专利名称：用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口结构及方法
技术领域：
本发明属于电子应用技术类，涉及一种用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口结构及方法，尤指对转速信号进行隔离、滤波重构，对档位信号进行隔离、整形、编码转换、并提供三种信号输出接口形式的用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口结构及方法。
背景技术：
变速器是汽车的主要部件之一，其产品质量直接影响整车的性能。对装配后的新变速器进行下线检测是生产过程必需的步骤。现有对新变速器的检测主要通过两个过程完成首先，通过变速器加载试验台实现变速器装夹定位、变速器注油、加速或减速试验； 然后，由操作人员或者基于振动噪声的故障分析仪侦听加载过程中的振动噪声，判断是否存在齿形偏差、齿轮制造误差、装配偏心、轮齿毛刺等故障。基于振动噪声分析的变速器故障诊断仪硬件主要由工控机、加速度传感器、转速传感器、数据采集卡和计数卡五大部分组成，即如附
图1所示，包含有用于变速器加载试验台11，加速度传感器12，转速传感器13，数据采集卡15，计数卡16和工控机17的设备及装置。而在软件处理上至少需要三个参数， 即加速度信号、转速信号和档位信号。加速度信号由数据采集卡采集加速度传感器信号得到。转速传感器输出转速信号，但该信号可能带有干扰。档位信号则由加载试验台以8路 TTL电平信号的形式送出。转速信号和档位信号若直接传送给故障诊断仪，存在以下五个弊端(1)转速信号的作用是用来确定变速运动过程中加速度信号的相位，转速信号夹带的干扰会导致加速度信号相位的移位，从而引起对变速器故障的误判断。(2)在工业现场条件下，档位信号在传输过程中通常会产生严重的畸变，易引起诊断系统的误判断；(3)故障诊断仪与加载试验台的供电电源为两路不同的交流电源，系统间的地线破坏性噪声和电涌会侵入板卡和工控机系统，导致板卡、工控机的损坏；(4)以8路TTL电平信号形式传送的档位信号占用接收设备过多的I/O通道，增加硬件成本；(5)由工控机直接处理转速信号和档位信号，占用CPU过多资源，增加CPU负担。因此，在将转速信号和档位信号送入故障诊断仪之前，有必要对信号进行预处理，主要包括对转速信号进行隔离、滤波重构，对档位信号进行隔离、整形、编码转换、并提供用户多种档位信号输出接口形式。但是，现有的仪器或设备还没有专门为这一功能提供解决办法，中国实用新型专利申请号200420088002. 2 “汽车变速箱档位自动检测装置”提出了将档位检测磁控开关信号经过光电隔离后直接送给单片机，但此实用新型的信号未进行传输，也未进行整形，未提供用户可选择的档位信号输出方式；中国实用新型专利申请号03277649. 7 “汽车自动变速箱档位采集锁止控制器”，给出了档位信号采集方法，但此实用新型未对档位信号进行处理；中国实用新型专利申请号02260914. 8 “车辆数码档位显示器”，提出了一种译码电路处理档位信号，此实用新型专利虽对该信号进行了显示，但未对信号进行隔离、编码转换处理。综上情况，有必要设计一种实现对变速器故障诊断仪的档位与转速信号进行预处理的接口结构及方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口结构及方法，对转速传感器输出的转速信号进行隔离、滤波重构，对加载试验台输出的档位信号进行隔离、整形、编码转换，提供用户四通道并行编码输出、单通道串行方波编码输出以及 RS-232全双工异步串行输出三种用户可选择的档位信号形式，通过RS-232全双工异步串行接口接受用户下发的档位信号形式选择控制指令。本发明的目的是这样实现的设计一种档位与转速信号预处理接口结构，其设置电源单元提供装置所需要的电源并满足“工业自动化仪表用电源电压”标准要求；设置光电隔离器对信号进行隔离、整形；设置单片微处理器实现对档位与转速信号的预处理，以及对工控机下发的档位信号形式选择控制指令的处理。本发明设计的信号预处理方法包括将8 位TTL电平档位信号转换成4位并行编码信号的方法，将8位TTL电平档位信号转换成单通道串行方波编码的方法，将8位TTL电平档位信号转换成全双工异步串行编码的方法以及对转速信号进行滤波重构的方法。该结构输出的转速信号以单通道变频方波信号的形式送入计数卡，输出的档位信号有三种形式一种是以四通道并行编码输出的形式送入计数卡，另一种是以单通道串行方波编码输出的形式送入计数卡，第三种是以RS-232异步串行输出的形式直接送入工控机，用户选择哪种形式均可。本发明的档位信号预处理接口结构由核心的单片机单元、加载试验台电源接口、 电源单元、档位与转速信号信号接口、输入光电隔离单元、输出光电隔离单元、TTL/RS-232 电平转换单元、档位信号四通道并行编码输出接口、档位信号单通道串行方波输出接口、转速信号单通道变频方波输出接口、RS-232全双工异步串行输出接口所组成，其中
档位与转速信号输入接口与输入光电隔离单元电路电性连接； 输入光电隔离单元与单片机单元电性连接； 单片机单元还与输出光电隔离单元电性连接；
输出光电隔离单元与档位信号四通道并行编码输出接口、档位信号单通道串行方波输出接口及转速信号单通道变频方波输出接口电性连接； 单片机单元还与TTL/RS-232电平转换单元电性连接； TTL/RS-232电平转换单元与RS-232全双工异步串行输出接口电性连接。本发明的档位信号预处理接口结构的单片机单元由AVR型单片机构成； 电源单元由两个稳压�？榧捌渫馕У缏纷槌桑哂辛铰废嗷ジ衾氲牡缭词涑銎渲幸�
