CN103278329A - 便携式手持汽车发动机故障预测仪 - Google Patents
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Abstract
便携式手持汽车发动机故障预测仪，属于汽车安全监测故障诊断领域，本发明为了解决现有技术不能对汽车发动机故障进行提前预警的问题，通过尾气采集单元采集汽车尾气中各种成分的含量，通过发动机信息采集单元采集发动机的振动、噪声、温度的数据并发送给信号处理主控***，该信号处理主控***采用遗传神经网络算法对接收到的汽车尾气中各种成分的含量，发动机的振动、噪声和温度的数据作为推理依据，来预测出汽车的发动机即将会出现的一些故障，并将故障信息和避免故障的指导信息通过触摸显示屏显示给用户；本发明适用于对汽车故障预测及对汽车故障诊断领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式手持汽车发动机故障预测仪，属于汽车安全监测故障诊断领域。
背景技术
在汽车领域内，目前还未见到有汽车故障预测功能的上市产品，而与本设计类似的产品是汽车故障分析仪和汽车运行状态监测仪。汽车故障分析仪主要是针对出故障车辆来分析其产生故障的问题。虽然汽车故障检测仪也分手持式和与电脑连接式，但这些设备都需要专业人士操作，而且此类产品价格昂贵，对不同派系的车辆仪器制作有较大差别，很不适合每一个车主的操作。还有些类似的产品在研发阶段如基于GPRS技术的汽车运行状态远程监测及故障检测专家或基于GSM技术的远程汽车运行状态监测等。这些设备都是价格较贵，且非专业修车人士较难操作的仪器。
发明内容
本发明为了解决现有技术不能对汽车发动机故障进行提前预警的问题，本发明提出了一种便携式手持汽车发动机故障预测仪。
便携式手持汽车发动机故障预测仪，它包括发射部和接收显示部，所述的发射部通过无线信号与接收显示部连接；发射部包括尾气采集单元和发动机信息采集单元；
所述的尾气采集单元包括气体检测电路、湿度检测电路、尾气信号采集主控***和第一无线发射电路，所述的气体检测电路的信号输出端与尾气信号采集主控***的气体检测信号输入端连接，湿度检测电路的信号输出端与尾气信号采集主控***的湿度检测信号输入端连接，尾气信号采集主控***的信号输出端与第一无线发射电路的信号输入端连接，
发动机信息采集单元包括噪声检测电路、振动检测电路、温度采集电路、发动机信号采集主控***和第二无线发射电路，所述的噪声检测电路的噪声信号输出端与发动机信号采集主控***的噪声信号输入端连接，振动检测电路的振动信号输出端与发动机信号采集主控***的振动信号输入端连接，温度采集电路的温度信号输出端与发动机信号采集主控***的温度信号输入端连接，所述发动机信号采集主控***的信号输出端与第二无线发射电路的信号输入端连接，
接收显示部包括无线接收电路、信号处理主控***、触摸显示屏、语音警示电路、OBD接口电路、存储电路和USB接口及SD接口电路，所述的无线接收电路的信号输出端与信号处理主控***的通讯信号输入端连接，所述的信号处理主控***的通过一个串行通讯总线与触摸显示屏连接，该信号处理主控***的USB串行通信端口与USB接口及SD接口电路连接，该信号处理主控***的通过另一个串行通讯总线与存储电路连接，OBD接口电路的信号输出端与信号处理主控***的数据信号输入端连接。
信号处理主控***把每次处理数据的分析结果存储到存储电路，以便为信号处理主控***对历史数据的调用、比较及其用于其他设备查阅。
所述的噪声检测电路可以采用采用图7所示的具体电路结构实现。
所述的振动检测电路可以采用采用图8所示的具体电路结构实现。
所述的OBD接口电路可以采用采用图11所示的具体电路结构实现。
触摸显示屏用于显示故障分析的结果，语音警示电路用于发出故障报警信息，尾气信号采集主控***和发动机信号采集主控***对采集信号做预处理。
所述的尾气信号采集主控***包括红外发射电路、放大电路、A/D转换电路和比较器，所述放大电路的信号输入端同时与红外发射电路信号输出端和湿度检测电路的信号输出端连接，所述放大电路的信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端连接，所述的A/D转换电路的数字信号输出端与比较器的信号输入端连接，该比较器的信号输出端是尾气信号采集主控***的信号输出端，所述的放大电路的信号输入端是尾气信号采集主控***的湿度检测信号输入端。
所述的气体检测电路包括气体传感电路和红外发射电路，所述气体传感电路的信号输出端与红外发射电路的信号输入端连接，所述的红外发射电路信号输出端与尾气信号采集主控***的红外接收电路信号输入端通过无线连接，所述红外发射电路信号输出端是气体检测电路的信号输出端；
尾气信号采集主控***的红外接收电路接收气体检测电路的红外发射电路发射的红外信号。
