电控发动机信号采集和故障模拟系统的设计

【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。