一种电涡流测功机数字测控系统的制作方法

专利名称：一种电涡流测功机数字测控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电涡流测功机的测控技术，尤其涉及一种电涡流测功机 数字测控系统。
背景技术：
目前，CW型电涡流测功机测控系统见图1所示，是以工控机为控制中心， 采用A/D板卡(如PCL-813)将测功机的扭矩、油门及温度、压力等参数的 模拟量变换成数字量，再送入工控机处理；采用I/O板(HY-6220)将测功机相 关的数字量如转速脉冲值、报警信号的电平变化送给工控机进行处理；采用 键盘、编码器作为输入设备，用于设定转速、扭矩、油门开度、励磁电流等 参数，使试验控制按相关的要求进行；显示装置采用液晶显示屏，用于显示 控制参数的设定值、扭矩、转速、功率、油耗、励磁电流百分数的测量值、 报警状态及控制方式；采用计数板用来记录M、 N编码器的输出数据，以便 使转速和扭矩达到试验要求。这种测控系统由于使用了工控机和相关的板卡， 造成生产成本居高不下，不易实现嵌入式模块化、现场总线网络化。

实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种电涡流测功机数字测控系统，成本低廉， 实现全数字化、嵌入式模块化，进而实现现场总线网络化。
一种电涡流测功机数字测控系统，包括主控机、设定值输入模块、信号 采集模块、控制信号输出模块、显示信号处理模块，其中所述主控机包括
一主控芯片DSPIC30F6014A，其串行外设接口连接设定值输入模块，其各A/D 模块输入端分别连接信号采集模块中的相应信号采集电路，其控制信号输出 端连接所述控制信号输出模块，其显示信号输出端连接所述显示信号处理模 块。所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述信号采集模块包括转速 处理电路，其包括顺序连接的光电耦合器、功率放大电路及信号整形电路， 光电耦合器的信号输入端用于连接转速传感器，信号整形电路输出端连接所
述主控芯片DSPIC30F6014A的相应A/D模块输入端。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述信号采集模块包括扭矩 信号采集处理电路，其包括一基准电压源、 一直流运算放大电路、调零和满 量程标定电路，其中，该基准电压源用于连接扭矩传感器的供电输入端，所 述直流运算放大电路信号输入端用于连接扭矩传感器的信号输出端、信号输 出端连接调零和满量程标定电路的信号输入端，调零和满量程标定电路的信 号输出端连接所述主控芯片DSPIC30F6014A的相应A/D模块输入端。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述设定值输入模块包括转 速设定电路、扭矩设定电路，两者均包括一正交编码器和一DSP芯片，正交 编码器的相位信号输出端、索引脉冲信号输出端分别连接对应DSP芯片的相 应A/D模块输入端，相应DSP芯片的数字信号输出端分别连接所述主控芯片 DSPIC30F6014A的对应串行外设接口。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述DSP芯片采用 DSPIC30F2010。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述信号采集模块包括一路 及一路以上低温信号处理电路；低温信号处理电路包括一恒流源、 一直流运 算放大电路、调零电路、满刻度标定电路，恒流源输出端用于连接低温传感 器的电源输入端，恒流源与所述低温传感器之间串接有所述调零电路；所述 直流运算放大电路的输入端用于连接所述低温传感器输出端，所述直流运算 放大电路的增益调整端连接所述满刻度标定电路，直流运算放大电路的信号 输出端连接主控芯片DSPIC30F6014A相应的A/D模块输入端。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述信号采集模块包括一路及一路以上压力信号处理电路；压力信号处理电路包括一可调稳压电源、一 直流运算放大电路、调零电路、满刻度标定电路，可调稳压电源的输出端用 于连接压力传感器的电源输入端，可调稳压电源与压力传感器之间串接有所 述调零电路；所述直流运算放大电路的输入端用于连接所述压力传感器输出 端，所述直流运算放大电路的增益调整端连接所述满刻度标定电路；所述直 流运算放大电路的信号输出端连接主控芯片DSPIC30F6014A相应的A/D模块 输入端。