[发明专利]柴油机气缸工作状态监测器

说明书

技术领域

本发明属于内燃机工程技术领域，具体地讲是一种柴油机气缸工作状态监测器。

背景技术

柴油机是广泛运用于国民经济各个领域的动力设备。出于安全保障和经济效益的考虑，及时准确和动态地掌握柴油机的运行状态以及预测、诊断存在的和潜在的故障，是技术管理的一个重要内容和追求的目标。出于节能和环保的考虑，自上一世纪的九十年代末期，由MAN公司率先进行智能发动机的研究，是柴油机最重要的技术领域。而柴油机气缸工作状态信息，无论对于柴油机运行状态的监测和故障分析，或柴油机的燃烧控制都是重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以直接通过CAN总线输出柴油机气缸工作状态，所采用的可编程片上系统(SoPC：System on Programmable Chip)技术可以降低了监测器的体积成本的柴油机气缸工作状态监测器。

为了实现上述发明目的，本发明采取的方法是：通过传感采集上止点和瞬时转速信号，经过调理及AD转换后成为数字信号，然后在可编程片上系统中对其分析判断，将得出的气缸工作状态通过CAN总线输出。

整个系统构建于可编程芯片(现场可编程门阵列)之上，系统采用模块化设计，系统的CPU模块、AD控制器模块、外围通信接口、数字信号处理模块和存储器控制模块均采用IP核的方式，用Verilog硬件描述语言实现，然后在引入测试矢量的基础上，通过仿真测试工具进行功能和时序上的仿真，最后功能完善的形成IP核库，在系统所有模块的IP核实现后，最后集成在一起就形成一个完整的柴油机状态监测的硬件装置。

本发明还提供了一种基于可编程片上系统的柴油机状态监测装置，它包括32位嵌入式CPU模块、AD控制器模块、外围通信接口、数字信号处理模块和存储器控制模块，其中：嵌入式CPU模块控制AD采样模块实现AD采样和转换、CPU模块控制外围外围通信接口实现与外界的双向通信、CPU模块调度数字处理运算模块实现主要处理运算，CPU模块通过存储器控制模块访问系统存储器。

上述32位嵌入式微控制器CPU模块采用32位软核微处理器IP核：克服基于通用PC机结构的状态监测系统在体积功耗方面的缺陷，实现信号采集、瞬时转速的计算及处理、状态输出等功能。

上述AD控制器模块控制AD转换器工作，并以柴油机飞轮的旋转信息作为数据输入，以柴油机工作周期为间隔的脉冲信号和CPU的控制信号作为AD采集的触发信号，实现模拟信号的分段连续采样和转换。

上述数字信号处理模块采用了FIR滤波IP核，FFT运算IP核，实现瞬时转速的滤波和分析。

本发明仅仅通过上止点信号和瞬时转速信号就得出了柴油机气缸工作状态且通过CAN输出，并在一块可编程芯片上实现32位嵌入式处理器IP核、AD控制器IP核和数字信号处理IP核、通讯接口IP核，可以针对不同型号，不同工况的柴油机灵活地选取和配置不同功能的IP核。由于本发明采用了以上技术方案，方便了柴油机的控制与诊断。

本发明的优越性在于：

(1)提出一种柴油机气缸工作状态监测器。使得柴油机测控系统在不增加传感器和不增加数据接口的情况下，获得不仅仅是单一的转速信号，而是得到每个气缸的工作状态。

(2)提出一种可行的实现方式。基于可编程片上系统的柴油机状态监测装器的主要功能集成于一块芯片之上，再辅以电源，AD转换器等芯片，制作成一小块电路板之上，形成体积小重量轻的器件，方便在柴油机上安装同时价格低廉。

(3)本发明使得柴油机测控系统可以从系统总线获得气缸工作状态的信息，因而其实时性得到提高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的微处理器IP核的结构图。

图3为本发明的AD控制器IP核的结构图。

图4为本发明的FIR的IP核的结构图。

图5为本发明的FFT的IP核的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作出进一步详细的说明。