电控发动机信号采集和故障模拟系统的设计

发布时间：2017-10-01 22:38

  本文关键词：电控发动机信号采集和故障模拟系统的设计

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【摘要】：随着现代汽车工业和电子信息技术的发展,汽车电子化程度越来越高,汽车的性能也得到了极大的优化,电控和传感器技术给发动机带来了控制的精确性、稳定性和燃油消耗的经济性,发动机通过冷却液温度传感器、点火线圈电压传感器、曲轴和凸轮轴位置传感器、压力传感器等传感部件精确的采集数据,并传送控制器处理后驱动执行器,该系统是一个十分复杂的机、电、油综合系统,在高负荷连续运转的情况下,传感器本身的故障相对于行车电脑很容易显示。在电控发动机的教学中,除了要定性地观察一些物理和机械现象外,如能利用发动机信号采集和故障模拟装置,对运行过程中传感器的输出信号进行精确的测量,对学生深入的掌握电控系统的结构特点、传感器的测量原理,提高故障判断和维修能力,具有重要的意义。本文在东南大学成贤学院实验室现有的电控发动机实验台架的基础上,根据常见传感器输出信号的特点,开发了一套信号采集与传感器故障模拟系统。该系统下位机硬件采用微控制器和CPLD结合的架构,主要电路模块包括模拟信号调理、ADC、CPLD扩展、等精度频率测量、本地数据存储、EEPROM参数存储、TFT屏显示、矩阵键盘等,微控制器采用MSP430F169作为主控制器,温度、压力和线圈电压等传感器的模拟信号通过信号调理和ADC电路后,由MSP430F169采集处理。转速、曲轴位置等传感器输出的数字信号由CPLD芯片EPM570测量,分别在IAR5.3和Quartus 9.0开发环境中,利用C和VHDL语言开发MSP430F169和EPM570的通信协议,主控制器向CPLD发送故障码,CPLD利用端口驱动继电器通断,实现传感器故障的模拟。上位机监控软件采用Delphi和Access数据库开发,主要由传感器信息管理、数据采集、数据查询与显示、下位机校准等功能模块构成,Delphi为可视化开发环境,非常适合于需要串口通迅的场合,Access是微软开发的关系数据库管理系统,安装十分方便。下位机采集数据通过串口将数据发送到上位机保存、显示和处理,利用监控软件和其他测量仪器,可实现对下位机测量精度的校准和补偿。测试结果表明系统能准确的测量温度、压力、位置等传感器的输出信号,能模拟不同传感器的短路断路故障,为电控发动机的教学提供了一种实验装置。
【关键词】：发动机 传感器 信号采集 故障模拟 MSP430F169 CPLD
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 研究内容12
• 1.4 论文组织结构12-15
• 第二章 系统总体方案设计15-19
• 2.1 设计需求分析15
• 2.2 硬件方案设计15-17
• 2.3 软件方案设计17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 系统硬件设计19-39
• 3.1 微控制器的选型和最小系统设计19-23
• 3.1.1 微控制器的选型及特点19-21
• 3.1.2 微控制器的最小系统21-23
• 3.2 CPLD扩展模块23-24
• 3.3 电源模块24-25
• 3.4 点火线圈初次级电压、气缸压力采集模块25-26
• 3.5 冷却液温度采集模块26-27
• 3.6 转速测量模块27-32
• 3.7 凸轮、曲轴相位延迟测量模块32-33
• 3.8 故障设置模块33-34
• 3.9 人机交互模块34-35
• 3.10 本地存储模块35
• 3.11 参数存储与串口通信模块35-37
• 3.12 本章小结37-39
• 第四章 系统软件设计39-55
• 4.1 主控制器软件设计39-40
• 4.2 主控和CPLD通信程序设计40-43
• 4.3 CPLD闸门程序设计43-44
• 4.4 上位机监控软件设计44-53
• 4.4.1 软件功能需求分析44-45
• 4.4.2 软件架构45-48
• 4.4.3 软件流程48-49
• 4.4.4 界面设计49-50
• 4.4.5 通信模块设计50-52
• 4.4.6 数据保存与查询52-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第五章 系统测试55-61
• 5.1 测试平台55-56
• 5.2 通信功能测试56-57
• 5.3 指标测试57-59
• 5.3.1 点火线圈电压测量57-58
• 5.3.2 冷却液温度、发动机转速、气缸压力测量58-59
• 5.4 本章小结59-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-65
• 致谢65

【参考文献】

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本文编号：956106