專利名稱：一種油耗儀控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及內(nèi)燃機燃油消耗測控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前油耗測量儀測量，采用的測量控制系統(tǒng)無法滿足測試需求，其設(shè)備集成度、模 塊化程度低，無總線結(jié)構(gòu)，造成通信冗雜、效率低、數(shù)據(jù)共享性差，缺乏保護(hù)，可靠性、安全性 低，難以滿足瞬態(tài)儀器的要求。而且普遍采用單片機技術(shù)進(jìn)行采集控制，但是單片機結(jié)構(gòu)簡 單、功能單一、運行速度慢，穩(wěn)定測量:0. 3%或0. 5%FS (滿刻度)瞬時測量2%FS(滿刻度) 穩(wěn)定測量36秒一次讀數(shù)。這些是制約油耗儀采集、測量及處理的技術(shù)瓶頸。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種油耗儀控制系統(tǒng)，用以解決模塊化程度低、通信效 率低、可靠性差、數(shù)據(jù)處理能力低的問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的方案是油耗儀控制系統(tǒng)，包括主控單元，主控單 元上接設(shè)有用于控制油耗儀中電磁閥的隔離控制輸出模塊、用于采樣油耗儀報警信息的開 關(guān)量采集接口模塊、用于人機交互的輸入輸出模塊、一個用于采樣油耗儀輸出的A/D轉(zhuǎn)換 接口模塊和/或通過RS485串口通信模塊連接一個用于將油耗儀的輸出進(jìn)行變換的變送 器，變送器輸入端接在油耗儀的輸出端口上。由于采用了模塊化設(shè)計，大大提高了系統(tǒng)的模塊化程度，降低了研發(fā)難度，便于維 護(hù)升級；增加了報警信號的采樣，提高了系統(tǒng)的安全可靠性；采用CAN總線，提高了通信效 率和數(shù)據(jù)共享性；系統(tǒng)采用了具有DSP功能的雙片單片機，大大提高了測量數(shù)據(jù)的處理能 力，還擴(kuò)展了系統(tǒng)的資源。為了完善和增強系統(tǒng)性能，所述主控單元的串行接口上還接設(shè)有一個用于與數(shù)據(jù) 庫、控制計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的RS232串口通信模塊。主控單元的I/O 口上還接設(shè)有用于 存儲數(shù)據(jù)的1 模塊。主控單元的通訊接口上還接設(shè)有用于接CAN總線的CAN總線驅(qū)動模 塊。所述A/D轉(zhuǎn)換接口模塊的輸入端至少連接油耗儀的燃油壓力測量端口、燃油體積流量 測量端口、燃油密度測量端口，輸出端連接在主控單元的相應(yīng)I/O 口上。所述隔離控制輸出 模塊包括輸出端分別用于接進(jìn)油閥、油箱換向閥、兩個關(guān)斷閥、旁通排氣閥、換向閥，其輸入 端連接主控單元的I/O 口上。所述開關(guān)量采集接口模塊包括分別用于采集測油儀提供的報 警信號的輸入端和連接主控單元相應(yīng)I/O 口的輸出端。所述輸入輸出模塊是與主控單元串 行連接的彩色I(xiàn)XD觸摸屏。所述主控單元由兩片DSPIC30F6014A串行連接構(gòu)成。

圖1是油耗儀系統(tǒng)原理圖；圖2是油耗儀控制系統(tǒng)原理框圖；圖3是SPI主控模式和從動模式示意圖[0010]圖4是RS-485通訊電路圖；圖5是I/O采集通道電路圖；圖6是A/D采集模塊電路圖；圖7是CAN總線驅(qū)動器及組成的總線電路圖；圖1中的標(biāo)號依次為1 一進(jìn)油閥，2—浮動開關(guān)，3—溢流浮動開關(guān)，4一油箱換向 閥，6—燃油泵，7—蓄壓器，9一內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)器，10—質(zhì)量流量傳感器，12—關(guān)斷閥，13—出 口油壓調(diào)節(jié)器，14一旁通排氣閥，15—換向閥；A—燃油供給，B—發(fā)動機進(jìn)油，C一發(fā)動機會 油，D—燃油溢流。
