專利名稱：船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及控制器，特別是一種船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器。
背景技術(shù)：
柴油機(jī)示功圖蘊(yùn)含著與柴油機(jī)性能相關(guān)的豐富信息，是輪機(jī)工程技術(shù)人員進(jìn)行柴油機(jī)性能監(jiān)測(cè)與診斷最重要手段之一，船舶柴油機(jī)設(shè)有氣缸壓力測(cè)量通道用于測(cè)量示功圖監(jiān)測(cè)缸內(nèi)工作狀態(tài)。目前船舶柴油機(jī)主要測(cè)量最大爆發(fā)壓力，但這并不能完全反映缸內(nèi)工作過(guò)程，難于分析缸內(nèi)狀態(tài)?，F(xiàn)有的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，由可編程控制器(PLC)和高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備共同完成或由8位單片機(jī)系統(tǒng)完成。PLC使得便攜式測(cè)試控制器設(shè)備繁多，可靠性下降，成本高；8位單片機(jī)的內(nèi)部資源少，外部擴(kuò)展多，系統(tǒng)集成度低，數(shù)據(jù)傳輸距離短，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式不靈活。所以現(xiàn)有的便攜式測(cè)試控制器系統(tǒng)復(fù)雜，只能對(duì)調(diào)理好的氣缸壓力信號(hào)進(jìn)行采集控制，測(cè)試時(shí)需要與計(jì)算機(jī)相接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不便。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種集成度更高、使用更便攜、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更方便、傳輸距離更遠(yuǎn)的新型便攜式測(cè)試控制器。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是由供電單元和硬件單元組成。供電單元由電源芯片和多個(gè)電源組成。硬件單元主要由電荷放大器、精密分壓電路、電壓跟隨器、繼電器和單片機(jī)組成，其中所述電荷放大器，其輸入端與電荷型氣缸壓力傳感器的輸出端直接相連，其輸出端與精密分壓電路的輸入端相連；所述電壓跟隨器，其輸入端與精密分壓電路的輸出端相連，其輸出端與單片機(jī)內(nèi)部12位高速AD的模擬輸入端相連；所述繼電器，其輸入控制引腳與單片機(jī)相連，其輸出與電荷放大器的控制端相連；所述單片機(jī)，其兩個(gè)中斷引腳直接與信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端相連。所述電荷放大器可以采用型號(hào)為Kistler 5040A24的電荷放大器。所述單片機(jī)可以采用型號(hào)為STM32F103VCT6的單片機(jī)；該單片機(jī)內(nèi)部AD使用的 2. 5V超高精度外部電壓基準(zhǔn)芯片，其型號(hào)為MAX6033AAUT。所述單片機(jī)通過(guò)其IO引腳與外圍擴(kuò)展部件相連，該外圍擴(kuò)展部件包括1602工業(yè)字符型液晶、矩陣鍵盤、SD卡、RS485通信模塊和LED指示燈，其中RS485通信芯片的型號(hào)為 SP3485。所述電壓跟隨器可以采用型號(hào)為0P27GS的高精度運(yùn)算放大器。所述繼電器可以采用型號(hào)為G6S-2-Y的繼電器。所述信號(hào)調(diào)理模塊可以由限幅電路、電壓比較器和磁耦數(shù)字隔離器組成，其中所述限幅電路，其輸入端與光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出端相連；所述電壓比較器，其輸入端與限幅電路的輸出端相連；所述磁耦數(shù)字隔離器，其輸入端與電壓比較器的輸出端相連，其輸出端與單片機(jī)的中斷引腳直接相連。所述電壓比較器可以采用型號(hào)為L(zhǎng)M393的電壓比較器。所述磁耦數(shù)字隔離器可以采用型號(hào)為ADUM5400的磁耦數(shù)字隔離器。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要有以下的優(yōu)點(diǎn)1.信號(hào)調(diào)理模塊使用磁耦數(shù)字隔離，能有效的抑制干擾并保護(hù)與其接口的便攜式測(cè)試控制器安全。2.