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述信号釆集模块包括高温 信号处理电路，其包括一直流运算放大电路、满刻度标定电路，其中，直流 运算放大电路的信号输入端用于连接高温传感器，其增益调整端连接所述满 刻度标定电路，其信号输出端连接主控芯片DSPIC30F6014A相应的A/D模块
输入端。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中该数字测控系统包括CAN通 讯模块，所述CAN通讯模块包括一CAN总线驱动器，CAN总线驱动器连接 在所述主控芯片DSPIC30F6014A的CAN接口与各测量仪器的通讯接口之间。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中该数字测控系统包括上位机 通讯模块，所述上位机通讯模块包括一上位机通讯电路，该上位机通讯电路 连接在所述主控芯片DSPIC30F6014A的异步串行通讯接口与上位机通讯接口 之间。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述显示信号处理模块包括 一显示信号通讯电路和一显示信号放大电路，显示信号通讯电路的输入端连
接所述主控芯片DSPIC30F6014A的显示信号输出接口、输出端连接所述显示 信号放大电路的信号输入端，所述显示信号放大电路的信号输出端用于连接 显示器。
所述的电涡流测功机数字测控系统，其中所述控制信号输出模块包括励磁关断控制电路、油门关断控制电路、励磁PWM信号输出电路、油门PWM 信号输出电路、灯控制信号输出电路和点火控制信号输出电路，其均包括一 用于起隔离作用的光电耦合器，光电耦合器的信号输入端分别对应连接所述
主控芯片DSPIC30F6014A控制信号输出端的相应接口 ，光电耦合器的信号输 入端分别用于连接各感应开关的控制信号输出端。
本实用新型采用上述技术方案将达到如下的技术效果 本实用新型的电涡流测功机数字测控系统，采用芯片DSPIC30F6014A作 为主控机，利用该芯片的12位A/D转换器(200Ks/s)、内部E2PROM、比较 输出、捕捉输入、PC和SPI接口、 Flash程序存储器读/写等强大的控制功能 内核，具有强大的数字信号处理能力，利用其独特的结构和功能特性开发的 全新一代全数字化内燃机检测控制设备，与外设的设定值输入模块、信号采 集模块、控制信号输出模块、显示信号处理模块方便地组成单片嵌入式测量 控制架构，完全替代了以往必须由工控机、各类工业控制板卡才能完成的工 作，降低了成本的同时，新一代全数字化内燃机检测控制设备结构简单、'模 块信息化、性能稳定可靠、移植性强；另外，利用其CAN接口通过CAN通 讯模块连接各测试仪器、其异步串行通信(UART)接口通过i^位机通讯模块 连接上位机，实现了系统现场总线网络化和与上位机联网通讯功能。本技术 方案相比原有技术，在功能上维持、在性能上有较大提高的同时，还节省了 资源，其独创的电涡流测功机单片嵌入式测量控制架构，大大地提高了产品 的性价比。

图1为现有CW型电涡流测功机测控装置的原理框图； 图2为本实用新型的电涡流测功机数字测控系统原理框图； 图3为芯片DSPIC30F6014A的管脚连接图； 图4为转速处理电路原理图；图5为扭矩信号采集处理电路原理图； 图6为转速(或扭矩)设定电路原理图； 图7为低温信号处理电路原理图； 图8为压力信号处理电路原理图； 图9为高温信号处理电路原理图； 图IO为上位机通讯电路原理图； 图11为CAN通讯模块电路原理图； 图12为显示信号处理模块电路原理图； 图13为控制信号输出模块电路原理图。
具体实施方式
实施例
--种电涡流测功机数字测控系统，见图2所示的原理框图，其包括主控 机、设定值输入模块、信号采集模块、控制信号输出模块、显示信号处理模
