CN104634572A

CN104634572A - 一种微小型高速透平机械数据采集显示系统

Info

Publication number: CN104634572A
Application number: CN201410841429.3A
Authority: CN
Inventors: 张荻; 杨可; 谢永慧
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2015-05-20

Abstract

一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，包括光耦隔离模块、单片机数据处理模块、电平转换模块和电脑终端四个模块；其中，光耦隔离模块用于将ECU数据输出端口和单片机数据处理模块进行电器隔离，单片机数据处理模块对从光耦隔离模块传来的温度和转速信号进行处理并通过电平转换模块发送至电脑终端，电脑终端用于以图表和数字型式显示从电平转换模块接收到的温度和转速信息。本发明免去了在微小型高速透平机械控制系统之外增加额外的传感器，减小了系统的复杂度，该系统较之直接通过计算机并口读取控制系统液晶显示器大量端口，或者读取微小型透平机械控制系统两路信号总线，免去了对控制系统数据总线其他功能的影响，且实现起来更为简单高效。

Description

一种微小型高速透平机械数据采集显示系统

技术领域：

本发明涉及微小型高速透平机械运行时工况数据的读取与处理，具体涉及一种微小型高速透平机械数据采集显示系统。

背景技术：

微小型高速透平机械常用作各种中小型飞行器的动力，如无人机、靶机、导弹，滑翔伞等，在军事领域有着广泛的用途。对微小型高速透平机械的研究过程中，试验是一种非常重要的方法，通常是对数值模拟等其他理论方法改进后的样机进行验证的不可替代的手段。微小型高速透平机械在运行过程中的各种运行参数，对于研究人员有着及其重要的作用。目前，对微小型高速透平机械实验研究中，采用的实验系统为孤立系统，实验过程中仅使用LCD1602作为简单的实验数据显示器，不但无法同时对多种实验参数进行观测，而且无法保存实验数据用于后续研究，这导致单次试验能起到的作用非常小，经常为了验证一个结论需要多次试验比对数据。现有系统无法与计算机进行数据通信，在数据显示手段上存在很多缺陷。

发明内容：

本发明的目的在于的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，其通过单片机对微小型高速透平机械运行过程中采集到的大量数据进行数据读取与处理，并实时上传至计算机系统。本发明解决了微小型高速透平机械各项参数只能在运行时实时观看，难以保存研究的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，包括光耦隔离模块、单片机数据处理模块、电平转换模块和电脑终端四个模块；其中，光耦隔离模块用于将待测微小型高速透平机械的ECU数据输出端口和单片机数据处理模块进行电器隔离，单片机数据处理模块用于对从光耦隔离模块传来的温度和转速信号进行处理并通过电平转换模块发送至电脑终端，电脑终端用于以图表和数字型式显示从电平转换模块接收到的温度和转速信息。

本发明进一步的改进在于，光耦隔离模块和单片机数据处理模块具体的连接方式如下：

光耦隔离模块共有七路，通过其两端将ECU数据输出端口和单片机数据处理模块中型号为AT89C51单片机的七个引脚连接起来，分别是将ECU数据输出端口的RS端连接至单片机的P2.6，将ECU数据输出端口的R/W端连接至单片机的P2.5，将ECU数据输出端口的E端连接至单片机的P2.7，将ECU数据输出端口的DB4端连接至单片机的P0.4，将ECU数据输出端口的DB5端连接至单片机的P0.5，将ECU数据输出端口的DB6端连接至单片机的P0.6，将ECU数据输出端口的DB7端连接至单片机的P0.7。

本发明进一步的改进在于，单片机数据处理模块和电平转换模块的连接方式如下：

单片机数据处理模块的RXD引脚连接至电平转换模块的TXD引脚，单片机数据处理模块的TXD引脚连接至电平转换模块的RXD引脚。

本发明进一步的改进在于，利用单片机数据处理模块的逻辑运算功能对采集到的数字信号进行处理，组装成字节数据传给电脑终端，单片机数据处理模块通过电平隔离模块得到ECU数据输出端口的七位二进制数据，该七位数据信息分别是：R/W、RW、E、DB11、DB12、DB13及DB14，对应到单片机数据处理模块的引脚分别是P2.5、P2.6、P2.7、P0.4、P0.5、P0.6及P0.7，单片机数据处理模块完成以下步骤：

1)将单片机数据处理模块中的P0和P2的16个引脚全部置为高电位，即赋值为1，将flag标志位的值置为1，清空临时变量temp，延时10ms；

2)检测P2.5，P2.6两个引脚数据，如果P2.5＝0并且P2.6＝1，则执行步骤3)，否则再次执行步骤2；

3)检测P2.7数据，如果其值为0，再次执行步骤3)，如果其值跳到1，执行步骤4)；

4)判断标志位flag的值是否为1，如果为1，执行步骤5)，如果为0，执行步骤6)；

5)取得单片机数据处理模块P0.4，P0.5，P0.6和P0.7的值，按照公式(1)进行计算，并将计算结果存储到temp中，将flag置为0，并跳过步骤6)和7)，执行步骤8)；

temp＝(P0.7)*2^7+(P0.6)*2^6+(P0.5)*2^5+(P0.4)*2^4 (1)

