本發(fā)明涉及發(fā)動機性能監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及基于數(shù)字化監(jiān)測重型裝備發(fā)動機的監(jiān)測裝置及其監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
：我軍陸軍裝備的動力傳動系統(tǒng)缺乏對其技術(shù)狀態(tài)進行有效監(jiān)測和故障診斷的方法及設(shè)備，由于不具備測試接口，因此開展動力傳動系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷研究存在很大的難度。為解決現(xiàn)役主戰(zhàn)坦克的狀態(tài)檢測和故障診斷問題，目前相關(guān)部門研制開發(fā)了一些離線和狀態(tài)檢測和故障診斷設(shè)備。這些設(shè)備在裝甲車輛的維修、保障中起到了一定的積極作用，但是在功能上比較單一，主要針對各個子系統(tǒng)進行獨立分散的檢測和診斷，缺乏整合性；此外它們多采用離線的檢測方式，不能實現(xiàn)較全面的在線監(jiān)測和故障診斷，因此往往不能及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障誘因，錯過維修時機，導(dǎo)致更嚴(yán)重的破壞性故障。因此，研制一種在線實時監(jiān)測并能有效評估動力傳動系技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)測評估系統(tǒng)，對于保持裝備的良好技術(shù)性能和戰(zhàn)斗力，提高裝備完好率具有重要的現(xiàn)實意義。為保證良好的戰(zhàn)技性能和安全可靠地工作，車輛在使用一定時期或根據(jù)其技術(shù)狀況變化情況，應(yīng)及時進行維修；目前，我軍裝甲車輛在維修方式上仍采用傳統(tǒng)的“定時維修”制度，即一旦使用到規(guī)定的大修間隔期，強制送專業(yè)修理廠進行大修。但是，由于裝備使用條件不同，有的在熱帶地區(qū)使用，有的在寒冷地區(qū)使用，有的經(jīng)常處于多灰塵下工作，有的在高原上工作；有的使用環(huán)境雖然相同，但具體使用工況不同。因此，裝備履歷簿上記錄的摩托小時，不一定真實反映動力傳動系統(tǒng)的技術(shù)狀況，以此為依據(jù)來決定維修時機，會導(dǎo)致過剩修理或不足修理現(xiàn)象。所以定期維修制度雖然能確保裝備的戰(zhàn)斗力，但沒有考慮每臺車輛在使用期內(nèi)工作環(huán)境和具體使用特點等情況造成的使用壽命長短的個體差異，在送修時間上一刀切，限制了工作潛力的充分發(fā)揮。因此，綜合評價裝備發(fā)動機的技術(shù)狀況，視情提出維修建議，對于裝備使用、維修和保障具有重要的現(xiàn)實意義。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明設(shè)計開發(fā)了基于數(shù)字化監(jiān)測重型裝備發(fā)動機的監(jiān)測裝置，本發(fā)明的發(fā)明目的之一是解決多參數(shù)、多系統(tǒng)實時在線檢測的問題。本發(fā)明的發(fā)明目的之二是解決數(shù)據(jù)傳輸過程中系統(tǒng)與重型裝備之間抗電氣干擾以及模擬信號電磁兼容性高的問題。本發(fā)明設(shè)計還開發(fā)了基于數(shù)字化監(jiān)測重型裝備發(fā)動機的監(jiān)測方法，本發(fā)明的發(fā)明目的是通過實時在線全面監(jiān)測發(fā)動機狀態(tài)，實現(xiàn)對發(fā)動機狀態(tài)的實時評價以及異常狀態(tài)的報警。本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：基于數(shù)字化監(jiān)測重型裝備發(fā)動機的監(jiān)測裝置，包括：主控機，其用于對所述重型裝備發(fā)動機進行監(jiān)測；CAN總線，其與所述主控機進行數(shù)據(jù)傳輸；發(fā)動機監(jiān)測模塊，其連接所述CAN總線，用于采集發(fā)動機振動數(shù)據(jù)、燃油油量數(shù)據(jù)以及瞬時轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；儀表參數(shù)監(jiān)測模塊，其連接所述CAN總線，用于將發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速的輸入信號以及溫度、油壓和電流的輸入信號通過所述CAN總線與主控機進行數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)選的是，所述發(fā)動機監(jiān)測模塊包括：轉(zhuǎn)速傳感器，其用于測量發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速；渦輪流量傳感器，其用于測量燃油油量；以及振動加速度傳感器，其用于測量發(fā)動機振動烈度。優(yōu)選的是，所述監(jiān)測模塊使用C8051F040單片機進行數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)選的是，在所述儀表參數(shù)監(jiān)測模塊中，所述輸入信號包括：發(fā)動機轉(zhuǎn)速和車速的脈沖信號；以及溫度、油壓和電流的電壓信號；其中，采用儀用放大器將所述電壓信號輸入，再通過隔離放大器后輸入所述單片機，經(jīng)過所述單片機的信號轉(zhuǎn)換，輸出水溫、燃油油溫、燃油油壓、液壓油油壓、電流和電壓?