CN103362678A - 一种柴油机自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴油机自动控制装置，电子调速器EMR2电路通过CAN信号处理电路与ARM控制器连接，ARM控制器通过电平转换电路与电子调速器EMR2电路连接，复位电路与ARM控制器连接，电子调速器EMR2电路负责控制柴油机的运行并实时监测柴油机的运行状态和报警故障信息，并将这些信息从CAN处理电路发送出去，经过CAN信号处理电路传送至ARM控制器；与电子调速器EMR2 电路连接的CAN显示器及状态指示灯电路显示当前柴油机运行状态信息并将相关故障信息管进行显示；ARM控制器接收上位机的控制命令，输出的控制信号经过电平转换电路去控制执行元件，并返回信息给上位机；复位电路负责系统上电后对ARM控制器进行复位初始化。

Description

一种柴油机自动控制装置

技术领域

本发明涉及一种柴油机自动控制装置，属于柴油机自动化控制技术领域，具体涉及军用车载柴油机的启动、转速和停机的自动化控制。

背景技术

在部队装备现代化的前提下，军用车辆自动化的程度也越来越高。车载柴油机是军用车辆不可或缺的动力源之一。目前，柴油机的主流控制技术仍然停留在手动控制阶段，在带载工况下易出现掉速的情况，造成速度不稳定，且不能实时对柴油机进行运行监控和数据管理，操作效率低、维护性差，出现故障往往需要专业技术人员维护。但随着智能诊断技术的不断发展以及用户对装备自动化的需求程度增加，柴油机自动化控制装置必然是当今军用车载柴油机的最佳选择和发展趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电子调速器EMR2的柴油机自动控制装置，由微电脑指令的电子调速器EMR2实现软启动、软转速，并保持柴油机转速的工作稳定性，其控制电路可靠、具备实时诊断能力，并实时监测柴油机的启动延时时间、预热时间、启动切断时间、启动切断时转速、怠速运行时间、升速过程时间和冷却停机时间、无转速信号、超速、低速、低油压、低油温、启动失败、停机失败等状态。

本发明的技术方案：本发明的柴油机自动控制装置包括电子调速器EMR2电路、CAN显示器及状态指示灯电路，电子调速器EMR2电路通过CAN信号处理电路与ARM控制器连接，ARM控制器通过电平转换电路与电子调速器EMR2电路连接，复位电路与ARM控制器连接，电子调速器EMR2电路负责控制柴油机的运行并实时监测柴油机的运行状态和报警故障信息，并将这些信息从CAN处理电路发送出去，经过CAN信号处理电路传送至ARM控制器；与电子调速器EMR2 电路连接的CAN显示器及状态指示灯电路显示当前柴油机运行状态信息并将相关故障信息管进行显示；ARM控制器接收上位机的控制命令，从专用IO口输出的控制信号经过信号线到达电平转换电路去控制执行元件，并返回信息给上位机；复位电路负责系统上电后对ARM控制器进行复位初始化。

所述的ARM控制器包括主程序模块、串口通讯模块、CAN通讯模块、毫秒定时中断模块和初始化模块；串口通讯模块通过串口发送数据和接收数据，并存入队列缓冲中，依据通讯协议对数据进行分析并执行命令；CAN通讯模块接收EMR2发送给ARM控制器的CAN信息，并保存在CAN消息队列中，供主程序调用；毫秒定时中断模块通过毫秒定时中断函数设置延时时间标志位，用于软件毫秒级延时；初始化模块对硬件接口、寄存器、变量进行初始化。

所述的主程序模块首先进行初始化，之后实时接收并解析串口命令，若是启动命令，自动控制装置进入启动程序，首先给EMR2配电，预热柴油机，预热好后启动柴油机，柴油机运行在怠速状态20s后转速切换到工作状态，柴油机启动完成；若是停机命令，自动控制装置进入停机程序，将转速从工作速度切换至怠速，持续10s之后停止柴油机；若是查询命令，直接返回相关信息，若是接收到错误的命令，自动控制装置将返回错误的处理信息。

所述的串口通讯模块由串口发送函数、串口接收中断函数及串口分析函数组成，串口发送函数通过串口发送数据，串口中断接收函数通过串口接收数据，并存入队列缓冲中，串口分析函数依据通讯协议对数据进行分析并执行命令。