6)取得单片机数据处理模块P0.4，P0.5，P0.6和P0.7的值，按照公式(2)进行计算，将计算所得的值与temp值进行相加后再次存储到单片机数据处理模块串行口收发缓冲器SBUF中，然后清空变量temp，将flag置为1，之后执行步骤7)；

SBUF＝(P0.7)*2^3+(P0.6)*2^2+(P0.5)*2^1+(P0.4)*2^0+temp (2)

7)判断单片机数据处理模块TI位值是否为0，如果其值为0，再次执行步骤7)，以此等待SBUF中数据发送完成，如果其值为1，说明SBUF中数据发送完成，将TI值置为0，执行步骤8)；

8)检测当前P2.7的值，如果其值为1，再次执行步骤8)，如果其值为0，返回执行步骤2)，开始接收处理并发送下一个数据。

本发明进一步的改进在于，单片机数据处理模块与待测微小型高速透平机械数据采集显示系统的ECU数据输出端口通过光耦隔离模块进行电气隔离，连接端口包括待测微小型高速透平机械的ECU数据输出端口的RS、R/W、E、DB11、DB12、DB13和DB14和单片机数据处理模块中的P2.5，P2.6，P2.7，P0.4，P0.5，P0.6，P0.7；单片机数据处理模块与电脑终端的数据传递通过电平转换模块完成，电平转换模块使用MAX232芯片进行电平转换，或者使用CH340芯片将串口数据转换并最终连接至电脑终端的USB接口。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

本发明有效解决了微小型高速透平机械试验系统试验过程中无法对试验数据进行保存的缺陷，并且利用本发明可以更加丰富的显示试验运行参数。本发明可以有效实现试验系统与计算机的通信，帮助完成实验数据的快速保存和记录，并且可以再计算机上实时显示微小型高速透平机械的运行参数变化情况，方便研究人员进行监控调节。

本发明相较于读取待测微小型高速透平机械的ECU和待测微小型高速透平机械的MONITOR之间的总线数据的解决方案相比，由于ECU控制着微小型高速透平机械何时电机拖动发动机，何时电机主轴与发动机主轴分离，何时供应燃气和航空煤油等重要启动步骤。本发明没有读取微型涡喷控制系统和显示设置MONITOR之间的总线数据，这避免了在该总线上添加数据采集系统时，对原ECU系统控制发动机启动与停机过程等重要控制功能可能造成的影响，需要指出的是该处提到的待测微小型高速透平机械的ECU和MONITOR之间的总线和说明书中其他部分提到的待测微小型高速透平机械的ECU的数据输出端口是不同的数据传输线路。

本发明的优点还在于，在微小型高速透平机械原有的控制系统之外，无需增加额外的温度和转速传感器，减小了系统的复杂程度和成本。

附图说明：

图1为本发明一种微小型高速透平机械数据采集显示系统的结构示意图。

图2为本发明一路光耦隔离电路原理图。

图3为本发明单片机数据处理模块数据处理流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，包括光耦隔离模块、单片机数据处理模块、电平转换模块和电脑终端四个模块；其中，光耦隔离模块用于将待测微小型高速透平机械的ECU数据输出端口和单片机数据处理模块进行电器隔离，单片机数据处理模块用于对从光耦隔离模块传来的温度和转速信号进行处理并通过电平转换模块发送至电脑终端，电脑终端用于以图表和数字型式显示从电平转换模块接收到的温度和转速信息。

上述光耦隔离模块和单片机数据处理模块具体的连接方式如下：

上述单片机数据处理模块和电平转换模块的连接方式如下：

上述利用单片机数据处理模块的逻辑运算功能对采集到的数字信号进行处理，组装成字节数据传给电脑终端，单片机数据处理模块通过电平隔离模块得到ECU数据输出端口的七位二进制数据，该七位数据信息分别是：R/W、RW、E、DB11、DB12、DB13及DB14，对应到单片机数据处理模块的引脚分别是P2.5、P2.6、P2.7、P0.4、P0.5、P0.6及P0.7，单片机数据处理模块完成以下步骤：

temp＝(P0.7)*2^7+(P0.6)*2^6+(P0.5)*2^5+(P0.4)*2^4 (1)

SBUF＝(P0.7)*2^3+(P0.6)*2^2+(P0.5)*2^1+(P0.4)*2^0+temp (2)