；跀?shù)字化監(jiān)測重型裝備發(fā)動機的監(jiān)測方法，包括：采集發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)，其包括瞬時轉(zhuǎn)速、燃油油耗以及發(fā)動機振動烈度；采集工況監(jiān)測數(shù)據(jù)，其包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、起動電壓、起動電流、機油油壓、液壓油油壓、機油油溫以及冷卻水溫；所述監(jiān)測數(shù)據(jù)通過CAN總線通信電路傳輸至主控機；所述主控機對所述發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析處理，確定發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)，其采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測模型，其包括如下步驟：步驟一、按照采樣周期，通過傳感器測量發(fā)動機的轉(zhuǎn)速波動量、加速時間、減速時間、燃油油耗以及振動能量；步驟二、確定三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層神經(jīng)元向量x＝{x1,x2,x3,x4,x5}；其中，x1為轉(zhuǎn)速波動量，x2為加速時間，x3為減速時間，x4為燃油油耗，x5為振動能量；步驟三、所述輸入層向量映射到隱層，隱層的神經(jīng)元為m個；步驟四、得到輸出層神經(jīng)元向量o＝{o1,o2,o3,o4,o5}；其中，o1為技術(shù)狀態(tài)好，o2為技術(shù)狀態(tài)較好，o3為技術(shù)狀態(tài)一般，o4為技術(shù)狀態(tài)較差，o5為技術(shù)狀態(tài)差，所述輸出層神經(jīng)元值為k為輸出層神經(jīng)元序列號，k＝{1,2,3,4,5}，i為技術(shù)狀態(tài)值，i＝{1,2,3,4,5}，當(dāng)ok為1時，此時發(fā)動機處于ok對應(yīng)的技術(shù)狀態(tài)；所述主控機對所述工況監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析處理，在發(fā)動機工作異常時進行報警。優(yōu)選的是，所述隱層的神經(jīng)元為10個。優(yōu)選的是，所述隱層及所述輸出層的激勵函數(shù)均采用S型函數(shù)fj(x)＝1/(1+e-x)。優(yōu)選的是，所述振動烈度其中，Vi為測量的振動速度值，N為測量的振動信號樣本長度；以及在所述步驟一中，所述轉(zhuǎn)速波動量其中，n表示為在一個工作循環(huán)內(nèi)瞬時轉(zhuǎn)速波形表現(xiàn)次數(shù)，nimax為每次波動的最大值，nimin為每次波動的最小值。優(yōu)選的是，對所述工況監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析處理，在發(fā)動機工作異常時進行報警，所述工作異常包括：所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于450rpm，所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于2000rpm，所述冷卻水溫高于105℃，所述機油溫度高于110℃或者所述機油油壓高于0.5MPa。優(yōu)選的是，所述工作異常還包括：蓄電池中的荷電狀態(tài)低于50％。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較所具有的有益效果：1、實現(xiàn)了軍用重型裝備發(fā)動機在線監(jiān)測，實現(xiàn)了機內(nèi)測試與評估診斷的功能，解決了車輛測試性差的問題；2、采用的CAN總線技術(shù)，有效地減少了信號電纜的總長度和復(fù)雜度，提高了信息采集系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性；提升了裝備信息化水平，為戰(zhàn)場指揮控制及時提供工況信息和報告故障情況，為構(gòu)建保障信息鏈提供了技術(shù)基礎(chǔ)；3、信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成度高、功能強大、抗干擾性能強；應(yīng)用計算機技術(shù)，實現(xiàn)了信號檢測與參數(shù)監(jiān)測的自動化和智能化，提高了檢測效率，保證了檢測精度和技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測的實時性；4、采用了小樣本統(tǒng)計模擬理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)理論，解決了建模時所需的大數(shù)據(jù)樣本問題。監(jiān)測系統(tǒng)在裝備使用過程中自動采集、記錄動力傳動系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)不斷完善監(jiān)測評估模型，從而提高監(jiān)測系統(tǒng)性能。附圖說明圖1為本發(fā)明所述的監(jiān)測模塊中的CPU板的構(gòu)成。圖2為本發(fā)明所述的儀表參數(shù)監(jiān)測模塊的構(gòu)成。圖3為本發(fā)明所述的儀用放大器INA101AG外圍電路1。圖4為本發(fā)明所述的儀用放大器INA101AG外圍電路2。圖5為MAX308EJE外圍電路。圖6為ISO100CP外圍電路。圖7為脈沖信號采集電路。圖8為CAN總線配置示意圖。圖9為監(jiān)測模塊的主程序流程圖。圖10為發(fā)動機加減速過程的瞬時轉(zhuǎn)速曲線。圖11為倒拖發(fā)動機時的瞬時轉(zhuǎn)速曲線。