壓為比較器LM2903電源，同時將該電壓濾波限流后，再經(jīng)HA7355穩(wěn)壓管穩(wěn)壓和濾波，然后向P89LPC901提供+3.3 V電壓。 4.2開關(guān)輸入檢測電路 起動保護(hù)控制器的輸入開關(guān)有：起動開關(guān)（START-SW）、空檔開關(guān)（NULL-SW）；2個開關(guān)量輸入信號，它們分別接正電源（+24 V）有效。 起動機(jī)的電源來自汽車電瓶。在起動機(jī)起動時，電流很大，可達(dá)上百安培，可能會造成電瓶虧電，電壓降低。為了保證當(dāng)起動開關(guān)接通時，電瓶電壓大于12 V，能夠正常起動，使START-SW信號通過比較器LM2903轉(zhuǎn)換，接入單片機(jī)的P04引腳。當(dāng)START-SW信號電壓大于12 V，則LM2903的第7引腳輸出+33 V；當(dāng)START-SW信號電壓大于+12 V，則LM2903的7引腳輸出0 V。 空檔開關(guān)NULL-SW信號經(jīng)晶體管轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為單片機(jī)要求的電平信號，接人單片機(jī)的P15引腳，當(dāng)空檔開關(guān)接通時，單片機(jī)的P15引腳為高電平；當(dāng)空檔開關(guān)斷開時，單片機(jī)的P15引腳為低電平。 4.3 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器輸入檢測電路 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器輸出的是正弦信號，其電壓幅值范圍為3～6 V。發(fā)動機(jī)輸出信號為173個脈沖／轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于300 r／min后，完成起動時。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器輸出的正弦信號經(jīng)比較器LM2903轉(zhuǎn)換為方波信號接人單片機(jī)的P12引腳，即P89LPC901的計數(shù)器輸入引腳，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號大于2 V時為高電平；低于2 V時為低電平。 4.4繼電器控制電路 在控制電路中，車身電器電源通過繼電器RLY1控制，使負(fù)載接入常閉觸點(diǎn)；起動機(jī)起動控制通過繼電器RLY2，使負(fù)載接入常開觸點(diǎn)。電路中繼電器由89LPC901的P30和P31輸出，并經(jīng)BTS612放大驅(qū)動。 5 起動保護(hù)控制器控制程序 起動保護(hù)控制器控制程序采用匯編語言編寫。圖4示出根據(jù)發(fā)動機(jī)的起動過程和功能要求設(shè)計的控制程序框圖。 6結(jié)語 設(shè)計的汽車起動保護(hù)控制器電路考慮了汽車的環(huán)境和可靠性。采用NXP 89LPC901單片機(jī)控制，具有控制電路設(shè)計簡單，控制靈活、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在宇通客車上裝車五萬余輛，使用證明，工作穩(wěn)定可靠，運(yùn)行良好。