基于数据融合技术的汽车发动机数据采集系统研究与设计

《基于数据融合技术的汽车发动机数据采集系统研究与设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、基于数据融合技术的汽车发动机数据采集系统研究与设计-汽车基于数据融合技术的汽车发动机数据采集系统研究与设计崔宏巍胡松华（深圳职业技术学院汽车与交通学院，广东深圳518055）摘要：基于数据融合技术的汽车发动机数据采集系统能够精确采集发动机各种类型的运行参数，并充分利用计算机的高速运算能力，对检测到的数据进行分析、判断与数据融合，为汽车故障诊断提供详细丰富的技术信息。现分析与研究汽车发动机数据采集系统的软硬件设计方法，建立数据融合模型，实现发动机传感器、喷油脉冲、点火信号的数据采集，对于确定汽车技术状态，识别、判断并分析汽车运行中的故障，恢复汽车使用

2、性能，提高汽车利用率，保证安全具有重要意义。关键词：汽车；发动机；数据采集系统；设计；故障诊断基金项目：深圳职业技术学院2014年度科研项目，项目编号：601422K300190引言汽车发动机的故障在线分析与诊断需要动态采集各种运行参数，并对大量参数进行相应的处理，测试内容广、项目多、参数复杂多变，因此，数据采集系统应能保证在各种复杂运行工况条件下尽可能准确地测得各种工作参数，为汽车故障诊断提供依据。本文针对汽车发动机测试中被测参数的不同物理特性，分析与研究两种数据采集系统的特点，并在此基础上开发与设计了一套包括信号处理模块、A/D转换模块、单片机

3、控制系统电路、通讯接口电路、数据融合模块在内的数据采集系统。1汽车发动机数据采集系统设计汽车发动机的参数采集包括高速信号采集和缓变信号采集。对于高速信号采用CS28206高速A/D采集卡，最高采样率可达20MHz，在采集程序设计时直接对硬件端口进行读写，节省了计算机的存储容量和数据处理时间，完全能满足信号实时采集与诊断的要求，对于缓变信号采集，首先要进行信号预处理，然后送入12位串行A/D转换芯片TLC2543，由单片机AT89C52进行控制采集，并将转换结果由通讯接口送入计算机进行处理和分析。发动机数据采集系统由3个部分组成：信号预处理与A/D转

4、换、通讯接口电路、单片机与微机软件设计。高速信号经预处理后通过一片4067多路模拟开关，单片机发出4位选通信号，将16路选一后送入高速A/D采集卡的HSA/D1端，而起判缸作用的一缸信号被送入A/D采集卡的HSA/D2端。缓变信号经放大、整形、滤波后进入11通道12位串行A/D芯片TLC2543，由单片机AT89C52选择一路信号进行A/D转换，TLC2543与单片机之间设有光电隔离。系统整体结构如图1所示。单片机在系统中的作用主要是：（1）选择高速信号与缓变信号的采集通道；（2）控制A/D转换的开启与停止；（3）选择程控放大倍数；（4）与上位机进

5、行并行通讯；（5）进行断缸控制；（6）数据处理。2高速信号采集系统软硬件设计考虑到在发动机运行过程中的高速信号中，汽车点火系统发出的信号幅值变化范围大、频率高，信号中含有大量有用的瞬间尖峰毛刺信号，为保证有用的信号不被丢失，对采用的数据采集系统提出的要求是使用测量范围大、采样速率达10MHz以上、抗干扰能力强的采集卡。2.1高速A/D模块的原理、结构、指标本文使用的CS28206高速采集卡包含两个独立的模拟输入通道，每通道有128K样点的缓冲区，A/D转换采用AD876JR芯片，其最高转换速率可达20MHz，控制逻辑电路由两片GAL电路实现，每个采

6、集通道分别自带A/D转换芯片和缓冲器，CPU通过统一的系统总线处理数据，整个采样通道都是并行进行的，因此可以不考虑两个通道之间的相移。CS28206的主要技术指标如下：（1）通道数：2。（2）输入量程：可由程序设定，分别为±100mV、±200mV、±500mV、±1V、±2V、±5V、±10V、±25V。（3）输入电阻：1MΩ或2MΩ（±5V、±25V）。（4）通道带宽（-3dB）：0Hz～6MHz（直流耦合），10Hz～6MHz（交流耦合）。（5）输入电容：20pF。（6）通道量化精度：10位。（7）通道隔离度：70dB。（8）最大静态误差：1

7、%。（9）通道最大存储容量：128K样点。（10）最高采样率：20MHz。（11）时基数：一个或两个。（12）触发方式：内触发或外触发（可由程序设定）。2.2信号检测方式由于需要采集的发动机参数非常复杂，在幅值、频率等物理特性上存在着很大的差别，因此在设计采集系统硬件电路时，本文针对不同的参数特点采用了不同的设计方法。2.2.1点火信号数据点火信号在采集系统中是最复杂也是最重要的信号，它包括初级电压信号、次级电压信号和一缸信号。初级电压峰值最高可达300V，而次级电压峰值最高可达10～30kV，是最高频率达1MHz的高速瞬变信号。显然这种信号无法直

8、接采集，必须将它衰减到高速采集卡量程范围以内。此外，还要将一缸高压点火信号变换为以单稳脉冲形式输出、幅值为10V以下的判缸