具體實施方式
質(zhì)量流量式燃油消耗測量儀，即瞬態(tài)質(zhì)量流量儀。作為現(xiàn)有精度最高的發(fā)動機油 耗測量設(shè)備，該油耗儀采用了最新科技Coriolis (科里奧利)技術(shù)，因為溫度或壓力改變不 會影響質(zhì)量，所以質(zhì)量測量方法是流量測量最精確的方法。無論是對汽油、柴油、液化氣、天 然氣或其他代用燃料發(fā)動機，該油耗測量儀均可提供精確的油耗量測定方案；無論是對小 功率(小到幾千瓦)發(fā)動機、大功率(大到10000千瓦以上)發(fā)動機，該油耗儀都能提供最精 確測量的結(jié)果。不同于需要等待幾十秒鐘的稱重法和容積法，科里奧利油耗測量儀實現(xiàn)了 真正意義上的連續(xù)測量，不再需要中間充油停頓，大大節(jié)省了試驗時間和試驗費用。本實用新型提供的一種油耗測量儀，系統(tǒng)如圖1所示，質(zhì)量流量式燃油消耗測量 儀的關(guān)鍵件是一個質(zhì)量流量傳感器10，通過這個傳感器保證系統(tǒng)的連續(xù)測量、高精度以及 高靈敏度；位于該傳感器上游的燃油泵6彌補系統(tǒng)內(nèi)部壓力損失、為系統(tǒng)提供必要的壓力； 為消除燃油泵6脈沖及振動增加一個蓄壓器7 ；傳感器10下游的出口油壓調(diào)節(jié)器13確保 燃油恒定的壓力輸出。結(jié)合圖2，油耗儀控制系統(tǒng)的通過A/D轉(zhuǎn)換接口模塊采樣質(zhì)量流量傳感器10的輸 出，共有三路A/D采集通道，分別采樣燃油壓力、燃油體積流量和燃油密度，如果有需要，也 可以根據(jù)情況增設(shè)接其他類型傳感器的A/D采集通道，如壓力傳感器，測燃油壓力。油耗儀 的A/D采樣也可以由一個變送器完成，該變送器與單片機通過RS485串行接口方式進(jìn)行連 接，將采樣結(jié)果輸送到單片機。這兩種方式都可以接入A/D采樣信息，一般一臺設(shè)備只選擇 一種即可。六路隔離控制輸出模塊分別控制進(jìn)油閥1、燃油泵6、關(guān)斷閥12、旁通排氣閥14、 換向閥15以及它們供電的主電源控制，六路之間相互獨立，分別對應(yīng)不同的單片機I/O 口， 由單片機發(fā)送控制信號，經(jīng)過隔離控制輸出模塊中的光耦器件進(jìn)行隔離和放大，驅(qū)動控制 各個電磁閥。用于采樣油耗儀報警信息的開關(guān)量采集接口模塊采用簡單的串聯(lián)電阻分壓電 路連接報警輸入和單片機I/O 口，采用簡單的電阻電容并聯(lián)方式進(jìn)行濾波，這六路分別進(jìn) 行供氣壓力高、溢流、供氣壓力低、報警、斷油、充油6路安全監(jiān)控。系統(tǒng)采用一個與單片機 串行連接的彩色LCD觸摸屏作為人機交互接口，串行接口選用RS232方式。油耗儀控制系統(tǒng)還有用于連接CAN總線的CAN驅(qū)動模塊，這樣就能與所有CAN通 訊的設(shè)備、儀器、儀表、模塊進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，CAN驅(qū)動模塊采用高速CAN總線驅(qū)動器，相應(yīng)的單片 機I/O 口通過高速CAN總線驅(qū)動器進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后接到標(biāo)準(zhǔn)DB9頭，通過DB9頭接口掛在 CAN總線上，每一個外圍設(shè)備儀器儀表和模塊就是CAN的一個節(jié)點，最多允許110個節(jié)點。油耗儀控制系統(tǒng)還設(shè)有兩個1 接口電路，一個用于接1 存儲設(shè)備，備份大量的采樣信息，另一個備用。SPI接口共設(shè)有四個，有兩個分別作為雙片DSPIC30F6014A在線編 程口、一路作為雙片DSPIC30F6014A連接，剩下一路系統(tǒng)備用。