新闻中心

EEPW首页 > 测试测量 > 设计应用 > 基于MSP430的无载测功系统的设计研究

基于MSP430的无载测功系统的设计研究

作者:陈平,杜辉时间:2008-08-27来源:无忧电子开发网

   1系统概述

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/87440.htm

  输出的有效功率是的重要性能指标之一,通过这项指标,可以定性的评价的技术状况,并定量的获得发动机的动力性。目前发动机有效功率的检测方法有稳态检测和动态检测两种。

  稳态测功是指当发动机在节气门开度一定,转速一定和其他参数保持不变的稳定状态下,用机械测功器、电涡流测功器、水利测功器或在底盘测功试验台上测定发动机功率的方法。利用这种方法测出的数据比较准确可靠,主要在发动机设计、制造、定型及院校和科研部门做性能试验时使用。其特点是测功一次费时费力较多,成本较高,且需要大型、固定安装的测功器(这种测功仪器的费用通常是很高的),因而在一般的运输、维修和交通监理部门中采用不多。并且,除底盘测功试验台外,其他测功器也不适合对汽车进行不解体检测。

  动态测功是在发动机节气门开度和转速均变动的状态下测定发动机功率的方法。由于动态测功时无须对发动机施加外部负荷,因而又称为无负荷测功或无外载测功。动态测功的优点是不需要外加负荷,不需大型设备,既可以在台架上进行,也可以就车进行,因而大大提高了检测的方便性和迅速性,特别适用于检测在用车辆发动机的功率,适合于维修检测等部门。

  本系统采用光电对发动机的转速信号进行采集和处理,通过TI公司的结合测试算法进行研究。

  2系统设计

  为保证仪器对速度的测试精度,仪器拟采用光电进行信号采集,通过最小二乘法进行曲线拟合以提高测试精度。

  2.1系统硬件设计

  硬件处理单元原理如图1所示。系统主要由微处理器、光电、信号采集及处理电路、键盘、LCD显示、串行数据传输等部分组成。

  2.1.1 MCU是该测功系统的核心,由它完成数据采样处理及优化,包括键盘输入、数据处理、液晶显示、以及PC机通信等功能。该系统采用的是TI公司的混合信号控制器,其内部有8K FLASH ROM,3个双向并行I/O 口,其中P1和P2口都具有中断功能(相当于14个外部中断)以及16位定时器A(带3个通道),8通道10位最大转换速度为200kspsA/D转换器,串行通信接口等。另外该微处理器具有超低功耗的特点,在系统供电方面具有很大的优势。


图1  智能化信号处理单元原理框图

  2.1.2 数据采集及处理电路:利用光电检测转速信号,辅以电路进行整形处理。

  (1)转速的类型很多,因光电[1]具有线性度好、分辨率高、噪音小和精度高等优点,所以我们选择光电转速来进行转速的检测。在本系统中选用60齿的齿盘进行转速测量,齿盘每转一齿将产生一个脉冲信号,这就意味着齿轮转一周将产生60个脉冲信号。

  (2)信号调理电路:输出的信号是一系列不规则的信号,不利于单片机进行信号提取,通过此调理电路,经低通滤波(RIN2、CIN1和RIN3、CIN2)除掉一部分毛刺,再由施密特触发器74HC14将信号整形为规则的方波信号。电路设计为两路输入信号(其中一路为备用接口单元),通过端口引脚将数据送入单片机(如图2所示)。


图2信号调理电路

  2.1.3键盘输入及LCD接口电路[2]

  按键属于矩阵式设计,它由4个行线和4个列线组成。如图3所示,一个4*4的行列结构可以构成一个16按键的键盘;设置十个数字键,用来输入转速阈值和转动惯量等值,复位键和清零键各占一位,其余为备用键。

  LCD显示部分采用的是具有汉字显示功能的LCD模块,OCMJ128*64能显示8*4行汉字,可用来显示当前所测速度、加速度以及求得的瞬时功率和所需输入的转动惯量等信息。


图3键盘及LCD接口电路

  2.2 系统软件设计

  2.2.1系统模型建立[3]

  本测功系统是基于动力学的方法分析建立的,原理为:当发动机与传动系统分开时,将发动机从怠速或某一低转速急加速至节气门(油门)最大开度,此时发动机产生的动力克服各种阻力矩和本身运动件的惯性力矩,迅速达到空载最大转速,形成一定比例的飞升曲线。对于某一结构的发动机,其运动件及附件的转动惯量可以认为是一定值,因而只要测出发动机在指定转速范围内急加速时的平均加速度,即可得知发动机的动力性;或者说通过测量某一定转速时的瞬时加速度,就可以确定发动机功率的大小,瞬时加速度越大,表明发动机功率越大。发动机功率表示为:Pe=Te*n/9549

  式中:

  Pe-----发动机有效功率(kW):

  n-------发动机转速(r/min);

  Te------发动机转矩(N*m)

  根据有关文献可得出功率模型为:Pe=C2*n*(dn/dt),其中:C2=k*(π/30)*(J/9549),k为动态测量时功率的修正系数,可通过台架对比试验得出;J是一个未知量,一般情况下出厂说明书中会给出该参数,可直接将其代入。因此,测定瞬时功率问题转化为求转速[5]和角加速度或曲轴转速变化率的问题。

  转速的测量有测周法和测频法[4]:测频法是在固定的时间内,对发出的脉冲信号进行记数;测周期法是在k个(k>=1)转速脉冲信号周期内,对具有恒定频率f(周期T)的标准时钟脉冲信号进行计数。进行低速测量时,测周法的精度较高,而相对于较高的转速测量,测频法精度优于测周法,本系统采用的是测频法。假设在一定的时间T内,测速脉冲计数器计取的脉冲数为m,转速n计算公式:n=60m/pT,p为发动机转一周脉冲发生器产生的脉冲数,即码盘的孔数。

 


上一页 1 2 下一页

评论

技术专区

关闭