红外发射电路采用HSL5/60型红外辐射光源，该红外光源可以发出0.7～5.0μm波长的红外线，用于覆盖所检测尾气波长的范围。红外发射电路中传感器的工作电压是5V，工作电流60mA，可持续工作时间100000个小时，且此传感器体积小巧适用便携式低功耗类仪器上使用。红外辐射源电路，通过DSP控制器输出的PWM波来调制红外辐射源的光强，红外发射电路中使用了ADP3336稳压芯片，以此来保证PWM波调制后红外辐射源的光强稳定。
红外接收电路中采用的四元热电堆探测器实现，尾气信号采集主控***是通过不同的气体分子对红外辐射有选择性吸收的原理来设计的，即当红外辐射通过某种气体时，尾气中的极性分子非单元素气体分子，如CO2、CO、HC等就会对红外辐射进行选择性吸收，并且只吸收特定波长的红外辐射。由此原理可以检测出汽车尾气中一些特定气体的含量。
所述的发动机信号采集主控***包括放大电路、A/D转换电路和比较器，所述的放大电路将噪声信号、振动信号和温度信号进行放大，并将所有放大后的模拟信号送至A/D转换电路，所述A/D转换电路将所有放大后的模拟信号转换成数字信号，所述的比较器将数字信号进行处理输出有效的数字信号。
所述的信号处理主控***采用遗传神经网络算法模块实现对信号的处理。
通过遗传神经网络算法模块，实现对汽车发动机故障的分析和预测。
所述的尾气信号采集主控***采用美国TI公司的MSP430F2012做主控芯片。
所述的第一无线发射电路采用nRF24L01型芯片实现。
nRF24L01型芯片是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz～2.5GHz ISM频段；内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置；nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)。
所述的温度采集电路采用DALLAS公司型号为DS18B20的数字温度传感器。
该温度传感可测温度范围是－55℃～＋125℃。
所述的发动机信号采集主控***采用美国TI公司的MSP430F2012做主控芯片。
所述的USB接口及SD接口电路采用CH376型芯片实现。
所述的信号处理主控***采用DSP主控芯片。
在DSP主控芯片中嵌入遗传神经网络算法程序，实现对汽车发动机故障的分析和预测。信号处理主控***采用的DSP主芯片为算法处理芯片，并把遗传神经网络算法应用实际设计当中，使得接收显示部可以快速对接受的汽车各个参数做出分析，比常规分析准确度提高了15%，这样能很准确的判断出汽车各部件的状态，并能很好预测出汽车发动机哪方面可能会发生的故障。
本发明带来的有益效果是：实现了汽车发动机故障出现前进行提前预警的功能。
附图说明
图1是本发明所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的电气原理示意图。
图2是具体实施方式二所述的气体检测电路的一种结构示意图；其中虚线框表示红外发射电路。
图3是具体实施方式二所述的尾气信号采集主控***的结构示意图；其中虚线框表示放大电路。
图4是具体实施方式二所述的一种A/D转换电路的结构示意图。
图5是具体实施方式六所述的第一无线发射电路的电气原理示意图。
图6是具体实施方式七所述的温度采集电路的一种结构示意图。
图7是具体实施方式一所述的噪声检测电路的一种结构示意图。
图8是本具体实施方式一所述的振动检测电路的一种结构示意图。
图9是本实施方式九所述的一种USB接口及SD接口电路的结构示意图。
图10是具体实施方式四所述的遗传神经网络算法模块的程序流程图；附图标记17表示遗传过程；附图标记18表示解空间过程。
图11是具体实施方式一所述的OBD接口电路的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1、图7、图8、和图11说明本实施方式，本实施方式所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，它包括发射部和接收显示部，所述的发射部通过无线信号与接收显示部连接；发射部包括尾气采集单元和发动机信息采集单元；
所述的尾气采集单元包括气体检测电路1、湿度检测电路2、尾气信号采集主控***3和第一无线发射电路4-1，所述的气体检测电路1的信号输出端与尾气信号采集主控***3的气体检测信号输入端连接，湿度检测电路2的信号输出端与尾气信号采集主控***3的湿度检测信号输入端连接，尾气信号采集主控***3的信号输出端与第一无线发射电路4-1的信号输入端连接，
发动机信息采集单元包括噪声检测电路13、振动检测电路14、温度采集电路15、发动机信号采集主控***16和第二无线发射电路4-2，所述的噪声检测电路13的噪声信号输出端与发动机信号采集主控***16的噪声信号输入端连接，振动检测电路14的振动信号输出端与发动机信号采集主控***16的振动信号输入端连接，温度采集电路15的温度信号输出端与发动机信号采集主控***16的温度信号输入端连接，所述发动机信号采集主控***16的信号输出端与第二无线发射电路4-2的信号输入端连接，
