基于英飛凌TC264DA單片機的汽車發(fā)動機異常振動檢測裝置電路設(shè)計＊

鄧汝奎，范毅，李光平，班璐

（南寧學(xué)院，廣西 南寧 530200）

前言

隨著汽車行駛里程以及使用年限的增加，發(fā)動機往往會出現(xiàn)異常振動的情況，對于汽車發(fā)動機異常振動診斷檢測，常見的通過判斷發(fā)動機是否缺火，識別發(fā)動機是否存在缺缸工作[1]，但發(fā)動機出現(xiàn)異常振動時，還存在諸如發(fā)動機機腳性能下降導(dǎo)致的異常抖動，或者異常振動不是非常明顯時，通過人工經(jīng)驗往往難以察覺，因此，利用發(fā)動機在出現(xiàn)異常振動時，振動頻率的變化特點，識別并判斷發(fā)動機異常振動的類型，能夠及時地避免因發(fā)動機異常振動造成的異常損耗。

對于振動頻率，一般采用頻譜分析儀進行振動數(shù)據(jù)分析，傳統(tǒng)的頻譜分析儀價格昂貴，且不方便攜帶，操作界面不夠簡潔，需要具備一定的頻譜分析基礎(chǔ)才能夠正確分析故障[2]，對于汽車維修技術(shù)人員操作具有一定的難度。為了降低汽車維修技術(shù)人員的檢測難度，提高發(fā)動機振動檢測的自動化水平，同時降低汽車維修檢測儀器的使用成本，針對汽車后市場，設(shè)計一款低成本高效率的發(fā)動機振動檢測設(shè)備，具有較高的研究價值和廣闊的市場前景。

1 總體設(shè)計方案

設(shè)計以英飛凌TC264DA單片機為核心，芯片自帶FFT傅里葉變換硬件模塊，且價格相對低廉，非常適合用于發(fā)動機異常振動檢測裝置設(shè)計。采用 MPU6050模塊實時采集發(fā)動機振動加速度，傳輸至主控芯片TC264DA，經(jīng)過傅里葉變換后計算出發(fā)動機實時工作頻率，將振動頻率與所存儲的各類工況下的頻率進行對比[3]，可以得出發(fā)動機存在何種異常振動的診斷結(jié)論，供汽車維修技術(shù)人員參考。即形成信息采集、信息處理、結(jié)論顯示的硬件電路系統(tǒng)，達到發(fā)動機異常振動自動檢測診斷目的。

2 硬件電路設(shè)計

2.1 主控芯片介紹

英飛凌作為全球知名半導(dǎo)體生產(chǎn)公司，為汽車電子控制設(shè)備提供半導(dǎo)體及系統(tǒng)解決方案，其產(chǎn)品以可靠性、安全性、卓越質(zhì)量著稱。英飛凌TC264DA內(nèi)核架構(gòu)為雙核Tricore架構(gòu)，芯片主頻雙核200Mhz，2.5MB Flash閃存[4]，具有ECC保護，96KB EEPROM，752KB RAM，可采用HighTech或者Tasking進行軟件開發(fā)，TC264DA自帶硬件FFT，可以直接進行傅里葉變換運算[5]，無需編寫FFT算法程序，直接進行模塊初始化，配置相關(guān)參數(shù)即可，F(xiàn)FT最長支持1024點，支持I2C、串口、SPI、CAN等多種通訊協(xié)議，能夠完全滿足本次設(shè)計的需求。

2.2 振動信息采集模塊

發(fā)動機振動特性通過振動加速度變化實時反應(yīng)，因此，可以采用加速度傳感器獲取發(fā)動機實時振動數(shù)據(jù)。MPU6050是六軸傳感器，可以獲取三軸加速度、三軸陀螺儀及溫度等數(shù)據(jù)，芯片內(nèi)部集成 DMP模塊，能夠?qū)鞲衅鲾?shù)據(jù)進行濾波融合處理，運算處理后的數(shù)據(jù)由I2C通信接口傳輸至主控芯片。工作電壓在3.3V-5V之間。為了使不同模塊之間的供電電壓一致，采用3.3V供電即可。加速度輸出頻率最高可達1000Hz。加速度三維輸出，其ADC分辨率達16位。工作電壓為3.3V時，其工作電流在500uA-3.9mA。

2.3 診斷信息顯示模塊

經(jīng)FFT運算后的數(shù)據(jù)，通過顯示屏直接顯示結(jié)果，維修人員根據(jù)該結(jié)果直接判斷發(fā)動機是否存在異常振動。

顯示屏采用1.8寸TFT彩色液晶模塊，分辨率128×160，供電電壓3.3伏，模塊采用SPI串口通信，只需7個IO口即可控制，如表1。

表1 數(shù)據(jù)表

2.4 電路設(shè)計

電路設(shè)計首先確保單片機能夠正常工作，即具備單片機最小系統(tǒng)：電源、晶振、復(fù)位電路。晶振及復(fù)位電路按照官方參考方案設(shè)計即可，TC264DA工作電壓為3.3V，MPU6050模塊工作電壓在3.3V-5V之間，TFT顯示屏工作電壓為3.3V，因此考慮裝置的

使用便利性以及各模塊之間的用電需求，電源可直接采用車載電源 12V作為工作電源，通過穩(wěn)壓芯片將電壓降至3.3V即可為各系統(tǒng)所用。AMS1117-3.3.芯片是典型的線性穩(wěn)壓電源，輸入電壓在4.75V-15V，降壓后輸出3.3V，最大輸出電流1A，能夠滿足設(shè)備的功率需求。

MPU6050直接采用單體模塊，需外接的引腳有VCC接3.3V電壓，GND接地線，SCL為I2C從時鐘線，SDA為I2C從數(shù)據(jù)線，這兩個引腳接上拉電阻后與TC264DA的I2C引腳P13.0和P13.1相連，AD0引腳懸空，此時，芯片地址默認(rèn)為0x68。

圖1 系統(tǒng)電路

顯示屏TFT彩色液晶模塊需外接的引腳如下，VCC接3.3V電壓，GND接地線，CS為片選信號，由單片機引腳P20.13控制；D/C為數(shù)據(jù)/命令選擇端口，連接單片機P20.12引腳；RST為復(fù)位引腳，連接單片機P20.10引腳；SCK為時鐘輸入，連接單片機P20.11引腳；SDI數(shù)據(jù)輸入，連接單片機P20.14引腳。

綜合上述，裝置電路系統(tǒng)設(shè)計主要包括了英飛凌TC264-DA最小系統(tǒng)的電路設(shè)計，MPU6050模塊外圍電路設(shè)計，TFT彩色液晶模塊外圍電路設(shè)計，設(shè)計電路能夠滿足汽車發(fā)動機異常振動檢測裝置的功能需求，具有簡單實用的特點，系統(tǒng)電路如圖1所示。

3 結(jié)論

本文根據(jù)汽車發(fā)動機運行過程中出現(xiàn)異常振動不容易診斷的問題，基于英飛凌TC264DA單片機具有硬件FFT的特點，設(shè)計了一款低成本的汽車發(fā)動機異常振動檢測裝置硬件電路。只需將振動傳感器安裝在發(fā)動機上，運行發(fā)動機后，裝置即可識別存在的故障及其類型，大大降低了汽車維修人員在的錯診率，提高了發(fā)動機異常振動檢測的診斷效率，具有較高的實際應(yīng)用價值。