CN109616150B - 发动机的数据存储和管理装置及其掉电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机的数据存储和管理装置，用于与发动机的ECU连接以对发动机在运转过程中产生的大量数据进行存储和管理。本发明的发动机的数据存储和管理装置及其掉电保护方法，在ECU正常供电时利用储能电路存储电能，并利用电阻取样电路对ECU提供的供电电源进行监测，当控制器通过电阻取样电路采样的电压值低于阈值时，即监测到ECU的供电出现掉电情况时，储能电路开始释放电能，以确保控制器能够继续正常工作一段时间，仍然可以进行发动机数据的存储，防止发动机数据发生丢失。

Description

发动机的数据存储和管理装置及其掉电保护方法

技术领域

本发明涉及发动机数据存储和管理技术领域，特别地，涉及一种发动机的数据存储和管理装置及其掉电保护方法。

背景技术

发动机在实际运转过程中会产生大量的数据，包括发动机转速、燃油压力、滑油压力、排气温度、滑油温度、发动机故障信息、发动机运行时间等，这些数据有助于发动机维护人员判断发动机的状态，建立发动机健康档案，提前发现发动机的质量隐患或者当发动机出现故障时迅速判明故障原因。

但是，发动机数据存储和管理装置连接ECU(Electrical Control Unit电子控制器)工作时，是由ECU提供供电电源，通常为28V直流，当ECU关闭该28V电源或者电源异常掉落到最小工作电源电压之下时，发动机数据存储和管理装置可能正在接收数据或存储数据，这时的突然掉电就会造成数据丢失，当数据存储和管理装置在更新文件分配列表信息时掉电，突然掉电甚至会破坏文件分配列表信息造成已存储的数据丢失。

发明内容

本发明提供了一种发动机的数据存储和管理装置及其掉电保护方法，以解决现有的发动机数据存储和管理装置存在的突然掉电时容易发生数据丢失的技术问题。

根据本发明的一个发明，提供一种发动机的数据存储和管理装置，用于与发动机的ECU连接以对发动机在运转过程中产生的大量数据进行存储和管理，

包括电连接器、连接座、接口电路板、控制电路板和保护盖，

电连接器用于与ECU连接，连接座分别与电连接器和保护盖连接，三者组成一个壳体，接口电路板和控制电路板收容且固定在该壳体内，接口电路板分别与电连接器和控制电路板连接；

接口电路板上设置有用于对ECU提供的直流电源进行转换以给控制电路板供电且起到电源滤波、保护作用的电源转换电路，电源转换电路分别与ECU和控制电路板连接；

控制电路板上设置有控制器、用于将接口电路板提供的电源电压转换为控制器的工作电源电压的电源选择电路、用于提供掉电保护功能的储能电路以及用于存储来自ECU的发动机数据的第一存储器件，电源选择电路分别与控制器和电源转换电路连接，储能电路分别与电源选择电路和控制器连接，第一存储器件与控制器连接；

数据存储和管理装置还包括用于对ECU提供的供电电源进行监测的电阻取样电路，电阻取样电路分别与ECU和控制器连接；

控制器用于在监测到出现掉电情况时关闭串口外设及串口接收中断、关闭定时器及定时中断、关闭看门狗外设，并用于将控制器内部数据缓存中的数据存储至第一存储器件的数据存储空间和将控制器内部文件分配表缓存中的内容存储至第一存储器件的数据文件分配表存储空间。

进一步地，储能电路包括电阻R1、二极管D1和电容组，电容组由多个相互并联的极性电容组成；

电阻R1的第一端和二极管D1的负极端与电源选择电路连接，电阻R1的第一端和二极管D1的负极端还与控制器连接，电阻R1的第二端和二极管D1的正极端与电容组的正极端连接，电容组的负极端接地。

进一步地，电容组中的单个电容的容量值由以下公式确定

其中，V_t是t时刻电容组放电所提供的电压值，V_F是二极管D1的正向导通压降，2.7V+V_F是电路仍能正常工作时电容组两端的最小电压，3.3V是放电开始电压，n表示电容组中并联的电解电容器的数量，C是单个电容的容量，t是放电时间，R是数据存储和管理装置的等效电阻，其可以根据3.3V时电路的消耗电流计算得到。

进一步地，电阻取样电路包括电阻Ra、电阻Rb和电容Ca，电阻Ra的第一端与ECU连接，电阻Ra的第二端与控制器的AD管脚和电阻Rb的第一端连接，电容Ca的第一端与控制器的AD管脚连接，电容Ca的第二端和电阻Rb的第二端接地。