路电源输出为单片机单元、电平转换单元、输入光电隔离单元的信号输出侧、输出光电隔离单元的信号输入侧供电，另一路电源输出为输出光电隔离单元的信号输出侧供电； 输入光电隔离单元由光电耦合器构成； 输出光电隔离单元由光电耦合器构成；
TTL/RS-232电平转换单元由电平转换器MAX232及其外围电路组成。加载试验台送来的八路TTL电平档位信号，以某一位为高电平，其余位为低电平代表包括空档在内的某一档位状态，采用由试验台八位档位信号转换成四位并行编码档位信号的形式将试验台八位档位信号转换为4位并行编码信号，用户可通过调整试验台8路信号的接入线序调整档位状态与4位并行编码信号的对应关系。
单通道串行方波编码方法以输出某一频率的连续方波码串表示某一档位状态，采用表2方法将加载试验台8位TTL电平档位信号转换为单通道串行方波编码输出信号，用户可通过调整试验台8路信号的接入线序调整档位状态与串行方波编码信号的对应关系。表1 试验台8位档位信号一4位并行编码档位信号转换
权利要求
1.一种用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口结构，包括变速器加载试验台 (11)、加速度传感器(12)，转速传感器(13)，数据采集卡(15)，计数卡(16)和工控机(17) 的设备及装置，其特征在于档位信号预处理接口结构由核心的单片机单元(21)、加载试验台电源接口(22)、电源单元(23)、档位与转速信号信号接口(24)、输入光电隔离单元(25)、输出光电隔离单元 (26), TTL/RS-232电平转换单元(27)、档位信号四通道并行编码输出接口(28)、档位信号单通道串行方波输出接口(29)、转速信号单通道变频方波输出接口(30)、RS-232全双工异步串行输出接口(31)所组成，其中档位与转速信号输入接口( 24)与输入光电隔离单元电路(25)电性连接； 输入光电隔离单元(25)与单片机单元(21)电性连接； 单片机单元(21)与输出光电隔离单元(26)电性连接；输出光电隔离单元(26)与档位信号四通道并行编码输出接口(28)、档位信号单通道串行方波输出接口(29)及转速信号单通道变频方波输出接口(30)电性连接； 单片机单元(21)还与TTL/RS-232电平转换单元(27)电性连接； TTL/RS-232电平转换单元(27)与RS-232串行输出接口(30)电性连接。
2.依据权利要求1所述的用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口结构，其特征在于单片机单元(21)由AVR型单片机构成； 电源单元(23)由两个稳压�？榧捌渫馕У缏纷槌桑� 输入光电隔离单元(25)由光电耦合器构成； 输出光电隔离单元06)由光电耦合器构成；TTL/RS-232电平转换单元(27)由电平转换器MAX232及其外围电路组成。
3.依据权利要求1所述的用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口结构，其特征在于电源单元(23)具有两路电源输出，即电源输出(32)和另一电源输出(33)，其中电源输出(32)为单片机单元(21)、TTL/RS-232电平转换单元(27)、输入光电隔离单元(25)的输出侧、输出光电隔离单元(26)的信号输入侧供电，另一路电源输出(33)为输出光电隔离单元(26)的信号输出侧供电。
4.一种用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口的方法，其特征在于其中，将8 位TTL电平档位信号转换成4位并行编码信号的方法，是将8位TTL电平档位信号转换成单通道串行方波编码的方法，将8位TTL电平档位信号转换成全双工异步串行编码的方法。
5.一种用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口的方法，其特征在于 其中，对转速信号进行滤波重构的方法，具体为设当前转速信号方波脉冲计数为η，脉冲宽度为Alfc，最高转速对应的转速信号方波脉冲宽度为A^，最低转速对应的转速信号方波脉冲宽度为Λ^，滤波重构后的转速信号方波脉冲计数为》β脉宽为Al,则
全文摘要
本发明为用于变速器故障诊断仪的档位信号预处理接口结构及方法，属于电子技术类，其档位信号预处理接口结构由单片机单元、加载试验台电源接口、电源单元、档位与转速信号输入接口、输入光电隔离单元、输出光电隔离单元、电平转换单元、档位信号四通道并行编码输出接口、档位信号单通道串行方波输出接口、档位信号RS-232全双工异步串行输出接口及转速信号单通道变频方波输出接口所组成，对档位信号进行隔离、整形，可提供档位信号的四通道并行编码输出、单通道串行方波输出和全双工异步串行输出三种接口形式；其用于对转速信号滤波重构的方法，可在不改变转速信号相位关系的前提下去除干扰，重构转速信号，克服了现有带通滤波器的缺陷。
文档编号G01M13/02GK102279102SQ201110091360
公开日2011年12月14日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者孙世刚, 胡玉鑫, 臧玉萍, 闫一功 申请人:长春工业大学
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