天津大学天津内燃机研究所 朱维真 秦京华 陈同玲 赫红(天津 300072)
1 前言
随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高,摩托车作为人们从事各项经济和社会活动的重要交通工具得到越来越广泛的使用。因此,对交通工具的可靠性、快速性、机动性的要求越来越高,即对摩托车的要求亦日益提高。虽然我国摩托车工业具有一定的生产规模和水平,但总体来说仍处于发展时期。影响摩托车质量的关键是发动机,所以在现代摩托车发动机产品的开发和研究中,需要对发动机的功率、油耗、转速、扭矩等性能参数进行测量和分析,并利用测试所得的数据进行计算。过去常规的发动机台架试验需要人工手记,耗人费时。随着微型计算机技术的不断普及,迫切需要研制开发适合我国国情的摩托车发动机台架试验用的微机数据采集系统。
新开发研制的微机数据采集系统可监测跟踪试验过程中发动机各性能参数的变化,并能自动存盘及打印输出试验数据和性能曲线,同时可将试验数据自动修正到标准状况下。
2 系统结构和工作原理
2.1 系统结构
系统主要由传感器、主控电路、信号整形电路、A/D转换器、仪表显示单元、微机及接口电路、打印机等几部分组成。(见图1)测取发动机各个参数时需通过相应的传感器产生信号,信号经过整形或A/D(模/数)转换之后,一路送入数字显示单元,监测显示;另一路送入三态门锁存器,经过并行接口电路送入微机,由微机对数据进行采集、跟踪显示、计算处理及打印存盘。
2.2 工作原理
目前,将模拟信号转换成数字信号并通过仪表显示的方法很多,且技术也较成熟,本文不多作介绍。利用微机对上述信号进行采集处理主要应解决两个问题,一是微机与被测参数之间的接口通讯问题,二是对于涉及多点参数的测量(如图1所示),如何解决微机与仪表以及传感器之间的互相干扰问题。所以本文重点介绍接口技术及软件编程。
2.2.1 接口技术
在微机数据采集系统中,除微机以外的设备均为外围设备,如图1中的转速表、油耗仪、温度表等。微机与外围设备之间的数据传输信息分类两类:控制信息和数据信息,通讯传送方式为串行传送与并行传送,不同的传送方式有不同的I/O(输入/输出)接口电路。并行通讯由并行数据端口进行,它把数据的各位同时传送,而串行通讯是把数据一位一位按顺序传送。串行通讯要求外设与微机之间有严格的应答关系,而并行通讯不影响仪表独立工作,且接口电路简单、直观,地址较易扩展,适合多参数测量,我们在设计电路时采用了并行通讯方式。
如图2所示的接口电路主要由数据锁存器、缓冲器及接口地址译码选通电路组成。图1所示的被测参数经过数字化处理后,送入微机时不能同时占用数据总线,均先经过74LS374(或74LS373)三态八D锁存器锁存,并一直稳定地保存,直至微机按照口地址依次打开对应的锁存器选通端()取走数据。
图2电路中的74LS244均为三态缓冲器,在微机并行总线接口中起缓冲驱动作用。当允许信号(EN)有效时,数据方可通过缓冲器传输,否则呈高阻抗状态。图2中由A0-A9地址总线、74LS04反向器、74LS30与非门和74LS154译码器组成接口地址译码电路,并经过短路子改变跳线,形成的接口地址为200H-27FH(见表1)。当微机发出读命令时,译码器产生的脉冲信号为数据锁存器的选通信号。由于被测数据一般为BCD码,一个锁存器可同时存放两位BCD码,每选通一个锁存器可向数据总线上送入两位数据,通过200H-27FH接口地址共可读入256位数据,若平均每四位为一个参数,则共可测取64个参数,完全满足摩托车发动机台架试验的需要。当然,图2电路中,也可改变A7或A8地址线将接口地址扩展至3FFH。
2.2.2 程序设计
摩托车发动机台架试验涉及的内容较多,包括磨合、强化耐久、速度特性、负荷特性试验等等。程序设计采用实用性较强的Tur-bo Basic高级语言及UCDOS中文系统,按照试验内容建立中文菜单,通过初始化、数据采集、直方图跟踪、绘制特性曲线等几个功能模块,可完成试验数据的自动采集、计算、打印、存盘。
在试验过程中,屏幕上采用两种跟踪显示方式,一种是数据跟踪,即将发动机在试验中的各个性能参数的变化,如转速、扭矩、油耗、功率、气缸盖温度等等,在计算机屏幕上逐行显示跟踪;另一种为直方图跟踪,此时屏幕上建立两个窗口,左边由几个不同颜色的直方图作动态显示表示各参数的变化;在速度特性或负荷特性试验中,右边的窗口跟踪绘制发动机转速-功率曲线。
程序中专门建立基本数据修改窗口,可根据不同的发动机型号修改参数,如传动比、机型、机号等等。根据《摩托车汽油机台架试验方法》的规定,为了使试验数据具有可比性,程序中增加了自动修正功能,可将试验数据由试验状况修正到标准状况,并可通过打印机按照标准表格形式打印出来。
程序中定义的采集点最多为20点,但一般只采集6至8个有代表性的试验点,用这些点直接绘制性能曲线不够美观,需经过拟合处理。程序中采用累加弦长法将所有试验点进行光滑连接,得到拟合后的性能曲线,包括转速—功率曲线、转速—油耗率曲线、转速—耗油量曲线及功率—耗油量曲线,并通过屏幕拷贝方式打印出来。另外程序还具有查询功能,可随时查询,显示及打印原有的试验数据。
3 抗干扰措施
在摩托车发动机试验中,主要的干扰源是火花塞高压点火信号,而电网电压不稳以及操作台开关动作冲击电流也易造成仪表和计算机不能正常工作甚至损坏,为此我们采取如下措施:
(1)在火花塞高压点火线上加阻尼,阻值在4k～6k之间,但不能影响发动机的正常工作,通常采用高压阻尼帽。
(2)遇有传感器置于强干扰之下,或有多点接地的信号源(如图1中的气缸盖温度传感器),极易受外界干扰,其数据送入微机前应加光隔处理。
(3)对于起屏蔽作用的仪表外壳、信号电缆屏蔽线、计算机机壳等应良好接地。
(4)二次仪表及计算机应接入稳压电源。
4 结束语
利用少量硬件和自行设计开发的软件,加上计算机构成发动机台架试验数据采集系统,解决了长期以来人工手记测试结果及计算、绘制曲线的难题,大大提高了试验精度及工作效率。程序操作全部采用中文提示,简单方便,通俗易懂,适用于不具备较深计算机知识的操作者,具有广泛的应用前景和推广价值。
参考文献
1 秦笃烈等编译.最新Turbo BASIC实用大全.海洋出版社,1990(3)
2 中国汽车工业联合会编.摩托车汽油机台架试验方法,GB5363-85
3 王沛民等编.微型计算机原理及接口技术.西北电讯工程学院出版社,1985.6