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。如圖1所示，本發(fā)明提供了基于數(shù)字化監(jiān)測重型裝備發(fā)動機的監(jiān)測裝置，包括：主控機，其用于對所述重型裝備發(fā)動機進行監(jiān)測；CAN總線通信電路，其包括CAN總線控制器和CAN總線收發(fā)器，所述CAN總線控制器通過所述CAN總線收發(fā)器與所述主控機進行數(shù)據(jù)傳輸；發(fā)動機監(jiān)測模塊，其連接所述CAN總線通信電路，用于采集發(fā)動機振動數(shù)據(jù)、燃油油量數(shù)據(jù)以及瞬時轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)；儀表參數(shù)監(jiān)測模塊，其連接所述CAN總線收發(fā)器，用于將輸入信號通過所述CAN總線控制器與主控機進行數(shù)據(jù)傳輸。在另一種實施例中，主機選用了一款工業(yè)級PC104的工控機，可在-10℃到+80℃的環(huán)境中工作，基本配置表1所示。表1主控機配置在工控機上通過Windows編程實現(xiàn)CAN總線的控制、各節(jié)點的管理，各節(jié)點采集的參數(shù)數(shù)據(jù)以及原始數(shù)據(jù)都存儲到主控機的CF卡中，動力傳動系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測評估軟件集成到本系統(tǒng)內(nèi)，通過駕駛員終端觸摸屏，操作者可獲得坦克的運行狀態(tài)信息和監(jiān)測結(jié)果。在另一種實施例中，監(jiān)測模塊內(nèi)部都集成了新型單片機C8051F040，每個模塊就是一個智能節(jié)點，由相應(yīng)的模擬信號接口板、CPU板以及電源模塊構(gòu)成，其中CPU板的構(gòu)成如圖1所示。各模塊以C8051F040為核心，并增加了擴展SRAM、RTC(實時時鐘)、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、擴展I/O口、自檢接口等電路單元。各監(jiān)測模塊的模擬信號接口板單獨設(shè)計，負(fù)責(zé)將模擬信號或脈沖信號調(diào)理到滿足C8051F040接口標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍。為了提高系統(tǒng)的抗干擾性能和電磁兼容性，硬件系統(tǒng)的所有接入信號(包括模擬信號和脈沖信號)全部采用隔離措施，即模擬電路和脈沖信號電路全部采用隔離放大器和光電耦合器的電路結(jié)構(gòu)，大大提高了本系統(tǒng)的電磁兼容性，保證了各模塊可靠工作，而且保證了對車輛動力傳動系統(tǒng)無干擾。模塊內(nèi)部啟用了硬件看門狗電路，保證萬一軟件系統(tǒng)異常時系統(tǒng)可正常自恢復(fù)。各監(jiān)測模塊統(tǒng)一使用坦克蓄電池24V直流電壓供電，電源模塊全部選用了隔離型DC-DC模塊，將24V電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電壓。該5V電壓分別送入模擬信號接口板和CPU板，分別由各自的線性穩(wěn)壓器或DC-DC模塊產(chǎn)生工作電壓。在另一種實施例中，監(jiān)測軟件由運行在各模塊內(nèi)的數(shù)據(jù)采集、分析軟件和運行在主機的參數(shù)監(jiān)測軟件構(gòu)成；運行在各模塊的監(jiān)測軟件采用C語言編寫，在KEILC環(huán)境中編譯，軟件主循環(huán)選通各路模擬信號，完成數(shù)據(jù)采集分析和評判任務(wù)，按照總線命令要求傳輸數(shù)據(jù)；CAN總線控制器配置為中斷模式，單片機在CAN接收中斷中解析命令，并向響應(yīng)命令，將本地檢測獲得的技術(shù)狀況信息打包送入總線。CAN主控機參數(shù)監(jiān)測軟件在windows中visualbasic6.0環(huán)境下編寫，軟件主要有三部分構(gòu)成：主控軟件，包括CAN接口管理、檢測邊界條件的設(shè)定、按照設(shè)定信息與CAN結(jié)點通信、虛擬儀表、人機交互；參數(shù)監(jiān)測模塊，負(fù)責(zé)監(jiān)測各工況參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)，異常時報警，日常數(shù)據(jù)庫管理，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫查詢，監(jiān)測診斷報告生成；技術(shù)狀態(tài)評估模塊，對動力系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)進行分級評定；軟件操作通過觸摸屏完成，總線管理、數(shù)據(jù)存儲、技術(shù)狀況監(jiān)測等過程在后臺自動執(zhí)行。在本實施例中，在動力傳動系統(tǒng)運行過程中，轉(zhuǎn)速、壓力、溫度及振動等信號能夠充分反映其工作狀態(tài)，這些信號通過各監(jiān)測模塊進行采集并分析計算特征參數(shù)，然后將相應(yīng)的參數(shù)經(jīng)總線實時送入主控機，由主控機完成監(jiān)測評估任務(wù)，因為采用了CAN總線技術(shù)，所以各模塊間信息的共享更加容易，如變速箱模塊和發(fā)動機模塊都要使用工況模塊的發(fā)動機轉(zhuǎn)速參數(shù)來確定參數(shù)檢測的邊界條件；各監(jiān)測信號、參數(shù)及傳感器如表2所示，儀表參數(shù)監(jiān)測模塊具體監(jiān)測的參數(shù)如表3所示。