王中源 張金龍

摘? 要：研究并設(shè)計了一種以IPC（Industrial Personal Computer，工業(yè)控制計算機）為核心的微機控制測試系統(tǒng)。解決了電控發(fā)動機因結(jié)構(gòu)復(fù)雜而無法用一般測試儀器排查故障的問題。該測試系統(tǒng)根據(jù)電控發(fā)動機顯示的信號數(shù)據(jù)，檢驗發(fā)動機的運作狀況，具有較強的抗干擾能力，較高的可信度，并且操作簡便。

關(guān)鍵詞：IPC;微機測試系統(tǒng);電控發(fā)動機

中圖分類號：U467.4? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）11-0047-03

Abstract： A microcomputer control test system with IPC （Industrial Personal Computer） as its core is studied and designed. The problem of the electronic ally engine being unable to troubleshoot with the general test instrument due to the complicated structure is solved. The test system is based on the signal data displayed by electronically controlled engine， which verifies the operation of the engine， has strong anti-jamming ability， high confidence， and is easy to operate.

Keywords： IPC; microcomputer test system; electronic engine

引言

電控發(fā)動機以基本信號反應(yīng)實際工況。該信號進入電控發(fā)動機的電子控制單元（ECU）后，根據(jù)各種因素對其進行補償?shù)炔僮鬟M行調(diào)整，通過此類合理控制后，從而得到最合適的油氣成分和點火時刻。但電控機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁雜，普通儀器一般無法提供測試故障診斷功能。因此，研究并設(shè)計了一種以IPC（工業(yè)控制計算機）為核心的微機控制測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對電控發(fā)動機一系列信號的測試，完善了電控發(fā)動機的測試功能。

1 測試原理

電控發(fā)動機的控制系統(tǒng)由許多電子自動控制裝置構(gòu)成，包括傳感器，執(zhí)行元件和電子控制單元（ECU）。其中，傳感器負責將發(fā)動機各類信息傳遞給電子控制單元（ECU）。電子控制單元（ECU）是發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的核心，含有專屬控制微機和接口電路。在各種情況下，存儲電控發(fā)動機達到最佳的油氣混合度和點火定時。它工作時，根據(jù)傳感器提供的實時信號，由執(zhí)行器調(diào)整油氣混合度和點火定時。由此可見，三種電控裝置相輔相成，缺一不可。因此，設(shè)計的測試系統(tǒng)，可實現(xiàn)測試發(fā)動機輸出信號的功能，并包含在各種工況下，模擬發(fā)動機輸出相應(yīng)傳感器的信號，以此測試ECU和執(zhí)行器的工作狀態(tài)。

2 硬件設(shè)計

設(shè)計的測試系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，以ISA總線的IPU為核心，主要有信號檢測和計算機兩個部分。為確保測試系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，該系統(tǒng)選取性能較好的I/O模板，主板，CPU，處理器等。

該測試系統(tǒng)主要測試數(shù)字信號和模擬信號這兩種信號。數(shù)字信號通過光電耦合器輸入計算機，光電耦合器選取16/24路光隔離D/I板，型號PCID-782B?？紤]到隔離電壓最小值為1500VDC，而輸入通道均含高于隔離電壓最小值的光電隔，所以將光電隔離信號設(shè)置在兩通道和輸入通道與IPC之間。模擬信號通過數(shù)據(jù)采集卡，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換輸入計算機。數(shù)據(jù)采集卡選取含有自動通道掃描的高性能數(shù)據(jù)采集卡，型號PCL-818HD。它包含采樣速率可達到100KHz的12位A/D轉(zhuǎn)換器，16個連續(xù)字節(jié)的I/0端口，DB-37的A/D，D/A接口。

測試的信號通過IPC處理后，轉(zhuǎn)化成顯示器中的數(shù)字和圖像，并可以打印出相應(yīng)的圖表和曲線。

3 軟件設(shè)計

測試系統(tǒng)選用RAD Studio XE3設(shè)計軟件。該軟件可按照各自功能劃分為五個模塊，如圖2所示，這五個模塊分別為密碼模塊、初始化模塊，實時信號采集與顯示模塊、數(shù)據(jù)記錄與報表模塊及幫助模塊。

