发动机柔性测试系统

摘要

本发明提供一种发动机柔性测试系统，包括通过USB总线通信模块连接的数据采集终端和测试上位机，数据采集终端与传感器连接；测试上位机采用VC开发，包含数据处理模块，该数据处理模块输入端与USB总线通信模块的输出端通过采集通道连接，该数据处理模块是用户在可开发动态链接库的开发环境下开发的数据处理DLL，在开发的过程中用户只要遵循已规定好的接口定义规则就可以开发适用于新的测试任务的数据处理模块，用户也可以根据实际测试所需重新编写已有数据处理DLL内的数据处理过程。本发明能明显提高发动机测试系统的开发效率，降低开发的成本和风险。

权利要求

1.一种发动机柔性测试系统，包括通过USB总线通信模块连接的数据采集终端和测试上位机，数据采集终端与传感器连接，其特征在于，所述数据采集终端是基于FPGA的数据采集终端，包含与传感器连接的A/D转换模块和与USB总线通信模块连接的数据采集模块， 还包含电压和形式可调的电源输出端口, 所述基于FPGA的数据采集终端具有通用传感器接口，该通用传感器接口能与不同规格的传感器进行连接；所述电压和形式可调的电源输出端口具有电压输出调节旋钮，能输出六路正负15V内的电压值，以0.5V则作为一个档级，所述A/D转换模块是基于ADC08D1000的模数转换模块，该ADC08D1000主通道由输入多路模拟开关、采样保持电路、8位ADC和1：2分离器／锁存器组成，共有两路相同的通道；

所述USB总线通信模块，负责测试上位机和数据采集终端之间的高速数据传输，所述USB总线通信模块是基于PDIUSBD12的通信模块，其按照来自基于FPGA的数据采集终端的控制信号，完成相关的通讯工作；

所述测试上位机采用VC开发，包含：

数据采集终端设置模块，输出端与数据采集终端的输入端连接，对数据采集终端进行设置；

数据处理模块，输入端与USB总线通信模块的输出端通过采集通道连接，该数据处理模块是用户在可开发动态链接库的开发环境下开发的数据处理DLL，在开发的过程中用户只要遵循已规定好的接口定义规则就能够开发适用于新的测试任务的数据处理模块，用户也能够根据实际测试所需重新编写已有数据处理DLL内的数据处理过程；

采集通道匹配设置模块，输出端与数据处理模块的输入端连接，用于设定由采集通道过来的数据经由哪个数据处理模块进行处理；

数据分配模块，输出端与数据处理模块的输入端连接，用于规定来自数据处理模块的数据的下一步的处理过程和分配去向；

显示界面用户自定义模块，输出端与测试上位机的显示界面连接，提供丰富的用户自定义功能。

2.根据权利要求1所述的发动机柔性测试系统，其特征在于，控制逻辑由普通方式或扩展方式进行配置，对整个芯片进行控制。

3.根据权利要求1所述的发动机柔性测试系统，其特征在于，所述基于FPGA的数据采集终端是基于Actel的IGLOO系列的AGL600芯片开发的数据采集模块，AGL600芯片通过控制引脚控制A/D芯片ADC08D1000的模数转换工作，将由该高速A/D芯片采集进来的数据以数据包的形式发送给USB通信芯片PDIUSBD12，同时通过向USB通信芯片发送控制指令，控制与测试上位机的通讯。

4.根据权利要求1所述的发动机柔性测试系统，其特征在于，所述来自数据处理模块的数据的下一步的处理过程和分配去向包括将数据发送到显示模块、存储模块和报警模块中的至少一个中处理。

5.根据权利要求1所述的发动机柔性测试系统，其特征在于，所述显示界面用户自定义模块提供的用户自定义功能包括数据是否即时显示、数据是否保存、数据存储频率、显示界面的控件类型、各控件的属性设置中的至少一种。

说明书

发动机柔性测试系统

技术领域

[0001] 本发明涉及发动机测试系统技术领域，具体地说，是一种发动机柔性测试系统。

背景技术

[0002] 发动机测试技术水平的高低是衡量一个国家汽车工业发展程度高低的一个重要标志，汽车工业水平的发展离不开发动机测试技术的提高。我国有数千家的发动机制造企业，每家企业也有数量不等的发动机试验平台，再加上各有关科研院所和高等院校，估计全国试验平台有上万台。但这些试验台架绝大多数都是传统意义上的测试系统，需要手动调整各种工况，目测读数、手写记录状态，这些测试方式和方法已经不能满足于现代测试的基本要求。因此，在目前计算机控制技术迅速发展的背景下，能否依靠先进的测试设备，运用先进的测试手段和方法，把原有的发动机台架测试系统以一套完整的快速开发的自动化程度高的计算机测试系统代替，以提高开发效率和费效比成为该领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

