柴油机气缸工作状态监测器制造技术

本发明专利技术涉及一种柴油机气缸工作状态监测器，其方法是：通过传感采集上止点和瞬时转速信号，经过调理及ＡＤ转换后成为数字信号，然后在可编程片上系统中对其分析判断，将得出的气缸工作状态通过ＣＡＮ总线输出。本发明专利技术整个系统构建于可编程芯片之上，系统采用模块化设计，系统的模块均采用ＩＰ核的方式，用Ｖｅｒｉｌｏｇ硬件描述语言实现，然后在引入测试矢量的基础上，通过仿真测试工具进行功能和时序上的仿真，最后功能完善的形成ＩＰ核库，最后集成在一起就形成一个完整的硬件装置。本发明专利技术仅仅通过上止点信号和瞬时转速信号就得出了柴油机气缸工作状态且通过ＣＡＮ输出。本发明专利技术采用以上技术方案，方便了柴油机的控制与诊断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于内燃机工程
，具体地讲是一种柴油机气缸工作 状态监测器。
技术介绍
柴油机是广泛运用于国民经济各个领域的动力设备。出于安全保障 和经济效益的考虑，及时准确和动态地掌握柴油机的运行状态以及预测、 诊断存在的和潜在的故障，是技术管理的 一个重要内容和追求的目标。出于节能和环保的考虑，自上一世纪的九十年代末期，由MAN公司率先 进行智能发动机的研究，是柴油机最重要的
而柴油机气缸工 作状态信息，无论对于柴油机运行状态的监测和故障分析，或柴油机的 燃烧控制都是重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以直接通过CAN总线输出柴油机气缸工作 状态，所采用的可编禾呈片上系统(SoPC: System on Programmable Chip) 技术可以降低了监测器的体积成本的柴油机气缸工作状态监测器。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的方法是通过传感采集上止 点和瞬时转速信号，经过调理及AD转换后成为数字信号，然后在可编程 片上系统中对其分析判断，将得出的气缸工作状态通过CAN总线输出。整个系统构建于可编程芯片(现场可编程门阵列)之上，系统采用 模块化设计，系统的CPU模块、AD控制器模块、外围通信接口、数字信 号处理模块和存储器控制模块均采用IP核的方式，用Verilog硬件描述语言实现，然后在引入测试矢量的基础上，通过仿真测试工具进行功能 和时序上的仿真，最后功能完善的形成IP核库，在系统所有模块的IP 核实现后，最后集成在一起就形成一个完整的柴油机状态监测的硬件装置。本专利技术还提供了 一种基于可编程片上系统的柴油机状态监测装置，它包括32位嵌入式CPU模块、AD控制器模块、外围通信接口、数字信 号处理模块和存储器控制模块，其中嵌入式CPU模块控制AD釆样模块 实现AD采样和转换、CPU模块控制外围外围通信接口实现与外界的双向 通信、CPU模块调度数字处理运算模块实现主要处理运算，CPU模块通过 存储器控制模块访问系统存储器。上述32位嵌入式微控制器CPU模块采用32位软核微处理器IP核 克服基于通用PC机结构的状态监测系统在体积功耗方面的缺陷，实现信 号采集、瞬时转速的计算及处理、状态输出等功能。上述AD控制器模块控制AD转换器工作，并以柴油机飞轮的旋转信息 作为数据输入，以柴油机工作周期为间隔的脉沖信号和CPU的控制信号 作为AD采集的触发信号，实现模拟信号的分段连续采样和转换。上述数字信号处理模块釆用了 FIR滤波IP核，FFT运算IP核，实现 瞬时转速的滤波和分析。本专利技术仅仅通过上止点信号和瞬时转速信号就得出了柴油机气缸工 作状态且通过CAN输出，并在一块可编程芯片上实现32位嵌入式处理器 IP核、AD控制器IP核和数字信号处理IP核、通讯接口 IP核，可以针 对不同型号，不同工况的柴油机灵活i4选取和配置不同功能的IP核。由 于本专利技术采用了以上技术方案，方便了柴油机的控制与诊断。本专利技术的优越性在于(1) 提出一种柴油机气缸工作状态监测器。使得柴油机测控系统在 不增加传感器和不增加数据接口的情况下，获得不仅仅是单一的转速信 号，而是得到每个气缸的工作状态。(2) 提出一种可行的实现方式。基于可编程片上系统的柴油机状态监测装器的主要功能集成于一块芯片之上，再辅以电源，AD转换器等芯片，制作成一小块电路板之上，形成体积小重量轻的器件，方便在柴油 机上安装同时价格低廉。