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发动机异响分析系统的研究与开发

阅读: 发布时间:2022-04-01 00:37:23

发动机异响分析系统的研究与开发
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),*输出并打印报表。系统结构的基本组成如图1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*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,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 软件设计 
系统的软件主要是AT89C51的主程序,其流程图如图3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,*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*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。既可在线测试发动机的异响波形,又可通过频谱分析及与样本信息进行比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。
北京百思佳特公司主营行业:仪器仪表/实验设备/矿用设备/石油产品/教学仪器/医疗器械

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