所述的复位电路对ARM控制器进行复位初始化，ARM控制器接收并返回信息给上位机，输出的控制信号经过电平转换电路传送给电子调速器EMR2电路；电子调速器EMR2电路控制柴油机的运行并采集柴油机的运行状态和报警故障信息，并将这些信息通过CAN信号处理电路传送给ARM控制器；CAN显示器和状态指示灯电路显示、指示柴油机运行状态和报警故障信息。

所述的电平转换电路由电平转换器、固体继电器以及电磁继电器构成，ARM控制器发出的控制信号传送到电平转换器，经过电平转换器转换后的控制信号驱动固体继电器线圈，使固体继电器得电，控制信号传送至电磁继电器线圈，电磁继电器触点闭合，控制信号到达电子调速器EMR2电路和柴油机。

本发明的优点表现在以下几个方面：当外界符合发生变化时电子调速器EMR2能够自动地调节喷油泵的供油量，以保证柴油机在规定的转速下稳定的运行，并进行运行监控和数据管理；由微电脑指令的电子调速实现软启动、软转速，并保持柴油机转速的工作稳定性，使其操作简便，运行可靠，容错能力强，设计成本低，设计周期短；所设计的电平转换电路的输出级则采用了固体继电器和电磁继电器，实现了控制电路与负载的电气隔离，负载电路不存在由于触点抖动、回跳和电弧火化所引发的电磁干扰，且开关速度快，保证了执行元件的动作迅速、可靠；所设计CAN显示器及状态显示灯回路将发光二极管分别接于不同状态的回路中，可直接通过发光二极管的亮灭来显示当前所处状态并进行报警，CAN显示器实时显示柴油机运行状态和报警信息，简单直观；所设计ARM控制器由可编程器件组成，外设资源丰富，电路设计简单，所有控制过程自动完成，操作简单，可靠性好，成本低。

附图说明

图1为柴油机自动控制装置控制电路原理示意图。

图2为电平转换电路的具体示意图。

图3为柴油机自动控制装置软件模块逻辑关系图。

图4为柴油机自动控制装置主程序模块流程图。

图5为串口分析函数逻辑流程图。

图6为初始化函数逻辑流程图。

图7为串口接收中断函数逻辑流程图。

图8为串口发送函数逻辑流程图。

图9为毫秒定时中断模块逻辑流程图。

图10为CAN接收中断函数逻辑流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图1：图中所示的柴油机自动控制装置包括电子调速器EMR2电路、CAN显示器及状态指示灯电路，电子调速器EMR2电路通过CAN信号处理电路与ARM控制器连接，ARM控制器通过电平转换电路与电子调速器EMR2电路连接，复位电路与ARM控制器连接，电子调速器EMR2电路负责控制柴油机的运行并实时监测柴油机的运行状态和报警故障信息，并将这些信息从CAN处理电路发送出去，经过CAN信号处理电路传送至ARM控制器；与电子调速器EMR2 电路连接的CAN显示器及状态指示灯电路显示当前柴油机运行状态信息并将相关故障信息管进行显示；ARM控制器接收上位机的控制命令，从专用IO口输出的控制信号经过信号线到达电平转换电路去控制执行元件，并返回信息给上位机；复位电路对ARM控制器进行复位初始化，将一切信号值置于初始状态。CAN显示器及状态指示灯电路主要由CAN显示器及不同颜色的发光二极管组成，CAN显示器用于柴油机运行状态和报警故障等信息的实时显示，发光二极管根据亮灭、亮灭次数指示当前运行状态及报警故障状态。

如图3： ARM控制器包括主程序模块、串口通讯模块、CAN通讯模块、毫秒定时中断模块和初始化模块；串口通讯模块通过串口发送数据和接收数据，并存入队列缓冲中，依据通讯协议对数据进行分析并执行命令；CAN通讯模块接收EMR2发送给ARM控制器的CAN信息，并保存在CAN消息队列中，供主程序调用；毫秒定时中断模块通过毫秒定时中断函数设置延时时间标志位，用于软件毫秒级延时；初始化模块对硬件接口、寄存器、变量进行初始化。

