基于无线射频通信的柴油机曲轴扭矩在线检测装置的研制

摘要

现如今,造船工业与船舶科学技术发展非常迅猛,对船舶机动性能的要求也越来越高,因而在船舶工业当中,对船舶动力系统的动态性能要求也相当高。由于船舶在运行过程当中工况相当复杂,驾驶员往往需要频繁地对其进行倒车、正车、紧急刹车、快速起动、突然加速或减速等非稳态运行操作,船舶动力系统需要承受相当大的冲击,特别是柴油机的转轴需要承受非常大的瞬时扭矩峰值,容易对动力装置轴系造成损坏,因此有必要实时监测扭矩的工作状况。除此之外,柴油机性能测试和故障诊断需要测出柴油机的功率,而柴油机功率的计算又少不了柴油机曲轴的扭矩测量,因此对柴油机曲轴的扭矩动态监测具有非常重要的意义。在柴油机转轴处于高速旋转的情况下,要测试实时的扭矩值,最棘手的问题是如何将采集到的数据传输到外界来。采用接线的方式是行不通的,而一般做法是采用导电滑环来完成,但是导电滑环存在摩擦发热,使用寿命不长,而且容易引起信号波动,造成重大误差。为了克服这些问题,我们利用射频通信技术,采用无线数据传输的方式,研制了无线扭矩检测装置,有效的解决了以上问题。
　　 本文在详细了解了柴油机曲轴工作状况,扭矩的测量原理、测量信号、及其主要功能的基础上,设计出了该检测装置。在硬件设计上,我们采用CC2430芯片,它是符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片,集成了8051单片机内核和A/D转换模块,大大简化了外围电路设计。放大电路采用了AD623芯片来对采集信号进行放大,并按照要求设计了放大电路、A/D转换电路、射频收发电路、串口通信电路等,并进行了调试。在软件设计方面,利用Keil C51编程软件编写出了A/D转换程序、无线发射程序、无线接收程序、串口通信程序等应用程序,实现了系统的数据采集功能,而且还利用Visual Studio软件设计用户界面窗口,使用户可以直观地监测扭矩的实时大小,操作方便,而且还可以随时储存采集的数据,为以后的进一步研究提供科学依据。