表2各監(jiān)測信號、參數(shù)及傳感器表3儀表參數(shù)監(jiān)測模塊采集的信號在另一種實施例中，如圖2所示，發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器和車速傳感器輸出的脈沖信號經(jīng)調(diào)理電路分別輸入到C8051F040的T4、T2，測出發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和車輛行駛的速度，再由軟件計算出發(fā)動機的總摩托小時、行駛時發(fā)動機工作的摩托小時、行駛的總里程數(shù)、行駛的本次里程數(shù)。溫度、油壓、電流傳感器產(chǎn)生的都是電壓信號，與蓄電池的電壓信號經(jīng)調(diào)理電路輸入到多路開關(guān)MAX308；由C8051F040產(chǎn)生的通道選擇信號來控制具體哪一路信號輸入到C8051F040的AIN0.0，利用C8051F040內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，分時計算出水溫、機油油溫、機油壓力、液壓油壓力及電流、電壓；外部復(fù)位電路可以強制C8051F04進入復(fù)位狀態(tài)。時鐘日歷產(chǎn)生電路為C8051F040提供日期和時鐘，為存儲的數(shù)據(jù)提供基準(zhǔn)。C8051F040通過CAN總線收發(fā)器與主控機PC104進行通訊。主控機PC104對使用參數(shù)檢測模塊采集的信號進行存儲，同時可以通過PC104上的人機交互界面可以對歷史數(shù)據(jù)進行查詢，再現(xiàn)坦克使用過程中的技術(shù)狀況。在另一種實施例中，對模擬信號的采集要保證系統(tǒng)對儀表的讀數(shù)沒有干擾，否則即使采集系統(tǒng)可以修正，也會給駕駛員觀察儀表造成誤差，影響裝備正常使用。為了盡可能的消除系統(tǒng)和坦克間的相互電氣干擾，采用了兩級抗干擾措施。首先采用具有高阻抗輸入特性的儀用放大器將原信號接入本電路，基本上不改變原儀表電路的阻抗特性，保證不影響原有儀表系統(tǒng)的精度；另外還在各儀用放大器之后設(shè)計了多路開關(guān)，使各路模擬信號依次通過隔離放大器后再進入CPU板的A/D，從而杜絕了相互干擾，提高了電磁兼容性。儀用放大器是一種具有差分輸入和相對參考端單端輸出的閉環(huán)增益組件，具有差分輸出和相對參考端的單端輸出。儀用放大器是集成放大器的一個分支，它比普通放大器具有更優(yōu)異的電氣性能；但是，儀表放大器的價格比普通放大器的價格要高，近年來由于制造技術(shù)的提高，特別是單片式儀用放大器的出現(xiàn)，極大的降低了儀用放大器的成本和體積，因此，儀用放大器得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。儀用放大器可以是組合而成的混合式儀表放大器，也可以是單片式集成儀表放大器。由于單片式儀表放大器具有成本低、體積小、使用方便等一系列特點，因此在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用；在本實施例中，如圖3所示，對模擬信號的調(diào)理選用了INA101AG儀用放大器，水溫、機油油溫、機油壓力、液壓油壓力、電流信號的幅值范圍均小于8V，它們與INA101AG的電路連接完全一樣，INA101AG采用單端輸入，信號直接輸入到+Input，－Input接地；GainSet1、GainSet2分別與GainSense1、GainSense2連接，RG不接(即RG無窮大)，則增益G＝1；+VCC、-VCC分別接+12V、-12V電源；其它管腳空；由于蓄電池的電壓信號直接取自蓄電池的端電壓，電壓變化范圍是18～26V，為了使蓄電池輸出信號和其它的電壓信號幅值一致，在電壓信號輸入到INA101AG前加分流電阻R41、R42，如圖4所示。則INA輸出端的電壓變化范圍為到遠(yuǎn)距離傳輸信號常因兩地信號和電源的接地或者其它有共同回路而引入干擾，嚴(yán)重時會使系統(tǒng)失效；從安全角度考慮，希望強電部分不要影響操作人員；兩個系統(tǒng)連接時也希望相互不發(fā)生干擾。因此電路中需要隔離措施，即一方面要切斷電路間的直接聯(lián)系，另一方面又要保證信號暢通。變壓器就是利用電磁感應(yīng)原理將信號從初級傳到次級，但兩者在電路上并沒有聯(lián)系。目前常用的隔離方式有變壓器耦合和光電耦合兩種方式，兩種方式各有特點。一般來說，光電耦合在線性誤差、隔離電壓、共模抑制比等方面不及變壓器耦合方式，但光耦合方式具有頻響范圍寬、不受電磁干擾、接受高頻信號的敏感度低、體積小、價格便宜等特點；在本實施例中，選用了Burr－Brown公司生產(chǎn)的一種光電耦合隔離放大器ISO100CP，其具有精度高，線性好等特點。內(nèi)部的反饋電路保證了ISO100CP具有很高的時間溫度穩(wěn)定性，內(nèi)部器件的激光修正保證了它的溫漂很小。ISO使用方便，可以很容易的實現(xiàn)電流－電壓變換或者電壓－電壓變換，并且增益可以通過外接電阻進行調(diào)節(jié)，具有較高的頻率帶寬。主要應(yīng)用在工業(yè)過程控制、生物設(shè)備、測試儀器和數(shù)據(jù)采集等場合。在本實施例中，儀用放大器INA101AG輸出的六路電壓信號經(jīng)MAX308EJE八選一多路開關(guān)選通后分時輸入到ISO100CP的輸入端，MAX308EJE的外圍電路如圖5所示；電源VDD、使能端EN接+12V，使其一直處于工作狀態(tài)；由于所有的輸入信號都是大于零的電壓信號，VEE與GND接“地”；水溫信號、機油油溫信號、機油壓力信號、液壓油壓力信號、電壓信號、電流信號分別接MAX308EJE的NO1～NO6；C8051F040的P2.0、P2.1、P2.2經(jīng)6N137隔離后接MAX308EJE的A0、A1、A2作為MAX308EJE的通道選擇信號。ISO100CP的外圍電路如圖6所示，采用單端輸入方式。