主處理器采用32位高性能單片機(jī)，其內(nèi)部自帶12位高速AD，抗干擾性好；通過(guò)調(diào)理后的上止點(diǎn)信號(hào)和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的上升沿中斷觸發(fā)控制對(duì)氣缸壓力信號(hào)進(jìn)行等曲軸轉(zhuǎn)角采集，采集數(shù)據(jù)量小且處理速度和實(shí)時(shí)性好。3.便攜式測(cè)試控制器集成度高，外圍設(shè)備數(shù)量少，內(nèi)部集成電荷型氣缸壓力傳感器的電荷放大器和使電荷放大器輸出信號(hào)更好的與后級(jí)電路進(jìn)行阻抗匹配的電壓跟隨器。4.為避免電荷放大器因長(zhǎng)時(shí)間工作產(chǎn)生的漂移，內(nèi)部設(shè)有繼電器，通過(guò)單片機(jī)控制繼電器的通斷來(lái)控制電荷放大器的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)采集前開(kāi)啟電荷放大器，采集結(jié)束后電荷放大器復(fù)位。5.采集的氣缸壓力數(shù)據(jù)存儲(chǔ)靈活，既可通過(guò)RS485串口通信數(shù)據(jù)線發(fā)送到上位計(jì)算機(jī)，又可以文本形式保存至便攜式測(cè)試控制器內(nèi)置SD卡中。6.在便攜式測(cè)試控制器上進(jìn)行氣缸壓力信號(hào)的準(zhǔn)周期平均，減小了數(shù)據(jù)量。總之，本實(shí)用新型提供的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方便，能適用于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。

圖1是船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器的結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖1中的信號(hào)調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)圖。圖3是船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器的工作過(guò)程圖。圖4是船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器采集的示功圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型提供的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示由便攜式測(cè)試控制器供電單元和便攜式測(cè)試控制器硬件單元組成。該船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器共有1路模擬信號(hào)輸入、2路數(shù)字信號(hào)輸入、1路RS485通信端口和士 12VDC電源輸入。其中1路模擬輸入與電荷型氣缸壓力傳感器的輸出直接相連；2路數(shù)字信號(hào)輸入與調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)TTL信號(hào)并經(jīng)磁耦數(shù)字隔離后的上止點(diǎn)和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)相連。便攜式測(cè)試控制器內(nèi)部32位單片機(jī)根據(jù)調(diào)理后的上止點(diǎn)信號(hào)和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)中斷觸發(fā)控制對(duì)氣缸壓力信號(hào)進(jìn)行等曲軸轉(zhuǎn)角采集，并自動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)周期平均，采集點(diǎn)數(shù)根據(jù)設(shè)定的準(zhǔn)周期數(shù)自動(dòng)確定。 若選擇RS485串口通信方式，采集的氣缸壓力數(shù)據(jù)通過(guò)RS485串口通信數(shù)據(jù)線發(fā)送到計(jì)算機(jī)中；若選擇SD卡方式，數(shù)據(jù)以文本形式存儲(chǔ)至便攜式測(cè)試控制器內(nèi)置SD卡中。所述便攜式測(cè)試控制器供電單元，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由電源芯片和多個(gè)電源組成。其中外部輸入的+12V與電源1的輸入端直接相連，外部輸入的-12V與電源2的輸入端直接相連。