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        基于英飛凌TC264DA單片機的汽車發(fā)動機異常振動檢測裝置電路設計*

        2021-01-25 01:40:08鄧汝奎范毅李光平班璐
        汽車實用技術 2021年1期
        關鍵詞:英飛凌工作電壓電路設計

        鄧汝奎,范毅,李光平,班璐

        (南寧學院,廣西 南寧 530200)

        前言

        隨著汽車行駛里程以及使用年限的增加,發(fā)動機往往會出現異常振動的情況,對于汽車發(fā)動機異常振動診斷檢測,常見的通過判斷發(fā)動機是否缺火,識別發(fā)動機是否存在缺缸工作[1],但發(fā)動機出現異常振動時,還存在諸如發(fā)動機機腳性能下降導致的異常抖動,或者異常振動不是非常明顯時,通過人工經驗往往難以察覺,因此,利用發(fā)動機在出現異常振動時,振動頻率的變化特點,識別并判斷發(fā)動機異常振動的類型,能夠及時地避免因發(fā)動機異常振動造成的異常損耗。

        對于振動頻率,一般采用頻譜分析儀進行振動數據分析,傳統的頻譜分析儀價格昂貴,且不方便攜帶,操作界面不夠簡潔,需要具備一定的頻譜分析基礎才能夠正確分析故障[2],對于汽車維修技術人員操作具有一定的難度。為了降低汽車維修技術人員的檢測難度,提高發(fā)動機振動檢測的自動化水平,同時降低汽車維修檢測儀器的使用成本,針對汽車后市場,設計一款低成本高效率的發(fā)動機振動檢測設備,具有較高的研究價值和廣闊的市場前景。

        1 總體設計方案

        設計以英飛凌TC264DA單片機為核心,芯片自帶FFT傅里葉變換硬件模塊,且價格相對低廉,非常適合用于發(fā)動機異常振動檢測裝置設計。采用 MPU6050模塊實時采集發(fā)動機振動加速度,傳輸至主控芯片TC264DA,經過傅里葉變換后計算出發(fā)動機實時工作頻率,將振動頻率與所存儲的各類工況下的頻率進行對比[3],可以得出發(fā)動機存在何種異常振動的診斷結論,供汽車維修技術人員參考。即形成信息采集、信息處理、結論顯示的硬件電路系統,達到發(fā)動機異常振動自動檢測診斷目的。

        2 硬件電路設計

        2.1 主控芯片介紹

        英飛凌作為全球知名半導體生產公司,為汽車電子控制設備提供半導體及系統解決方案,其產品以可靠性、安全性、卓越質量著稱。英飛凌TC264DA內核架構為雙核Tricore架構,芯片主頻雙核200Mhz,2.5MB Flash閃存[4],具有ECC保護,96KB EEPROM,752KB RAM,可采用HighTech或者Tasking進行軟件開發(fā),TC264DA自帶硬件FFT,可以直接進行傅里葉變換運算[5],無需編寫FFT算法程序,直接進行模塊初始化,配置相關參數即可,FFT最長支持1024點,支持I2C、串口、SPI、CAN等多種通訊協議,能夠完全滿足本次設計的需求。

        2.2 振動信息采集模塊

        發(fā)動機振動特性通過振動加速度變化實時反應,因此,可以采用加速度傳感器獲取發(fā)動機實時振動數據。MPU6050是六軸傳感器,可以獲取三軸加速度、三軸陀螺儀及溫度等數據,芯片內部集成 DMP模塊,能夠對傳感器數據進行濾波融合處理,運算處理后的數據由I2C通信接口傳輸至主控芯片。工作電壓在3.3V-5V之間。為了使不同模塊之間的供電電壓一致,采用3.3V供電即可。加速度輸出頻率最高可達1000Hz。加速度三維輸出,其ADC分辨率達16位。工作電壓為3.3V時,其工作電流在500uA-3.9mA。

        2.3 診斷信息顯示模塊

        經FFT運算后的數據,通過顯示屏直接顯示結果,維修人員根據該結果直接判斷發(fā)動機是否存在異常振動。

        顯示屏采用1.8寸TFT彩色液晶模塊,分辨率128×160,供電電壓3.3伏,模塊采用SPI串口通信,只需7個IO口即可控制,如表1。

        表1 數據表

        2.4 電路設計

        電路設計首先確保單片機能夠正常工作,即具備單片機最小系統:電源、晶振、復位電路。晶振及復位電路按照官方參考方案設計即可,TC264DA工作電壓為3.3V,MPU6050模塊工作電壓在3.3V-5V之間,TFT顯示屏工作電壓為3.3V,因此考慮裝置的

        使用便利性以及各模塊之間的用電需求,電源可直接采用車載電源 12V作為工作電源,通過穩(wěn)壓芯片將電壓降至3.3V即可為各系統所用。AMS1117-3.3.芯片是典型的線性穩(wěn)壓電源,輸入電壓在4.75V-15V,降壓后輸出3.3V,最大輸出電流1A,能夠滿足設備的功率需求。

        MPU6050直接采用單體模塊,需外接的引腳有VCC接3.3V電壓,GND接地線,SCL為I2C從時鐘線,SDA為I2C從數據線,這兩個引腳接上拉電阻后與TC264DA的I2C引腳P13.0和P13.1相連,AD0引腳懸空,此時,芯片地址默認為0x68。

        圖1 系統電路

        顯示屏TFT彩色液晶模塊需外接的引腳如下,VCC接3.3V電壓,GND接地線,CS為片選信號,由單片機引腳P20.13控制;D/C為數據/命令選擇端口,連接單片機P20.12引腳;RST為復位引腳,連接單片機P20.10引腳;SCK為時鐘輸入,連接單片機P20.11引腳;SDI數據輸入,連接單片機P20.14引腳。

        綜合上述,裝置電路系統設計主要包括了英飛凌TC264-DA最小系統的電路設計,MPU6050模塊外圍電路設計,TFT彩色液晶模塊外圍電路設計,設計電路能夠滿足汽車發(fā)動機異常振動檢測裝置的功能需求,具有簡單實用的特點,系統電路如圖1所示。

        3 結論

        本文根據汽車發(fā)動機運行過程中出現異常振動不容易診斷的問題,基于英飛凌TC264DA單片機具有硬件FFT的特點,設計了一款低成本的汽車發(fā)動機異常振動檢測裝置硬件電路。只需將振動傳感器安裝在發(fā)動機上,運行發(fā)動機后,裝置即可識別存在的故障及其類型,大大降低了汽車維修人員在的錯診率,提高了發(fā)動機異常振動檢測的診斷效率,具有較高的實際應用價值。

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