如图2：ARM控制器D1从IO口发送出的控制信号KD1经过信号线到达电平转换器D2的A1引脚，转换后的信号K1从电平转换器D2的B1引脚输出到固体继电器K1A的线圈，固体继电器K1A得电后输出信号StartEmr到电磁继电器K5的线圈K5A，线圈K5A得电后，触点K5闭合，24V的电压送到电子调速器ERM2，电子调速器EMR2得电开始工作。

同理，控制信号KD3经过电平转换器D2、固体继电器K1C、电磁继电器K7后到达柴油机，使柴油机得电并启动柴油机，控制信号KD2经过电平转换器D2、固体继电器K1B、电磁继电器K6后送至电子调速器EMR2，使电子调速器EMR2 对柴油机的转速进行切换。若将控制信号KD1赋值于启动电子调速器EMR2相反的电平，则实现柴油机停机。电子调速器EMR2将实时监测到的柴油机状态信息经过CAN总线驱动器D3后传送至ARM控制器的CAN口。V1、V2、V3是继电器续流二极管。

本发明的核心组成部分是ARM控制器中的软件运行，主要功能是实时接收上位机从异步RS485串口发送的启动、查询、停机命令并控制相应的继电器输出控制电子调速器以及柴油机的运行；实时接收电子调速器EMR2从CAN总线发送的柴油机运行状态和报警故障信息；软件可以设定运行状态和报警故障等信息，并通过异步RS485串口实时返回信息给上位机，运行状态和报警故障包括柴油机的控制时间、报警限定值、预报警、自动报警并停机。柴油机的控制时间包括：启动延时时间，预热时间，启动切断时间，启动切断时转速、怠速运行时间，升速过程时间和冷却停机时间。可设定柴油机的报警限定值，自动实现超限预报警不停机、报警同时停机。预报警的项目包括：超速、低速、低油温、低油压等。自动报警并停机的项目包括：无转速信号、超速、低速、低油压、低油温、启动失败、停机失败，速度传感器开路/短路，水泵水压过低及超流量等。

如图3：ARM控制器包括主程序模块、串口通讯模块、CAN通讯模块、毫秒定时中断模块和初始化模块；串口通讯模块通过串口发送数据和接收数据，并存入队列缓冲中，依据通讯协议对数据进行分析并执行命令；CAN通讯模块接收EMR2发送给ARM控制器的CAN信息，并保存在CAN消息队列中，供主程序调用；毫秒定时中断模块通过毫秒定时中断函数设置延时时间标志位，用于软件毫秒级延时；初始化模块对硬件接口、寄存器、变量进行初始化。

图4是主程序模块：上电首先进行初始化，确保ARM控制器上电后，第一时间保证整个硬件电路的畅通。之后实时接收并解析串口命令，若是启动命令，自动控制装置进入启动程序，首先给EMR2配电，预热柴油机，预热好后启动柴油机，柴油机运行在怠速状态20s后转速切换到工作状态，柴油机启动完成；若是停机命令，自动控制装置进入停机程序，将转速从工作速度切换至怠速，持续10s之后停止柴油机。若是查询命令，直接返回相关信息，若是接收到错误的命令，自动控制装置将返回错误的处理信息。在整个软件运行期间，上位机一直定时发送命令给自动控制装置，自动控制装置根据不同的命令实时返回柴油机的各种运行状态和报警故障等信息，当柴油机状态出现异常，自动控制装置将自动报警。

如图5、图7、图8：串口通讯模块由串口发送函数、串口接收中断函数及串口分析函数组成，串口发送函数通过串口发送数据，串口中断接收函数通过串口接收数据，并存入队列缓冲中，串口分析函数依据通讯协议对数据进行分析并执行命令。

如图6为、图9、图10：

CAN通讯模块通过CAN中断接收函数接收EMR2发送给ARM控制器的CAN信息，并保存在CAN消息队列中，供主程序调用。毫秒定时中断模块通过毫秒定时中断函数设置延时时间标志位，用于软件毫秒级延时。初始化模块包括初始化函数，主要对硬件接口、寄存器、变量进行初始化。