輸入、輸出端電源V1+、V1-分別接+15V、-15V電源，INCOM、OUTCOM分別接地。輸入信號來自于MAX308EJE的輸出信號，輸出信號輸入到C8051F040的AIN0.0。為了減小單端輸入時的誤差，通過電阻R31、R32在REF1端加一個偏置電壓，當(dāng)輸入信號為零時，調(diào)整電位器R35，即調(diào)整輸出端的偏置電壓REF2，使輸出信號為零。在如圖6所示的電路中，其中VOUT為ISO100CP的輸出電壓；VIN為ISO100CP的輸入電壓，在這里輸入信號均小于8V；RF為反饋電阻，阻值為220KΩ；RIN為電阻，等于R36和MAX308EJE內(nèi)阻之和，即RIN＝680K+100＝680100Ω(MAX308EJE的通道內(nèi)阻為100Ω)；所以ISO100CP的輸出信號的電壓滿足C8051F040的模擬輸入端的電平要求。在ISO100CP的輸出端接一個由R35、C36構(gòu)成的低通濾波器，濾波頻率上限在另一種實施例中，如圖7所示，本發(fā)明采集的脈沖信號主要包括車速信號和速度信號，信號均為幅值為5.6V的方波信號，為了減小電路對系統(tǒng)的干擾，本系統(tǒng)采用光耦隔離器6N137進行隔離，并把6N137輸出的信號經(jīng)SN74LS14N取反后分別輸入到C8051F040的T2和T4，車速信號和轉(zhuǎn)速信號的調(diào)理電路完全一樣。轉(zhuǎn)速信號(ZSXH)經(jīng)限流電阻R21接三極管9013的基極，當(dāng)輸入為高電平(5.6V)時，三極管T21導(dǎo)通，使6N137的輸入端發(fā)光二極管工作，輸出端光敏二極管導(dǎo)通，輸出低電平，經(jīng)SN74LS14N取反后輸出高電平，與輸入的轉(zhuǎn)速信號同相，6N137的輸出為開漏，輸出端需接加上拉電阻R25，經(jīng)SN74LS14N取反后輸出到C8051F040的T2；6N137的ENABLE(管腳7)接高電平，使其一直工作；6N137的輸入輸出的電源和地分別接坦克上信號的電源、地和采集系統(tǒng)的電源和地，從而徹底隔離了兩部分的電氣聯(lián)系。在另一種實施例中，經(jīng)過綜合調(diào)研，結(jié)合車輛現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)測的任務(wù)需求，在車輛測控中廣泛使用的CAN總線網(wǎng)絡(luò)；C8051F040單片機具有局域網(wǎng)(CAN)控制器，用CAN協(xié)議進行串行通信。SiliconLabsCAN控制器符合Bosch規(guī)范2.0A(基本CAN)和2.0B(全功能CAN)，方便了在CAN網(wǎng)絡(luò)上的通信。CAN控制器包含一個CAN核、消息RAM(獨立于CIP-51的RAM)、消息處理狀態(tài)機和控制寄存器。SiliconLabsCAN是一個協(xié)議控制器，不提供物理層驅(qū)動器(即收發(fā)器)，需接CAN總線收發(fā)器才能和外部進行通訊。如圖8所示，CAN總線收發(fā)器采用Philips公司的PCA82C250CAN總線收發(fā)器，PCA82C250是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口，此器件對總線提供差動發(fā)送能力，對CAN控制器提供差動接收能力。系統(tǒng)通過CAN總線實現(xiàn)了信息的互通互聯(lián)，位于主控機內(nèi)的CAN卡和各模塊內(nèi)的CAN控制器保證了信息的可靠傳輸，但是為保證各種參數(shù)信息被系統(tǒng)正確識別、分類、存儲則必須建立完善的應(yīng)用層協(xié)議。通信協(xié)議采用“ID+數(shù)據(jù)”的格式組合成一個一個消息的形式，其中數(shù)據(jù)為3個字節(jié)，每個消息幀為40位(共占5個字節(jié))，格式如表4所示。表4通信協(xié)議格式模塊編號消息編號幀類型(RTR)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)(DLC)消息內(nèi)容4位7位1位(數(shù)據(jù)幀)4位8字節(jié)xxxxyyyyyyy01000D0—D7其中：ID(仲裁域)由模塊編號3位和消息編號7位組成(共11位)；控制域中RTR為0，恒定為數(shù)據(jù)幀，DLC由4位組成，設(shè)置為3；消息描述為3字節(jié)，存放在數(shù)據(jù)域中。動力、傳動系狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的主控機和三個監(jiān)測模塊的編號如下：主控機為0，儀表參數(shù)監(jiān)測模塊為1，發(fā)動機監(jiān)測模塊為2；編號從1開始，標(biāo)示信息的類型，意義如下：1為故障信息，故障碼相應(yīng)填寫在消息描述中；2為一般參數(shù)，模塊通過參數(shù)監(jiān)測計算獲得的參數(shù)信息；2為工況信息碼，模塊采集的工況信息；4為狀態(tài)信息碼，模塊監(jiān)測結(jié)果；5為配置信息，必要時，主機通過總線修改各模塊配置，通過此消息傳輸配置字；6為自檢狀態(tài)信息，消息描述中填寫模塊自檢結(jié)果。消息描述的中、高字節(jié)用來填寫參數(shù)或工況檢測的具體結(jié)果值，低字節(jié)中的低四位填寫指數(shù)值，高四位填寫參數(shù)或工況的序號，在各模塊中獨立定義。在另一種實施例中，所有監(jiān)測模塊采用相同的CPU板，基本監(jiān)測軟件的結(jié)構(gòu)相同。軟件主循環(huán)選通各路模擬信號，完成數(shù)據(jù)采集分析和評判任務(wù)，按照總線命令要求傳輸數(shù)據(jù)；CAN總線控制器配置為中斷模式，單片機在CAN接收中斷中解析命令，并響應(yīng)命令，將本地檢測獲得的技術(shù)狀況信息打包送入總線。