便携式车用发动机转速测量系统

文章编号:100021670(2004)0420090203　3研究简报3

便携式车用发动机转速测量系统

邓晓云

(大连交通大学　机械工程学院,辽宁　大连　116028)

Ξ

关键词:车用发动机;转速;测量系统中图分类号:TP274.2　　　文献标识码:B

在车用发动机的道路试验中,要对反映其性能的各种参数进行实时测量和记录,尤其是发动机的转速,并且对测量系统的要求是便携、使用方便、精度高、实时性强.笔记本电脑除了携带方便、自备电源等优点外,还提供了更加丰富的硬件接口和软件资源,只需直接插接笔记本电脑的标准插口,即可将信号输入,并且可无需其它电源为传感器及外围电路供电,所以还特别适于野外和车辆道路试验使用.为测量系统的开发提供了可能的平台.

1　系统组成原理

1.1　发动机转速测量原理　　由于发动机是一种间歇工作的动力机械,其转速在一个工作循环里呈周期性的波动,且波动次数与发动机的工作缸数相同,而与转速大小无关.因此,发动机转速一般是通过测量曲轴转过一定角度(120°CA、360°CA)所经历的时间来确定的.一般来说,对于转速的数字测量方法有三种:M法、T法、M/T法.其中T法(即周期法)是将旋转体转动的角度固定,通过测量旋转体转过此角度所经历的时间,而获得转速的,这正与发动机转速的特点相一致,因此选择T法作为发动机转速的测量方法.T法测量转速的实质是在转速传感器输出的每个脉冲周期中(相邻两个脉冲间隔中),用精度极高的高频晶振电路的时钟脉冲进行计数,并以高速双曲线函数运算,即可获得每一个脉冲周期旋转体的转速,进而还可以得出其平均转速.公式如下:

瞬时转速n=60fc/(p×m),(r/min)

p

(1)(2)

平均转速n=60fc/(

j=1

∑m),(r/min)

j

式中,fc为高频时钟脉冲频率;p为每转发出的脉冲数;m为每个脉冲周期中计数器对高频时钟脉冲的计数值.

实际应用时发动机转速脉冲信号由飞轮上的起动齿圈发出,用一磁电式转速传感器检测,该信号类似于正弦信号,须通过整形电路变为矩形脉冲信号从并行打印机接口输送到笔记本电脑中.

1.2　硬件设计

　　(1)并行打印机适配器接口　电脑都配有一个标准的CENTRONICS并行打印机适配器接口,长期以来

一直是作为打印机接口而应用的,通过对其分析发现:它也可以作为通用I/O并行口来使用.通过对该适配器内的三个I/O端口的控制,可实现计算机中断和数据的输入、输出[1].PC机并行打印机适配器接口具有5根控制信号输出线,可通过写37AHI/O端口把控制信号输出到外引线上,该输出信号也经过寄存器锁存.控制字格式如表1.D4位IRQEN为中断允许控制,如果采用中断方式,应使D4=1.

Ξ

收稿日期:2004203218

作者简介:邓晓云(1968-),女,高级工程师,学士1

　第4期邓晓云等:便携式车用发动机转速测量系统

表1　37AHI/O端口控制字格式

表2　379HI/O端口状态信号格式

输入数据

D7D6D5D4

　91

输出数据

D7D6D5D4

外引线

XXXIRQEN

输出数据

D3D2D1D0

外引线

SLCTININITAUTOFDXT

STB

外引线

BUSYACKPESLCT

输出数据

D3D2D1D0

外引线

ERRORXXX

PC机并行打印机适配器接口具有5根状态输入线,可通过读379HI/O端口把外引线上的状态信号读

入PC机,该端口输入缓冲器与状态输入线对应如表2.如果采用中断方式,中断请求信号必须从D6位ACK引入.为满足发动机转速测量实时性的要求,将整形后的转速脉冲经ACK进入笔记本电脑中,引起IRQ7中断实现转速测量.　　(2)USB接口　目前的笔记本电脑都有一个以上的USB接口.USB接口有四个引脚,包括2个信号、1个电源和1个地.可提供5V电源,电压范围是4.75V至5.25V,提供的最大电流为500mA,线缆最大长度可以达到5m.这可以满足整形电路的供电需求,而不必再外接电源.因此,在本方案中整形电路的供电由USB接口提供.转速测量系统结构框图见图1.

