通用并行活塞发动机信号模拟器制造技术

本发明专利技术公开了一种通用并行活塞发动机信号模拟器，属于发动机电子控制技术领域。该装置包括上位机、按键、微控制单元、液晶显示器、现场可编程门阵列和数模转换器，其中上位机通过USB总线为微控制单元供电，按键与微控制单元连接，微控制单元通过并行总线与液晶显示器连接，微控制单元通过串行外设接口总线向现场可编程门阵列发送命令，现场可编程门阵列根据命令参数产生数字信号，同时，微控制单元通过串行总线向数模转换器发送命令，数模转换器根据命令参数产生模拟信号。本发明专利技术既节省了微控制单元MCU的资源，又可以实现多路模拟量的扩展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通用并行活塞发动机信号模拟器，属于发动机电子控制
技术背景随着科技水平的提高，现代汽车发动机为了达到节能环保的目的，采用了大量传感器以获取发动机状态，实现更优化、精确的控制。基于传感器可靠性及试验成本的考虑，在开发发动机电控单元ECU时，不可能启动发动机调试其功能。因此，一款合适的发动机信号模拟器将为电控单元ECU的调试提供便利。目前已知的发动机信号模拟器，多是为特定发动机开发的专用信号模拟器，针对性较强、较难移植使用；并且该种信号模拟器多为基于单片机开发，由于单片机I/O资源有限、程序顺序执行、功能靠软件实现，因此信号响应较慢，并行产生信号的能力较弱；尤其在产生发动机曲轴位置缺齿、凸轮轴位置等不规则信号时，较难保证准确的相位，对于控制要求较高的发动机类型及工况条件就难以满足。因此，需要开发一种可并行产生多路信号的通用活塞发动机信号模拟器。
技术实现思路
为了克服现有活塞发动机信号模拟器的不足，本专利技术提供一种通用并行活塞发动机信号模拟器，以获得较快的信号响应和较精确的信号相位关系。本专利技术为解决其技术问题采用如下技术方案: 一种通用并行活塞发动机信号模拟器，包括:上位机、按键、微控制单元、液晶显示器、现场可编程门阵列和数模转换器，其中上位机通过USB总线为微控制单元供电，按键与微控制单元连接，微控制单元通过并行总线与液晶显示器连接，微控制单元通过串行外设接口总线向现场可编程门阵列发送命令，现场可编程门阵列根据命令参数产生数字信号，同时，微控制单元通过串行总线向数模转换器发送命令，数模转换器根据命令参数产生模拟信号。所述数字信号，包括脉冲信号、曲轴位置信号和凸轮轴位置信号。所述模拟信号，包括发动机进气温度、进气压力、油门位置和冷却液温度。所述微控制单元采用C8051F32X系列单片机。所述现场可编程门阵列采用MAX 10 FPGA。本专利技术具有以下有益效果: (I)本申请中采用的信号模拟发生器，尤其适合在脱机状态下，用于调试发动机电控单元ECU的控制功能。节约发动机试验成本，降低试验风险。(2)本申请中数字量信号的模拟由现场可编程门阵列FPGA实现，信号逻辑由硬件实现，执行速度快，信号相位精确。(3)本申请中产生的模拟量信号由微控制单元(MCU)通过串行总线I2C连接数模转换器(DAC)实现。既节省了微控制单元MCU的资源，又可以实现多路模拟量的扩展。(4)本申请中采用的USB连接方式既可以为信号模拟器供电，又可以实现上位机软件与微控制单元之间的快速通信。(5)本申请中采用的信号模拟器使用灵活、操作简便。【附图说明】图1活塞发动机信号模拟器框图。图2数模转换功能组成图。图3信号模拟器主要功能示意图。图4 (a)为60-2曲轴齿盘示意图；图4 (b)为60_2曲轴位置信号图。图5 (a)为2+2凸轮轴齿盘示意图；图5 (b) 2+2凸轮轴位置信号图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术创造做进一步详细说明。本专利技术的通用并行活塞发动机信号模拟器，其结构组成如图1所示，通过上位机USB接口为其进行供电。该信号模拟器可以工作在按键模式和面板模式两种工作状态下。按键模式为用户通过按键完成信号类型、通道端口号、信号值等参数的配置。面板模式为用户在上位机软件中对信号类型、通道端口号、信号值等参数进行配置；并通过USB总线与微控制单元(MCU)完成通信及配置参数的交换。微控制单元通过并行总线将上述信号信息显示在液晶显示器上。微控制单元通过串行外设接口总线(SPI)向现场可编程门阵列(FPGA)发送命令，现场可编程门阵列(FPGA)根据命令参数产生数字量信号，包括脉冲、曲轴位置、凸轮轴位置等，并从相应通道端口输出。