进一步地，接口电路板上设置有用于进行数据传输的RS422接口电路和USB接口电路；

RS422接口电路分别与ECU和控制电路板连接，USB接口电路分别与地面计算机和控制电路板连接；

控制电路板上还设置有用于进行数据通信的RS422收发电路；

RS422收发电路与控制器和RS422接口电路连接。

进一步地，电源选择电路还用于检测接口电路板提供的电源电压是由ECU供电或者地面计算机供电；

控制器用于在电源选择电路检测到接口电路板提供的电源电压是由ECU供电时执行在线工作模式；或者

控制器用于在电源选择电路检测到接口电路板提供的电源电压是由地面计算机供电时执行离线工作模式。

进一步地，接口电路板上还设置有滤波电路，用于滤除RS422接口电路和USB接口电路的传输信号线上的噪声及干扰，以及用于保护RS422接口电路和USB接口电路；

滤波电路分别与RS422接口电路和USB接口电路连接，滤波电路还与控制电路板连接。

进一步地，第一存储器件包括1024的整数倍个簇；

第一存储器件中的至少一个簇用于存储数据文件分配列表信息，剩余的簇用于存储数据文件的内容。

本发明还提供一种发动机的数据存储和管理装置的掉电保护方法，用于对如上所述的数据存储和管理装置提供掉电保护，其包括以下步骤：

步骤S1：监测ECU提供的供电电源的变化；

步骤S2：若供电电源出现掉电，则关闭串口外设及串口接收中断、关闭定时器及定时中断、关闭看门狗外设；

步骤S3：检测单片机内部数据缓存中是否有数据，有数据则将未保存的数据存储至第一存储器件的数据存储空间；否则直接执行步骤S4；

步骤S4：检测单片机内部文件分配表缓存中是否有内容，若有未保存的文件分配信息则写入第一存储器件的数据文件分配表存储空间中；否则直接执行步骤S5；及

步骤S5：执行while循环程序，等待数据存储和管理装置完全掉电。

进一步地，还包括步骤S6：

在执行while循环程序的过程中持续监测供电电源的变化，若在while循环期间供电电源恢复，则恢复关闭的外设和中断，恢复数据存储和管理装置的正常运行。

本发明具有以下有益效果：

本发明的发动机的数据存储和管理装置，在ECU正常供电时利用储能电路存储电能，并利用电阻取样电路对ECU提供的供电电源进行监测，当控制器通过电阻取样电路采样的电压值低于阈值时，即监测到ECU的供电出现掉电情况时，储能电路开始释放电能，以确保控制器能够继续正常工作一段时间，仍然可以进行发动机数据的存储，防止发动机数据发生丢失。

本发明的发动机的数据存储和管理装置的掉电保护方法同样具有上述优点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的发动机的数据存储和管理装置的机械结构示意图。

图2是本发明优选实施例的发动机的数据存储和管理装置的模块结构示意图。

图3是本发明优选实施例的图2中的储能电路的示意图。

图4是本发明优选实施例的图2中的第一存储装置的储存结构示意图。

图5是本发明优选实施例的图2中的控制器内部的FLASH分区存储控制程序的示意图。

图6是本发明优选实施例的发动机的数据存储和管理装置的电阻取样电路的示意图。

图7是本发明另一实施例的发动机的数据存储和管理装置的掉电保护方法的流程示意图。

图例说明：

11、电连接器；12、连接座；13、接口电路板；14、控制电路板；15、保护盖；131、RS422接口电路；132、USB接口电路；133、RS422接口滤波电路；134、USB接口滤波电路；135、电源转换电路；141、控制器；142、第一存储器件；143、第二存储器件；144、RS422收发电路；145、电源选择电路；146、储能电路；1421、簇；1422、扇区；1411、第一存储区；1412、第二存储区；1413、第三存储区。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明的优选实施例提供一种发动机的数据存储和管理装置，其用于与发动机ECU连接以对发动机在运转过程中产生的大量数据进行存储和管理，尤其适用于对航空发动机、汽车发动机或者船舶发动机的数据进行存储和管理。所述发动机的数据存储和管理装置包括用于与发动机ECU连接的电连接器11、连接座12、接口电路板13、控制电路板14和保护盖15，所述电连接器11用于与ECU上的连接器插座对接，所述连接座12与电连接器11连接，连接座12与保护盖15通过螺纹连接。可以理解，所述电连接器11、连接座12和保护盖15组成了一个壳体，所述接口电路板13和控制电路板14收容且固定在该壳体内，接口电路板13分别与电连接器11和控制电路板14连接。具体地，电连接器11通过导线和印制板连接器连接到接口电路板13上，接口电路板13和控制电路板14通过板间印制板连接器直接对接。接口电路板13用于对输入的供电电源起到转换、滤波和保护的作用以及对接口电路板13上的RS422接口和USB接口起到滤波和保护的作用。控制电路板14上设置有集成电路，集成电路上设置有单片机、存储芯片等，控制电路板14用于起到控制作用。可以理解，连接座12和保护盖15均为铝材质，尺寸和重量非常小。