油耗儀控制系統(tǒng)的控制單元采用雙片DSPIC30F6014A，該芯片是一款結(jié)合16為單 片機控制特點和DSP高速運算優(yōu)點的新型芯片，該芯片非常適合油耗儀的使用環(huán)境，提高 了測量的數(shù)據(jù)處理能力。雙片DSPIC30F6014A通過各自所帶的SPI接口對應(yīng)進(jìn)行連接，采用 雙片結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展了系統(tǒng)的資源；兩芯片也可以通過1 方式進(jìn)行連接。兩片DSPIC30F6014A 均設(shè)有用于在線編程的接口電路，可以通過該電路進(jìn)行在線編程。其SPI主控模式和從動 模式如圖3所示。本實施例中設(shè)計了 RS-485通訊方式，見圖4，其中包括一通信芯片MAX485，芯片 MAX485 的 1 腳接 DSPIC30F6014A 的 42 腳(U1RX/RF2)，MAX485 的 2、3 腳接 DSPIC30F6014A 的 36 腳(AN15/0CFB/CN12/RB15)，MAX485 的 4 腳接 DSPIC30F6014A 的 41 腳(U1TX/RF3)， MAX485的6腳接485+，MAX485的7腳接485_，MAX485的5腳接GND。RS485網(wǎng)絡(luò)通過標(biāo)準(zhǔn) 的DB9插頭接入，可以便捷地跟外圍設(shè)備進(jìn)行通訊，可以是油耗儀變送器。本實施例中包含I/O采集通道，電路如圖5所示為其中一路I/O通道。IKΩ電阻 器R60與10 KΩ電阻器R66串聯(lián)接地，R66為分壓電阻器；R60與1 ΚΩ的電阻器R72串 聯(lián)，并接到W的66腳(I/O 口)，R72為限流電阻器，保證進(jìn)入m的I/O 口電流不至于過大， 避免損壞端口。R66與0. 1 μ F電容器C72并聯(lián)，一端連接到R60與R72中間點，另一端接 地，R66與C72構(gòu)成阻容濾波網(wǎng)絡(luò)，濾除前端噪聲干擾。電路中其它5路I/O通道也采用同 等設(shè)計，這6路分別進(jìn)行供氣壓力高、溢流、供氣壓力低、報警、斷油、充油6路安全監(jiān)控。本實施例中包含A/D采集模塊，電路如圖6所示，模擬量電壓信號通過輸入端輸 入，經(jīng)過R36、C62阻容一級濾波后進(jìn)入Ν8 (0Ρ07)的3腳，Ν8的2腳和6腳短接，Ν8此處 作為第一級電壓跟隨器使用，信號從Ν8的6腳輸出，經(jīng)R37與Ν9 (0Ρ07)的2腳相連，同時 Ν9的2腳還接有由R39、R109、R40、R42、C64、Ζ3構(gòu)成的調(diào)零網(wǎng)絡(luò)(見圖6)，其中Ζ3是穩(wěn)壓 管2DW232，Ν9的2腳與6腳之間連接R43、電阻和R44電位器，從而構(gòu)成調(diào)滿度網(wǎng)絡(luò)；模擬 量電壓經(jīng)過Ν9后就可以進(jìn)行下限和上限的標(biāo)定，經(jīng)過上下限標(biāo)定后，模擬量電壓信號再經(jīng) 過WO固定極放大，最后經(jīng)第二級(Nil)電壓跟隨器處理，經(jīng)過上述處理的信號就可以調(diào)整 為PIC單片機標(biāo)準(zhǔn)的0-5V信號。A/D采集模塊可以直接采集處理傳感器的測量值。本實施例CAN總線驅(qū)動器及組成的總線電路如圖7所示，高速CAN總線驅(qū)動器 (N20)MCP2551 的 1 腳(TXD)和 4 腳(RXD)分別接在 DSPIC30F6014A 的 73 腳(C1TX/RF1)和 72 腳(C1RX/RF0)，MCP2551 的 7 腳(CANH)接 CAN 總線的 CANH 端，CTM1050T 的 6 腳(CANL) 接CAN總線的CANL端，MCP2551的8腳(RS)經(jīng)LC7低通濾波器接地，所有CAN通訊的設(shè)備、 儀器、儀表、模塊可以通過標(biāo)準(zhǔn)的DB9接口掛在CAN總線上，每一個外圍設(shè)備儀器儀表和模 塊就是CAN的一個節(jié)點，最多允許110個節(jié)點。
