基于XC2267M的工程機械發動機狀態監測終端

顏　偉

(江蘇自動化研究所，連云港 222061)

基于XC2267M的工程機械發動機狀態監測終端

顏偉

(江蘇自動化研究所，連云港 222061)

摘要:為了實現對工程機械車輛發動機運行狀態的實時監測及歷史數據的保存、查閱，研制基于C166的工程機械發動機狀態智能監測終端。該終端以C166汽車級16位微控制器XC2267M為核心，采用C語言編程，實現了發動機轉速、油溫、油壓等信息測量、狀態屏顯、歷史數據存儲、狀態報警、按鍵消音等功能。

關鍵詞:XC2267M；C166；監測終端

引言

當前我國正處于經濟飛速發展時期，作為社會發展的支撐，工程建筑、道路設施等迅速發展，對工程機械車輛的需求量也日益增長。發動機作為工程機械車輛的核心器件，其運行狀態的好壞直接影響著工程車輛整車的運行效率以及運行安全。隨著車輛運行狀態監測系統信息化和智能化水平的不斷提升，對狀態監測系統的功能要求也越來越高。本文設計了一款工程機械車輛發動機運行狀態智能監測終端，該終端以汽車級16位微控制器XC2267M為核心，采用C語言編程，實現了包含發動機轉速、油溫、油壓等信息的實時測量，實測狀態信息屏顯，歷史數據存儲，狀態信息超限報警，按鍵消除報警音等功能，具有監測全面、顯示直觀、軟硬件成本低、編程靈活等特點，可以廣泛應用于多種工程車輛發動機狀態監測系統中。

1原理設計

本文設計的發動機狀態監測終端采用C語言編程，硬件部分包括主處理器模塊以及與其相連的外圍電路，外圍電路包括電源模塊、存儲器模塊、實時時鐘輸入、傳感器狀態采集、通信總線模塊、屏幕顯示模塊等，其硬件原理框圖如圖1所示。

圖1　監測終端原理框圖

主處理器模塊選用英飛凌公司16位單芯片微控制器XC2267M作為控制核心，外圍電路基于XC2267M的外設資源進行擴展。XC2267M最高工作頻率為80 MHz，擁有16 位外部數據總線；具有兩個支持外部復用器的可同步 ADC，可采集發動機外圍多種模擬量信號；1個16通道捕獲/比較單元CC2，可實時快速捕捉測量發動機轉速頻率信號；4個用于產生靈活PWM信號的捕獲/比較單元(CCU6)；2個多功能通用定時器單元GPT； 8個通用串行通道USIC，支持外圍適配SPI、I2C等多種串行協議芯片； 6個CAN節點的MultiCAN。XC2267M的上述特點使其非常適合應用于工程車輛發動機狀態監控終端。

電源模塊由電源保護、電源轉換、傳感器供電與點火線開關等電路組成。電源保護電路能夠對電源反接、過壓和過流進行相應的保護，防止電流異常造成監測終端的損壞，保證了監測終端的安全；電源轉換子模塊將車載電池電壓轉換為監測終端內部所需的工作電壓；傳感器供電子模塊使得工程車輛無需額外配備供電系統即可對外接傳感器進行供電，不僅方便系統接線，還可以降低系統硬件成本；點火線開關允許在一直供電的系統中通過軟件關閉監測終端。

存儲器模塊包括Flash程序與數據存儲器、RAM存儲器和非易失性EEPROM存儲器。監測終端使用XC2267M片內的832 KB Flash作為BootLoader和C語言監測程序的存儲空間，連接到XC2267M的SPI總線上的8 KB EEPROM存儲器來記錄系統監測歷史信息。

傳感器模塊對車輛油溫、油壓、發動機轉速等多種狀態進行采集，將其轉換成對應的電壓、電阻、頻率值，XC2267M由ADC模塊采集電壓、電阻值，由CC2頻率捕獲模塊測量頻率值，并由轉換程序將電壓、電阻、頻率值還原為油溫、油壓、轉速值。可以根據實際工作情況，設定油溫、油壓、轉速超限值，當上述值出現超限情況時，將其超限值記錄到EEPROM中，同時啟動蜂鳴器報警。

RTC模塊選用ISL1208實時時鐘芯片，XC2267M使用I2C接口協議設定ISL1208的時間以及讀取ISL1208的實時時間值，當采樣的油溫、油壓、轉速值出現超限時，記錄超限值的同時，并將超限時間、超限類型、超限值組織為一條記錄，保存在EEPROM中，方便以后查閱。

按鍵輸入部分進行鍵值掃描，不同的按鍵完成蜂鳴器報警消音、超限歷史記錄查詢翻頁顯示等功能。

利用CAN總線模塊接口，可以通過BootLoader實現在監測終端不開殼的情況下完成底層程序的更新與維護；同時，可以通過CAN接口將監控數據實時發送，配合遠端監控程序實現遠程監控。

