专利名称：一种油耗仪控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及内燃机燃油消耗测控技术领域。
背景技术：
目前油耗测量仪测量，采用的测量控制系统无法满足测试需求，其设备集成度、模 块化程度低，无总线结构，造成通信冗杂、效率低、数据共享性差，缺乏保护，可靠性、安全性 低，难以满足瞬态仪器的要求。而且普遍采用单片机技术进行采集控制，但是单片机结构简 单、功能单一、运行速度慢，稳定测量:0. 3%或0. 5%FS (满刻度)瞬时测量2%FS(满刻度) 稳定测量36秒一次读数。这些是制约油耗仪采集、测量及处理的技术瓶颈。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种油耗仪控制系统，用以解决模块化程度低、通信效 率低、可靠性差、数据处理能力低的问题。为实现上述目的，本实用新型的方案是油耗仪控制系统，包括主控单元，主控单 元上接设有用于控制油耗仪中电磁阀的隔离控制输出模块、用于采样油耗仪报警信息的开 关量采集接口模块、用于人机交互的输入输出模块、一个用于采样油耗仪输出的A/D转换 接口模块和/或通过RS485串口通信模块连接一个用于将油耗仪的输出进行变换的变送 器，变送器输入端接在油耗仪的输出端口上。由于采用了模块化设计，大大提高了系统的模块化程度，降低了研发难度，便于维 护升级；增加了报警信号的采样，提高了系统的安全可靠性；采用CAN总线，提高了通信效 率和数据共享性；系统采用了具有DSP功能的双片单片机，大大提高了测量数据的处理能 力，还扩展了系统的资源。为了完善和增强系统性能，所述主控单元的串行接口上还接设有一个用于与数据 库、控制计算机进行数据交换的RS232串口通信模块。主控单元的I/O 口上还接设有用于 存储数据的1 模块。主控单元的通讯接口上还接设有用于接CAN总线的CAN总线驱动模 块。所述A/D转换接口模块的输入端至少连接油耗仪的燃油压力测量端口、燃油体积流量 测量端口、燃油密度测量端口，输出端连接在主控单元的相应I/O 口上。所述隔离控制输出 模块包括输出端分别用于接进油阀、油箱换向阀、两个关断阀、旁通排气阀、换向阀，其输入 端连接主控单元的I/O 口上。所述开关量采集接口模块包括分别用于采集测油仪提供的报 警信号的输入端和连接主控单元相应I/O 口的输出端。所述输入输出模块是与主控单元串 行连接的彩色IXD触摸屏。所述主控单元由两片DSPIC30F6014A串行连接构成。
图1是油耗仪系统原理图；图2是油耗仪控制系统原理框图；图3是SPI主控模式和从动模式示意图[0010]图4是RS-485通讯电路图；图5是I/O采集通道电路图；图6是A/D采集模块电路图；图7是CAN总线驱动器及组成的总线电路图；图1中的标号依次为1 一进油阀，2—浮动开关，3—溢流浮动开关，4一油箱换向 阀，6—燃油泵，7—蓄压器，9一内部压力调节器，10—质量流量传感器，12—关断阀，13—出 口油压调节器，14一旁通排气阀，15—换向阀；A—燃油供给，B—发动机进油，C一发动机会 油，D—燃油溢流。
具体实施方式
质量流量式燃油消耗测量仪，即瞬态质量流量仪。作为现有精度最高的发动机油 耗测量设备，该油耗仪采用了最新科技Coriolis (科里奥利)技术，因为温度或压力改变不 会影响质量，所以质量测量方法是流量测量最精确的方法。无论是对汽油、柴油、液化气、天 然气或其他代用燃料发动机，该油耗测量仪均可提供精确的油耗量测定方案；无论是对小 功率(小到几千瓦)发动机、大功率(大到10000千瓦以上)发动机，该油耗仪都能提供最精 确测量的结果。不同于需要等待几十秒钟的称重法和容积法，科里奥利油耗测量仪实现了 真正意义上的连续测量，不再需要中间充油停顿，大大节省了试验时间和试验费用。本实用新型提供的一种油耗测量仪，系统如图1所示，质量流量式燃油消耗测量 仪的关键件是一个质量流量传感器10，通过这个传感器保证系统的连续测量、高精度以及 高灵敏度；位于该传感器上游的燃油泵6弥补系统内部压力损失、为系统提供必要的压力； 为消除燃油泵6脉冲及振动增加一个蓄压器7 ；传感器10下游的出口油压调节器13确保 燃油恒定的压力输出。