發動機在線、實時檢測系統的設計

宋飛

（南京信息職業技術學院機電學院，南京210046）

?

發動機在線、實時檢測系統的設計

宋飛

（南京信息職業技術學院機電學院，南京210046）

摘要：鑒于目前眾多儀器在發動機檢測方面存在的弊端，本系統設計出一種在線、實時檢測系統用于檢測發動機電控系統信號。通過對大量車型調研分析，確定本系統設計所需的檢測項目，從而明確設計步驟。本系統可以滿足對電控系統進行檢測的基本要求。

關鍵詞：發動機在線檢測系統設計

引言

隨著我國經濟的飛速發展，汽車業已經發生了巨大的變化，出現了數量大、故障率高的現象。為了快速準確地排除車輛故障，維修人員一般會借助于傳統檢測儀器進行檢測，針對檢測結果進行故障診斷工作。但常規檢測儀器在使用過程存在一些問題，如儀器的體積較大、檢測費用較高、使用不方便等問題，對車輛的檢測維修工作產生諸多不利影響。要想克服傳統儀器使用中的弊端，我們就需要設計出一些新型設備進行故障檢測。現在，許多國家都比較重視發動機的檢測診斷工作，特別是對電控系統的檢測方面。國內外很多公司在發動機電控系統檢測方面已經做了很多工作，研制了一些新型的檢測儀器，推出新技術。根據使用需要，本課題開發的在線、實時檢測系統可以監測發動機電控系統主要參數的工作情況。根據儀器屏幕上的顯示結果，檢測人員就可以更加直觀地分析發動機電控系統的實時工作狀況。同時，該系統還具有成本低、方便實用等優點，對于汽車發動機維修、教學工作都大有幫助。

在發動機電控系統工作過程中，直流電壓、頻率及噴油信號起到非常關鍵的作用，決定了電控系統基本工作性能。而不同車輛的信號又存在差異，因此設計的前期工作就是進行大量的市場調查分析。然后進行本系統的設計工作：首先，設計直流電壓、頻率、噴油信號三種調理電路；其次選擇便于使用的顯示芯片；再次進行PCB電路板的設計；然后編寫單片機程序；最后把這個系統進行集成，在實車上進行在線、實時檢測，分析檢測結果，檢驗系統的功能。

1 設計過程

（1）確定系統的檢測指標。發動機電控系統主要包括傳感器、控制單元及執行器。傳感器測量發動機上的物理信號，并將物理信號轉換為所需的電信號；控制單元接收傳感器所輸入的信號，處理后輸出結果；執行器根據控制單元輸出的電信號驅動執行機構，完成指令動作。發動機電控系統電子信號中的直流信號、頻率調制信號、脈寬信號是非常重要的三種信號，也是本系統設計的重要項目。

通過多方調查分析，本系統最終確定直流電壓、電阻、頻率、噴油脈寬、溫度信號等作為本系統的檢測指標。為了方便使用，本系統配有一個移動電源，滿足系統隨車診斷需要；同時設置一個照明燈，便于黑暗處進行檢測；還設置一個功能選擇按鍵，用于選擇車型和檢測功能。

（2）設計檢測電路。系統設計的主要電路，如圖1所示。因本系統采用5V電源供電，而LM324芯片輸出電壓并不能達到其電源供電電壓值，因而系統設置了DC-DC升壓芯片，利用升壓電路，將所供給的5V電壓升至6.4V左右，用來給LM324供電。同時，本系統選用了2片4通道集成運算放大器LM324，由于電壓跟隨器的阻抗極大，故其輸入電流幾乎為0，因而幾乎不會影響原有信號。

本系統之所以使用電壓比較器LM393，是為了能夠更好地檢測發動機的轉速信號。而LM393的另外一路沒有使用的電壓比較器，反相輸入端保持高電平，同相輸入端保持低電平，輸出確定的低電平信號，防止產生高頻振蕩，影響系統運行的穩定性。

設計完系統的電路后，就要設計電路板，然后找合適的公司代理加工即可。

圖1 系統設計中的主要電路圖

（3）編寫單片機程序。設計的下一步工作就是進行軟件程序編寫，本系統選擇PIC18F4520-I/PT，它可以提供高達128 KB的RAM和廣泛的連接選擇，同時還具有高性能、連接性和數據處理能力。對單片機需要編寫直流電壓、電阻、頻率、噴油脈寬、溫度信號等檢測檢測程序，下面就是電阻檢測程序：

else if（OPTION==SIGNAL_RES）//測電阻

{

RLY2=1;

RES=1800;

DSP_DATA［5］= SegCode［2］; //2

DSP_DATA［4］= Smg_bk; //black space

while（OPTION==SIGNAL_RES）

{

while（RLY2==1）&&（RES＞=999）&&（OPTION==SIGNAL_RES））

{

RLY3=1;

delayms（100）;