2軟件設計

為了保證運行的高效率及狀態監控的實時性，監測終端軟件采用C語言編程。系統軟件主要由兩部分構成：BootLoader和應用程序。

BootLoader是嵌入式系統上電后執行的第一段用戶程序，負責主處理器和內存控制器等關鍵外設的初始化，并從啟動存儲介質加載操作系統映像，根據配置引導操作系統，此外，它還負責嵌入式系統的維護，包括從上位機下載操作系統映像、執行系統測試等。適配BootLoader到監測終端，可以在無需打開監測終端外殼的情況下，使用CAN接口對監測終端的系統軟件進行更新維護。這不僅方便了系統軟件的更新升級，更避免因頻繁開殼對監測終端外殼防水、抵抗電磁干擾的影響。BootLoader工作原理如圖2所示。

圖2　BootLoader流程圖

應用程序是監測終端軟件的核心部分，其中包含了對監測終端所有外設的初始化、傳感器狀態獲取、狀態信息屏顯、狀態超限判斷、報警信息記錄查詢等核心功能。

采樣模塊ADC是監測終端的核心部分，系統能否實時地、準確地獲取發動機油溫、油壓狀態，很大程度上取決于ADC采樣的精度與速度。采樣模塊ADC的初始化部分完成ADC內部時鐘分頻設定、掃描請求源選擇、采樣轉換精度設置、中斷服務請求輸出線選擇、轉換結果寄存器選擇等功能。

RTC實時時鐘選用的是ISL1208芯片，該芯片通過I2C接口與XC2267M通信，XC2267M具有4個可靈活配置的USIC(通用串行接口通道)模塊，每個模塊內部包含兩個串行通道，每個通道都支持軟件選擇其接口協議，故需初始化XC2267M的USIC的其中一個通道為I2C協議，設定其波特率、選擇輸入級引腳、配置移位控制信號、定義數據幀長度等。

數據存儲芯片選用25LC640 EEPROM器件，該芯片通過SPI接口與XC2267M通信，需初始化XC2267M的USIC的其中一個通道為SPI協議，設定其波特率、選擇輸入級引腳、配置移位數據值和數據輸出信號、定義數據幀長度、定義FIFO深度等。

顯示屏選擇JM12864M芯片，該芯片的RD(讀)、WR(寫)、CD(命令/數據選擇)都是用XC2267M的GPIO控制，其數據線DO～D7直接接入XC2267M的P0口，有數據待寫入JM12864M的顯示緩沖區時，可直接將該數據寫入P0的數據輸出寄存器P0_OUT，即可將數據顯示在JM12864M的屏幕上。

報警蜂鳴器由PWM驅動，XC2267M提供一個捕獲/比較(CAPCOM)單元，該模塊具有16路由2個定時器緊密配合工作的捕獲/比較通道。CAPCOM通道可以將定時器的內容和給定值進行比較，匹配時修改輸出信號，以產生頻率和占空比都可調的PWM輸出。

圖3　系統軟件流程圖

按鍵檢測由XC2267M外部服務請求(ESR)引腳檢測外部中斷實現，XC2267M的每個ESR引腳均配有跳變沿檢測單元，可設定用作觸發源的跳變沿，選擇由單沿、雙沿或不使用跳變沿觸發。ESR具有內部數字濾波器(DF)來抑制毛刺，非常適合用作外部按鍵鍵值檢測。系統軟件總體流程圖如圖3所示。

監測終端的BSP通過英飛凌公司開發的一種適用其微控制器的快速代碼生成工具DAvE(Digital Application Virtual Engineer)以可視化的向導式配置方式，設定所選用的模塊功能，配置XC2267M的外圍設備接口，根據配置自動生成相應的模塊代碼。在DAvE中，將監測終端的CPU工作頻率、中斷事件、中斷向量入口等配置在所需要的工作狀態，并為片上的外設以及中斷控制自動生成C代碼和相應的驅動程序。在Keil C166集成開發環境中導入DAvE工程文件，自動生成目標開發工程。設計中根據監測終端的外設完善BSP，實現所需功能。

實現檢測終端底層功能BSP后，可基于MFC設計監控終端上位機軟件，通過調用USB-CAN的驅動庫函數中的CAN幀發送與接收函數，監控終端實時監測數據可通過CAN總線發送至上位機軟件，在上位機軟件中實時顯示發動機狀態信息，實現監測信息的遠程查看。監控終端上位機軟件界面如圖4所示。

圖4　發動機狀態監控上位機運行界面

結語

參考文獻

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[4] 謝建.液壓系統綜合測試儀研究[J].液壓與氣動,2003(3):10-12.

Engine Status Monitoring Terminal for Construction Machinery Based on XC2267M

Yan Wei

(Jiangsu Automation Research Institute,Lianyungang 222061,China)

Abstract：In order to realize the real-time monitoring of the running state of the construction machinery engine and the preservation of historical data,the design of engine status intelligent monitoring terminal for construction machinery based on C166 is proposed,which uses C166 vehicle level 16 bit processor XC2267M as the core,and uses C language to program.The engine rotational speed,the oil temperature,the oil pressure measurement,the status information display,the history data storage,the condition warning,the key-press silencing and other functions are achieved.

Key words:XC2267M;C166;monitoring terminal

中圖分類號:TP23

文獻標識碼:A

收稿日期：(責任編輯：薛士然2016-01-03)