采用AT89C52 6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺技術改造和設計

根據生產設計需要，采用AT89C52單片機對6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺進行了技術改造，實現了主軸轉速預置、測速和調速等多種功能，完成了燃油噴射系統(tǒng)噴油次數的預置、計數與計滿后自動停止以及各種相關參數的顯示，從而將傳統(tǒng)的噴油泵試驗臺改造成為計算機控制的智能型噴油泵試驗臺，提高了試驗臺的可靠性，減小了維護和修理的工作量。

燃油噴射系統(tǒng)是柴油機的重要組成部分，其性能的好壞直接決定著柴油機的動力性、經濟性和排放性。噴油泵是該系統(tǒng)中最重要的部件，噴油泵試驗臺是調整和測試噴油泵的主要設備。6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺是20世紀70年代的產品，其電氣控制部分電路采用大量分立元件構成，測試靈敏度低，設定調整不方便，故障率高，而且電路元件大多老化、損壞，現處于閑置狀態(tài)。本文采用計算機控制技術，對其進行了技術改造。

1 智能型噴油泵試驗臺的技術改造方案

現有的6PSD30-1型電子控制噴油泵試驗臺，屬于D系列電子控制無級調速型試驗臺，即可控硅轉差離合器調速試驗臺。主電機功率為3 kW，主軸轉速范圍為120～1 200 r／min，量油計數基數次數100次，計數次數選擇范圍為100～500次；其動力部分和控制部分的電路采用分立元件，無試驗油溫監(jiān)測和控制系統(tǒng)，量油部分采用傳統(tǒng)的玻璃量筒目測，測試不方便且精度低。

目前，國外噴油泵試驗臺開始采用微機量油及數顯系統(tǒng)。為此，按國際標準改進傳統(tǒng)的結構以提高測試精度，達到以下要求：數字顯示壓力、溫度、轉速與計數(過去噴油泵試驗臺采用的機械式轉速表、彈簧壓力表和壓力式指示溫度計，很難達到國際標準要求)；燃油恒溫控制在40℃；自動控制倒油時間；數顯油量與屏幕顯示油量。

本方案以AT89C52單片機為整個控制系統(tǒng)的核心，采用模塊化的設計方法對噴油泵實驗臺的噴油計數、主軸轉數、油量顯示及與上位機的通信進行控制，系統(tǒng)設計的結構總框圖如圖1所示。

2 噴油泵試驗臺的硬件系統(tǒng)設計
噴油泵試驗臺的硬件系統(tǒng)設計分為噴油計數模塊、主軸轉速模塊和油量計數模塊三大模塊設計，其中主軸轉速模塊又分為測速模塊和調速模塊。

系統(tǒng)硬件原理框圖如圖2所示。
考慮到對原有試驗臺進行技術改造，盡量采用較少的器件。系統(tǒng)硬件在AT89C52單片機最小化應用系統(tǒng)基礎上外接設備：A／D轉換器、D／A轉換器、8155并行I／O芯片以及傳感檢測器、功率驅動電氣接口、執(zhí)行機構等構成一個控制系統(tǒng)。
從上位PC機鍵盤輸入預置的噴油次數，通過上位機與單片機的通信傳到單片機的數據存儲器。按下集油按鈕后，繼電器吸合，通斷油機構中與擋油板相連的電磁鐵通電，擋油板拉出，實驗油開始流入量筒，試驗臺處于量油狀態(tài)。主軸轉一圈，噴油泵噴一次油，AT89C52的T0利用計數傳感器輸出的脈沖進行計數。當噴油次數與預置值相等時繼電器釋放，使電磁鐵斷電，將擋油板推回，阻止噴油進入量筒，試驗臺處于斷油狀態(tài)。此時，量筒中的油量即是給定噴油次數的噴油總量。在量油的實時過程中，噴油次數從零開始顯示，一直顯示到預置的噴油次數。
速度給定由PC機鍵盤設定，AT89C52的T1計數和8155定時結合對從測速傳感器來的脈沖進行計數、運算，測出實際轉速。預置轉速與實際轉速之差經PID算法調節(jié)后輸出給D／A轉換器，然后通過觸發(fā)驅動電路去改變可控硅的導通角，從而調節(jié)試驗臺電動機的勵磁線圈電流，達到控制主軸轉速的目的。PC機實時顯示試驗臺電動機的轉速。

3 噴油泵試驗臺系統(tǒng)的軟件設計
軟件設計采用Visural BasIC6．0和MCS-51匯編語言進行編程。本系統(tǒng)軟件模塊主要包括上位PC機模塊、下位AT89C52單片機模塊和通信模塊。上位PC機模塊主要是完成與操作人員的交互功能，包括參數設定、數據顯示、打印、存儲及監(jiān)測；其中AT89C52單片機模塊作為數據采集及控制模塊，它包括系統(tǒng)初始化、噴油計數、測速、調速、采樣、輸入信號的處理、分析、并最后給出控制系統(tǒng)的輸出量。
上位PC機模塊的功能是完成系統(tǒng)與操作人員的交互，操作人員可進行參數設定、動態(tài)數據監(jiān)測顯示、查詢標準調試數據、打印數據報表等。系統(tǒng)的動態(tài)數據顯示設計方案如圖3所示。

下位AT89C52單片機的主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、與上位機握手、接收預置參數、調用主軸轉速程序、調用噴油計數程序、調用數據采集發(fā)送程序。
圖4為噴油泵試驗臺在不同轉速、不同壓力下的噴油量。

4 結論
本文所設計的系統(tǒng)已經成功地應用在北京型內燃機車和東風型內燃型機車柴油機噴油泵的測試平臺上。
研究表明，本文提出的噴油泵試驗臺可以自動地控制噴油計數、主軸轉速、試驗油溫和油壓，實現了量油時壓力、溫度、轉速、計數和噴油量的數字顯示與屏幕顯示，使用維修方便，提高了檢測的精度和自動化程度。