块，其中所述主控机包括一主控芯片DSPIC30F6014A，其串行外设接口 (SPI 接口)连接设定值输入模块，其各A/D模块输入端分别连接信号采集模块中 的相应信号采集电路，其控制信号输出端连接所述控制信号输出模块，其显 示信号输出端连接所述显示信号处理模块。
信号采集模块包括有一路转速处理电路、 一路扭矩信号采集处理电路、 一路油门位置反馈采集处理电路、四路低温信号处理电路、 一路高温信号处 理电路、三路压力信号处理电路；设定值输入模块包括转速、扭矩、励磁、 油门设定电路、；控制信号输出模块包括励磁关断控制电路、油门关断控制电 路、励磁PWM信号输出电路、油门PWM信号输出电路、灯控制信号输出电 路和点火控制信号输出电路。
芯片DSP1C30F6014A具有16位宽数据总线、24位宽指令、改进型哈佛 架构、高性能的DSCCPU、 4M指令字的线性程序存储空间、64KB的线性数据存储空间、16个16位通用寄存器、2个40位累加器、2个3线SPI模块、 2个异步串行通讯(UART)模块、2个CAN模块、40位桶形移位寄存器、 45个中断源、54个可编程数字输入/输出接口 (I/O 口， I/O引脚的灌拉电流 能力为25mA) 、 54个引脚的电平变化中断/唤醒、144KB片内闪存程序存储 器、4KB数据EEPROM、 一个数据转换接口 (DataConversionlnterface， DCI) 模块、完全集成的锁相环(4X、 8X和16X) 、 5个16位定时/计数器.(计数 器可达32位)、8个输入捕捉通道、16路带有自动扫描功能的输入通道、12 位200KspsA/D转换器模块、8路PWM输出，还具有可编程上电延时定时器、 振荡器、起振定时器/稳定器、自带RC振荡器的看门狗定时器、故障保护时 钟监视器、多个复位源、实时切换时钟源、可编程低压检测、可编程欠压复 位等丰富的控制保护功能，与外设的设定值输入模块、信号采集模块、控制 信号输出模块、显示信号处理模块可方便地组成单片嵌入式测量控制架构， 完全摈弃了现有技术中工控机所需配套使用的各类工业控制板卡，能够降低 生产成本、简化结构、实现模块全数字化，具有性能稳定可靠、移植性强等 优点；利用其CAN接口通过CAN通讯模块连接各测试仪器、其异步串行通 信(UART)接口通过上位机通讯模块连接上位机，实现了系统现场总线网络 化和与上位机联网功能。
本实施例数字测控系统中主控芯片DSPIC30F6014A的管脚连接见图3所
转速处理电路送来的转速信号由主控芯片DSPIC30F6014A的5、 54、 55 脚(即T5CK、 IC1、 IC2接脚)输入进行同步捕捉采集；扭矩信号采集处理 电路送来的扭矩信号由主控芯片DSPIC30F6014A的一路A/D转换通道AN3 脚(17脚)输入，油门位置反馈值由DSPIC30F6014A的另一路A/D转换通 道AN15 (36脚)输入，励磁实际值反馈信号经引脚AN9 (28脚)输入，分 别通过相应的12位A/D模块把送入的模拟信号变换成数字信号，再由DSPIC30F6014A芯片的DSCCPU进行处理；另外，该芯片DSPIC30F6014A
另外的A/D模块输入引脚AN6、 AN7、 AN8、 AN11 (即21、 22、 27、 30脚)， 分别用于连接第一、第二、第三、第四低温信号处理电路(低温指0-15(TC)、 引脚AN13、 AN14、 AN10 (即34、 35、 29脚)分别用于连接第一、第二、 第三压力信号处理电路，引脚AN12 (33脚) 一路高温信号处理电路(高温 指0-100(TC)，相应的A/D模块将输入的模拟信号变换成数字信号，再送给该 芯片DSPIC30F6014A的DSCCPU处理。
该芯片DSPIC30F6014A的电平中断端口 CN13、 CN15、 CN16 (66、 68、 69脚)、CN19-23 (65、 37、 38、 76、 77脚)分别与测功机主机温度、压力、 油泵等感应开关相连，实现主机保护控制。
该芯片DSPIC30F6014A的CAN1端口的C1RX (72脚)和'C1TX (73脚) 与CAN总线驱动器的RXD、 TXD相连，通过CAN总线驱动器组成区域网。
通用异步收发器UART1和UART2模块的U1TX(41脚)、U1RX(42脚)、 U2TX (40脚)、U2RX (39脚)分别与通讯模块MAX232相连；U1TX、 U1RX 的数据.与上位机进行数据交换，U2TX、 U2RX的数据与显示屏(本实施例釆 用触摸屏代替单一显示屏和键盘，同时实现显示和输入的功能)进行交换。