接收显示部包括无线接收电路5、信号处理主控***6、触摸显示屏7、语音警示电路8、OBD接口电路10、存储电路11和USB接口及SD接口电路12，所述的无线接收电路5的信号输出端与信号处理主控***6的通讯信号输入端连接，所述的信号处理主控***6的通过一个串行通讯总线与触摸显示屏7连接，该信号处理主控***6的USB串行通信端口与USB接口及SD接口电路12连接，该信号处理主控***6的通过另一个串行通讯总线与存储电路11连接，OBD接口电路10的信号输出端与信号处理主控***6的数据信号输入端连接。
本实施方式中，信号处理主控***6把每次处理数据的分析结果存储到存储电路11，以便为信号处理主控***6对历史数据的调用、比较及其用于其他设备查阅。
本实施方式所述的噪声检测电路13可以采用采用图7所示的具体电路结构实现。
本实施方式所述的振动检测电路14可以采用采用图8所示的具体电路结构实现。
本实施方式所述的OBD接口电路10可以采用采用图11所示的具体电路结构实现。
触摸显示屏7用于显示故障分析的结果，语音警示电路8用于发出故障报警信息，尾气信号采集主控***3和发动机信号采集主控***16对采集信号做预处理。
具体实施方式二：参见图1、图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的尾气信号采集主控***3包括红外接收电路、放大电路、A/D转换电路和比较器，所述放大电路的信号输入端同时与红外接收电路信号输出端和湿度检测电路2的信号输出端连接，所述放大电路的信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端连接，所述的A/D转换电路的数字信号输出端与比较器的信号输入端连接，该比较器的信号输出端是尾气信号采集主控***3的信号输出端，所述的放大电路的信号输入端是尾气信号采集主控***3的湿度检测信号输入端。
所述的气体检测电路1包括气体传感电路和红外发射电路，所述气体传感电路的信号输出端与红外发射电路的信号输入端连接，所述的红外发射电路信号输出端与尾气信号采集主控***3的红外接收电路信号输入端通过无线连接，所述红外发射电路信号输出端是气体检测电路1的信号输出端；
尾气信号采集主控***3的红外接收电路接收气体检测电路1的红外发射电路发射的红外信号。
本实施方式中，红外发射电路采用HSL5/60型红外辐射光源，该红外光源可以发出0.7～5.0μm波长的红外线，用于覆盖所检测尾气波长的范围。红外发射电路中传感器的工作电压是5V，工作电流60mA，可持续工作时间100000个小时，且此传感器体积小巧适用便携式低功耗类仪器上使用。红外辐射源电路，通过DSP控制器输出的PWM波来调制红外辐射源的光强，红外发射电路中使用了ADP3336稳压芯片，以此来保证PWM波调制后红外辐射源的光强稳定。
红外接收电路中采用的四元热电堆探测器实现，尾气信号采集主控***3是通过不同的气体分子对红外辐射有选择性吸收的原理来设计的，即当红外辐射通过某种气体时，尾气中的极性分子（非单元素气体分子，如CO2、CO、HC等）就会对红外辐射进行选择性吸收，并且只吸收特定波长的红外辐射。由此原理可以检测出汽车尾气中一些特定气体的含量。
具体实施方式三：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的发动机信号采集主控***16包括放大电路、A/D转换电路和比较器，所述的放大电路将噪声信号、振动信号和温度信号进行放大，并将所有放大后的模拟信号送至A/D转换电路，所述A/D转换电路将所有放大后的模拟信号转换成数字信号，所述的比较器将数字信号进行处理输出有效的数字信号。
具体实施方式四：参见图10说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的信号处理主控***6采用遗传神经网络算法模块实现对信号的处理。
本实施方式中，通过遗传神经网络算法模块，实现对汽车发动机故障的分析和预测。
具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的尾气信号采集主控***3采用美国TI公司的MSP430F2012做主控芯片。
具体实施方式六：参见图1和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的第一无线发射电路4-1采用nRF24L01型芯片实现。
nRF24L01型芯片是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4GHz～2.5 GHz ISM频段；内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置；nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率发射时，工作电流也只有9mA；接收时，工作电流只有12.3mA，多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)。
