Y003-0012光电式转角位置传感器工作电路(第一遍).doc

光电式转角位置传感器工作电路
一、可以满足的教学功能
本电路板主要模拟曲轴转角位置传感器的信号产生过程，以及传感器信号输入控制模块后，当信号发生变化时，对喷油器、点火线圈以及汽油泵工作状况的影响。通过该电路板的学习，可以：
1、掌握光电式转角位置传感器工作电路的组成和工作原理；
2、理解光电式转角位置传感器的作用和控制过程；
3、掌握电路构成主要部件的作用和工作原理；
4、学会电路板工作性能的检测方法；
5、学会电路板常见故障的诊断和维修方法；
6、掌握万用表、数字存储示波器的使用方法。
二、电路板工作原理
曲轴转角位置传感器在基本车型中有三种基本传感器电路，分别为：电磁式转角位置传感器；光电式转角位置传感器；霍尔式转角位置传感器。本电路主要讲解光电式转角位置传感器的电路原理。
本电路由两部分组成，一部分为光电式传感器的驱动电路，一部分为模拟喷油器、点火线圈、燃油泵的驱动电路，两部分电路之间通过控制模块（U2）联系在一起，依据传感器驱动电路输出的信号去控制喷油器、点火线圈、燃油泵的运行。
工作原理：接通电源后，传感器信号盘驱动电机开始工作，通过调节电位器RT1可以控制驱动电机的运行速度，此时光电式转角位置传感器输出的信号频率随驱动电机转速快慢而改变。传感器输出的信号输入到单片机（U2）进行处理后，单片机（U2）根据输入信号的变化去控制喷油器、点火线圈和油泵的搭铁电路。
电路原理图如下：

光电式传感器驱动电路

模拟喷油器工作电路
元件参数表：
元件编号
元件名称
参数
R2、R5
电阻
10K
R1、R3、R4、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12
电阻
1K
RT1
电位器
10K
CT2、CT3
电解电容
22uF
CT1
电解电容
10uF
C1
瓷片电容
0.01uf
C2
瓷片电容
0.1nf
C3、C4
瓷片电容
0.1uf
D1、D2、D3
二极管
IN4007
D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11
LED发光二极管

Q1
场效应晶体管
IRF540
Q2
集成稳压电路
7805
Q3
三极管
9013
U1
芯片
NE555
U2
芯片
STC12C5204AD
S3
不自锁按键

Y1
晶振
8MHz
C5、C6
电容
10pf
在本电路中，使用风扇模拟油泵的运行，使用LED灯模拟喷油器和点火线圈的运行。电路工作时，风扇转动（模拟油泵开始工作），同一行的LED按照点火顺序以次点亮，模拟点火和喷油的时序。当调节RT1时，LED的亮灭频率会根据传感器产生信号的频率改变而改变，以模拟当曲轴转速发生变化时，喷油器和点火线圈工作频率的变化。在J2端可测量信号输出。
三、 主要组成元件的作用和工作原理
1、STC12C5204AD单片机
STC12C5204AD单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）、高速/超强抗干扰的新一代增强型8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速8位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。STC12C5204AD单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块，可称得上一个片上系统。由于集成8路高速8位A/D转换，使用STC12C5204AD单片机比使用AT89C51和ADC芯片的实际电路简单。

STC12C5204AD单片机引脚图
STC12C5204AD单片机引脚说明
P1.0/ADC0：复用端口，标准I/O口，PORT1[0] /ADC输入通道-0，模拟量通过该端口进入即可进行A/D转换，无需另接A/D转换电路。
P1.1/ADC1：同P1.0/ADC0。
P1.2/ADC2/EX_LVD/RST2：标准I/O口，PORT1[2] /ADC输入通道-2，EX_LVD是外部低压检测中断/比较器端口，RST2是第二复位功能脚。
P2.0~P2.7：Port2口，即可作为输入/输出口，也可作为高8位地址总线使用（A8~A15）。
P3.2/INT0：Port3口，标准IO口，第二功能是外部中断0的输入端，下降沿或低电平中断。
P3.3/INT1：功能同P3.2/INT0。
P3.5 /T1 /CCP1：标准IO口，定时器计数器的外部输入，也可为外部信号捕获（可做为频率测量），高速脉冲输出及脉宽调制输出。
P3.7 /CCP0：标准IO口，也可为外部信号捕获（可做为频率测量），高速脉冲输出及脉宽调制输出。
XTAL1：内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振的一个引脚。当直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时钟源的输入端。
XTAL2：内部时钟电路反相放大器输出端，接外部晶振的另一个端。
2、7805引脚介绍及常用电路

7805引脚图及常用电路
7805三端稳压集成电路，最大输出电流为1.5A。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管、TO-220 的标准封装。
用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。
3、IRF540引脚功能及常用电路

IRF540引脚及常用电路
IRF540是一种沟渠工艺封装的N通道增强型场效应功率晶体管。其主要应用于：DC到DC转换器、开关电源、电视及电脑显示器电源等。上图电路中，控制信号如果接TTL信号，可以控制电磁阀等负载；控制信号如果接PWM占空比信号，可以调节电机的转速或者灯泡的亮度。
4、NE555的引脚图及功能：