AD_Convert（）;

if（VOLTAGE_CP＞=0.24）RLY2=1;

else RLY2=0;

RES =（long）（（VOLTAGE_CP*20/（5-VOLTAGE_CP））*1000）;

DSP_DATA1［5］=SegCode［RES/100000］;

DSP_DATA1［4］=SegCode［RES%100000/10000］;

DSP_DATA1［3］=SegCode［RES%10000/1000］;

DSP_DATA1［2］=SegCode［RES%1000/100］;

//DSP_DATA1［1］=SegCode［RES%100/10］;

//DSP_DATA1［0］=SegCode［RES%10］;

if（RES＜=450000）

{

if（DSP_DATA1［5］!=0xf5）

{

DSP_DATA［3］=DSP_DATA1［5］;

}

else

{

DSP_DATA［3］=Smg_bk;//black space

}

if（DSP_DATA1［5］!=0xf5||DSP_DATA1［4］!=0xf5）

{

DSP_DATA［2］=DSP_DATA1［4］;

}

else

{

DSP_DATA［2］=Smg_bk;//black space

}

DSP_DATA［1］=DSP_DATA1［3］|Smg_dp;

DSP_DATA［0］=DSP_DATA1［2］;// KΩ

}

else

{

DSP_DATA［3］=Smg_bk; //black space

DSP_DATA［2］=Smg_bk; //black space

DSP_DATA［1］=Smg_bk; //black space

DSP_DATA［0］=Smg_bk; //black space

}

LcdDisplay（）;

while（（!LOCK_FLAG）&&（OPTION==SIGNAL_RES））;

}

RLY2=0;

AD_Convert（）;

if（VOLTAGE_CP＜=4.17）RLY2=0;

else RLY2=1;

RES =（long）（VOLTAGE_CP/（5-VOLTAGE_CP）*200）;

if（RES＜=50）BEEP=1;

else BEEP=0;

DSP_DATA［3］=Smg_bk; //black space

DSP_DATA［2］=SegCode［0］|Smg_dp;//0.**單位KΩ

DSP_DATA［1］=SegCode［RES%1000/100］;

DSP_DATA［0］=SegCode［RES%100/10］;

LcdDisplay（）;

while（（!LOCK_FLAG）&&（OPTION==SIGNAL_RES））;

}

RLY2=0;

BEEP=0;

}

（4）系統調試。編寫完程序后，需要把整個系統進行集成，通過試驗車輛在線、實時進行檢測，利用數字萬用表、數字示波器等設備檢驗本系統的工作準確度。

表1 實車試驗部分檢測結果

對于噴油脈寬信號，數字示波器測得值為2.282 ms，本系統測得值為2.3 ms，其誤差為0.1%，表明系統可以滿足汽車發動機對噴油脈寬信號的測量要求。對于蓄電池電壓信號，數字萬用表測量值是12.3V，本系統測量值也是12.3V。對于頻率和冷卻液溫度信號，本系統檢測的結果和發動機綜合分析儀上的結果一致。通過以上分析可知，本系統可以滿足汽車發動機常見電控信號檢測的要求。

2 結語

本課題研究達到了預期目標，滿足對發動機電控系統進行檢測的實際使用需要。系統設計的亮點是在線、實時檢測發動機電控系統信號，為發動機電控系統的研究提供了較好的參考意義，對于汽車維修工作大有幫助，對于汽車教學工作都大有益處，對于相關課題的研究也具有很好的借鑒意義。

參考文獻

［1］明平順，楊萬福.現代汽車檢測技術.人民交通出版社.2001.

［2］黃銀娣，閔永軍，萬茂松.新型汽車電控系統及其檢修.中國林業出版社.2001.

［3］饒運濤，鄒繼軍，王進宏等.現場CAN總線CAN原理與應用技術，北京航空航天大學出版社，2007.8.

［4］胡小平.汽車發動機在線監測系統的研究，武漢理工大學碩士學位論文，2001.11.

［5］楊春杰，王曙光，亢紅波.CAN總線技術.北京航空航天大學出版社.2010.2.

［6］祁翠琴，李淑君.汽車電控技術.北京大學出版社.2008.8

Engine Online,Real-time Detection System Design

SONG Fei
（Nanjing Institute of Information Technology Institute of Electrical and Mechanical Services,Nanjing 210046）

Abstract:Given the current number of instruments in the detection engine drawbacks of the system devised an online, real-time detection system for detecting an engine electronic control system signals. Through a lot of investigation and analysis models to determine the design of the system required to test items, so as to clarify the design steps. The electronic control system to meet the basic requirements for detection.

Key words:engine, online testing, system design

基金項目：南京信息職業技術學院科研基金項目（YK20140202）發動機在線、實時檢測系統。