所述電源1，其一個(gè)輸出端與隔離電源模塊WRA1212ZP-3w相連，獲得電源6 ； 另一輸出端與電源芯片LM2575S-5相連，獲得電源3。所述電源3，其一個(gè)輸出端與電源芯片ASMl 117相連，獲得電源4 ；其另一個(gè)輸出端與電源芯片MAX6033AAUT相連，獲得電源5。上述六個(gè)電源，電源1為+12V，電源2為-12V，電源3為+5V，電源4為+3. 3V，電源5為+2. 5V，電源6為+24V ；分別用于給船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器的硬件單元中各芯片提供其正常工作所需的電壓。所述便攜式測(cè)試控制器內(nèi)部硬件單元，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由電荷放大器、精密分壓電路、電壓跟隨器、繼電器、單片機(jī)、1602液晶、矩陣鍵盤、SD卡、RS485通信模塊和LED指示燈組成。所述電荷放大器，其輸入與電荷型氣缸壓力傳感器的輸出直接相連，對(duì)氣缸壓力信號(hào)進(jìn)行調(diào)理；所述精密分壓電路，其輸入與電荷放大器的輸出相連；所述電壓跟隨器，其輸入與精密分壓電路的輸出相連，其輸出與單片機(jī)內(nèi)部12位高速AD的模擬輸入端相連。所述繼電器，其輸入控制引腳與單片機(jī)相連，輸出與電荷放大器的控制端相連；所述單片機(jī)， 其兩中斷引腳直接與信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端相連，外圍擴(kuò)展部件有液晶、矩陣鍵盤、SD卡、 RS485通信模塊和LED指示燈等器件。上述電荷放大器可使用型號(hào)為Kistler 5040AM的電荷放大器，其作用是將電荷型氣缸壓力傳感器輸出的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成0-10V的電壓信號(hào)。通過(guò)將隔離電源模塊 WRA1212ZP-3W的-12V輸出端接地，則在+12V輸出端獲得其工作所需的+24V電壓。上述精密分壓電路，其作用是將0-10V的氣缸壓力信號(hào)分壓至0-2. 5V，以保證氣缸壓力信號(hào)幅值在單片機(jī)內(nèi)部AD的采集范圍。上述電壓跟隨器，可采用型號(hào)為0P27GS的高精度運(yùn)算放大器，其作用是使電荷放大器更好的與后級(jí)電路進(jìn)行阻抗匹配。上述繼電器可采用型號(hào)為G6S-2-Y的繼電器，其作用是實(shí)現(xiàn)低電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)控制引腳對(duì)高電壓電荷放大器控制引腳的控制。上述液晶可采用型號(hào)為1602工業(yè)字符型液晶。上述RS485通信芯片可采用型號(hào)為SP!M85的芯片。上述單片機(jī)，可采用STM32F103系列32位高性能單片機(jī)，具體型號(hào)為 STM32F103VCT6,是便攜式測(cè)試控制器的核心處理器。單片機(jī)控制液晶顯示當(dāng)前測(cè)試狀態(tài)并伴有LED指示燈指示，若數(shù)據(jù)采集開(kāi)始則單片機(jī)控制繼電器開(kāi)啟電荷放大器，氣缸壓力信號(hào)經(jīng)電荷放大器調(diào)理、精密分壓和電壓跟隨器后連接至單片機(jī)內(nèi)部12位高速AD的模擬輸入端，該AD使用外部超高精度電壓基準(zhǔn)芯片，其型號(hào)為MAX6033AAUT。同時(shí)單片機(jī)通過(guò)調(diào)理后上止點(diǎn)和曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)的上升沿中斷觸發(fā)控制對(duì)氣缸壓力信號(hào)的等曲軸轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)采集， 并自動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)周期平均，采集點(diǎn)數(shù)根據(jù)單片機(jī)內(nèi)置的準(zhǔn)周期數(shù)自動(dòng)確定。采集的氣缸壓力數(shù)據(jù)可通過(guò)RS485串口通信數(shù)據(jù)線發(fā)送到計(jì)算機(jī)，或者以文本形式保存至便攜式測(cè)試控制器內(nèi)置SD卡中。所述便攜式測(cè)試控制器信號(hào)調(diào)理模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示由限幅電路、LM393電壓比較器和磁耦數(shù)字隔離器ADuMMOO組成。