本发明的发动机的数据存储和管理装置，电连接器11、连接座12和保护盖15三者组成了一个壳体，然后将接口电路板13和控制电路板14固定在壳体内，仅通过电连接器11与ECU上的连接器插座对接，这种安装方式节省了连接电缆以及数据存储和管理装置的安装附件，数据存储和管理装置直接与ECU对接也提升了两个装置之间串口通信线路的抗干扰性和数据传输可靠性。另外，连接座12和保护盖15的重量非常轻，导致数据存储和管理装置的整体重心仍旧靠近电连接器11位置，有助于保证数据存储和管理装置的抗振动和冲击的性能。

如图2所示，所述接口电路板13上设置有RS422接口电路131、USB接口电路132、RS422接口滤波电路133、USB接口滤波电路134以及电源转换电路135，所述RS422接口电路131和电源转换电路135与ECU连接，所述USB接口电路132用于与地面计算机连接，所述RS422接口滤波电路133与RS422接口电路131连接并用于滤除传输信号线上的噪声和干扰以及用于保护RS422接口电路131免于浪涌、静电、雷击等异常情况造成的损坏，所述USB接口滤波电路134与USB接口电路132连接并用于滤除传输信号线上的噪声和干扰以及用于保护USB接口电路132免于浪涌、静电、雷击等异常情况造成的损坏。可以理解，所述RS422接口电路131和USB接口电路132均用于进行数据传输，其中，ECU通过RS422接口电路131将发动机数据传输至控制电路板14，控制电路板14又通过USB接口电路132将发动机数据传输至地面计算机。可以理解，作为一种变形，所述RS422接口滤波电路133和USB接口滤波电路134可以集成为一个滤波电路，该滤波电路可以同时对RS422接口电路131和USB接口电路132起到滤除传输信号线上的噪声和干扰以及保护RS422接口电路131和USB接口电路132免于浪涌、静电、雷击等异常情况造成的损坏的作用。所述电源转换电路135用于将ECU提供的28V直流电源转换为5V电源来给控制电路板14供电，并提供电源滤波和保护作用，滤除电源噪声和干扰，防止电源电路损坏。可以理解，当USB接口电路132与地面计算机连接时，地面计算机直接通过USB接口电路132给控制电路板14提供5V电源。还可以理解，所述RS422接口滤波电路133和USB接口滤波电路134可以省略。

所述控制电路板14包括控制器141、第一存储器件142、第二存储器件143、RS422收发电路144、电源选择电路145以及储能电路146，第一存储器件142、第二存储器件143、RS422收发电路144、电源选择电路145以及储能电路146均与控制器141连接，RS422收发电路144与RS422接口电路131连接，电源选择电路145分别与电源转换电路135、USB接口电路132和储能电路146连接，所述控制器141还与USB接口滤波电路134连接。第一存储器件142用于存储控制器141通过RS422收发电路144接收的来自ECU的发动机数据，第二存储器件143用于存储发动机特征信息和数据存储和管理装置自身的配置信息，发动机特征信息和管理装置自身的配置信息包括RS422串口波特率、看门狗时间和数据存储和管理装置产品序列号等。电源选择电路145用于将接口电路板13提供的电源电压转换为控制器141的工作电压，例如将5V转为3.3V，另外，电源选择电路145还用于判断接口电路板13提供的电源是由ECU供电还是由地面计算机供电。所述控制器141内存储有不同的控制程序，分别存储在控制器141内部Flash的不同空间，其中包括通过RS422串口更新产品软件程序，实现了在应用烧写IAP(In-application Programming在应用可编程)，以便于在需要时通过外部RS422串口更新产品软件程序，同时检测产品的供电情况来进一步跳转到在线工作模式或者离线工作模式，其中在线工作模式指的是由ECU供电时，控制器141通过RS422收发电路144与ECU通信，接收ECU发来的发动机数据并将其储存至第一存储器件142；离线工作模式指的是由地面计算机供电时，控制器141将第一存储器件142中存储的大量发动机数据通过USB接口电路132上传至地面计算机用于进一步的发动机健康状态分析和处理。所述控制器141内存储的控制程序还包括用于控制数据存储和管理装置按照在线工作模式进行工作或者按照离线工作模式进行工作。因此，当电源选择电路145判断出是由ECU供电时，控制器141按照在线工作模式进行工作；当电源选择电路145判断出是由地面计算机供电时，控制器141按照离线工作模式进行工作。可以理解，所述数据存储和管理装置通过唯一的外部接口电连接器11进行升级软件代码，确保了数据存储和管理装置具有良好的气密封性。电源选择电路145将接口电路板13提供的5V电源转换为3.3V之后，同时供给控制器141和储能电路146，从而确保控制器141正常工作和储能电路146中存储预备电能。当供电电源突然掉电时，储能电路146仍然可以给控制器141提供电源，可以维持有效供电几十毫秒，确保控制器141可以完成数据存储，实现掉电保护功能。可以理解，所述储能电路146可以省略。可以理解，所述控制器141为ARM单片机，所述第一存储器件142为大容量存储芯片eMMC(EmbeddedMulti-Media Card嵌入式多媒体卡)存储器件，第二存储器件143为小容量存储芯片NORFLASH存储器件。还可以理解，所述第二存储器件143可以省略。