串行外设端口 SPI1模块的SCK1 (45脚)、SDI1 (44脚)、SDOl (43脚) 和SPI2模块的SCK2 (6脚)、SDI2 (7脚)、SD02 (8脚)，分别对应连接第 一、第二信号处理控制单元DSPIC30F2010芯片的SPI端口 ；两信号处理控制 单元DSPIC30F2010分别将转速、扭矩的设定值处理成数字信号送给主控芯片 DSPIC30F6014A，经主控芯片送给触摸屏进行显示，或与主控芯片 DSPIC30F6014A进行数据交换、由主控机进行处理控制。
转速处理电路如图4所示；转速传感器为HE16M型霍尔转速传感器，它 把由测速磁盘旋转形成的转速信号检测到其内部处理电路中，将检测到的齿 数变成脉冲信号送给转速设定电路中的光电偶合器N4，光电偶合器N4是起隔离作用的，转速信号经光电偶合器N4隔离后从其输出端7脚送到功率放大 器VI的基极，'驱动功率放大器VI导通，该转速信号经功率放大后送入六反 相器N5 (采用CC4069)进行脉冲整形，整形后的信号经六反相器N5的10、 12脚合并输出至主控芯片DSPIC30F6014A相应输入端。
HE16M型霍尔转速传感器的内部装有处理放大电路、高通滤波器，能够 输出稳定的数字信号，输出幅度与齿盘转速无关，有近零速度和高达100KHz 的工作频率，同时供电电压范围宽(4.5—24V)，输出幅度大(为电源电压的 0.95倍')，输出电流可达40mA;齿宽只要大于0.8mm就能工作，容许S勺间隙 0.2mm—3mm，.也便于安装，该型传感器完全克服了磁电传感器存在的易受干 扰问题；光电偶合器N4用来进行抗干扰的，可将转速传感器端进入的噪声滤 除掉一部分，使本数字测控系f充的可靠性、稳定性和抗电磁干扰能力大大提 高。转速处理电路输出的信号输送到主控芯片DSPIC30F6014A的捕捉口和外 部时纟中输入口，运用M/T法实现转速采集。
M/T法是一种快速精确的转速测量方法，测量时利用DSPIC30F6014A的 捕捉口对被测转速脉冲和系统时钟脉冲同时开始、结束计数。设系统时钟周 期为TQ，对被测转速脉冲计数为M，系统时钟计数为n，则被测转速脉冲频 率为f=M7(nxT。)。 M/T法可以快速、精确地测量高频的转速脉冲(高转速)， 对实时性要求特高的控制系统特别有用。
扭矩信号采集处理电路如图5，包括精密基准电压源1N1、直流仪表用放 大器.1N2、调零和满量程标定电路，精密基准电压源1N1采用型号为REF02， 用于为扭矩传感器(本实施例中是应变片压力传感器)供电，其输出电压为 5V士0.001V，温度稳定性^8.5xl(T，c，为该应变片压力传感器提供一个温度系 数非常好，电压值精度高的桥压；直流仪表用放大器IN2采用INA114，'它失 调电压、温度漂移都很低，能在士2.25V电源下工作，最适应进行桥式放大， 应变片压力传感器的信号输出端经拉/压转换器S8连接至直流仪表用放大器IN2的信号输入端，经直流放大后送入调零和满量程标定电路，调零和满量程
标定龟路由运寧放大器1N3、电位器1R6、两稳压管Z1、 Z2等组成，运算放 大器1N3采用高精度放大器OP07EP，两稳压管Z1、 Z2相同，是具有高温度 稳定性的2DW232，保证零位、信号.、放大量等参数不受温度、环境变化影 响，以便产生稳定、可靠、准确的扭矩信号；运算放大器1N3的同相输入端 连接'电位器1R6的可调端子，运算放大器1N3的反相输入端通过一分压电阻 1R8连接至基准电压源，电位器1R6的一端通过分压电阻1R5、 1R3串联构 成的分压电路接地，另一端通过分压电阻1R4、1R2串联构成的分压电路接地； 两稳压管Z1、 Z2首尾串接的串联电路与电阻1R5、电位器1R6、电阻1R3的 串联电路相并联，两稳压管Zl、 Z2的中间接点接地，这样，在电位器1R6 左右调整进行调零和满量程标定时，均能起到稳压的作用；电位器1R6起到 粗调的作用，另外，运算放大器1N3的输出端与反相输入端之伺还串接有细 调电.路，该细调电路由分压电阻1R10、电位器1R9、 1R12串联构成，通过调 整反馈信号达到对零位和满量程标定进行细调的作用。扭矩信号采集处理电 路的输出信号送到主控芯片DSPIC30F6014A相应的A/D模块进行处理。