[0003] 发动机设计是否合格，工作是否稳定，各项工作状态是否正常，都需要测试系统进行测试分析，所以工作稳定可靠，测试准确，操作灵活的测试系统对于了解发动机的相关信息尤为重要。发动机在测试过程中有众多的参数需要采集，其中主要参数包括发动机转速，转矩，机台振动，机油温度，油耗，尾气等，针对不同的测试参数都有其专用仪器，测量转矩转速采用转矩转速仪，测量各种温度参数有各种温度采集仪，测量振动采用振动计，测量油耗采用油耗仪，检测尾气采用烟度计等。传统发动机测试系统的开发方法是在了解测试任务后选择相关的测试仪器，根据各个测试仪器不同的设置要求和数据传输要求开发测试应用程序。

[0004] 图1显示一种常用的发动机测试系统的开发方式，其针对发动机性能测试的传统测试系统10主要有三部分组成：测试仪器11，通信总线12，PC机13，其中测试仪器11上带有针对特定信号的传感器。系统的工作原理是测试仪器11按照设置信息采集信号，然后对信号进行滤波去噪等处理，处理好的信号通过通信总线12按照既定的协议发送到PC机13，PC机13接收到数据后进行存储、显示、报警等操作，如图2所示。经过测试仪器11中的温度传感器111得到的数据经过专门仪器112处理后，利用RS232总线121传送到计算机13，类似的，经过振动传感器113得到的数据也经过专门仪器114处理后，利用以太网122传送到计算机13。

[0005] 由上述可知，传统测试系统对不同的传感器需要不同的处理仪器，这样不仅测试系统的开发效率较低，而且成本和风险也较高。

发明内容

[0006] 本发面的目的在于克服现有技术的不足，提供一种发动机柔性测试系统，其能提高发动机测试系统的开发效率，降低发动机测试系统的成本和风险。

[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0008] 一种发动机柔性测试系统，包括通过USB总线通信模块连接的数据采集终端和测试上位机，数据采集终端与传感器连接，

[0009] 所述数据采集终端是基于FPGA的数据采集终端，包含与传感器连接的A/D转换模块和与USB总线通信模块连接的数据采集模块， 还包含电压和形式可调的电源输出端口；

[0010] 所述USB总线通信模块，负责测试上位机和数据采集终端之间的高速数据传输；

[0011] 所述测试上位机采用VC开发，包含：

[0012] 数据采集终端设置模块，输出端与数据采集终端的输入端连接，对数据采集终端进行设置；

[0013] 数据处理模块，输入端与USB总线通信模块的输出端通过采集通道连接，该数据处理模块是用户在可开发动态链接库的开发环境下开发的数据处理DLL，在开发的过程中用户只要遵循已规定好的接口定义规则就可以开发适用于新的测试任务的数据处理模块，用户也可以根据实际测试所需重新编写已有数据处理DLL内的数据处理过程；

[0014] 采集通道匹配设置模块，输出端与数据处理模块的输入端连接，用于设定由采集通道过来的数据经由哪个数据处理模块进行处理；

[0015] 数据分配模块，输出端与数据处理模块的输入端连接，用于规定来自数据处理模块的数据的下一步的处理过程和分配去向；

[0016] 显示界面用户自定义模块，输出端与测试上位机的显示界面连接，提供丰富的用户自定义功能。

[0017] 在一种变化实施方式中，所述基于FPGA的数据采集终端可以具有通用传感器接口，该通用传感器接口能与不同规格的传感器进行连接。

[0018] 在一种变化实施方式中，所述电压和形式可调的电源输出端口可以具有电压输出调节旋钮，能输出六路正负15V内的电压值，以0.5V则作为一个档级。

[0019] 在一种变化实施方式中，所述A/D转换模块可以是基于ADC08D1000的模数转换模块，该ADC08D1000主通道由输入多路模拟开关、采样保持电路、8位ADC和1：2分离器／锁存器组成，共有两路相同的通道。控制逻辑由普通方式或扩展方式进行配置，对整个芯片进行控制。

[0020] 在一种变化实施方式中，所述USB总线通信模块22可以是基于PDIUSBD12的通信模块，其按照来自基于FPGA的数据采集终端的控制信号，完成相关的通讯工作。

[0021] 在一种变化实施方式中，所述基于FPGA的数据采集终端可以是基于Actel的IGLOO系列的AGL600芯片开发的数据采集模块，AGL600芯片通过控制引脚控制A/D芯片ADC08D1000的模数转换工作，将由该高速A/D芯片采集进来的数据以数据包的形式发送给USB通信芯片PDIUSBD12，同时通过向USB通信芯片发送控制指令，控制与测试上位机的通讯。