如图3所示，所述储能电路146包括电阻R1、二极管D1和电容组，其中电容组由多个相互并联的极性电容组成，电阻R1的第一端和二极管D1的负极端与电源选择电路145连接，电阻R1的第一端和二极管D1的负极端还与控制器141连接，电阻R1的第二端和二极管D1的正极端与电容组的正极端连接，电容组的负极端接地。其中电阻R1用于限制储能电路146提供的充电电流，防止储能电路146提供的上电启动电流过大而影响数据存储和管理装置的正常启动。所述二极管D1为肖特基二极管，其正向导通压降较小，有助于降低储能电路146工作时二极管D1上的消耗。所述电容为钽电解电容器，体积小、可靠性高、耐环境特性好和寿命长，多个钽电解电容器作为储能电路146的主体，用于储存电能，在ECU提供的电压突然掉电时可以释放电能，多个电容并联有助于降低电容组的等效串联电阻。

可以理解，单片机的工作电压为3.3V，但是单片机和存储器件一般具有一个最小工作电压，最小工作电压一般为2.7V。当ECU突然掉电后，储能电路146开始放电，控制电路板14上的单片机和存储器件可以继续工作，直至电压降至2.7V以下后，单片机和存储器件不再稳定工作，储能电路146的这段放电时间就是数据存储和管理装置的掉电保护时间t。单个电容的容量值C可以根据掉电保护时间t进行计算，计算公式为

其中，V_t是t时刻电容组放电所提供的电压值，V_F是二极管D1的正向导通压降，2.7V+V_F是电路仍能正常工作时电容组两端的最小电压，3.3V是放电开始电压，n表示电容组中并联的电解电容器的数量，C是单个电容的容量，t是放电时间，R是数据存储和管理装置的等效电阻，其可以根据3.3V时电路的消耗电流计算得到。

可以理解，作为优选的，为了降低硬件成本和系统复杂度，不在控制器141内运行嵌入式操作系统，例如现有的uCOSⅡ、VxWorks等，也不引入第三方的文件系统来存储和管理发动机数据，例如FatFs、YAFFS2等。如图4所示，所述第一存储器件142包括1024的整数倍个簇1421，每个簇1421包括1024的整数倍个扇区1422，一个扇区即为第一存储器件142的基本存储单位。在本发明的数据存储和管理装置的实施例中，一个扇区的大小是512Bytes，一个簇1421包含2048个扇区，而整个第一存储器件142包含2048个簇1421，因此第一存储器件142的容量为2GB。所述第一存储器件142的第一个簇1421用于存储数据文件分配列表信息，定义其为FAT空间，剩余的簇1421用于存储数据文件的内容，定义其为DATA空间。可以理解，所述数据文件分配列表信息包括但不限于对应文件的序号、通道号、文件大小、联接的文件数据占用DATA空间的簇1421和扇区1422的信息等，可以根据文件分配列表信息来查找、读取、继续写入数据文件。DATA空间的簇1421可以根据数据文件属性的不同进一步将DATA空间划分成不同的存储区域，例如多个通道的RS422串口接收数据，可以将每个通道的数据都分区域存储。DATA空间的簇1421对于文件来说是最小存储单位，一个文件最少占用一个簇1421，新创建的数据文件从新的空白簇1421开始存储，这样便于数据文件的管理。扇区1422作为第一存储器件142的基本存储单元，每次写入第一存储器件142都以扇区1422作为最小单位，控制器141内的缓存存满数据后，再将数据写入第一存储器件142，同样的，读取第一存储器件142时也以扇区1422为最小单位，这样有利于保证第一存储器件142最优且稳定的读写数据速率。可以理解，当文件的数据量较大时，一个簇1421无法储存全部的数据，此时文件可以占据两个簇1421，当新写入其它文件数据时，新的文件数据再存储至新的空白簇1421。可以理解，所述FAT空间所包含的簇1421也可以是两个、三个或者五个，当读写进第一存储器件142中的文件数量较多时，可以根据实际需要进行重新设定，即所述第一存储器件142包含的至少一个簇1421用于存储数据文件分配列表信息，剩余的簇1421用于存储数据文件的内容。