从以上的八个步骤看出，当单片机数据处理模块通电开始，便自动进行数据的接收、处理与发送功能，这是一个无限循环的过程，因为从ECU传过来的数据是一直存在的，结束的时候就是ECU断电的时候，所以不需要也没有循环跳出条件。以上步骤中的一些变量值如TI等在单片机程序运行过程中有硬件自动置位的过程，所以如果单纯以软件角度来看可能觉得有问题，实际上是正确的。

如图2所示，上述单片机数据处理模块与待测微小型高速透平机械数据采集显示系统的ECU数据输出端口通过光耦隔离模块进行电气隔离，防止单片机数据处理模块和ECU数据输出端口的供电电压不一致。连接端口包括待测微小型高速透平机械的ECU数据输出端口的RS、R/W、E、DB11、DB12、DB13和DB14和单片机数据处理模块中的P2.5，P2.6，P2.7，P0.4，P0.5，P0.6，P0.7；单片机数据处理模块与电脑终端的数据传递通过电平转换模块完成，电平转换模块使用MAX232芯片进行电平转换，或者使用CH340芯片将串口数据转换并最终连接至电脑终端的USB接口。

实施例：

以使用AT89C51单片机为核心的单片机数据处理模块和使用四位总线传输数据的待测微小型高速透平机械的ECU为例，待测微小型高速透平机械的ECU采用四位总线传输数据，硬件连接使用七根信号线分别连接至待测微小型高速透平机械的ECU数据输出端口的RS、R/W、E以及四根数据端口DB4-DB7至单片机数据处理模块中的单片机上的七个I/O口，分别为P2.5，P2.6，P2.7，P0.4，P0.5，P0.6，P0.7，同时需要注意单片机数据处理模块中的单片机和待测微小型高速透平机械的ECU的GND相同。单片机数据处理模块中的单片机用来传输数据的串口端RXD和TXD与电平转换模块的RXD和TXD交叉连接并进一步连接至电脑终端的相应USB端口或者RS232端口。

单片机数据处理模块中的单片机内进行数据处理与发送的流程图见附图3。单片机数据处理模块中的单片机串口输出数据通过CH340芯片转换为USB接口直接连接至电脑终端。单片机数据处理模块中的单片机内部将一次需要发送的数据SBUF准备好之后，检查TI标志位是否为1，从而判断是否可以发送，如果标志位为1，表示发送准备就绪，则直接将此次数据通过单片机串口发送给电脑终端，如果标志位TI为0，此时不能发送，则放弃本次数据，直接进行下一次数据读取，这可以保证电脑终端数据更新的实时性。而由于该发明系统每秒会对试验参数进行数千次数据采集，偶尔的数据丢失不会对试验参数产生影响。

Claims

1.一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，其特征在于：包括光耦隔离模块、单片机数据处理模块、电平转换模块和电脑终端四个模块；其中，光耦隔离模块用于将待测微小型高速透平机械的ECU数据输出端口和单片机数据处理模块进行电器隔离，单片机数据处理模块用于对从光耦隔离模块传来的温度和转速信号进行处理并通过电平转换模块发送至电脑终端，电脑终端用于以图表和数字型式显示从电平转换模块接收到的温度和转速信息。

2.根据权利要求1所述的一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，其特征在于，光耦隔离模块和单片机数据处理模块具体的连接方式如下：

3.根据权利要求1所述的一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，其特征在于，单片机数据处理模块和电平转换模块的连接方式如下：

4.根据权利要求1所述的一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，其特征在于，利用单片机数据处理模块的逻辑运算功能对采集到的数字信号进行处理，组装成字节数据传给电脑终端，单片机数据处理模块通过电平隔离模块得到ECU数据输出端口的七位二进制数据，该七位数据信息分别是：R/W、RW、E、DB11、DB12、DB13及DB14，对应到单片机数据处理模块的引脚分别是P2.5、P2.6、P2.7、P0.4、P0.5、P0.6及P0.7，单片机数据处理模块完成以下步骤：

temp＝(P0.7)*2^7+(P0.6)*2^6+(P0.5)*2^5+(P0.4)*2^4(1)

SBUF＝(P0.7)*2^3+(P0.6)*2^2+(P0.5)*2^1+(P0.4)*2^0+temp(2)

5.根据权利要求1所述的一种微小型高速透平机械数据采集显示系统，其特征在于，单片机数据处理模块与待测微小型高速透平机械数据采集显示系统的ECU数据输出端口通过光耦隔离模块进行电气隔离，连接端口包括待测微小型高速透平机械的ECU数据输出端口的RS、R/W、E、DB11、DB12、DB13和DB14和单片机数据处理模块中的P2.5，P2.6，P2.7，P0.4，P0.5，P0.6，P0.7；单片机数据处理模块与电脑终端的数据传递通过电平转换模块完成，电平转换模块使用MAX232芯片进行电平转换，或者使用CH340芯片将串口数据转换并最终连接至电脑终端的USB接口。