所述限幅電路，其輸入與光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出端相連；所述LM393電壓比較器，其輸入與限幅電路的輸出相連；所述磁耦數(shù)字隔離器可以采用ADuMMOO，其輸入與LM393電壓比較器的輸出相連，其輸出與便攜式測(cè)試控制器內(nèi)部單片機(jī)的中斷引腳直接相連。上述限幅電路，采用2個(gè)4. 7V穩(wěn)壓二極管對(duì)接而成，可采用型號(hào)為IN4732，其作用是當(dāng)傳感器信號(hào)幅值超過(guò)4. 7V時(shí)將其鉗位至4. 7V附近，以避免過(guò)高電壓損壞電壓比較器。上述LM393電壓比較器，其作用是將光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)，并通過(guò)磁耦數(shù)字隔離器ADuMMOO進(jìn)行隔離。上述磁耦數(shù)字隔離器ADuMMOO，其作用是有效的抑制干擾并保護(hù)與其接口的便攜式測(cè)試控制器內(nèi)部單片機(jī)的安全。本實(shí)用新型提供的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其內(nèi)部單片機(jī)的工作過(guò)程如圖3所示若選擇RS485串口通信方式，便攜式測(cè)試控制器需通過(guò)RS485串口通信數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，便攜式測(cè)試控制器上電后與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行握手通信測(cè)試，握手成功則進(jìn)入采集過(guò)程。采集時(shí)，先輸入需要采集的氣缸缸號(hào)，按確認(rèn)鍵后，開(kāi)啟電荷放大器，電荷放大器指示燈亮，進(jìn)入等曲軸轉(zhuǎn)角采樣，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)RS485串口數(shù)據(jù)線傳送至計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、分析和處理，完成后等待接收計(jì)算機(jī)反饋的接收成功指令，并關(guān)閉電荷放大器，重新開(kāi)始下一輪采集。若選擇SD卡方式，便攜式測(cè)試控制器上電后，輸入需要采集的氣缸缸號(hào)， 按確認(rèn)鍵后進(jìn)行等曲軸轉(zhuǎn)角采集，采集的氣缸壓力數(shù)據(jù)以文本形式存儲(chǔ)在便攜式測(cè)試控制器內(nèi)置SD卡中。采集過(guò)程中，1602液晶實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前狀態(tài)，并伴有指示燈指示。上述SD卡方式，文本形式存儲(chǔ)采用FAT32文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)先對(duì) SD進(jìn)行初始化，成功后分析SD卡文件系統(tǒng)的DBR數(shù)據(jù)，獲取文件信息。若名為《CYLDATA. txt))文件存在，則鎖定文件，將采集到的氣缸壓力數(shù)據(jù)寫(xiě)入該文件的末尾；若該文件不存在，則新建文件《CYLDATA. txt))并寫(xiě)入氣缸壓力數(shù)據(jù)。圖4為船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器采集并保存在SD卡文件《CYLDATA. txt》中的示功圖數(shù)據(jù)波形圖，測(cè)試對(duì)象為粵海鐵3號(hào)輪2主機(jī)，主機(jī)型號(hào)為8G32，主機(jī)工況為額定轉(zhuǎn)速600r/min下的25%負(fù)荷。本實(shí)用新型提供的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其用于船舶柴油機(jī)性能測(cè)試，測(cè)試時(shí)采用包括以下步驟的方法(1)安裝傳感器，連接電纜，通電后若選擇RS485串口通信方式，便攜式測(cè)試控制器與計(jì)算機(jī)進(jìn)行握手通信測(cè)試，成功后進(jìn)入等待采集狀態(tài)；若選擇SD卡方式，則直接進(jìn)入等待采集狀態(tài)；(2)開(kāi)啟氣缸示功閥通道，輸入缸號(hào)，并按下確認(rèn)鍵，便攜式測(cè)試控制器根據(jù)上止點(diǎn)和曲軸轉(zhuǎn)角脈沖上升沿中斷觸發(fā)對(duì)氣缸壓力信號(hào)的等曲軸轉(zhuǎn)角采集；(3)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，便攜式測(cè)試控制器液晶上顯示當(dāng)前狀態(tài)同時(shí)顯示當(dāng)前氣缸壓力的最大值以幫助用戶判斷測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性，全程伴有指示燈指示；(4)若選擇RS485串口通信方式，數(shù)據(jù)通過(guò)RS485串口通信數(shù)據(jù)線發(fā)送到計(jì)算機(jī)中；若選擇SD卡方式，數(shù)據(jù)以文本形式存儲(chǔ)至便攜式測(cè)試控制器內(nèi)置SD卡中；(5 )發(fā)送或存儲(chǔ)完畢后，按步驟(2 )進(jìn)行下一缸的測(cè)試，直至完成所有缸的測(cè)試。