微控制单元(MCU)通过串行总线I2C向数模转换器(DAC)发送命令，数模转换器(DAC)根据命令参数产生0~5V模拟量信号，包括发动机进气温度、进气压力、油门位置、冷却液温度等，并通过相应通道端口输出。优选的，微控制单元(MCU)采用Silicon Labs公司的C8051F32X系列单片机。C8051F32X系列单片机具有USB接口，能够方便的与计算机实现通信，有利于快速地执行上位机软件中的模拟信号指令；并且，C8051F32X系列单片机具有串行外设接口总线(SPI)，能够迅速地将指令传递至现场可编程门阵列(FPGA);此外，C8051F32X系列单片机具有串行通信接口总线I2C，可以方便外部设备扩展，与数模转换器通信，实现模拟信号指令的传递。优选的，现场可编程门阵列采用Altera公司的MAX 10 FPGA。MAX 10 FPGA使用55 nm嵌入式闪存工艺技术，是一款外形封装小、成本低、可瞬时接通、非易失的可编程逻辑器件。它具有最多500个I/O接口，可并行执行产生数字信号的功能，并且满足信号模拟器多路数字量信号输出的要求。优选的，数模转换器采用Linear公司的LTC2635系列模数转换器。LTC2635系列每块芯片具有4路数模转换器，信号模拟器只需4片即可具备16路数模转换；如图2所示，4片LTC2635芯片通过串行总线I2C，由微控制单元(MCU)控制输出；其中，串行时钟(SCL)为微控制单元与数模转换器通信的同步信号，串行数据(SDA)为微控制单元与数模转换器通信的数据信号。信号模拟器主要功能按图3所示实现，包括:数模转换、开关量信号模拟、脉冲信号模拟、曲轴、凸轮轴位置信号模拟。信号模拟器具有16路数模转换功能，如图3所示。首先选择数模转换通道，通道号分别为DA00~DA07和DA10~DA17，然后确定该通道模拟量输出值，输出值范围0~5V，由数模转换器DAC在该通道产生相应电压的模拟量信号。信号模拟器具有16路开关量信号模拟功能，如图3所示。首先选择开关量信号模拟通道，通道号分别为SW00~SW07和SW10~SW17，然后确定该通道开关状态:开/关。由现场可编程门阵列在该通道产生相应的高/低电平信号。信号模拟器具有8路脉冲信号模拟功能，如图3所示。首先选择脉冲信号模拟通道，通道号分别为PWM00~PWM07，然后确定该通道脉冲信号频率，频率范围0~1ΜΗζ，最后确定脉冲信号占空比，范围0~100%。由现场可编程门阵列在该通道产生相应频率和占空比的脉冲信号。信号模拟器具有I路曲轴、凸轮轴位置信号模拟功能，如图3所示。首先选择曲轴、凸轮轴位置信号模拟通道，通道号为CRK00，然后确定所需模拟曲轴、凸轮轴类型、发动机转速，转速范围:0~10000rpm，确定信号占空比，范围0~100%，最后确定曲轴、凸轮轴位置信号间的相位，范围0~360°。由现场可编程门阵列在该通道产生相应的曲轴、凸轮轴位置信号。其中，曲轴、凸轮轴位置信号包含了主流发动机采用的信号类型，如60-2曲轴位置信号(每圈60齿等分，但缺少两齿)、2+2凸轮轴位置信号(每圈两个长齿，两个短齿)，其信号原理分别如图4、图5所示。【主权项】1.一种通用并行活塞发动机信号模拟器，其特征在于包括:上位机、按键、微控制单元、液晶显示器、现场可编程门阵列和数模转换器，其中上位机通过USB总线为微控制单元供电，按键与微控制单元连接，微控制单元通过并行总线与液晶显示器连接，微控制单元通过串行外设接口总线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通用并行活塞发动机信号模拟器，其特征在于包括：上位机、按键、微控制单元、液晶显示器、现场可编程门阵列和数模转换器，其中上位机通过USB总线为微控制单元供电，按键与微控制单元连接，微控制单元通过并行总线与液晶显示器连接，微控制单元通过串行外设接口总线向现场可编程门阵列发送命令，现场可编程门阵列根据命令参数产生数字信号，同时，微控制单元通过串行总线向数模转换器发送命令，数模转换器根据命令参数产生模拟信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛建国，梁荀，陈伟，陈毅华，何小明，张晨，高香才，王世峰，魏特特，张伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32