[0022] 在一种变化实施方式中，所述来自数据处理模块的数据的下一步的处理过程和分配去向可以包括将数据发送到显示模块、存储模块和报警模块中的至少一个中处理。

[0023] 在一种变化实施方式中，所述显示界面用户自定义模块可以提供的用户自定义功能包括数据是否即时显示、数据是否保存、数据存储频率、显示界面的控件类型、各控件的属性设置中的至少一种。

[0024] 与现有技术相比，本发明的积极效果是：

[0025] （1）数据处理模块采用在可开发动态链接库的开发环境下开发的数据处理DLL，使基于虚拟仪器理念开发的数据处理模块库能支持用户针对不同的测量参数依据规定好的接口规则开发新的数据处理模块，或修改现有数据处理模块的数据处理过程，与现有技术相比，明显提高了发动机测试系统的开发效率，降低了开发的成本和风险。

[0026] （2）、基于VC开发的测试软件框架，提供了丰富的用户自定义功能，数据分配模块和用户界面自定义功能可使用户在无需掌握软件开发语言的情况下，通过不同的设置参数针对新的测试任务开发发动机测试系统。

[0027] （3）、数据采集终端具有通用传感器接口，采用统一形式的硬件设计，当更换测试任务后，数据采集终端可在新的测试任务中重复使用，与现有技术相比，明显提高了硬件部分的重用效率。

[0028] 下面结合附图对本发明的实施和优点作进一步解释。

附图说明

[0029] 图1是传统发动机测试系统的实际系统组成图。

[0030] 图2是传统发动机测试系统的结构层次示意图。

[0031] 图3是依据本发明的一种发动机柔性测试系统的结构层次示意图。

[0032] 图4图3中发动机柔性测试系统的数据采集终端的硬件结构示意图。

具体实施方式

[0033] 有关本发明的实施例的说明是参考附加的图式，用来例示本发明可以实施的特定实施例。在以下实施例中，在不同的图中，相同部分是以相同标号表示。

[0034] 依据本发明的一种发动机柔性测试系统20，如附图3所示，包括通过USB总线通信模块22连接的数据采集终端21和测试上位机23，数据采集终端21与传感器连接。数据采集终端21是基于FPGA的数据采集终端，包含与传感器连接的A/D转换模块和与USB总线通信模块22连接的数据采集模块， 还包含电压和形式可调的电源输出端口。USB总线通信模块22，负责测试上位机23和数据采集终端21之间的高速数据传输。测试上位机23采用VC开发，包含：数据采集终端设置模块231，输出端与数据采集终端的输入端连接，对数据采集终端21进行设置；数据处理模块232，输入端与USB总线通信模块22的输出端通过采集通道连接，该数据处理模块232是用户在可开发动态链接库的开发环境下开发的数据处理DLL，在开发的过程中用户只要遵循已规定好的接口定义规则就可以开发适用于新的测试任务的数据处理模块232，用户也可以根据实际测试所需重新编写已有数据处理DLL内的数据处理过程；采集通道匹配设置模块233，输出端与数据处理模块232的输入端连接，用于设定由采集通道过来的数据经由哪个数据处理模块进行处理；数据分配模块234，输出端与数据处理模块232的输入端连接，用于规定来自数据处理模块232的数据的下一步的处理过程和分配去向；显示界面用户自定义模块235，输出端与测试上位机23的显示界面连接，提供丰富的用户自定义功能。

[0035] 在本发明的一种变化实施方式中，所述基于FPGA的数据采集终端21可以具有通用传感器接口，该通用传感器接口能与不同规格的传感器进行连接。数据采集终端的柔性设置，传感器的柔性连接和数据处理模块的柔性定义，基于虚拟仪器理念的数据采集过程柔性的替代了实际物理仪器的使用，与现有技术相比，明显提高了发动机测试系统的开发效率，降低了开发的成本和风险。在一种变化实施方式中，所述数据分配模块234是供用户进行自定义的部分，通过数据分配模块234，用户可以规定通过数据处理模块232下一步应该发送到哪些后续处理模块，包括显示模块中的控件，存储模块，报警模块等。

[0036] 在变化实施方式中，数据处理模块232 可以采用VC、Labview开发。以数据处理模块232代替实际仪器提高了程序的灵活性和可扩展性，当测试任务发生变化时，用户只需要针对测试任务重新设置用户自定义模块中的信息即可，这显著地提升了开发测试系统的效率，符合柔性测试的理念；另一方面，数据处理模块替代实际仪器显著降低了针对测试任务开发测试系统的风险和成本。