權(quán)利要求1.一種船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是由供電單元和硬件單元組成， 其中供電單元由電源芯片和多個(gè)電源組成；硬件單元主要由電荷放大器、精密分壓電路、 電壓跟隨器、繼電器和單片機(jī)組成；所述電荷放大器，其輸入端與電荷型氣缸壓力傳感器的輸出端直接相連，其輸出端與精密分壓電路的輸入端相連；所述電壓跟隨器，其輸入端與精密分壓電路的輸出端相連，其輸出端與單片機(jī)內(nèi)部12位高速AD的模擬輸入端相連；所述繼電器，其輸入控制引腳與單片機(jī)相連，其輸出與電荷放大器的控制端相連；所述單片機(jī)，其兩個(gè)中斷引腳直接與信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是所述電荷放大器采用型號(hào)為Kistler 5040A24的電荷放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是所述單片機(jī)采用型號(hào)為STM32F103VCT6的單片機(jī)；該單片機(jī)內(nèi)部AD使用的2. 5V超高精度外部電壓基準(zhǔn)芯片,其型號(hào)為MAX6033AAUT。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是所述單片機(jī)通過(guò)其IO引腳與外圍擴(kuò)展部件相連，外圍擴(kuò)展部件包括1602工業(yè)字符型液晶、矩陣鍵盤、 SD卡、RS485通信模塊和LED指示燈，其中RS485通信芯片的型號(hào)為SP3485。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是所述電壓跟隨器采用型號(hào)為0P27GS的高精度運(yùn)算放大器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是所述繼電器采用型號(hào)為G6S-2-Y的繼電器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是所述信號(hào)調(diào)理模塊由限幅電路、電壓比較器和磁耦數(shù)字隔離器組成，其中所述限幅電路，其輸入端與光電編碼器或磁電式轉(zhuǎn)速傳感器輸出端相連；所述電壓比較器，其輸入端與限幅電路的輸出端相連；所述磁耦數(shù)字隔離器，其輸入端與電壓比較器的輸出端相連，其輸出端與單片機(jī)的中斷引腳直接相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是采用型號(hào)為 LM393的電壓比較器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，其特征是采用型號(hào)為 ADuM5400的磁耦數(shù)字隔離器。
專利摘要本實(shí)用新型是船舶柴油機(jī)示功圖便攜式測(cè)試控制器，由供電單元和硬件單元組成，供電單元由電源芯片和多個(gè)電源組成；硬件單元主要由電荷放大器、精密分壓電路、電壓跟隨器、繼電器和單片機(jī)組成；所述電荷放大器，其輸入端與電荷型氣缸壓力傳感器的輸出端直接相連，其輸出端與精密分壓電路的輸入端相連；所述電壓跟隨器，其輸入端與精密分壓電路的輸出端相連，其輸出端與單片機(jī)內(nèi)部12位高速AD的模擬輸入端相連；所述繼電器，其輸入控制引腳與單片機(jī)相連，其輸出與電荷放大器的控制端相連；所述單片機(jī)，其兩個(gè)中斷引腳直接與信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端相連。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方便，能適用于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/042GK202110400SQ20112015447
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者余永華, 楊欣, 胡鬧 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)