【摘 要】
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柴油机作为核心动力设备广泛应用于工业、农业、军事、建筑、交通运输等各个行业,保证其处于良好的运行状态,对确保安全生产、降低运行成本、节约能源、保护环境等方面具有重
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柴油机作为核心动力设备广泛应用于工业、农业、军事、建筑、交通运输等各个行业,保证其处于良好的运行状态,对确保安全生产、降低运行成本、节约能源、保护环境等方面具有重要意义。因此,在柴油机的日常运行过程中,迫切需要柴油机在线监测与故障诊断装置对其监测,指导维修人员开展高效的检修工作。本文对现有的柴油机状态监测装置进行了分析,提出了基于可编程片上系统(SOPC)技术的柴油机在线监测与故障诊断装置的方案。SOPC是近几年兴起的一种用于嵌入式系统开发的片上系统可编程技术,此技术在现场可编程门阵列(FPGA)中实现微处理器及其他外设,使得它不仅拥有微处理器系统丰富的软硬件资源,还具备FPGA系统的可编程硬件逻辑资源,被很多人认为是未来嵌入式系统发展的方向。本文对SOPC技术在柴油机监测诊断的应用上做了一些探索。该方案具有体积小、功耗低、可靠性高、成本低、扩展性强、软硬件可升级等诸多优点。论文主要完成了以下工作:1、SOPC系统设计。根据装置的功能需求,设计了SOPC系统的硬件方案,构建了基于Altera公司NiosⅡ处理器为核心的SOPC系统。2、IP核设计。根据模数转换器(ADC)数据接口的要求,实现了ADC接口IP核,高效准确地实现外部触发的数据采集。根据对诊断算法运算速度的要求,对诊断算法中常用的数字信号处理运算——有限冲击响应(FIR)滤波器和快速傅立叶变换(FFT),采用了硬件实现,并将其模块化封装,形成可重用的IP核。测试结果表明,硬件加速对系统的性能提升是巨大的。3、软件设计。在分析了NiosⅡ处理器的软件结构的基础上,开发了自定义片上外设及片外设备的驱动;研究了μC/OS-Ⅱ实时操作系统,编写了基于μC/OS-Ⅱ的应用程序,完成复杂的控制及通信功能。
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