【doc】基于C8051F020芯片的EQ6100发动机不解体故障诊断仪的研制

【doc】基于C8051F020芯片的EQ6100发动机不解体故障诊断仪的研制 基于C8051F020芯片的EQ6100发动机不解 体故障诊断仪的研制 文章编号:1671-1041(2006)03-0016?02 基于C8051F020芯片的 EQ6100发动机不解体故障诊断仪的研制 石重阳,杜卫华 (承德石油高等专科学校,河北承德067000) 摘要:本文介绍了EO6100发动机不解体故障诊断仪器的设计.针对 EO6100发动机的结构特点,设计了专用测试传感器,通过实验测出了其 特性曲线.现场运行表明:该仪器设计合理,可行.抗千扰能力强.方便发 动机故障诊断,具有较高的性价比. 关键词:传感器;C8051F020;测试曲线:设计 中圈分类号:TH814.5文献标识码:A DesignofEQ61O0enginediagnosis disassembledbasedonC8051F020 SHIChong-yang.DUWei-hua (ChengdePetrolrumCollege,Chengde067000) Abstract:Inthispaper,DesignofEQ6100EngineDiagnosis Disassembledisintroduced.akindofspecialsensorwhichfeels EQ61O0Engineisdesigned,Itscharacteristiccurveismeasuredby experiment,Itisprovedtheinstrumenthasmtiona1.pracUcabledesign andwelIanti-disturbancepedormance.Atsametime.itprovides convenienceforEQ6100EngineDiagnosis.andhashigherperforman ce?priceratio. Keywords:sensorC8051F020;curve:design 车用发动机燃烧室内的高压气体经活塞与气缸壁窜入曲轴箱后 从机油口排出.我们称这一气体流量为曲轴箱窜气量(单位 Umin).其值的大小是表征汽缸活塞组磨损程度一个非常重要的参 数,通过此参数可判定发动机动力性能,机油,燃油消耗程度,为 发动机不解体故障诊断提供一种新的测试方法. 由于曲轴箱内的气体压强较低(EQ6l0o发动机在2000转,分 钟的负荷下.只有10-20kPa).加之气体的流量小,脉动性强(1) 等因素的影响,现有检测仪器的测量精度,稳定性均达不到故障诊 断的要求.为此.笔者设计了基于C8o5lFa?作为主控制芯片的 EQ6100发动机不解体故障诊断仪,经现场试运行表明:该仪器设 计合理,可行,抗干扰能力强,为发动机故障诊断提供了方便.具 有较高的性价比. 1诊断仪的总体设计 1.1传感器设计 传感器主要由节流板l,座体2,输出接口5.检测装置7等 部件组成(见图1).其中检测装置采用量程5ram,输出电压0 收稿日期:2006-03-22 1l洫扳 2瘴体 3.体 4砌定火扳 一律 '是5输II1接ll 6密封I斟 7榆棚装 8棚{It@l:什 IE 田1传感器结构图 16EICVOI.jI32006N0.3 — 5嘶V的DA一0.5型直流差动变压器位移传感器.测量原理:将 传感器与发动机加注机油口用胶管连接,从曲轴箱窜出的气体.经 过节流平板与座体气道之间的间隙捧到大气中.由于静压差的作 用.节流板联动测量杆件产生位移,测量装置输出电压信号,其流 量的大小与输出的电压信号成一定比例关系. 1.2测量系统的硬件组成 测量系统的硬件组成如图2所示. 田2系统结构枉田 1.2.1单片机系统 C8051FO20是美国CYGNAL公司推出的混合信号系统芯片. 是高度集成的片上系统,它嵌入了一款高速低功耗高性能的8 位微处理器,最突出的特点是高速指令处理能力.C8051F021采用 CIP?51微控制器内核.与MCS-51指令完全兼容.CIP一51采用流 水线结构.与的8051相比,指令执行速度有很大的提高.片 内集成了多通道l2位和8位D转换器以及一个双12位D,A转 换器,两个增强型UART串口,便于模拟量和数字量的采集,该 单片机还集成有4kB内部数据RAM和64kBFlash.片内还配置了 标准的JrrAG接口,调试方便. 1.2.2图形式LCD显示 系统采用32Ox240点阵图形式液晶显示模块.显示清晰,分辨 率高,文本图形显示,具有EL背光.显示控制器采用日本 SElK0EPSoN公司的SED1330,有较强功能的?()缓冲器,指令 功能丰富,数据并行发送,最大驱动能力为(25o点阵,其硬件 结构可分为MPU接口部分,内部控制部分和驱动LCM的驱动部 分,可与多种单片机连接. 