结合图2，油耗仪控制系统的通过A/D转换接口模块采样质量流量传感器10的输 出，共有三路A/D采集通道，分别采样燃油压力、燃油体积流量和燃油密度，如果有需要，也 可以根据情况增设接其他类型传感器的A/D采集通道，如压力传感器，测燃油压力。油耗仪 的A/D采样也可以由一个变送器完成，该变送器与单片机通过RS485串行接口方式进行连 接，将采样结果输送到单片机。这两种方式都可以接入A/D采样信息，一般一台设备只选择 一种即可。六路隔离控制输出模块分别控制进油阀1、燃油泵6、关断阀12、旁通排气阀14、 换向阀15以及它们供电的主电源控制，六路之间相互独立，分别对应不同的单片机I/O 口， 由单片机发送控制信号，经过隔离控制输出模块中的光耦器件进行隔离和放大，驱动控制 各个电磁阀。用于采样油耗仪报警信息的开关量采集接口模块采用简单的串联电阻分压电 路连接报警输入和单片机I/O 口，采用简单的电阻电容并联方式进行滤波，这六路分别进 行供气压力高、溢流、供气压力低、报警、断油、充油6路安全监控。系统采用一个与单片机 串行连接的彩色LCD触摸屏作为人机交互接口，串行接口选用RS232方式。油耗仪控制系统还有用于连接CAN总线的CAN驱动模块，这样就能与所有CAN通 讯的设备、仪器、仪表、模块进行联网，CAN驱动模块采用高速CAN总线驱动器，相应的单片 机I/O 口通过高速CAN总线驱动器进行电平转换后接到标准DB9头，通过DB9头接口挂在 CAN总线上，每一个外围设备仪器仪表和模块就是CAN的一个节点，最多允许110个节点。油耗仪控制系统还设有两个1 接口电路，一个用于接1 存储设备，备份大量的采样信息，另一个备用。SPI接口共设有四个，有两个分别作为双片DSPIC30F6014A在线编 程口、一路作为双片DSPIC30F6014A连接，剩下一路系统备用。油耗仪控制系统的控制单元采用双片DSPIC30F6014A，该芯片是一款结合16为单 片机控制特点和DSP高速运算优点的新型芯片，该芯片非常适合油耗仪的使用环境，提高 了测量的数据处理能力。双片DSPIC30F6014A通过各自所带的SPI接口对应进行连接，采用 双片结构，扩展了系统的资源；两芯片也可以通过1 方式进行连接。两片DSPIC30F6014A 均设有用于在线编程的接口电路，可以通过该电路进行在线编程。其SPI主控模式和从动 模式如图3所示。本实施例中设计了 RS-485通讯方式，见图4，其中包括一通信芯片MAX485，芯片 MAX485 的 1 脚接 DSPIC30F6014A 的 42 脚(U1RX/RF2)，MAX485 的 2、3 脚接 DSPIC30F6014A 的 36 脚(AN15/0CFB/CN12/RB15)，MAX485 的 4 脚接 DSPIC30F6014A 的 41 脚(U1TX/RF3)， MAX485的6脚接485+，MAX485的7脚接485_，MAX485的5脚接GND。RS485网络通过标准 的DB9插头接入，可以便捷地跟外围设备进行通讯，可以是油耗仪变送器。本实施例中包含I/O采集通道，电路如图5所示为其中一路I/O通道。IKΩ电阻 器R60与10 KΩ电阻器R66串联接地，R66为分压电阻器；R60与1 ΚΩ的电阻器R72串 联，并接到W的66脚(I/O 口)，R72为限流电阻器，保证进入m的I/O 口电流不至于过大， 避免损坏端口。R66与0. 1 μ F电容器C72并联，一端连接到R60与R72中间点，另一端接 地，R66与C72构成阻容滤波网络，滤除前端噪声干扰。电路中其它5路I/O通道也采用同 等设计，这6路分别进行供气压力高、溢流、供气压力低、报警、断油、充油6路安全监控。本实施例中包含A/D采集模块，电路如图6所示，模拟量电压信号通过输入端输 入，经过R36、C62阻容一级滤波后进入Ν8 (0Ρ07)的3脚，Ν8的2脚和6脚短接，Ν8此处 作为第一级电压跟随器使用，信号从Ν8的6脚输出，经R37与Ν9 (0Ρ07)的2脚相连，同时 Ν9的2脚还接有由R39、R109、R40、R42、C64、Ζ3构成的调零网络(见图6)，其中Ζ3是稳压 管2DW232，Ν9的2脚与6脚之间连接R43、电阻和R44电位器，从而构成调满度网络；模拟 量电压经过Ν9后就可以进行下限和上限的标定，经过上下限标定后，模拟量电压信号再经 过WO固定极放大，最后经第二级(Nil)电压跟随器处理，经过上述处理的信号就可以调整 为PIC单片机标准的0-5V信号。