1.3　软件设计　　在PC机中都采用了825325作为定时/计数器电路,其中计数器0工作在工作方式3,用OUT0为系统的电子钟提供一个恒定的时间基准,并且OUT0作为中断请求信号接可编程中断控制器8259A的IR0(系统中IRQ0).由于其输入频率f≈1.19MHz,则周期T≈840ns,即计数器值每CLKCLK

减1,代表时间840ns,因此通过读取计数器的当前计数值,可以计算出时间的精确值.另外当8253初值为0000H(216)时,大约每840ns×65536≈55

图1　转速测量系统结构框图

ms引起IRQ0中断一次.计数器0的I/O口地址为40H,控制方式寄存器的I/O口地址为43H.

　　通过上面的分析,在发动机转速脉冲信号引起的IRQ7中断程序中读取计数器0的当前计数值

(count),并且利用这次和上一次计数值(pre-count)之差即可得出m,即:

m=pre-count-count

(3)

这样再利用公式(1)和(2)就可得出发动机的瞬时转速和平均转速.

　　下面给出用C语言编写的计数器0初始化、中断安装及IRQ7中断程序.

voidinit-counter0()/3计数器0初始化函数3/{

outportb(0x43,0x36);/3写控制字.工作方式3,二进制计数3/outportb(0x40,0x00);/3写计数器初值低8位3/}

voidinstall-irq()/3中断安装函数3/{

disable();/3关中断3/

outportb(0x37a,0x10);/3写并行打印口控制字,IRQEN=1,允许中断控制3/Irq0-Old-Vector=getvect(0x08);Irq7-Old-Vector=getvect(0x0f);setvect(0x08,Irq0-cl);setvect(0x0f,Irq7-sp);IMR=inportb(0x21);

outportb(0x21,0x7e&IMR);/3开放IRQ7中断3/

　92

enable();/3开中断3/}

大连铁道学院学报第25卷

voidinterruptIrq7-sp()/3IRQ7中断程序3/{

irq7++;/3记录IRQ7中断次数3/

outportb(0x43,0x00);/3锁存8253计数值3/Lowbyte=inportb(0x40);/3读8253低8位计数值3/Highbyte=inportb(0x40);/3读8253高8位计数值3/count=Lowbyte+(Highbyte<<8);/3当前计数器值3/dt=pre-count-count;/3转速脉冲周期计数值3/pre-count=count;/3上一次计数器值3/outp(0x20,0x20);

outportb(0x40,0x00);/3写计数器初值高8位3/}

2　应用实例

本方案已成功地应用于某厂发动机配气机构质量改进工作中.在载重汽车满载下坡行驶时,为了加强制动,驾驶员经常采用低档倒拖发动机制动,使得发动机严重超速,造成配气机构损坏,甚至打坏缸盖、活塞.为此必须在实际下坡行驶倒拖发动机的情况下,测量出配气机构损坏时发动机的临界转速,为配气机构的质量改进提供依据.

图2为配气机构质量改进前后在不同车速情况下,通过减档使发动机进入倒拖制动实测的发动机转速.改进前配气机构损坏时发动机的临界转速为3500r/min,改进后可达4000r/min,满足最高飞脱转速3600r/min的设计指标.

图2　配气机构改进前后倒拖时发动机转速测量情况

本文所设计的便携式车用发动机转速测量系统结构合理、实时性强、测量精度高,而且易于实现和操作,解决了车用发动机在道路实验中转速实时测量记录的难题.便于扩展成为车用发动机全参数测量系统.参考文献:

[1]段[2]张

军.柴油机数字式电子调速器动态特性计算机辅助测试系统[J].内燃机车,1999,11:37240.利.PC机打印口的原理及应用开发[M].北京:清华大学出版社,1996.

[3]王士元.C高级实用程序设计[M].北京:清华大学出版社,1996.