转-速、扭矩的设定是分别采用N正交编码器、M正交编码器，再各通过 对应的DSPIC30F2010数字信号控制器进行记录采集；图6是扭矩的设定电路 原理图(转速的设定电路原理与其相同，即不再赘述)由M正交编码器 OEW-0256-2M和DSPIC30F2010信号处理器等组成，该正交编码器有三个输 出，分别为相位A (QEA)、相位B (QEB)和索引(INDEX);信号处理 器DSPIC30F2010的QEI模块捕捉该编码器的相位信号和索引脉冲，并将信 号转换为位置脉冲的数字计数值，将该M正交编码器顺时针旋转时，计数值 递增计数，将编码器逆时针旋转时，计数值递减计数；设定好该M正交编码 器后，'相应信号经DSPIC30F2010信号处理器处理，经该信号处理器 DSPfC30F2010的SPI 口 (串行外设接口)送入主控芯片DSPIC30F6014A。DSPIC系列控制器的串行外设接口 (SPI)模块是一种同步串行接口，主要应 用于与其他外围设备或微控制器设备通信，把信号处理器DSPIC30F2010和主 控芯片DSPIC30F6014A的SPI 口的串行数据输入SDI引脚和串行数据输出 SDO引脚互相交叉连接，便可实现数驛的发送和接收，通信数据可以是8位 或16位。此方法产生的设定值可靠性高、抗干扰性强。SPI模块是主控芯片 DSPIC30F6014A中具有SPI串行通讯功能的相应的通讯口 ，该SPI方式可允 许同时同步发送和接收8位数据。(M、 N两编码器(本实施例中M指的是扭 矩，N指的是转速)，M编码器即通过对该编码器的设定就是对M扭矩值的 设定值.，而N编码器是通过对该编码器的设定就是对N转速的设定值举例 说明如下若是想当前测功机的加载扭矩变为100N.m，旋转M编码器，将扭 矩设定值设定到100N.m，之后在主控芯片DSPIC30F6014A中进行数字PID 运算后输出励磁PWM信号，从而调节测功机励磁线圈内电流的大小，最终使 得测功机的加载扭矩为lOON.m.)，信号处理器DSPIC30F2010通过其内部集 成的-QEI接口，将M或N编码器的旋转圈数变成其直线的位移量，该量的大 小反映了设定值的大小，之后信号处理器DSPIC30F2010通过SPI方式将设定 值传递给DSPIC30F6014A。
本实施例中，第一、第二、第三、第四这四路低温信号处理电路相同， 以第一低温信号处理电路为例，其电路原理图如图7所示，包括一恒流源1N2、 运算放大器1N1、调零电位器1R1、满刻度标定电位器1R3，恒流源1N2输 出端用于为低温传感器提供电源，本实施例中低温传感器采用PT100，恒流 源1N2与低温传感器PT100之间串接有调零电位器1R1,运算放大器1N1的 同、反相输入端3、 2脚用于对应连接所述低温传感器PT100的两端，运算放 大器1N1的增益调整端1、8脚之间串接有满刻度标定电位器1R3与分压电阻 1R2串联构成的满刻度标定电路；运算放大器1N1为高精度直流运算放大器 INA114，恒流源1N2为REF200，恒流源1N2对低温传感器PT100提供感生电流，当温度升高时低温传感器PT100阻值变大，运算放大器1N1输入端电 压增加，通过调零电位器1R1实现调零，通过调整电位器1R3实现满刻度标 定，经运算放大器1N1处理后的信号送到主控芯片DSPIC30F6014A相应的 A/D模块进行处理。
本实施例中，三路压力信号处理电路如图8所示，均包括一运算放大器、 调零电路、满刻度标定电路，还包括用于为压力传感器提供稳定电源的可调 稳压鬼源，运算放大电路的输入端用于连接所述压力传感器输出端，压力传 感器与相应运算放大器之间串接有调零电路，运算放大电路的增益调整端连 接所述满刻度标定电路，运算放大电路的信号输出端连接主控芯片 DSPIC30F6014A相应的A/D模块输入引脚；其中，压力传感器均采用石圭压力 传感器(其输出电压范围是5-10V，本实施例中的硅压力传感器P1、 P2、 P3、 P4均是由四个压敏电阻构成桥式结构，图中未一一标示各压敏电阻的标号， 仅以标号P1、 P2、 P3、 P4表示各压力传感器)，Nl、 N2为可调稳压电源(采 用双稳压电源是为提高带载能力)，为压力传感器P1、 P2、 P3、 P4提供桥压， 各压力传感器的输出端均连接一运算放大器(图中压力传感电路为四路，是 三路正常使用， 一路备份)，相应各路运算放大器1N1、 2N1、 3N1、 4N1均采 用高精度直流运算放大器INA114，四个调零电位器1R5、 2R5、 3R5、 4R5分 别对应串接在相应的压力传感器与运算放大器之间，四个满量程标定电位器 1R2、' 2R2、 3R2、 4R2分别对应连接在相应运算放大器的增益调整端上，当 压力变化时相应压力传感器的桥臂有差值输出，通过相应运算放大器放大处 理，并经调零和满刻度标定，送到主控芯片DSPIC30F6014A相应的A/D模块 进行处理。