系統(tǒng)開機后，由監(jiān)測模塊主程序負(fù)責(zé)初始化所有外部設(shè)備，開放CAN中斷、自檢、上傳自檢結(jié)果、從總線讀取配置信息、然后循環(huán)掃描A/D，監(jiān)督各路信號的變化情況，計算相應(yīng)的參數(shù)值，按照預(yù)定的時間間隔上傳數(shù)據(jù)；主程序和中斷程序通過若干全局變量來傳遞信息；主程序流程如圖9所示；其中，初始化程序包含以下過程：(1)初始化系統(tǒng)寄存器、PLL、看門狗和時鐘，使單片及工作在外部晶振設(shè)定的22.1184MHz；(2)初始化CAN消息對象，包括仲裁域結(jié)構(gòu)、幀格式、結(jié)點地址、位定時等，設(shè)置通信速率為125kbps；(3)初始化A/D至已知狀態(tài)；初始化完成后，主程序調(diào)用FLASH中存儲的配置文件，包括默認(rèn)的數(shù)據(jù)上傳時間間隔、各工況參數(shù)的報警值、故障模式信息等；接下來主程序啟動A/D，進入主程序循環(huán)，在這個循環(huán)內(nèi)，單片機的主要工作是按照順序掃描A/D，按照各模塊的配置、將模擬板上各路信號數(shù)字化，然后調(diào)用各自的參數(shù)監(jiān)測子程序，進行參數(shù)計算、技術(shù)狀況評判和簡單的故障推斷，如果發(fā)現(xiàn)異常，迅速向主機發(fā)送故障消息，否則按照既定的時間間隔上傳數(shù)據(jù)。單片機開放CAN中斷用來接收主機傳來的命令或其它模塊的廣播信息，在中斷服務(wù)程序中，單片機按照總線協(xié)議解析主機的命令并相應(yīng)命令，上傳數(shù)據(jù)或下在配置數(shù)據(jù)。在另一種實施例中，CAN主控機參數(shù)監(jiān)測軟件在windows中visualbasic6.0環(huán)境下編寫，軟件主要有三部分構(gòu)成：(1)主控軟件，包括CAN接口管理、檢測邊界條件的設(shè)定、按照設(shè)定信息與CAN結(jié)點通信、虛擬儀表、人機交互；(2)參數(shù)監(jiān)測模塊，負(fù)責(zé)監(jiān)測各工況參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)，異常時報警，日常數(shù)據(jù)庫管理，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫查詢，監(jiān)測診斷報告生成；(3)技術(shù)狀態(tài)評估模塊，對動力傳動系統(tǒng)的技術(shù)狀態(tài)進行分級評定；軟件操作通過觸摸屏完成，總線管理、數(shù)據(jù)存儲、技術(shù)狀況監(jiān)測等過程在后臺自動執(zhí)行。本發(fā)明還提供了基于數(shù)字化監(jiān)測重型裝備發(fā)動機的監(jiān)測方法，包括：采集發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)，其包括瞬時轉(zhuǎn)速、燃油油耗以及發(fā)動機振動烈度；采集工況監(jiān)測數(shù)據(jù)，其包括發(fā)動機轉(zhuǎn)速、起動電壓、起動電流、機油油壓、液壓油油壓、機油油溫以及冷卻水溫；監(jiān)測數(shù)據(jù)通過CAN總線通信電路傳輸至主控機；主控機對所述發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析處理，對發(fā)動機進行性能監(jiān)測，確定發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)；對所述工況監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析處理，在發(fā)動機工作異常時進行報警。在另一種實施例中，發(fā)動機在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，曲軸的平均轉(zhuǎn)速是不變的，但曲軸的瞬時轉(zhuǎn)速是變化的，曲軸的瞬時轉(zhuǎn)速包含著豐富的信息，在發(fā)動機穩(wěn)定工作時，一個周期內(nèi)轉(zhuǎn)速的波動與各缸的噴油情況、磨損情況、進氣情況等有直接關(guān)系。在電機拖動發(fā)動機運行時，一個周期內(nèi)瞬時轉(zhuǎn)速的波動直接與各缸的磨損有關(guān)。此外發(fā)動機加速和減速過程也必須通過測量曲軸的瞬時轉(zhuǎn)速才能精確測量?？梢姲l(fā)動機曲軸的瞬時轉(zhuǎn)速是表征發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)的很重要參數(shù)之一，也是評估發(fā)動機使用期的很重要參數(shù)。實車上可采用光電式、磁電式或紅外式傳感器來測量柴油機的平均轉(zhuǎn)速和瞬時轉(zhuǎn)速；在本實施例中，使用的瞬時轉(zhuǎn)速測量傳感器安裝在起動轂齒輪處。根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速信號可計算發(fā)動機的轉(zhuǎn)速波動量及加速和減速時間，轉(zhuǎn)速波動量，加速和減速時間是評估發(fā)動機使用期的重要參數(shù)。在實車上，加速和減速時間可通過測量曲軸在加速和減速過程中的瞬時轉(zhuǎn)速信號后計算求得；試驗測量的發(fā)動機在加速和減速過程中的瞬時轉(zhuǎn)速如圖10所示。