本发明采取的可靠性措施有数组下标越界检查，增大缓冲区大小防止溢出等；为了防止数据帧丢失、误码，软件在数据通讯中采取串口中断接收方式和CAN中断接收方式、并将接收的数据存入数据队列，同时设置了CAN屏蔽码和验收码对无关信息进行屏蔽，提高了设备之间的通信可靠性，对接收和发送的串口数据进行CRC16校验，保证数据传输的实时性和可靠性。考虑到柴油机在低温下启动，软件可动态设置的预热等待时间，充分确保柴油机能在低温环境下正常启动，增强软件的环境适应性。

在设计过程中遵循结构化和模块化设计思想，结构清晰，使得软件具有很好的可读性和可维护性。采用黑盒测试、白盒测试以及边界测试等测试方法分析和测试代码，以确定代码与需求分析之间的符合程度。采用模块测试方法，使模块之间相互隔离，验证其输入和输出以及模块功能，这些测试方法确保了软件工作正常、稳定、可靠。

Claims (6)

1.一种柴油机自动控制装置，包括电子调速器EMR2电路、CAN显示器及状态指示灯电路，其特征在于：电子调速器EMR2电路通过CAN信号处理电路与ARM控制器连接，ARM控制器通过电平转换电路与电子调速器EMR2电路连接，复位电路与ARM控制器连接，电子调速器EMR2电路负责控制柴油机的运行并实时监测柴油机的运行状态和报警故障信息，并将这些信息从CAN处理电路发送出去，经过CAN信号处理电路传送至ARM控制器；与电子调速器EMR2 电路连接的CAN显示器及状态指示灯电路显示当前柴油机运行状态信息并将相关故障信息管进行显示；ARM控制器接收上位机的控制命令，从专用IO口输出的控制信号经过信号线到达电平转换电路去控制执行元件，并返回信息给上位机；复位电路负责系统上电后对ARM控制器进行复位初始化。

2.根据权利要求1所述的柴油机自动控制装置，其特征在于：ARM控制器包括主程序模块、串口通讯模块、CAN通讯模块、毫秒定时中断模块和初始化模块；串口通讯模块通过串口发送数据和接收数据，并存入队列缓冲中，依据通讯协议对数据进行分析并执行命令；CAN通讯模块接收EMR2发送给ARM控制器的CAN信息，并保存在CAN消息队列中，供主程序调用；毫秒定时中断模块通过毫秒定时中断函数设置延时时间标志位，用于软件毫秒级延时；初始化模块对硬件接口、寄存器、变量进行初始化。

3.根据权利要求1或2所述的柴油机自动控制装置，其特征在于：

主程序模块首先进行初始化，之后实时接收并解析串口命令，若是启动命令，自动控制装置进入启动程序，首先给EMR2配电，预热柴油机，预热好后启动柴油机，柴油机运行在怠速状态20s后转速切换到工作状态，柴油机启动完成；若是停机命令，自动控制装置进入停机程序，将转速从工作速度切换至怠速，持续10s之后停止柴油机；若是查询命令，直接返回相关信息，若是接收到错误的命令，自动控制装置将返回错误的处理信息。

4.根据权利要求1或2所述的柴油机自动控制装置，其特征在于：

串口通讯模块由串口发送函数、串口接收中断函数及串口分析函数组成，串口发送函数通过串口发送数据，串口中断接收函数通过串口接收数据，并存入队列缓冲中，串口分析函数依据通讯协议对数据进行分析并执行命令。

5.根据权利要求1或2所述的柴油机自动控制装置，其特征在于：

复位电路对ARM控制器进行复位初始化，ARM控制器接收并返回信息给上位机，输出的控制信号经过电平转换电路传送给电子调速器EMR2电路；电子调速器EMR2电路控制柴油机的运行并采集柴油机的运行状态和报警故障信息，并将这些信息通过CAN信号处理电路传送给ARM控制器；CAN显示器和状态指示灯电路显示、指示柴油机运行状态和报警故障信息。

6.根据权利要求1或2所述的柴油机自动控制装置，其特征在于：

电平转换电路由电平转换器、固体继电器以及电磁继电器构成，ARM控制器发出的控制信号传送到电平转换器，经过电平转换器转换后的控制信号驱动固体继电器线圈，使固体继电器得电，控制信号传送至电磁继电器线圈，电磁继电器触点闭合，控制信号到达电子调速器EMR2电路和柴油机。

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