本发明的数据存储和管理装置一上电后，首先加载运行第一部分程序“在应用烧写IAP”，这部分程序通过编程电脑将JLINK仿真器连接到控制器141的SWD(Serial WireDebug接口串行调试)接口来下载更新。“在应用烧写IAP”程序负责通过RS422串口来接收上位机--即编程电脑发送来的程序代码，然后再将接收到的程序代码根据外部电源的区别烧写到内部FLASH的不同的区域。例如，当电源选择电路145检测到是由ECU供电时，将接收到的程序代码烧写到在线工作模式的控制程序的存储区域进行更新，当电源选择电路145检测到是由地面计算机供电时，将接收到的程序代码烧写到离线工作模式的控制程序的存储区域进行更新。数据存储和管理装置和上位机之间通过指令、应答的方式多次握手来建立可靠的连接，并且数据存储和管理装置在接收完全部代码后会再次上传到电脑进行比对，以确保程序接收无误。IAP程序执行完控制程序更新后或者一段时间内都未接收到上位机的指令，则根据外部供电电源的不同跳转到第二部分程序“在线工作”或第三部分“离线工作”，即28V电源供电则跳转到“在线工作”，USB接口的5V电源供电则跳转到“离线工作”。第二、三部分的程序不再通过JLINK仿真器进行更新，而是利用第一部分程序“在应用烧写IAP”来进行烧写。第二部分程序“在线工作”是数据存储和管理装置连接到ECU时的工作程序，重新初始化外设后，通过串口接收发动机数据，然后按照自定义的文件系统将数据存储在第一存储器件142中。第三部分程序“离线工作”是数据存储和管理装置连接到地面计算机时的工作程序，跳转到离线工作模式后会重新初始化外设，这时数据存储和管理装置作为一个USB接口设备，响应地面计算机的读写命令，可以修改第二存储器件143中的发动机特征信息和装置自身的配置信息，更重要的是，将第一存储器件142中的发动机数据文件上传至地面计算机，地面计算机再将发动机数据解析成实际的发动机物理量和状态信息，然后根据这些发动机数据对发动机的健康状况进行更多的分析和处理。在本发明的数据存储和管理装置的实例中，控制器141的内部FLASH大小为512KB，地址从0x08000000到0x0807FFFF，这三部分程序的FLASH内存储位置的示意图见图5，即控制器141的内部FLASH中设置有三个区分别存储IAP程序、在线工作模式控制程序和离线工作模式控制程序。例如，控制器141的内部FLASH中设置有第一存储区1411、第二存储区1412和第三存储区1413，所述第一存储区1411用于存储IAP程序，第二存储区1412用于存储在线工作模式控制程序，第三存储区1413用于存储离线工作模式控制程序，当数据存储和管理装置一上电后，控制器141首先控制第一存储区1411中的IAP程序运行以检测是否有上位机传输代码更新指令，并根据电源选择电路145检测到供电电源类型来将更新程序更新至第二存储区1412或第三存储区1413，例如，当电源选择电路145检测到由ECU供电时，将上位机传输过来的更新程序传输至第二存储区1412进行存储更新，当电源选择电路145检测到由地面计算机供电时，将上位机传输过来的更新程序传输至第三存储区1413进行存储更新。

可以理解，作为优选的，如图6所示，所述数据存储和管理装置还包括用于监测ECU提供的供电电源的电阻取样电路，所述电阻取样电路分别与ECU和控制器141连接。所述电阻取样电路包括电阻Ra、电阻Rb和电容Ca，电阻Ra的第一端与ECU连接，电阻Ra的第二端与控制器141的AD管脚和电阻Rb的第一端连接，电容Ca的第一端与控制器141的AD管脚连接，电容Ca的第二端和电阻Rb的第二端接地。当控制器141的AD管脚采样到的电压值低于阈值时，则判定ECU提供的供电电源出现掉电，其中该阈值为16V*Ra/(Ra+Rb)。当控制器141通过电阻取样电路采样的电压值低于阈值时，意味着ECU的供电出现了掉电情况，储能电路146开始释放电能以给控制器141继续供电，同时控制器141关闭串口外设及串口接收中断、关闭定时器及定时中断、关闭看门狗外设，并将控制器141内部数据缓存中的数据存储至第一存储器件的数据存储空间和将控制器141内部文件分配表缓存中的内容存储至第一存储器件的数据文件分配表存储空间。