(3) 本专利技术使得柴油机测控系统可以从系统总线获得气缸工作状态的信息，因而其实时性得到-提高。附图说明 图1为本专利技术的整体结构示意图。图2为本专利技术的微处理器IP核的结构图。 图3为本专利技术的AD控制器IP核的结构图。 图4为本专利技术的FIR的IP核的结构图。 图5为本专利技术的FFT的IP核的结构图。具体实施例方式下面结合附图和实施实例对本专利技术作出进一步详细的说明。 本专利技术在一块可编程芯片上实现32位嵌入式处理器IP核、AD控制器 IP核和数字信号处理IP核、通讯接口 IP核。其工作过程是AD控制器 IP核在处理器的控制下，采集传感器的信号，呆采集完毕足够的原始数据 后，求取原始样点的过零点的序列值，进而依据采样率求出瞬时转速序 列。处理器将瞬时转速序列输入到FIR滤波器中，经过滤波去除高频分量，然后，处理器对瞬时转速进行特征分析，必要的情况下会调用FFT处理核，处理器分析得到柴油机状态后，通过接口模块将结论输出。在图1中，包括了 32位嵌入式处理器IP核、AD控制器IP核和数字 信号处理IP核、通讯接口 IP核。基于可编程逻辑器件的可编程片上系 统为本装置的核心。传感器感知柴油机曲轴飞轮及凸轮轴的旋转，感应 的信号经过调理电路产生上止点脉冲和飞轮旋转模拟信号，飞轮旋转模 拟信号经过AD转化器成为数字量。上止点脉冲及飞轮旋转数字量进入 SoPC系统，经分析处理给出柴油机运行状态。SoPC的各个IP核通过总 线连接在一起，嵌入式处理器为控制核心，负责协调各个IP核的运行。 AD控制器控制AD转化器和AD数据的输入，数字信号处理IP核负责数字 信号的处理，通讯接口 IP负责与外部设备交换信息。在图2中，实现的是32位的软核微处理器，包括算术逻辑单元ALU、 浮点运算单元、程序緩存、数据緩存、程序控制器及地址产生器、中断 控制器、总线控制器等核心单元和系统总线、UART通信、CAN通信、看 门狗、定时器计数器等接口模块。其工作步骤如下(1) 从存储器读取指令。(2) 译码以鉴别它是哪类指令。(3) 从寄存器中取出操作数。(4) 将操作数组合。得到结果或者存储器地址。(5) 将结果写回寄存器。在图3中，AD控制器IP核由分频器、AD数据采集控制器、FIF0读 写控制器、FIFO和总线接口构成。总线接口负责接收总线的控制命令并 分派到其他各个模块，同时可以将其他模块的状态信息输出到总线上。分频器对系统主时钟分频以得到AD转换器的工作时钟。AD数据采集控制 器接收上止点脉冲信号和CPU的命令启动数据采集。FIFO读写控制器收 到采集启动的命令后，开始控制FIFO的读写，连续不间断的将数据存入 FIFO。 FIFO的数据达到一定量后，CPU会读取其中的数据，从而保证FIFO 不溢出，数据采集连续。在图4中，FIR滤波器IP核由总线接口、 FIR滤波控制器、双口 RAM、 数据选择器及乘加器级联而成。通过总线接口加载数据到双口 RAM,此时 双口 RAM的输入源是总线接口模块，数据加载完毕后，启动滤波器工作， 这时双口 RAM的数据输出通向滤波器运算单元，双口 RAM的数据输入来 自滤波器运算单元。FIR滤波控制器负责给出双口 RAM的读写地址及选通 控制信号。待全部数据处理完毕，FIR滤波控制器告知总线模块读取数据。 滤波器的系数kn及滤波器的阶数可以更改。在图5中，FFT处理IP核由总线接口， FFT运算控制器，两块RAM， 数据通道选择器、蝶形运算单元和ROM因子表构成。该FFT处理IP核采 用基2算法。通过总线接口将待变换的N点的复数序列加载到RAMI中， 加载完毕后设定FFT控制器工作参数，启动FFT运算。FFT控制器首先是 从RAM1中读取数据，同时从ROM中读取相应的因子到蝶形运算单元中， 若时钟周期后将蝶形运算的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柴油机气缸工作状态监测器，采取的方法是：通过传感采集上止点和瞬时转速信号，经过调理及ＡＤ转换后成为数字信号，然后在可编程片上系统中对其分析判断，将得出的气缸工作状态通过ＣＡＮ总线输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：喻方平，金华标，李立，余瑞锋，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]