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当发动机异响分析系统的研究与开发

发布时间:2021-09-11 05:14:20 阅读: 来源:脚踏阀厂家

发动机异响分析系统的研究与开发

摘 要:介绍基于AT89C51单片机的发动机异响故障诊断分析系统的组成和测试原理,给出了系统的硬件和软件设计方案。

关键词:发动机;异响;单片机;故障诊断

1 系统结构及工作原理

该系统通过单片机对发动机各部位的振动信号进行采集,数据送入PC机进行处理,处理过程主要是时域和频域分析。通过各通道的自我比较,并与样本信息进行对比,对发动机机械运动状况作出评价,判断异响的类型并分析故障产生的原因。在分析过程中可通过人工干预进行快速诊断(这主要是针对出现显著的故障特征波形或幅值),最后输出并打印报表。系统结构的基本组成如图1所示。

2 单片机信号采集系统

2.1 系统组成

单片机信号采集系统的基本组成如图2所示,主要由单片机,双端口SRAM、A/D转换器、计算机接口组成。

系统以单片机为核心进行数据采集,上位PC机通过接口启动单片机工作后,并且CPU资源向其他请求开放,89C51发控制信号启动A/D转换器进行采样,通过地址总线确定通道顺序切实验机因制造和包装质量不良而产生破坏或不能正常工作时换。然后将转换结果存入双端口SRAM,当SRAM中数据达到一定数量时,89C51向计算机发出中断请求,上位PC机接到请求后进入中断服务程序向单片机发出命令,决定是否继续采样,并将SRAM中的数据读取到内存。通过地址总线进行顺序切换逻辑通道进行巡回采集。

2.2 硬件设计

本系统的目标对象为汽车发动机,设发动机的最高转速为8000r/min,则其频率为. 通过8通道轮回采样的频率f=2160Hz。因此本系统选用MAX152 A/D转换器,其速度满足要求。单片机采用AT89C51,具有开发成本低,周期短,内有4KBflash闪存等优点,基本的控制程序完全能存入。

双端口SRAM不但可以解决高速主机与慢速外设之间数据传输的“瓶颈”问题,而且也可以解决主机与超高外设之间的数据传输问题。SRAM的2个端口均为独立的控制片选信号CE,输出允许控制OE和读写控制R/W,它们的操作方式与一般的RAM基本相同。主要区别在于其busy信号,当2个端口对同一内存单元访问时,busy信号将会起作用。因此在使用时需采取一定措施,本系统采用内部分块的方法,将busy信号输出端通过上拉电阻控制电源正极。

MAX152 A/D转换器是高速、微控制器兼容、8位模/数转换器。由于芯片采用半闪烁转换技术和低电源电压供电及三态输出,所以具有快速转换,功耗低和易与各类微控制器接口等优点。转换时间只需1.8μs,转换速率为400*103次/s。

2.3拉力实验要用不大于100N量程 软件设计

系统的软件主要是AT89C51的主程序,其流程图如图3所示,在软件中关键的是89C51程序地址的确定和功能的模块化,它承担了与主机通信、A/D转换的控制、数据的缓存操作等核心任务。

3 上位PC机的软件分析系统设计

发动机异响软件分析系统设计方案如图4所示。 系统软件在启动单片机数据采集后转入数据接受状态,即把采集的数据存入内存,然后进行时域、频域分析。从中得出各通道具有的相关信息和传递信息,分 离出故障信息,最终与样本信息库和历史信息库的波形对比,通过波形的对比结果来判断发动机的异响。

在整个系统中具有时域和频域图形实时输出,因此采用了先进的图形化编程语言工具Labview5.1 forwindows。Labview语言的主要特点就是将系统分解为若干基本功能模块,模块的引脚代表输入/输出接口。用户可通过交互手段,采用图形化框图设计的方法,完成系统的逻辑和测量分析功能设计。因此其程序设计过程与人们思维接近,程序框图实现了程序代码功能,避免了一般语言编程的繁琐。

通过FFT算法实现频域信号分析。采用该系统对发动机异响故障信号实现时域和频域分析结果示例如 图5、6所示。

4 结束语

基于AT89C51单片机发动机异响故障诊断分析系统具有性能可靠、工作稳定、操作简便及抗干扰能力强的特点。既可测试发动机的异响电子资料实验机的最大优势在于大大提高了丈量精度波形,又可通过频谱分析及与样本信息进行比也能够手动操作对后判断出故障的类型,并分析故障产生的原因。该方案为发动机异响的诊断提供了技术支持,也为其他相关测试系统的开发积累了有益的经验。

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