高温信号处理电路包括一直流运算放大电路、满刻度标定电路，其中， 直流运算放大电路的信号输入端用于连接高温传感器，其增益调整端连接所 述满亥U度标定电路，其信号输出端连接主控芯片DSPIC30F6014A相应的A/D模块输入端；高温信号处理电路如图9所示，其中，高温传感器采用K分度 铠装式热电偶H，直流运算放大电路包括一运算放大器1N1，其采用高精度 直流运.算放大器1忖八114，满刻度标定电路由一满刻度标定电位器1R2与一分 压电阻1R1串联构成，满刻度标定电路连接在运算放大器1N1的增益调整端 1、 8脚之间，调整电位器1R2即可实现运算放大器1N1的增益调整，进而间 接实现满量程调整。当温度变化时热电偶H两输出端电压变大，通过运算放 大器1N1放大处理、满刻度标fe后，经运算放大器1N1信号输出端送到主控 芯片.DSPIC30F6014A相应的A/D模块进行A/D转换，并在主控芯片内部进 行补偿、数字调零以及后续处理。 "
上位机通讯模块的电路原理图如图10所示，其包括一通讯芯片MAX232， 芯片MAX232的引脚T20UT (7脚)、R2IN (8脚)分别与上位机九芯通讯 接口的2、 3脚相连，芯片MAX232的T2IN、 R20UT与主控芯片 DSPIC30F6014A异步串行通讯(UART)接口的U1TX、 U1RX脚相连，从而 实现数据交换。
CAN通讯模块的电路原理如图11所示，其包括一 CAN总线驱动器N16 (采用MCP2551)， CAN总线驱动器N16的引脚CRNL (6胜卩)、CRNH (7 脚)、RS引脚(8脚)分别与CAN总线网络上相应九芯通讯接口的2脚、3 脚(3脚与7脚串接)、4脚相连，CAN总线驱动器N16的引脚RXD (.4脚)、 TXD (1脚)分别与主控芯片DSPIC30F6014A的C1TX、 C1RX脚相连。主 控芯片DSPIC30F6014A通过其CAN模块连接到CAN总线网络上，油耗仪、 烟度仪、流量计等测量仪器通过CAN总线与主控芯片进行数据通讯。
CAN(controllerareanetwork)总线是德国Bosch公司20世纪80年代初为解 决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据 通讯协议。该通讯协议根据国际标准化组织所提供的开放系统互联模型 (ISO/OSI)制定，采用了 IOS/OSI7层框架中的物理层和数据链路层，是一种多主总线，网络上任何节点均可主动向其它节点发送信息，正是具有这些 优点，使得通过CAN总线与常用测试仪器仪表连接变得非常方便，并且通讯 速率高，出错率极低，可靠性极高，从而可实现区域网联网数据通信。
显^^电路如图12所示，本实施例中显示屏采用触摸屏，显示电路中包括 一通信芯片MAX232，通信芯片MAX232的引脚T2IN (10脚)、R20UT (9 脚)分别与主控芯片DSPIC30F6014A的另一异步串行通讯(UART)接口的 U1TX、 U1RX脚相连，通信芯片MA'X232的引脚T20UT (7脚)、R2IN (8 脚)分别与集成阵列块J3的引脚RXD G4脚)、TXD (12脚)相连，从而实 现触摸屏与主控芯片DSPIC30F6014A的数据交换。触摸屏具有快捷、灵活、 分辨率高、使用寿命长等特点，把触摸屏作为模拟键盘，使用灵活，因为主 控芯片DSPIC30F6016A具有256个界面可以组成需要的各种界面，且友好、 简洁，操作简单、明了，当确定某个选项时，只要触摸一下屏幕就可以了。 响应速度快。