在本實施例中，加速時間是指發(fā)動機在空負(fù)荷怠速的情況下，迅速將油門踏到底，使發(fā)動機加速，計算從怠速加速到最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的時間，加速時間是表示發(fā)動機動力性能的重要指標(biāo)，隨著發(fā)動機使用期的增長，磨損增加，功率下降，加速時間將變長；減速時間是指發(fā)動機在最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時迅速停止供油，讓發(fā)動機自然減速，計算從最高空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速減速到轉(zhuǎn)速為零的時間，減速時間是表示發(fā)動機機械損失的重要指標(biāo)，也是評估發(fā)動機使用期的重要參數(shù)，隨著發(fā)動機使用期的增長，活塞阻力減小，減速時間將變長；轉(zhuǎn)速波動量是指在發(fā)動機倒拖過程中測量的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的波動幅度，采用nΔ表示。實測的發(fā)動機倒拖過程中的瞬時轉(zhuǎn)速如圖11所示；在本實施例中，96式坦克發(fā)動機是12缸發(fā)動機，因此在一個工作循環(huán)內(nèi)瞬時轉(zhuǎn)速波形表現(xiàn)為12次波動，如每次波動的最大值用nimax表示，最小值用nimin表示，則轉(zhuǎn)速波動量nΔ計算如下：隨著發(fā)動機使用期的增長，活塞組磨損量增加，氣缸漏氣量增加，壓縮耗功減小，轉(zhuǎn)速下降幅度小，同時膨脹做功小，轉(zhuǎn)速上升幅度小，因此nΔ減小。在另一種實施例中，燃油流量測量傳感器安裝在柴油機細(xì)濾清器出口與高壓油泵入口之間。在另一種實施例中，振動測量傳感器安裝在左右氣缸排中央位置，按下式振動烈度計算如下：其中，Vi為測量的振動速度值，N為測量的振動信號樣本長度。在本發(fā)明中，主控機對發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析處理，確定發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)，其包括如下步驟：步驟一、建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。BP模型上各層次的神經(jīng)元之間形成全互連連接，各層次內(nèi)的神經(jīng)元之間沒有連接，輸入層神經(jīng)元的輸出與輸入相同，即oi＝xi。中間隱含層和輸出層的神經(jīng)元的操作特性為opj＝fj(netpj)其中p表示當(dāng)前的輸入樣本，ωji為從神經(jīng)元i到神經(jīng)元j的連接權(quán)值，opi為神經(jīng)元j的當(dāng)前輸入，opj為其輸出；fj為非線性可微非遞減函數(shù)，一般取為S型函數(shù)，即fj(x)＝1/(1+e-x)。本發(fā)明采用的BP網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由三層組成，第一層為輸入層，共n個節(jié)點，對應(yīng)了表示設(shè)備工作狀態(tài)的n個檢測信號，這些信號參數(shù)由數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊給出；第二層為隱層，共m個節(jié)點，由網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程以自適應(yīng)的方式確定；第三層為輸出層，共p個節(jié)點，由系統(tǒng)實際需要輸出的響應(yīng)確定。該網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型為：輸入向量：x＝(x1,x2,...,xn)T中間層向量：y＝(y1,y2,...,ym)T輸出向量：o＝(o1,o2,...,op)T本發(fā)明中，輸入層節(jié)點數(shù)為n＝5，輸出層節(jié)點數(shù)為p＝5，隱藏層節(jié)點數(shù)m＝10。輸入層5個參數(shù)分別表示為：x1為轉(zhuǎn)速波動量，x2為加速時間，x3為減速時間，x4為燃油油耗，x5為振動能量；輸出層5個參數(shù)分別表示為：o1為技術(shù)狀態(tài)好，o2為技術(shù)狀態(tài)較好，o3為技術(shù)狀態(tài)一般，o4為技術(shù)狀態(tài)較差，o5為技術(shù)狀態(tài)差，所述輸出層神經(jīng)元值為k為輸出層神經(jīng)元序列號，k＝{1,2,3,4,5}，i為技術(shù)狀態(tài)值，i＝{1,2,3,4,5}，當(dāng)ok為1時，此時發(fā)動機處于ok對應(yīng)的技術(shù)狀態(tài)。步驟二、進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。建立好BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模型后，即可進行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。根據(jù)產(chǎn)品的歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)獲取訓(xùn)練的樣本，并給定輸入節(jié)點i和隱含層節(jié)點j之間的連接權(quán)值，隱層節(jié)點j和輸出層節(jié)點k之間的連接權(quán)值。(1)訓(xùn)練方法各子網(wǎng)采用單獨訓(xùn)練的方法；訓(xùn)練時，首先要提供一組訓(xùn)練樣本，其中的每一個樣本由輸入樣本和理想輸出對組成，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的所有實際輸出與其理想輸出一致時，表明訓(xùn)練結(jié)束；否則，通過修正權(quán)值，使網(wǎng)絡(luò)的理想輸出與實際輸出一致；各子網(wǎng)訓(xùn)練時的輸出樣本如表5所示。