毕业设计(论文)发动机测控平台多通道数据采集系统.doc
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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计说明书(论文)作 者:XXX学 号:XXXXXXXXX学院(系):XXXXXXXXX专 业:XXXXXXXXX题 目:发动机测控平台多通道数据采集系统指导者: 评阅者: 2011年XX月XX日毕业设计说明书(论文)中文摘要发动机测控平台多通道数据采集系统,是衡量发动机动力性能和经济性能的必要手段,发动机测控平台,作为发动机性能试验必不可少的设备,其测量精度和自动化程度直接影响到试验能否如实反映发动机的性能,其自动化是提高发动机测试效率和质量的重要方法。本文在研究发动机自动测试的基础上,提供了用单片机实现发动机测控的自动监测方案。本文首先介绍了发动机测控仪器的发展
2、状况,简要分析了发动机测控平台的原理;再对所需要用到的工具进行基本介绍,对需要采集的信号进行分析,然后给出发动机测控平台多通道数据采集系统设计的总体方案; 包括传感器的选择,信号调理电路设计。选用STC51系列单片机为核心进行系统硬件的搭建,极大的简化了系统硬件开发。主要涉及到单片机最小系统、滤波电路、信号调理电路、放大电路、供电电路、人机交互电路以及通信电路的设计。开发工具主要包括硬件电路设计工具(Protel DXP & Proteus)、单片机调试工具(Keil & STC_ISP)、Protel DXP能帮助我们快速的进行电路的设计和PCB的绘制,Proteus 能方便的对我们所设计的
3、电路进行仿真调试,验证所设计电路的合理性;最后,将研发成功的测控系统实际应用于车用汽油发动机的测试,取得了预期的效果。为研制发动机测控装置打下了基础。关键词 发动机测控平台;传感器;STC12C5A60S2 ; 毕业设计说明书(论文)外文摘要Title: Engine control platform for multi-channel data acquisition systems AbstractEngines control platform for multi-channel data acquisition systems is a necessary measuring mean
4、s of engine dynamic and economic performance. The engine control platform whose measurement precision and degree of automatization can directly affect the test level of the engine performance is a necessary equipment of the engine performance test. In this paper, based on automated testing of Motor
5、provides automatic monitoring and control of the monitoring program with single chip microcomputer.This paper describes the development of Motor control instruments, A brief analysis of the principle for motor monitoring and control platform; then it need use the tools of the basic introduction to a
6、nalysis of signals which are collected, and then give engine control platform for multi-channel data acquisition .The overall program design; including the choice of sensors, signal conditioning circuit design. STC51 series microcontroller core which are used to build the system hardware, greatly si
7、mplify the hardware development. It mainly related to the filter circuit, signal conditioning circuit, amplifier circuit, power supply circuit, interactive circuit and communication circuit design. Development tools include hardware design tools (Protel DXP & Proteus), MCU debugging tools (Keil & ST
8、C_ISP), Protel DXP which can help us quickly to design the circuit and draw PCB, Proteus which can be easily designed our circuit Simulation testing and to verify the reasonableness of the circuit design;Finally, Control system will be successfully developed the practical application of testing of g
9、asoline engine. I achieved the desired results. Make the development of the foundation for engine monitoring and control devices.显示对应的拉丁字符的拼音字典1. 名词1. engine2. motor朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典1. 名词1. engine2. motorKeywords: The Engine Control Platform Sensors STC12C5A60S2目次第一章 绪论31.1 课题研究背景31.2 发动机测控仪器的发展31.3
10、发动机测控台架的介绍31.4 发动机功率测量3第二章 基础知识简介32.1 RS232串口通信基本知识32.1.1 RS232的介绍32.1.2 RS232串口接线方法32.1.3 RS232的缺点32.2 STC12C5A60S2系列单片机32.2.1 STC12C5A60S2系列单片机的简介32.2.2 STC12C5A60S2系列单片机的内部结构32.2.3 STC12C5A60S2单片机的管脚图32.3 模拟量采集处理32.3.1 模拟量输入通道的组成32.3.2 信号调理32.3.3 采样/保持32.3.4 AD基础知识32.3.5 测量数据的预处理32.3 protel 2004的
11、基本知识32.4 Keil的基本知识32.4.1 系统概述32.4.2 Keil C51单片机软件开发系统的整体结构32.4.3 优点3第三章 发动机测控平台多通道数据采集系统设计总体方案33.1 测控参数的确定33.2 发动机测控平台多通道数据采集系统的总体结构33.3 系统基本功能分析33.3.1 实时采集数据33.3.2 数据预处理33.3.3 与上位机通讯3第四章 发动机测控平台多通道数据采集系统硬件设计34.1 引言34.2 单片机最小系统设计34.2.1 单片机最小系统的电路图34.3 串口通信电路设计34.3.1 设计需求34.4 供电电源电路34.5 模拟量的采集电路34.5.