1.2.3传感器信号的调理 由AD623构成的单电源数据采集电路(图3)'电桥电源为5V. 共模电平为2.5V,通过调整可调电阻Rg的阻值调整AD623的放 田3AO~.3簟电?工作电膏 欢迎光临本刊网站htt~ic.oom.卵 大倍数,调试时要注意其最大输出不超过C8o51F020引脚的最大 输入电平,即3.3V,去耦电容最好选用0.1F表贴瓷片状电容和10 "F的钽电解电容. 1.2.4硬件抗干扰 JTAG引脚:在电路设计时,JTAG口的TCK要加3.3V上 拉,上拉电阻值4.7l(.另外,要考虑到在成品阶段(此时己不需要 通过JTAG编程),将所有JTAG引脚接地,这样更能提高系统的 抗干扰能力,对于提高系统的稳定性是非常重要的. 1.2.5系统的软件编程 软件采用了"自顶向下"的结构化程序设计方法,同时使用 模块化编程,使软件可靠,通用性强且便于扩展与修改.软件由仪 表监控程序,键盘管理程序,液晶显示管理程序,数据采集处理程 序及输出程序模块等部分组成.图4为数据采集软件图. 图4数据采集软件流程图 1.2.6软件抗扰 在使用C51编程时,使用指针变量(对FLASH进行写操作) 按如下方式定义: unsignedcharxdataidata(或data)pwrite: 这样做的目的是确保写FLASH的指针的地址被分配在 (data)或(idata)空间. 2仪器的调试,标定 2.1标定装置的制作 因EQ610o发动机曲轴箱窜气量故障判断值为70L/min.所 以构造EQ610o发动机故障检测仪的测量范围为50-140L/min. 制作一个能够对压缩空气进行压力调节,流量调节的气源装置,模 拟从发动机机油口窜出的气体流量.用量程200L/min.精度0.2 %的玻璃气体流量计作为流量标定装置.用内径与传感器气道相 近.长度1米左右的胶管把传感器,气源装置.玻璃气体流量计连 接起来.测试过程中传感器(测量杆件轴线)应处于水平位置,调 整气源装置输出的流量分别按10L/rain间隔增加,在140L/rain作 为试验终止点.调整传感器信号放大电路AD623的增益,当窜气 量达到140L/rain时,传感器输出电压达到A/D转换器的满量程 输入电压,即1.5V,记录下实验数据,画出实验曲线,图5为输出 塑鱼 电压与流量的关系曲线.? 2.2仪器的标定 C8051FO2o的FLASH存储器中有一个附加的128B扇区,位 于0)【8o00)【807F,该扇区可用于存储程序代码或数据.这些单元正 适用于作为非易失性临时存储器使用,通过键盘把曲线逐段线性 化点存入这些单元中,通过软件进行标度变换,线性化处理. 2.3验证与应用 调节气源装置输出的流量,使玻璃气体流量计指示值分别为 20,40….140L/min作为测试点,用传感器构造的测量仪器在这 些点上进行比较测量,重复测量三次,计算平均值和极差.测量结 果见表1. 之 UI 蔷 羽 孽 泓=lI{I1 圈5输出电压与漉?的美系瞳垃 寰1测?仪嚣与流?计?结果比较 测量点L/ram20o040.0060?80o0100.0012000140.o0 平均僵I./nm193039756020793810036119.41140.48 差值L/ram0300250.200220360.410.48 经计算,当气体流量在50,140L/min范围内,仪器平均 测量误差在0.5%以内.检测装置中的回位弹簧初始力和测量杆件 与芯体的摩擦力,对脉动的气体会产生一定的阻尼作用,此阻尼对 测量的快速性,准确性有一定影响,但有利于提高测量系统的稳定 性,结构设计合理可保证测量精度在规定范围之内. 4结束语 本文设计了一种基于C8051FO2o单片机的EQ610o发动机不解 体故障诊断仪,充分利用C8051FO2o单片机的优越性能,增强了系 统的抗扰性能,降低了设计成本,通过对多台EQ6100发动机曲轴 箱窜气量进行测量.检测准确可靠,达到了设计要求.? 参考文献 【1】张建俊.汽车检测与故障诊断技术[M).北京:机械工业出版 社,1999. 【2】杜卫华.轴径测量仪的研制.物理实验[J).长春2OO3. (4):40,41. 【3】C8051F02xDataSheets,CygnalCorporation 【4】李刚,林凌.与8051兼容的高性能.高速单片机,CS051Fxxx. 北京:北京航空航天大学出版社,2002. 作者简介:石重阳(1968一),男.工程师,承德石油高等专科学校电工系工 作,主要研究方向:自控技术,长期从事机电产品的研制.开发工作;杜卫 华,男,副教授,承德石油高等专科学校汽车工程系实验宝主任,主要研究 方向:自控技术. 作者声明:自愿将本文稿酬捐为.仪器仪表用户杂志爱?助学基金 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息ElCV01.132006No.317