单片机机车涡轮增压器转速测试仪设计

    1　引言

    涡轮增压器作为电传动内燃机车的重要组成部件,它对改善和有效提高机车柴油机的工作性能起着非常重要的作用。目前,在检修的内燃机车中,因涡轮增压器固死等故障造成入库检修的机车数量占有较大比重。因此,如何进一步提高涡轮增压器检修质量及检修手段,尽早发现故障隐患,减少故障发生率,对于确保机车高速、高效、安全可靠运行有着十分重要的现实意义。

    涡轮增压器转速是衡量和判断增压器性能的一项关键性技术参数。目前现场用于测量该转速的测试仪存在诸多弊端,如测速精度低,实时性差,灵敏度低,对传感器的安装要求过高。为此,本文设计了一种新型的涡轮增压器转速测试仪,较好地解决了增压器转速测量中长期存在的问题,且操作灵活方便,工作稳定可靠,体积小,成本低,实用。

    2　系统硬件组成

    如图1所示,该系统是一个8031单片机应用系统,硬件由四部分组成,即8031及其存储器扩展电路、人机对话接口电路、转速输入检测电路、串行通信接口电路,其中转速输入检测电路包括信号波形整形、倍频、光电隔离及定时计数电路。

    系统外扩8k字节EPROM程序存储器2764和8 k字节数据存储器RAM6264。人机通道配置为:4×4键盘,双排7位共阳极LED并行显示,显示器驱动接口芯片采用74LS373,打印机为TPμP-16A。双排显示器一次可同时显示二个转速值,上排显示前涡轮增压器转速,下排显示后涡轮增压器转速。

    串行通信接口用以实现单片机与PC机之间的通讯。接口芯片采用ICL232,为保证通信的可靠,在线路上加装了光电耦合电路。测试仪既可以单独工作,又可以经串行口与PC机联机同时进行工作。单独工作时,它可以将采集的转速值存储在RAM内,转速测试结束后,再与PC联机将存储的数据发送给PC机,以便PC机对增压器的工作性能做进一步的分析和比较。

    增压器转速的测量是通过定时计数脉冲的方法实现的。计数器芯片选用可编程定时/计数器8253,其内含三个功能相同的16位减法计数器,计数器0和计数器1分别用于机车前、后两个涡轮增压器转速的计数。计数频率最高为2 MHz,而增压器最高转速为23 000 n/min,经8倍频后频率仅为3 kHz,因此8253是可以满足测速要求的。8031内部定时器T0用于准确定时。若定时器定时时间为T秒,计数器所计脉冲数为N,转速信号经K倍频,则涡轮增压器转速

    n_涡=60N/KTn/min

    上式表明,当K=1, T=1s时,若8253计数器出现±1个脉冲的计数误差,就会引起±60 n/min的转速测量误差。因此,适当增大K、T值,对测速精度的提高是有益的。但不宜过大,否则会影响测速的实时性和可靠性。根据现场使用和设计要求,我们选择K=8,T=2_s。倍频电路如图2所示。