12、1 传感器的选择34.5.2 转速采集模块34.5.3 扭矩信号处理模块34.5.4 温度信号采集处理模块34.5.5 励磁电流信号采集电路34.5.7 本章小结3结论3致谢3参考文献3第一章 绪论1.1 课题研究背景发动机测试技术是汽车测试技术的一个重要组成部分,也是最复杂的一个部分。进行发动机测试时,一般都在专用的试验台上进行,称为发动机试验台架,测试时通过一些专用的连接装置将发动机固定到试验台架上并接上所需的电、气、水、油和所需的仪器后进行测试。衡量发动机动力性和经济型的指标主要有:功率、扭矩、转速、燃料消耗等,在发动机常规性能试验中测量的参数有发动机的功率、扭矩、转速、排气温度和压力、
13、冷却水的进出口温度等。发动机的各种参数通过各种类型的传感器实时测量,现代高水平的实验室可同时测量上百个参数,有些参数可直接测量得到,有些参数需根据测量到的参数和公式进行计算得出。作为微型计算机应用技术的一个重要分支数据采集与处理技术,集传感器、信号采集与转换、计算机等技术于一体,是获取信息的重要工具和手段。计算机技术的飞速发展和普及,使得数据采集系统也迅速地得到发展和应用。发动机运行工况下各种参数的测量,包括转速、机油温度、进排气温度、冷却水温度、进排气压力、发动机输出功率等,对于监控发动机工作,了解其是否正常,以及进一步发现问题,提高性能都是极其重要的。目前实验室里对这些参数的测量主要使用测
14、功机改变发动机的运行状况,然后用传感器将上述非电量转化为电量,用数据采集卡,通过微控制器,将数据发送到上位机。1.2 发动机测控仪器的发展发动机测控仪器的发展经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器、虚拟仪器四个阶段。模拟仪器的基本结构是电磁机械式的,采用模拟器件组成各种电路,精度低、速度慢;而数字化仪器如数字转速表等,主要由数字电路来实现,在测试精度、速度和仪器寿命等方面都比模拟仪器有较大的提高。随着数字信号处理技术及大规模集成电路的发展,出现了以微机为核心的智能仪器,但由于其是以功能模块的形式存在的,无论开发还是应用,都缺乏灵活性。20世纪80年代后期,微机性能得到极大提高,面向测试分析的通用
15、软件开发平台的成功应用,使得虚拟仪器应运而生。利用虚拟仪器技术,用户可以自定义仪器的功能,创建编译程序,从而提高了常规数据采集和测试等任务的运行速度。1.3 发动机测控台架的介绍发动机功率测控台架是进行发动机性能试验的主要设备,集数学运算、自动控制、信号处理、人工智能、电子技术等各种现代科学技术于一体,可以获得大量的测试值,根据需要进行实时监控和图形显示,提供了很好的数据处理功能,测量进度和控制精度都有了很大的提高。1.4 发动机功率测量国内院校及研究单位从我国国情出发先后开发了不少微机数据采集分析系统:如上海交通大学的DL902内燃机高速数据采集系统、上海内燃机研究所的EAS900、EAS9
16、50发动机分析系统、江苏理工大学JXX型内燃机数据分析系统、天津大学天津内燃机研究所的发动机台架试验的微机数据采集系统。相比之下,国外的微机化的测试分析系统较为系统化和商品化,如AVL617,美国国际动力能源公司的PEI系列等。国内测量与分析技术的研究起步比国外晚,与国外水平相比,主要差距在于数据采集的准确性、快速性,分析处理功能的全面性,使用的方便和可靠性等方面。而这些也正是目前国内内燃机测量与分析技术的难点。发动机功率的测量公式如下所示式中:P为发动机输出功率(kw);M为扭矩;n为发动机转速;w为发动机转动的角速度。 可见在发动机功率测量中,扭矩M和转速n是基本的物理量,而扭矩对功率测量
17、精度的影响很大。本测控系统中,扭矩量的测定精度要求比较高,因为扭矩的微弱变化正反映了所测发动机输出功率的大小,而发动机输出功率的大小是发动机生产者和使用者共同最关心的问题,因此扭矩的测量要求精确。扭矩测量的方法是电涡流测功机产生制动转矩。该转矩通过外环及传动力臂传至测力装置上,由称重传感器将力的大小转换成电信号输出,从而达到测转矩的目的。这种称重传感器比一般的扭矩传感器要便宜很多,可以降低成本,而且这种压力传感器的安装很方便,测量精度也可以满足要求。发动机测控系统根据测控具体功能需求和实际条件,由测控单片机、调度管理计算机构成两级计算机系统。主要包括两个系统的开发,其一是下位机系统开发,主要是