主控芯片DSPIC30F6014A将发动机的转速、输出扭矩(由测功机输出扭 矩)、油门位置的实际值和设定值进行比较，再经过PID运算由控制器的PWM 发生器输出两路PWM信号， 一路到测功机控制机构， 一路到油门执行机构， 完成控制任务。DSPIC30F6014A数字控制器PWM控制输出架构是基于该控 制器内部集成的PWM模块，其中一路用于控制励磁回路，另一路用于控制油 门控制器回路；其输入是PID运算的控制量，其输出是PWM波形。控制励 磁回路的PWM模块输出到电源伺服单元的电路板上相应的电力电子功率开 关管器件如IGBT管，而该功率管的输出负载是测功机励磁线圈，去产生电涡 流;控制油门控制器回路的PWM模块输出到电源伺服单元的电路板上的一达 林顿开关功率管，此功率管的输出直接到油门执行器的励磁线圈，以产生电 磁力驱动油门跟踪设定值运动。
图13是控制信号输出模块的电路原理图，控制信号输出模块包括励磁关断控制电路、油门关断控制电路、油门PWM信号输出电路、励磁PWM信号 输出电路、灯控制信号输出电路和点火控制信号输出电路，其分别包括一用
于起隔离作用的光电耦合器N8、 N9、 Nll、 N12、 N13、 N14，相应光电耦合 器的信号输入端分别对应连接所述主控芯片DSPIC30F6014A控制信号输出端 的相应接口，相应光电耦合器的信号输入端分别用于连接各感应开关的控制 信号输出端。
本技术方案可对发动机工况试验进行自动控制，如性能试验、耐久性试 验、可靠性试验、冷热冲击试验、机械损失功率试验及各缸均匀性试验等， 也可以用于电机、变速箱、油泵油嘴调速器等其它设备的检测和试验，能够 利用SPI、 UART、 CAN、 PC接口模块实现与冷热冲击装置、变频器反拖装 置、上位机、油耗仪、排放分析仪等其它外围设备进行广泛的通信和数据交 换，也能够实现自然调节、恒转速调位、恒转速调节、恒扭矩调位、恒扭矩 调节等5种方式的控制；其中试验检验，恒转速控制精度优于i5r/min，恒扭 矩控制精度优于士0.2。/。FSR，调节控制方式的响应时间大大縮短，由原来的.6 7秒縮短到现在的3 4秒；还能够以12位的精度采集、处理、显示发动机的 进出水温度、排气温度、机油压力、扭矩、油门位置等16路模拟信号，能配 置为.CW系列电涡流测功机各型号的控制装置，完全可以实现以工控机和板 卡组成的电涡流测功机测控装置的功能。
权利要求1、一种电涡流测功机数字测控系统，包括主控机、设定值输入模块、信号采集模块、控制信号输出模块、显示信号处理模块，其特征在于所述主控机包括一主控芯片DSPIC30F6014A，其串行外设接口连接设定值输入模块，其各A/D模块输入端分别连接信号采集模块中的相应信号采集电路，其控制信号输出端连接所述控制信号输出模块，其显示信号输出端连接所述显示信号处理模块。
2、 如权利要求l所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述信 号采集模块包括转速处理电路，其包括顺序连接的光电耦合器、功率放大电路 及信号整形电路，光电耦合器的信号输入端用于连接转速传感器，信号整形电 路输出端连接所述主控芯片DSPIC30F6014A的相应A/D模块输入端。
3、 如权利要求l所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述信 号采集模块包括扭矩信号采集处理电路，其包括一基准电压源、 一直流运算放 大电路、调零和满量程标定电路，其中，该基准电压源用于连接扭矩传感器的 供电输入端，所述直流运算放大电路信号输入端用于连接扭矩传感器的信号输 出端、信号输出端连接调零和满量程标定电路的信号输入端，调零和满量程标 定电路的信号输出端连接所述主控芯片DSPIC30F6014A的相应A/D模块输入4山顿0
4、 如权利要求l所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述设 定值输入模块包括转速设定电路、扭矩设定电路，两者均包括一正交编码器和 一DSP芯片，正交编码器的相位信号输出端、索引脉冲信号输出端分别连接对 应DSP芯片的相应A/D模块输入端，相应DSP芯片的数字信号输出端分别连接 所述主控芯片DSPIC30F6014A的对应串行外设接口 。
5、 如权利要求4所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述DSP芯片采用DSPIC30F2010。
