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摘 要：介绍基于AT89C51单片机的发动机异响故障诊断分析系统的组成和测试原理，给出了系统的硬件和软件设计方案。
关键词：发动机；异响；单片机；故障诊断
1 系统结构及工作原理
该系统通过单片机对发动机各部位的振动信号进行采集，数据送入PC机进行处理，处理过程主要是时域和频域分析。通过各通道的自我比较，并与样本信息进行对比，对发动机机械运动状况作出评价，判断异响的类型并分析故障产生的原因。在分析过程中可通过人工干预进行快速诊断（这主要是针对出现显著的故障特征波形或幅值），最后输出并打印报表。系统结构的基本组成如图1所示。 （图片） 2 单片机信号采集系统
2．1 系统组成
单片机信号采集系统的基本组成如图2所示，主要由单片机，双端口SRAM、A/D转换器、计算机接口组成。（图片） 系统以单片机为核心进行数据采集，上位PC机通过接口启动单片机工作后，并且CPU资源向其他请求开放，89C51发控制信号启动A/D转换器进行采样，通过地址总线确定通道顺序切换。然后将转换结果存入双端口SRAM，当SRAM中数据达到一定数量时，89C51向计算机发出中断请求，上位PC机接到请求后进入中断服务程序向单片机发出命令，决定是否继续采样，并将SRAM中的数据读取到内存。通过地址总线进行顺序切换逻辑通道进行巡回采集。
2．2 硬件设计
本系统的目标对象为汽车发动机，设发动机的最高转速为8000r/min，则其频率为. 通过8通道轮回采样的频率f＝2160Hz。因此本系统选用MAX152 A/D转换器，其速度满足要求。单片机采用AT89C51，具有开发成本低，周期短，内有4KBflash闪存等优点，基本的控制程序完全能存入。
双端口SRAM不但可以解决高速主机与慢速外设之间数据传输的“瓶颈”问题，而且也可以解决主机与超高外设之间的数据传输问题。SRAM的2个端口均为独立的控制片选信号CE，输出允许控制OE和读写控制R/W，它们的操作方式与一般的RAM基本相同。主要区别在于其busy信号，当2个端口对同一内存单元访问时，busy信号将会起作用。因此在使用时需采取一定措施，本系统采用内部分块的方法，将busy信号输出端通过上拉电阻控制电源正极。
MAX152 A/D转换器是高速、微控制器兼容、8位模/数转换器。由于芯片采用半闪烁转换技术和低电源电压供电及三态输出，所以具有快速转换，功耗低和易与各类微控制器接口等优点。转换时间只需1．8μs，转换速率为400＊103次/s。
2．3 软件设计
系统的软件主要是AT89C51的主程序，其流程图如图3所示，在软件中关键的是89C51程序地址的确定和功能的模块化，它承担了与主机通信、A/D转换的控制、数据的缓存操作等核心任务。（图片） 3 上位PC机的软件分析系统设计
发动机异响软件分析系统设计方案如图4所示。 系统软件在启动单片机数据采集后转入数据接受状态，即把采集的数据存入内存，然后进行时域、频域分析。从中得出各通道具有的相关信息和传递信息，分 离出故障信息，最终与样本信息库和历史信息库的波形对比，通过波形的对比结果来判断发动机的异响。（图片） 在整个系统中具有时域和频域图形实时输出，因此采用了先进的图形化编程语言工具Labview5．1 forwindows。Labview语言的主要特点就是将系统分解为若干基本功能模块，模块的引脚代表输入/输出接口。用户可通过交互手段，采用图形化框图设计的方法，完成系统的逻辑和测量分析功能设计。因此其程序设计过程与人们思维接近，程序框图实现了程序代码功能，避免了一般语言编程的繁琐。
通过FFT算法实现频域信号分析。采用该系统对发动机异响故障信号实现时域和频域分析结果示例如 图5、6所示。（图片） （图片） 4 结束语
基于AT89C51单片机发动机异响故障诊断分析系统具有性能可靠、工作稳定、操作简便及抗干扰能力强的特点。既可在线测试发动机的异响波形，又可通过频谱分析及与样本信息进行比对后判断出故障的类型，并分析故障产生的原因。该方案为发动机异响的诊断提供了技术支持，也为其他相关测试系统的开发积累了有益的经验。
11/24/2004
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