发动机在线、实时检测系统的设计

宋飞

（南京信息职业技术学院机电学院，南京210046）



发动机在线、实时检测系统的设计

宋飞

（南京信息职业技术学院机电学院，南京210046）

摘要：鉴于目前众多仪器在发动机检测方面存在的弊端，本系统设计出一种在线、实时检测系统用于检测发动机电控系统信号。通过对大量车型调研分析，确定本系统设计所需的检测项目，从而明确设计步骤。本系统可以满足对电控系统进行检测的基本要求。

关键词：发动机在线检测系统设计

引言

随着我国经济的飞速发展，汽车业已经发生了巨大的变化，出现了数量大、故障率高的现象。为了快速准确地排除车辆故障，维修人员一般会借助于传统检测仪器进行检测，针对检测结果进行故障诊断工作。但常规检测仪器在使用过程存在一些问题，如仪器的体积较大、检测费用较高、使用不方便等问题，对车辆的检测维修工作产生诸多不利影响。要想克服传统仪器使用中的弊端，我们就需要设计出一些新型设备进行故障检测。现在，许多国家都比较重视发动机的检测诊断工作，特别是对电控系统的检测方面。国内外很多公司在发动机电控系统检测方面已经做了很多工作，研制了一些新型的检测仪器，推出新技术。根据使用需要，本课题开发的在线、实时检测系统可以监测发动机电控系统主要参数的工作情况。根据仪器屏幕上的显示结果，检测人员就可以更加直观地分析发动机电控系统的实时工作状况。同时，该系统还具有成本低、方便实用等优点，对于汽车发动机维修、教学工作都大有帮助。

在发动机电控系统工作过程中，直流电压、频率及喷油信号起到非常关键的作用，决定了电控系统基本工作性能。而不同车辆的信号又存在差异，因此设计的前期工作就是进行大量的市场调查分析。然后进行本系统的设计工作：首先，设计直流电压、频率、喷油信号三种调理电路；其次选择便于使用的显示芯片；再次进行PCB电路板的设计；然后编写单片机程序；最后把这个系统进行集成，在实车上进行在线、实时检测，分析检测结果，检验系统的功能。

1 设计过程

（1）确定系统的检测指标。发动机电控系统主要包括传感器、控制单元及执行器。传感器测量发动机上的物理信号，并将物理信号转换为所需的电信号；控制单元接收传感器所输入的信号，处理后输出结果；执行器根据控制单元输出的电信号驱动执行机构，完成指令动作。发动机电控系统电子信号中的直流信号、频率调制信号、脉宽信号是非常重要的三种信号，也是本系统设计的重要项目。

通过多方调查分析，本系统最终确定直流电压、电阻、频率、喷油脉宽、温度信号等作为本系统的检测指标。为了方便使用，本系统配有一个移动电源，满足系统随车诊断需要；同时设置一个照明灯，便于黑暗处进行检测；还设置一个功能选择按键，用于选择车型和检测功能。

（2）设计检测电路。系统设计的主要电路，如图1所示。因本系统采用5V电源供电，而LM324芯片输出电压并不能达到其电源供电电压值，因而系统设置了DC-DC升压芯片，利用升压电路，将所供给的5V电压升至6.4V左右，用来给LM324供电。同时，本系统选用了2片4通道集成运算放大器LM324，由于电压跟随器的阻抗极大，故其输入电流几乎为0，因而几乎不会影响原有信号。

本系统之所以使用电压比较器LM393，是为了能够更好地检测发动机的转速信号。而LM393的另外一路没有使用的电压比较器，反相输入端保持高电平，同相输入端保持低电平，输出确定的低电平信号，防止产生高频振荡，影响系统运行的稳定性。

设计完系统的电路后，就要设计电路板，然后找合适的公司代理加工即可。

图1 系统设计中的主要电路图

（3）编写单片机程序。设计的下一步工作就是进行软件程序编写，本系统选择PIC18F4520-I/PT，它可以提供高达128 KB的RAM和广泛的连接选择，同时还具有高性能、连接性和数据处理能力。对单片机需要编写直流电压、电阻、频率、喷油脉宽、温度信号等检测检测程序，下面就是电阻检测程序：

else if（OPTION==SIGNAL_RES）//测电阻

{

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.**单位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）系统调试。编写完程序后，需要把整个系统进行集成，通过试验车辆在线、实时进行检测，利用数字万用表、数字示波器等设备检验本系统的工作准确度。

表1 实车试验部分检测结果

对于喷油脉宽信号，数字示波器测得值为2.282 ms，本系统测得值为2.3 ms，其误差为0.1%，表明系统可以满足汽车发动机对喷油脉宽信号的测量要求。对于蓄电池电压信号，数字万用表测量值是12.3V，本系统测量值也是12.3V。对于频率和冷却液温度信号，本系统检测的结果和发动机综合分析仪上的结果一致。通过以上分析可知，本系统可以满足汽车发动机常见电控信号检测的要求。

2 结语

本课题研究达到了预期目标，满足对发动机电控系统进行检测的实际使用需要。系统设计的亮点是在线、实时检测发动机电控系统信号，为发动机电控系统的研究提供了较好的参考意义，对于汽车维修工作大有帮助，对于汽车教学工作都大有益处，对于相关课题的研究也具有很好的借鉴意义。

参考文献

［1］明平顺，杨万福.现代汽车检测技术.人民交通出版社.2001.

［2］黄银娣，闵永军，万茂松.新型汽车电控系统及其检修.中国林业出版社.2001.

［3］饶运涛，邹继军，王进宏等.现场CAN总线CAN原理与应用技术，北京航空航天大学出版社，2007.8.

［4］胡小平.汽车发动机在线监测系统的研究，武汉理工大学硕士学位论文，2001.11.

［5］杨春杰，王曙光，亢红波.CAN总线技术.北京航空航天大学出版社.2010.2.

［6］祁翠琴，李淑君.汽车电控技术.北京大学出版社.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

基金项目：南京信息职业技术学院科研基金项目（YK20140202）发动机在线、实时检测系统。