18、与单片机相关的软件硬件开发。在进行一些控制系统和监控系统的开发时,单片机一般作为首选目标。其体积小、功能强、效率高,实时性强,在实用化、产品化时可发挥很大的优势:其二是上位机系统的开发,在上位机上开发软件主要进行测控系统的总体调度、数据处理。测控单片机和管理计算机采用串口通讯进行数据交换。第二章 基础知识简介2.1 RS232串口通信基本知识2.1.1 RS232的介绍RS-232是美国电子工业联盟(EIA)制定的串行数据通信的接口标准,全称是EIA-RS-232(简称232,RS232)。它被广泛用于计算机串行接口外设连接。RS-232C标准(协议),其中EIA(Electronic Ind
19、ustry Association)代表美国电子工业联盟RS(Recommended standard)代表推荐标准,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改(1969年),在这之前,还有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。其他常用物理标准还有EIA-RS-422-A、EIA-RS-423A、EIA-RS-485。目前在IBMPC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。RS-232对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。RS-232C 标准(协议)的全称是 EIA-RS-232C 标准,其中EIA (Electronic
20、Industry Association)代表美国电子工业协会,RS(recommeded standard)代表推荐标准,232是标识号,C代表RS232的最新一次修改(1969),在这之前,有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIA RS-422A、EIA RS-423A、EIA RS-485。 这里只介绍EIA RS-232C(简称232,RS232)。 例如,目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口,就是RS-232C接口。2.1.2 RS232串口接线方法(1)目前较为常用的串口是9针串口(DB9。通信距离较近时(
21、12m),可以用电缆线直接连接标准RS232端口;若距离较远,需附加调制解调器(MODEM)。(2)RS232C串口通信接线方法(三线制)接收数据针脚(或线)与发送数据针脚(或线)相连,彼此交叉,信号地对应相接首先,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连对9针串口和25针串口,均是2与3直接相连;两个不同串口(不论是同一台计算机的两个串口或分别是不同计算机的串口)9针-9针25针-25针9针-25针2 3 3 2 2 2 3 2 22 3 3 5 5 7 7 5 7图2
22、.1上面表格是对微机标准串行口而言的,还有许多非标准设备,如接收GPS数据或电子罗盘数据,只要记住一个原则:接收数据针脚(或线)与发送数据针脚(或线)相连,彼此交叉,信号地对应相接,就能百战百胜。串口调试中要注意的几点:不同编码机制不能混接,如RS232C不能直接与RS422接口相连,必须通过转换器才能连接;线路焊接要牢固,不然程序没问题,却因为接线问题误事;串口调试时,准备一个好用的调试工具,如串口调试助手、串口精灵等,有事半功倍之效果;强烈建议不要带电插拔串口,插拔时至少有一端是断电的,否则串口易损坏。(3)DB9接口三线引脚定义 2 - RXD接收数据 3 - TXD发送数据 5 - G
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