本发明的发动机的数据存储和管理装置，其结构设计改变了常见航机附件的安装方式，直接通过电连接器安装在发动机电子控制器ECU上，节省了电缆以及数据存储和管理装置的安装附件。该装置选择了一个ARM单片机作为数控核心，控制软件运行在单片机上，单片机外接eMMC存储器件来存储发动机数据，另用一个NOR FLASH存储器件来存储发动机特征信息和装置自身的配置信息，同时，ARM单片机通过RS422串口与ECU进行通信来接收发动机数据，并且利用单片机集成的USB外设接口通过接口电路板上的USB接口电路来连接地面计算机从而上传发动机数据。不同于常见的数据存储管理单元的设计方案，该装置的控制软件没有选择嵌入式系统，也没有引入第三方的文件系统，降低了系统复杂度和降低了装置的硬件需求，该装置设计了自定义的文件系统来存储和管理发动机数据，自定义的文件系统通过将eMMC存储器件分为两部分，存储文件分配列表内容的FAT空间和存储文件数据的DATA空间，来实现数据的存储和管理。控制软件实际被划分为三个独立的部分，第一部分“在应用烧写IAP”专门用来升级程序并根据电源判断工作模式和跳转到对应的工作模式，第二部分“在线工作”程序负责装置与ECU连接时的工作实现，第三部分“离线工作”程序则在装置连接到地面计算机时工作，从而可以满足后续软件升级的需要，且仅通过唯一的接口电连接器来进行更新，确保了装置具有良好的气密性。本发明的发动机的数据存储和管理装置可以快速的对ECU传输的发动机数据进行存储，通信速率高，数据存储量大。

如图7所示，本发明的另一实施例还提供一种发动机的数据存储和管理装置的掉电保护方法，其用于对上述优选实施例中的发动机的数据存储和管理装置提供掉电保护，当ECU关闭电源或者电源异常掉落至最小工作电源电压以下时，仍可以确保数据存储和管理装置可以继续正常工作一段时间，可以正常保存发动机数据，不会丢失单片机内部缓冲中的发动机数据，也不会破坏已存储的数据。ECU提供的28V直流电源依次经过电源转换电路135和电源选择电路145转换为3.3V给单片机和存储器件等集成电路供电，按照发动机的数据存储和管理装置的性能指标要求，直流电源实际电压值在16V～32V范围内时，发动机的数据存储和管理装置都应正常工作，即ECU提供的直流电源电压为16V时仍能稳定输出3.3V，因此，当ECU提供的直流电源电压降低至16V以下时，可以判定为ECU提供的供电电源出现掉电。

所述发动机的数据存储和管理装置的掉电保护方法包括以下步骤：

步骤S1：监测ECU提供的供电电源的变化；

步骤S2：若供电电源出现掉电，则关闭串口外设及串口接收中断、关闭定时器及定时中断、关闭看门狗外设；

步骤S3：检测单片机内部数据缓存中是否有数据，有数据则将未保存的数据存储至第一存储器件的数据存储空间；否则直接执行步骤S4；

步骤S4：检测单片机内部文件分配表缓存中是否有内容，若有未保存的文件分配信息则写入第一存储器件的数据文件分配表存储空间中；否则直接执行步骤S5；

步骤S5：执行while循环程序，等待数据存储和管理装置完全掉电；及

步骤S6：在执行while循环程序的过程中持续监测供电电源的变化，若在while循环期间供电电源恢复，则恢复关闭的外设和中断，恢复数据存储和管理装置的正常运行。

可以理解，在所述步骤S1中，利用单片机的AD管脚对ECU提供的供电电源进行采样，具体地，ECU通过电阻取样电路连接至单片机的AD管脚，从而被单片机ADC外设采样。所述电阻取样电路包括电阻Ra、电阻Rb和电容Ca，电阻Ra的第一端与ECU连接，电阻Ra的第二端与单片机的AD管脚和电阻Rb的第一端连接，电容Ca的第一端与单片机的AD管脚连接，电容Ca的第二端和电阻Rb的第二端接地。当单片机的AD管脚采样到的电压值低于阈值时，则判定ECU提供的供电电源出现掉电，其中该阈值为16V*Ra/(Ra+Rb)。