[0037] 在一种变化实施方式中，用户可以通过数据采集终端设置模块231规定各个通道的采集参数，主要包括采集频率，数据包长度，循环采集/触发采集类型。在一种变化实施方式中，所述显示界面用户自定义模块235可以提供的用户自定义功能包括数据是否即时显示、数据是否保存、数据存储频率、显示界面的控件类型、各控件的属性设置中的至少一种。

[0038] 在本发明一种变化实施方式中，参考图4，所述电压和形式可调的电源输出端口可以具有电压输出调节旋钮211，其能输出六路正负15V内的电压值，以0.5V则作为一个档级。在一种变化实施方式中，所述高速A/D转换模块可以是基于ADC08D1000的模数转换模块，该ADC08D1000主通道由输入多路模拟开关、采样保持电路、8位ADC和1：2分离器／锁存器组成，共有两路相同的通道。控制逻辑由普通方式或扩展方式进行配置，对整个芯片进行控制。在一种变化实施方式中，所述USB总线通信模块22可以是基于PDIUSBD12的通信模块，其按照来自基于FPGA的数据采集终端21的控制信号，完成相关的通讯工作。在一种变化实施方式中，所述基于FPGA的数据采集终端可以是基于Actel的IGLOO系列的AGL600芯片开发的数据采集模块，AGL600芯片通过控制引脚控制A/D芯片ADC08D1000的模数转换工作，将由该高速A/D芯片采集进来的数据以数据包的形式发送给USB通信芯片PDIUSBD12，同时通过向USB通信芯片发送控制指令，控制与测试上位机的通讯。芯片AGL600可以为Actel公司生产的，其以Verilog语言作为开发语言进行处理逻辑的定义、引脚功能的定义，程序编译完成后，通过并口下载线烧录到AGL600中，作为主控芯片控制高速A/D芯片ADC08D1000和USB通信芯片PDIUSBD12，实现数据采集终端的数据采集工作。

[0039] 本发明发动机柔性测试系统的上位机测试程序嵌入了可替换的数据处理模块。数据采集模块采用Actel的IGLOO AGL600芯片作为主控芯片，完成的任务主要包括：接收上位机设置信息，对数据采集模块进行相应设置，如采集频率，触发模式等；接受上位机读取信号，发送采集数据；从FIFO读取数据；与高速的ADC08D1000芯片共同组成高速采集模块；FIFO的设置是作为缓存解决采集模块的高速解决了数据采集精度的问题，符合发动机高速运行的实际情况；USB芯片PDIUSBD12在FPGA主控芯片的控制下实现上位机应用程序与数据采集模块之间的数据通讯。上位机测试程序主要由三部分编写完成，基于VC的软件框架，基于VC、Labview等开发的数据处理模块DLL ，可由用户自定义的数据分配模块。

[0040] 本发明针对传统的发动机测试系统的局限，将柔性测试的理念融入发动机测试系统的开发中。发动机柔性测试系统由三部分组成：形式统一的数据采集终端，USB通信总线，上位机软件。主要在三处体现了柔性测试的理念：（一）、传感器和基于FPGA的数据采集终端的柔性匹配，在基于FPGA的数据采集终端预留了电压和形式可调的电源输出端口，从而可以柔性匹配绝大多数的传感器；（二）、在数据处理部分，使用者可以根据接口规则的定义柔性开发和扩展数据处理模块库，从而针对不同的测试任务开发响应的测试系统；（三）、使用VC作为开发环境开发的上位机测试系统使得使用者具有充分的自定义功能，使用者可以对数据的后续处理进行自定义，包括数据是否即时显示，数据是否保存，数据存储频率，显示界面的控件类型，各控件的属性设置等，实现柔性设置的目的。在面对新的测试任务时，使用者只需要更换传感器，设置数据处理模块调用类型，更改用户自定义部分的信息即可完成新的测试系统的开发，实现快速开发测试系统的目的。

[0041] 本发明数据采集终端负责根据设置信息采集数据，然后通过USB总线将数据发送到上位机，上位机应用程序由已编制好的针对发动机测试的各软件模块搭建组成，数据经数据处理模块后再由数据分配模块进行显示，存储，报警、控制等操作。该发动机柔性测试系统满足了现代测试任务的要求，提高了开发测试系统的效率，降低了开发的成本和风险，柔性测试理念的引入解决了测试任务不断变化对传统测试系统提出的挑战性问题。

[0042] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明基本技术方案的前提下，还可以做出若干改进和变更，这些改进和变更也应包含于本发明的保护范围内。