表5網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練用的輸出樣本(2)訓(xùn)練算法BP網(wǎng)絡(luò)采用誤差反向傳播(BackwardPropagation)算法進行訓(xùn)練，其步驟可歸納如下：第一步：選定一結(jié)構(gòu)合理的網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置所有節(jié)點閾值和連接權(quán)值的初值。第二步：對每個輸入樣本作如下計算：(a)前向計算：對l層的j單元式中，為第n次計算時l層的j單元信息加權(quán)和，為l層的j單元與前一層(即l-1層)的單元i之間的連接權(quán)值，為前一層(即l-1層，節(jié)點數(shù)為nl-1)的單元i送來的工作信號；i＝0時，令為l層的j單元的閾值。若單元j的激活函數(shù)為sigmoid函數(shù)，則且若神經(jīng)元j屬于第一隱層(l＝1)，則有若神經(jīng)元j屬于輸出層(l＝L)，則有且ej(n)＝xj(n)-oj(n)；(b)反向計算誤差：對于輸出單元對隱單元(c)修正權(quán)值：η為學(xué)習(xí)速率。第三步：輸入新的樣本或新一周期樣本，直到網(wǎng)絡(luò)收斂，在訓(xùn)練時各周期中樣本的輸入順序要重新隨機排序。BP算法采用梯度下降法求非線性函數(shù)極值，存在陷入局部極小以及收斂速度慢等問題。更為有效的一種算法是Levenberg-Marquardt優(yōu)化算法，它使得網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時間更短，能有效地抑制網(wǎng)絡(luò)陷于局部極小。其權(quán)值調(diào)整率選為Δω＝(JTJ+μI)-1JTe其中J為誤差對權(quán)值微分的雅可比(Jacobian)矩陣，I為輸入向量，e為誤差向量，變量μ是一個自適應(yīng)調(diào)整的標(biāo)量，用來確定學(xué)習(xí)是根據(jù)牛頓法還是梯度法來完成。在系統(tǒng)設(shè)計時，系統(tǒng)模型是一個僅經(jīng)過初始化了的網(wǎng)絡(luò)，權(quán)值需要根據(jù)在使用過程中獲得的數(shù)據(jù)樣本進行學(xué)習(xí)調(diào)整，為此設(shè)計了系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能。在指定了學(xué)習(xí)樣本及數(shù)量的情況下，系統(tǒng)可以進行自學(xué)習(xí)，以不斷完善網(wǎng)絡(luò)性能。下面結(jié)合具體的實施例進一步的對本發(fā)明提供的對發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)的方法進行說明。為了測量發(fā)動機在全壽命周期內(nèi)的參數(shù)數(shù)據(jù)，選擇了使用期在0～550摩托小時內(nèi)的某型柴油機進行測試。在試驗中，按50摩托小時為間隔，把柴油機按使用期分為12組，即0、50、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550摩托小時，每組選接近該組摩托小時的多臺坦克作為試驗樣本。在測取瞬時轉(zhuǎn)速、機體振動、燃油流量信號后，提取了發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動量、加速時間、速時間、振動能量和燃油流量特征，如表6所示。表6發(fā)動機在不同使用期的特征根據(jù)前述建立的評價模型原理，進行發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)評價，結(jié)論如表7所示。表7技術(shù)狀態(tài)評價結(jié)論從表7可以看出，發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)評價結(jié)果與實際情況大致相同，在0～150摩托小時內(nèi)為“好”或“較好”，在150～300摩托小時內(nèi)基本為“較好”或“一般”，在300～450摩托小時內(nèi)為“一般”或“較差”，在450～550摩托小時內(nèi)為“較差”或“差”，從整體上看，反映了發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)隨使用期增加而逐漸劣化的特點；由此，可以表明建立的發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)評價模型是可行的，通過監(jiān)測系統(tǒng)不斷地獲取不同使用期的發(fā)動機狀態(tài)信息，進而不斷完善評價診斷模型，將實現(xiàn)可靠的發(fā)動機技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測評估。在另一種實施例中，對所述工況監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時分析處理，在發(fā)動機工作異常時進行報警，工作異常包括：所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速低于450rpm，所述發(fā)動機轉(zhuǎn)速高于2000rpm，所述冷卻水溫高于105℃，所述機油溫度高于110℃或者所述機油油壓高于0.5MPa。在另一種實施例中，工作異常還包括：蓄電池中的荷電狀態(tài)在冬季低于75％或者在夏季低于50％時。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。當(dāng)前第1頁1 2 3