可以理解，在所述步骤S2中，当单片机的AD管脚采样的电压值低于阈值时，单片机控制关闭单片机的串口外设及串口接收中断，停止继续通过RS422接口电路从ECU接收发动机数据；同时单片机控制关闭定时器及定时中断，关闭看门狗外设防止看门狗引起软件复位。总而言之，在单片机的AD管脚采样的电压值低于阈值后，单片机仅保留与存储发动机数据功能相关的外设，关闭了其它不必要的外设和中断，集中单片机资源将单片机内部存储中的发动机数据以及对应的文件列表信息写入到第一存储器件中。另外，当

可以理解，在所述步骤S3中，将单片机内部数据缓存中的数据存储至第一存储器件的DATA空间，即存储至第一存储器件的第一个簇之后的剩余簇中。

可以理解，在所述步骤S4中，将单片机内部文件分配表缓存中的内容存储至第一存储器件的FAT空间，即存储至第一存储器件的第一个簇中。

可以理解，在所述步骤S5中，当单片机的数据缓存内和文件分配表缓存内无内容后，或者均已经写入第一存储器件中后，则执行while循环等待程序，等待数据存储和管理装置完全掉电。

可以理解，在所述步骤S6中，在等待数据存储和管理装置完全掉电的过程中，单片机的AD管脚持续对ECU提供的供电电源进行采样，若采样电压大于等于阈值时，则判定ECU提供的供电电源恢复正常供电，单片机控制恢复已经关闭的外设和中断，从而恢复数据存储和管理装置的正常运行。

本发明的发动机的数据存储和管理装置的掉电保护方法，利用电阻、肖特基二极管、多个钽电解电容组成的电容组设计了储能电路，当数据存储和管理装置突然掉电时储能电路给单片机等集成电路供电，使数据存储和管理装置继续工作一段时间，具体通过单片机的ADC外设采样来监测ECU提供的直流电源的供电情况，当数据存储和管理装置掉电时，触发硬件中断，在中断响应程序中执行掉电保护算法，将单片机内部缓存中未保存的数据和文件分配表内容写入第一存储器件中，保证数据不丢失，并且保证数据存储和管理装置不因文件分配表内容缺失及损坏而导致已存储的数据文件丢失。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发动机的数据存储和管理装置，用于与发动机的电子控制器ECU连接以对发动机在运转过程中产生的大量数据进行存储和管理，其特征在于，

包括电连接器(11)、连接座(12)、接口电路板(13)、控制电路板(14)和保护盖(15)，

电连接器(11)用于与ECU上的连接器插座对接，连接座(12)分别与电连接器(11)和保护盖(15)连接，三者组成一个壳体，接口电路板(13)和控制电路板(14)收容且固定在该壳体内，电连接器(11)通过导线和印制板连接器连接到接口电路板(13)，接口电路板(13)和控制电路板(14)通过板间印制板连接器直接对接，所述连接座(12)和保护盖(15)均为铝材质，整体重心靠近电连接器(11)的位置，保证数据存储和管理装置的抗振动和冲击的性能；

接口电路板(13)上设置有用于对ECU提供的直流电源进行转换以给控制电路板(14)供电且起到电源滤波、保护作用的电源转换电路(135)，电源转换电路(135)分别与ECU和控制电路板(14)连接；

控制电路板(14)上设置有控制器(141)、用于将接口电路板(13)提供的电源电压转换为控制器(141)的工作电源电压的电源选择电路(145)、用于提供掉电保护功能的储能电路(146)以及用于存储来自ECU的发动机数据的第一存储器件(142)，电源选择电路(145)分别与控制器(141)和电源转换电路(135)连接，储能电路(146)分别与电源选择电路(145)和控制器(141)连接，第一存储器件(142)与控制器(141)连接；

数据存储和管理装置还包括用于对ECU提供的供电电源进行监测的电阻取样电路，电阻取样电路分别与ECU和控制器(141)连接；

控制器(141)用于在监测到出现掉电情况时关闭串口外设及串口接收中断、关闭定时器及定时中断、关闭看门狗外设，并用于将控制器(141)内部数据缓存中的数据存储至第一存储器件的数据存储空间和将控制器(141)内部文件分配表缓存中的内容存储至第一存储器件的数据文件分配表存储空间；

接口电路板(13)上设置有用于进行数据传输的RS422接口电路(131)和USB接口电路(132)，RS422接口电路(131)分别与ECU和控制电路板(14)连接，USB接口电路(132)分别与地面计算机和控制电路板(14)连接，控制电路板(14)上还设置有用于进行数据通信的RS422收发电路(144)，RS422收发电路(144)与控制器(141)和RS422接口电路(131)连接；