權(quán)利要求1.一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，包括主控單元，主控單元上接設(shè)有用于控制油耗 儀中電磁閥的隔離控制輸出模塊、用于采樣油耗儀報警信息的開關(guān)量采集接口模塊、用于 人機交互的輸入輸出模塊、一個用于采樣油耗儀輸出的A/D轉(zhuǎn)換接口模塊和/或通過RS485 串口通信模塊連接一個用于將油耗儀的輸出進(jìn)行變換的變送器，變送器輸入端接在油耗儀 的輸出端口上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控單元的串行接 口上還接設(shè)有一個用于與數(shù)據(jù)庫、控制計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的RS232串口通信模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，主控單元的I/O口上還接 設(shè)有用于存儲數(shù)據(jù)的1 模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，主控單元的通訊接口上 還接設(shè)有用于接CAN總線的CAN總線驅(qū)動模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)換接口模塊的 輸入端至少連接油耗儀的燃油壓力測量端口、燃油體積流量測量端口、燃油密度測量端口， 輸出端連接在主控單元的相應(yīng)I/O 口上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離控制輸出模塊 包括輸出端分別用于接進(jìn)油閥、油箱換向閥、兩個關(guān)斷閥、旁通排氣閥、換向閥，其輸入端連 接主控單元的I/O 口上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開關(guān)量采集接口模 塊包括分別用于采集測油儀提供的報警信號的輸入端和連接主控單元相應(yīng)I/O 口的輸出 端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸入輸出模塊是與 主控單元串行連接的彩色I(xiàn)XD觸摸屏。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的一種油耗儀控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控單 元由兩片DSPIC30F6014A串行連接構(gòu)成。
專利摘要本實用新型涉及一種油耗儀控制系統(tǒng)，包括主控單元，主控單元上接設(shè)有用于控制油耗儀中電磁閥的隔離控制輸出模塊、用于采樣油耗儀報警信息的開關(guān)量采集接口模塊、用于人機交互的輸入輸出模塊、一個用于采樣油耗儀輸出的A/D轉(zhuǎn)換接口模塊和/或通過RS485串口通信模塊連接一個用于將油耗儀的輸出進(jìn)行變換的變送器，變送器輸入端接在油耗儀的輸出端口上。由于采用了模塊化設(shè)計，大大提高了系統(tǒng)的模塊化程度，降低了研發(fā)難度，便于維護(hù)升級；增加了報警信號的采樣，提高了系統(tǒng)的安全可靠性；采用CAN總線，提高了通信效率和數(shù)據(jù)共享性；系統(tǒng)采用了具有DSP功能的雙片單片機，大大提高了測量數(shù)據(jù)的處理能力，還擴(kuò)展了系統(tǒng)的資源。
文檔編號G05B19/418GK201859339SQ20102052358
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者嚴(yán)世寶, 仁春艷, 劉仁杰, 吳有生, 孫勇湘, 楊敬偉, 王鳳魁, 王錄波, 趙大為, 趙小平, 鐘華東 申請人:凱邁(洛陽)機電有限公司