1脚：为地。
2脚：为触发输入端。
3脚：为输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器2脚的控制。当触发器接受上比较器A1从复位脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态，3脚输出低电平；2脚和6脚是互补的，2脚只对低电平起作用高电平对它不起作用，即电压小于1Ucc/3，此时3脚输出高电平。6脚为阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入　电压大于2 Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于1Ucc/3时才有效。3脚在高电位接近电源电压Ucc，输出电流最大可达200mA。
4脚：是复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低电平。
5脚：是控制端。
7脚：称放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。
8脚：工作电压输入端，电压为5～18V。
555集成电路开始是作定时器应用的所以叫做555定时器或555时基电路。但后来经过开发，它除了作定时延时控制外，还可用于调光、调温、调压、调速等多种控制及计量检测。此外，还可以组成脉冲振荡、单稳、双稳和脉冲调制电路，用于交流信号源、电源变换、频率变换、脉冲调制等。由于它工作可靠、使用方便、价格低廉，目前被广泛用于各种电子产品中，555集成电路内部有几十个元器件，有分压器、比较器、基本R-S触发器、放电管以及缓冲器等，电路比较复杂，是模拟电路和数字电路的混合体。
5、石英晶体振荡器

石英晶体振荡器结构及外观
石英晶体振荡器简称晶振，它是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体振荡器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。
6、电阻
电阻（通常用“R”表示），在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然。
电阻元件的电阻值大小一般与温度、材料、长度、还有横截面积有关，衡量电阻受温度影响大小的物理量是温度系数，其定义为温度每升高1℃时电阻值发生变化的百分数。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。电阻在电路中通常起分压、分流的作用。对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
7、电位器
电位器是具有三个引出端，阻值可按某种变化规律调节的电阻元件。电位器通常由电阻体和可移动的电刷组成。当电刷沿电阻体移动时，通过改变接入电路部分电阻线的长度来改变电阻的大小，从而逐渐改变电路中的电流大小，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压。电位器既可作三端元件使用也可作二端元件使用。后者可视作一可变电阻器。
8、三极管
半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。在正常工作时，B-E之间压降为0.7V，三极管若正常工作，必须在基极提供大于0.7V电压。当在B极产生小电流Ib时，在C极会产生β倍的电流，即Ic=β*Ib，Ib、Ic均流入Ie，则Ie=(1+β)*Ib。
本电路中为NPN型三极管9013，9013为晶体小功率三极管，把显示文字平面朝自己，从左向右依次为e发射极 b基极 c集电极，其放大倍数在40-110倍。
9、电容
电容器是一种能储存电能的元件，在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。
10、发光二极管
发光二级管是一种能发光的半导体电子元件。不同材料的发光二极管可以发出不同颜色的光，林砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），LED正向偏压的大小根据颜色不同而不同，一般为2V左右。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向工作电流一般为20mA，使用时必须串联限流电阻以控制通过发光二极管的电流。限流电阻R可以通过计算求得 。
11、二极管
二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，它是一种具有单向传导电流的电子器件。整流二极管主要用于整流电路，即把交流电变换成脉动的直流电。二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种现象称为电击穿。
12、不自锁按键
不自锁按键：是一种常见的按钮开关，开关每按动一次，使电路导通一次，随即断开，常用来产生脉冲信号，或者发送一次命令。在电路中每按一次，提供单片机复位的信号。
13、光电式转角位置传感器
光电式转角位置传感器可以用来检测旋转物体转动的速率和转角位置，并将速率和转角位置信号转变成电信号输入控制模块，在发动机控制系统内，控制模块利用该信号控制喷油脉冲宽度、喷油正时、点火时刻、点火线圈充电闭合角、电动汽油泵、怠速转速等。

信号盘安装在发光二极管(LED)与光敏晶体管(或光敏二极管)之间。当信号盘上的透光孔旋转到LED与光敏晶体管之间时，LED发出的光线就会照射到光敏晶体管上，此时光敏晶体管导通，其集电极输出低电平(0．1-O．3V)；当信号盘上的遮光部分旋转到LED与光敏晶体管之间时，LED发出的光线就不能照射到光敏晶体管上，此时光敏晶体管截止，其集电极输出高电平(4．8～5．2V)。
如果信号盘连续旋转，透光孔和遮光部分就会交替地转过LED而透光或遮光，光敏晶体管集电极就会交替地输出高电平和低电平。当传感器轴随曲轴或配气凸轮轴转动时，信号盘上的透光孔和遮光部分便从LED与光敏晶体管之间转过，LED发出的光线受信号盘透光和遮光作用就会交替照射到信号发生器的光敏晶体管上，信号传感器中就会产生与曲轴位置或凸轮轴位置对应的脉冲信号。
四、故障诊断流程
在电路板接入电源后，观察电路工作情况，若LED二极管正常工作，风扇不工作，则判断风扇信号驱动电路出现故障，检测风扇驱动电路判断故障点；若风扇正常工作，某一路LED不亮，则判断对应二极管驱动电路出现故障，检测故障点；若所有LED及风扇均不正常工作，则判断无传感器输入信号或控制模块故障，检测信号输入电路，判断故障点。