3.1 密碼、初始化模塊

密碼、初始化模塊主要負責軟件的參數(shù)設(shè)置，可用于A/D轉(zhuǎn)換、測量頻率等。

該測試系統(tǒng)選取的以ISA總線的IPU，具有高性能的光電耦合器和數(shù)據(jù)采集卡，利用這些硬件本身含有的驅(qū)動程序，可將其拓展為更加完整的DLL軟件（Dynamic Link Library，動態(tài)鏈接庫文件）。通過此程序，可實行復(fù)雜的I/O查詢和中斷以及DMA （Direct Memory Access，直接內(nèi)存存?。┓绞讲⑿刑幚怼Ｔ摐y試系統(tǒng)將拓展所得的過程相關(guān)程序存放在模塊文件中，以方便調(diào)用。

除了軟件程序的設(shè)置，還需要設(shè)置一系列硬件參數(shù)。設(shè)計的測試系統(tǒng)可在主界面中的工具/初始化菜單，進入“初始化參數(shù)模塊”來設(shè)置硬件參數(shù)。

3.2 實時信號采集與顯示模塊

實時信號采集與顯示模塊主要負責采集電控發(fā)動機內(nèi)部的一系列信號以及與之對應(yīng)的波形顯示。一般來說，發(fā)動機轉(zhuǎn)速是通過測量曲軸轉(zhuǎn)速來確定。因此，測量轉(zhuǎn)速時，光電脈沖式傳感器的一端連接在轉(zhuǎn)軸上，信號盤轉(zhuǎn)動，由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生交變電壓，輸出脈沖信號。通過定時/計數(shù)器測量脈寬或固定時間內(nèi)的脈沖信號個數(shù)，又因為脈沖信號頻率與轉(zhuǎn)速成正比，故可由脈沖信號頻率推算出被測轉(zhuǎn)速。

點火、噴油等信號的測試同樣是通過定時/計數(shù)器，測量脈寬或在固定時間內(nèi)的脈沖信號個數(shù)來實現(xiàn)的。

在采集到轉(zhuǎn)速，點火，噴油等一系列信號后，由RAD Studio XE3設(shè)計軟件的應(yīng)用畫圖功能，將圖像顯示在顯示器上。

3.3 數(shù)據(jù)記錄和報表模塊

數(shù)據(jù)記錄和報表模塊主要利用了RAD Studio XE3設(shè)計軟件擅長運用數(shù)據(jù)庫管理器系統(tǒng)的優(yōu)勢來實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的儲存，管理和維護。同時，利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以方便地查詢數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息。在數(shù)據(jù)記錄時，可多通道采集實時數(shù)據(jù)，記錄的數(shù)據(jù)可精確到秒數(shù)。由此再使用RAD Studio XE3設(shè)計軟件所供的報表制作程序及工具，創(chuàng)建報表文件，并可供打印。

3.4 幫助模塊

為方便用戶使用，以備突發(fā)情況的出現(xiàn)，本系統(tǒng)開發(fā)中，整合了文本文件、目錄文件、項目文件，建立幫助模塊以供用戶使用。

3.5 抗干擾設(shè)計

由于電控發(fā)動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，在各種工況下存在許多干擾?？紤]到各種干擾性，為此，測試系統(tǒng)的硬件和軟件都為測試系統(tǒng)的抗干擾性做出了合理的設(shè)計。

3.5.1 硬件設(shè)計

（1）以ISA為主線的IPC，具有較高的抗干擾能力。

（2）選用光電耦合器，避免干擾從通道進入。

（3）性能優(yōu)良的定時/計數(shù)器，克服噪聲干擾。

3.5.2 軟件設(shè)計

（1）數(shù)字濾波排除干擾誤差。

（2）編譯跟蹤程序，避免因突發(fā)干擾導(dǎo)致程序失控的情況。

4 實驗測試

該測試系統(tǒng)對日產(chǎn)VG33E型電控發(fā)動機的性能進行了測試，其中主要包括三項性能測試分別為起動性能測試、動力性能測試、點火性能測試。如圖3所示，（a）和（b）分別為設(shè)計的測試系統(tǒng)和FLUKE測試儀器所形成的點火信號波形圖。由圖可見，所得兩種波形基本相同。

5 結(jié)論

設(shè)計的發(fā)動機測試系統(tǒng)以IPC為硬件核心，以RAD Studio XE3為軟件平臺，可測試電控發(fā)動機的工況，并具有較好的抗干擾能力。在一定程度上解決了由于電控機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁雜，普通儀器一般無法提供測試故障診斷功能的問題。該測試系統(tǒng)工作質(zhì)量好，可信度高，操作便捷，可及時反映電控發(fā)動機的工況，完善了測試。

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