A/D采集模块可以直接采集处理传感器的测量值。本实施例CAN总线驱动器及组成的总线电路如图7所示，高速CAN总线驱动器 (N20)MCP2551 的 1 脚(TXD)和 4 脚(RXD)分别接在 DSPIC30F6014A 的 73 脚(C1TX/RF1)和 72 脚(C1RX/RF0)，MCP2551 的 7 脚(CANH)接 CAN 总线的 CANH 端，CTM1050T 的 6 脚(CANL) 接CAN总线的CANL端，MCP2551的8脚(RS)经LC7低通滤波器接地，所有CAN通讯的设备、 仪器、仪表、模块可以通过标准的DB9接口挂在CAN总线上，每一个外围设备仪器仪表和模 块就是CAN的一个节点，最多允许110个节点。
权利要求1.一种油耗仪控制系统，其特征在于，包括主控单元，主控单元上接设有用于控制油耗 仪中电磁阀的隔离控制输出模块、用于采样油耗仪报警信息的开关量采集接口模块、用于 人机交互的输入输出模块、一个用于采样油耗仪输出的A/D转换接口模块和/或通过RS485 串口通信模块连接一个用于将油耗仪的输出进行变换的变送器，变送器输入端接在油耗仪 的输出端口上。
2.根据权利要求1所述的一种油耗仪控制系统，其特征在于，所述主控单元的串行接 口上还接设有一个用于与数据库、控制计算机进行数据交换的RS232串口通信模块。
3.根据权利要求1所述的一种油耗仪控制系统，其特征在于，主控单元的I/O口上还接 设有用于存储数据的1 模块。
4.根据权利要求1所述的一种油耗仪控制系统，其特征在于，主控单元的通讯接口上 还接设有用于接CAN总线的CAN总线驱动模块。
5.根据权利要求1所述的一种油耗仪控制系统，其特征在于，所述A/D转换接口模块的 输入端至少连接油耗仪的燃油压力测量端口、燃油体积流量测量端口、燃油密度测量端口， 输出端连接在主控单元的相应I/O 口上。
6.根据权利要求1所述的一种油耗仪控制系统，其特征在于，所述隔离控制输出模块 包括输出端分别用于接进油阀、油箱换向阀、两个关断阀、旁通排气阀、换向阀，其输入端连 接主控单元的I/O 口上。
7.根据权利要求1所述的一种油耗仪控制系统，其特征在于，所述开关量采集接口模 块包括分别用于采集测油仪提供的报警信号的输入端和连接主控单元相应I/O 口的输出 端。
8.根据权利要求1所述的一种油耗仪控制系统，其特征在于，所述输入输出模块是与 主控单元串行连接的彩色IXD触摸屏。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种油耗仪控制系统，其特征在于，所述主控单 元由两片DSPIC30F6014A串行连接构成。
专利摘要本实用新型涉及一种油耗仪控制系统，包括主控单元，主控单元上接设有用于控制油耗仪中电磁阀的隔离控制输出模块、用于采样油耗仪报警信息的开关量采集接口模块、用于人机交互的输入输出模块、一个用于采样油耗仪输出的A/D转换接口模块和/或通过RS485串口通信模块连接一个用于将油耗仪的输出进行变换的变送器，变送器输入端接在油耗仪的输出端口上。由于采用了模块化设计，大大提高了系统的模块化程度，降低了研发难度，便于维护升级；增加了报警信号的采样，提高了系统的安全可靠性；采用CAN总线，提高了通信效率和数据共享性；系统采用了具有DSP功能的双片单片机，大大提高了测量数据的处理能力，还扩展了系统的资源。
文档编号G05B19/418GK201859339SQ20102052358
公开日2011年6月8日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者严世宝, 仁春艳, 刘仁杰, 吴有生, 孙勇湘, 杨敬伟, 王凤魁, 王录波, 赵大为, 赵小平, 钟华东 申请人:凯迈(洛阳)机电有限公司