6、 如权利要求l所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述信 号采集模块包括一路及一路以上低温信号处理电路；低温信号处理电路包括一 恒流源、 一直流运算放大电路、调零电路、满刻度标定电路，恒流源输出端用 于连接低温传感器的电源输入端，恒流源与所述低温传感器之间串接有所述调 零电路；所述直流运算放大电路的输入端用于连接所述低温传感器输出端，所 述直流运算放大电路的增益调整端连接所述满刻度标定电路，直流运算放大电 路的信号输出端连接主控芯片DSPIC30F6014A相应的A/D模块输入端。'
7、 如权利要求l所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述信 号采集模块包括一路及一路以上压力信号处理电路；压力信号处理电路包括一 可调稳压电源、 一直流运算放大电路、调零电路、满刻度标定电路，可调稳压 电源的输出端用于连接压力传感器的电源输入端，可调稳压电源与压力传感器 之间串接有所述调零电路；所述直流运算放大电路的输入端用于连接所述压力 传感器输出端，所述直流运算放大电路的增益调整端连接所述满刻度标定电路； 所述直流运算放大电路的信号输出端连接主控芯片DSPIC30F6014A相应的A/D 模块输入端。
8、 如权利要求l所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述信 号采集模块包括高温信号处理电路，其包括一直流运算放大电路、满刻度标定 电路，其中，直流运算放大电路的信号输入端用于连接高温传感器，其增益调 整端连接所述满刻度标定电路，其信号输出端连接主控芯片DSPIC30F6014A相 应的A/D模块输入端。
9、 如权利要求l所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于该数字测控系统包括CAN通讯模块，所述CAN通讯模块包括一 CAN总线驱动器， CAN总线驱动器连接在所述主控芯片"SPIC30F6014A的CAN接口与各测量仪 器的通讯接口之间。
10、 如权利要求1所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于该数 字测控系统包括上位机通讯模块，所述上位机通讯模块包括一上位机通讯电路，该上位机通讯电路连接在所述主控芯片DSPIC30F6014A的异步串行通讯接口与 上位机通讯接口之间。
11、 如权利要求1所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述 显示信号处理模块包括一显示信号通讯电路和一显示信号放大电路，显示信号 通讯电路的输入端连接所述主控芯片DSPIC30F6014A的显示信号输出接口、输 出端连接所述显示信号放大电路的信号输入端，所述显示信号放大电路的信号 输出端用于连接显示器。
12、 如权利要求1所述的电涡流测功机数字测控系统，其特征在于所述 控制信号输出模块包括励磁关断控制电路、油门关断控制电路、励磁PWM信号 输出电路、油门PWM信号输出电路、灯控制信号输出电路和点火控制信号输出 电路，其均包括一用于起隔离作用的光电耦合器，光电耦合器的信号输入端分 别对应连接所述主控芯片DSPIC30F6014A控制信号输出端的相应接口，光电耦 合器的信号输入端分别用于连接各感应开关的控制信号输出端。
专利摘要本实用新型提供了一种电涡流测功机数字测控系统，其包括主控机、设定值输入模块、信号采集模块、控制信号输出模块、显示信号处理模块，其中，所述主控机包括一主控芯片DSPIC30F6014A，其串行外设接口连接设定值输入模块，其各A/D模块输入端分别连接信号采集模块中的相应信号采集电路，其控制信号输出端连接所述控制信号输出模块，其显示信号输出端连接所述显示信号处理模块。本技术方案相比原有技术，在功能上维持、在性能上有较大提高的同时，还节省了资源，其独创的电涡流测功机单片嵌入式测量控制架构，大大地提高了产品的性价比。
文档编号G05B19/042GK201233517SQ20082006949
公开日2009年5月6日 申请日期2008年3月4日 优先权日2008年3月4日
发明者严世宝, 刘仁杰, 姚星周, 孙晓波, 张满莉, 杨敬伟, 王凤魁, 赵大为 申请人:凯迈(洛阳)机电有限公司