电源选择电路(145)还用于检测接口电路板(13)提供的电源电压是由ECU供电或者地面计算机供电，控制器(141)用于在电源选择电路(145)检测到接口电路板(13)提供的电源电压是由ECU供电时执行在线工作模式；或者，控制器(141)用于在电源选择电路(145)检测到接口电路板(13)提供的电源电压是由地面计算机供电时执行离线工作模式；

所述第一存储器件(142)包括1024的整数倍个簇(1421)，每个簇(1421)包括1024的整数倍个扇区(1422)，第一个簇(1421)用于存储数据文件分配列表信息，定位为FAT空间，剩余的簇(1421)用于存储数据文件的内容，定义为DATA空间，所述数据文件分配列表信息包括对应文件的序号、通道号、文件大小、联接的文件数据占用DATA空间的簇(1421)和扇区(1422)的信息，可以根据数据文件分配列表信息来查找、读取、继续写入数据文件，DATA空间的簇(1421)根据数据文件属性的不同进一步将DATA空间划分成不同的存储空间；

所述控制器(141)的内部FLASH中设置有第一存储区(1411)、第二存储区(1412)和第三存储区(1413)，所述第一存储区(1411)用于存储IAP程序，所述第二存储区(1412)用于存储在线工作模式控制程序，所述第三存储区(1413)用于存储离线工作模式控制程序，当数据存储和管理装置一上电后，控制器(141)首先控制第一存储区(1411)中的IAP程序运行以检测是否有上位机传输代码更新指令，并根据电源选择电路(145)检测到供电电源类型来将更新程序更新至第二存储区(1412)或第三存储区(1413)，IAP程序执行完控制程序更新后或者一段时间内都未接收到上位机的指令，则根据外部供电电源的不同跳转到第二存储区(1412)的在线工作模式控制程序或者第三存储区(1413)的离线工作模式控制程序。

2.如权利要求1所述的数据存储和管理装置，其特征在于，

储能电路(146)包括电阻R1、二极管D1和电容组，电容组由多个相互并联的极性电容组成；

电阻R1的第一端和二极管D1的负极端与电源选择电路(145)连接，电阻R1的第一端和二极管D1的负极端还与控制器(141)连接，电阻R1的第二端和二极管D1的正极端与电容组的正极端连接，电容组的负极端接地。

3.如权利要求2所述的数据存储和管理装置，其特征在于，

电容组中的单个电容的容量值由以下公式确定

其中，V_t是从掉电时刻开始计算在t时刻时电容组放电所提供的电压值，V_F是二极管D1的正向导通压降，2.7V+V_F是电路仍能正常工作时电容组两端的最小电压，3.3V是放电开始电压，n表示电容组中并联的电解电容器的数量，C是单个电容的容量，t是放电时间，R是数据存储和管理装置的等效电阻，其可以根据3.3V时电路的消耗电流计算得到。

4.如权利要求1所述的数据存储和管理装置，其特征在于，

电阻取样电路包括电阻Ra、电阻Rb和电容Ca，电阻Ra的第一端与ECU连接，电阻Ra的第二端与控制器(141)的AD管脚和电阻Rb的第一端连接，电容Ca的第一端与控制器(141)的AD管脚连接，电容Ca的第二端和电阻Rb的第二端接地。

5.如权利要求1所述的数据存储和管理装置，其特征在于，

接口电路板(13)上还设置有滤波电路，用于滤除RS422接口电路(131)和USB接口电路(132)的传输信号线上的噪声及干扰，以及用于保护RS422接口电路(131)和USB接口电路(132)；

滤波电路分别与RS422接口电路(131)和USB接口电路(132)连接，滤波电路还与控制电路板(14)连接。

6.一种发动机的数据存储和管理装置的掉电保护方法，其特征在于，用于对如权利要求1～5任一项所述的数据存储和管理装置提供掉电保护，其包括以下步骤：

步骤S1：监测ECU提供的供电电源的变化；

步骤S2：若供电电源出现掉电，则关闭串口外设及串口接收中断、关闭定时器及定时中断、关闭看门狗外设；

步骤S3：检测单片机内部数据缓存中是否有数据，有数据则将未保存的数据存储至第一存储器件的第一个簇之后的剩余簇中；否则直接执行步骤S4；

步骤S4：检测单片机内部文件分配表缓存中是否有内容，若有未保存的文件分配信息则写入第一存储器件的第一个簇中；否则直接执行步骤S5；及

步骤S5：执行while循环程序，等待数据存储和管理装置完全掉电；

在执行while循环程序的过程中持续监测供电电源的变化，若在while循环期间供电电源恢复，则恢复关闭的外设和中断，恢复数据存储和管理装置的正常运行。

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