具体实施方式七：参见图1和图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的温度采集电路15采用DALLAS公司型号为DS18B20的数字温度传感器。
该温度传感可测温度范围是－55℃～＋125℃。
具体实施方式八：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的发动机信号采集主控***16采用美国TI公司的MSP430F2012做主控芯片。
具体实施方式九：参见图1和图9说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的USB接口及SD接口电路12采用CH376型芯片实现。
具体实施方式十：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪的区别在于，所述的信号处理主控***6采用DSP主控芯片。
Claims (10)
1.便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，它包括发射部和接收显示部，所述的发射部通过无线信号与接收显示部连接；发射部包括尾气采集单元和发动机信息采集单元；
所述的尾气采集单元包括气体检测电路（1）、湿度检测电路（2）、尾气信号采集主控***（3）和第一无线发射电路（4-1），所述的气体检测电路（1）的信号输出端与尾气信号采集主控***（3）的气体检测信号输入端连接，湿度检测电路（2）的信号输出端与尾气信号采集主控***（3）的湿度检测信号输入端连接，尾气信号采集主控***（3）的信号输出端与第一无线发射电路（4-1）的信号输入端连接，
发动机信息采集单元包括噪声检测电路（13）、振动检测电路（14）、温度采集电路（15）、发动机信号采集主控***（16）和第二无线发射电路（4-2），所述的噪声检测电路（13）的噪声信号输出端与发动机信号采集主控***（16）的噪声信号输入端连接，振动检测电路（14）的振动信号输出端与发动机信号采集主控***（16）的振动信号输入端连接，温度采集电路（15）的温度信号输出端与发动机信号采集主控***（16）的温度信号输入端连接，所述发动机信号采集主控***（16）的信号输出端与第二无线发射电路（4-2）的信号输入端连接，
接收显示部包括无线接收电路（5）、信号处理主控***（6）、触摸显示屏（7）、语音警示电路（8）、OBD接口电路（10）、存储电路（11）和USB接口及SD接口电路（12），所述的无线接收电路（5）的信号输出端与信号处理主控***（6）的通讯信号输入端连接，所述的信号处理主控***（6）的通过一个串行通讯总线与触摸显示屏（7）连接，该信号处理主控***（6）的USB串行通信端口与USB接口及SD接口电路（12）连接，该信号处理主控***（6）的通过另一个串行通讯总线与存储电路（11）连接，OBD接口电路（10）的信号输出端与信号处理主控***（6）的数据信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的尾气信号采集主控***（3）包括红外接收电路、放大电路、A/D转换电路和比较器，所述放大电路的信号输入端同时与红外接收电路信号输出端和湿度检测电路（2）的信号输出端连接，所述放大电路的信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端连接，所述的A/D转换电路的数字信号输出端与比较器的信号输入端连接，该比较器的信号输出端是尾气信号采集主控***（3）的信号输出端，所述的放大电路的信号输入端是尾气信号采集主控***（3）的湿度检测信号输入端；所述的气体检测电路（1）包括气体传感电路和红外发射电路，所述气体传感电路的信号输出端与红外发射电路的信号输入端连接，所述的红外发射电路信号输出端与尾气信号采集主控***（3）的红外接收电路信号输入端通过无线连接，所述红外发射电路信号输出端是气体检测电路（1）的信号输出端；
尾气信号采集主控***（3）的红外接收电路接收气体检测电路（1）的红外发射电路发射的红外信号。
3.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的发动机信号采集主控***（16）包括放大电路、A/D转换电路和比较器，所述放大电路的噪声信号输入端是发动机信号采集主控***（16）的噪声信号输入端，该放大电路的振动信号输入端是发动机信号采集主控***（16）的振动信号输入端，该放大电路温度信号输入端是发动机信号采集主控***（16）的温度信号输入端，该放大电路的信号输出端与A/D转换电路的模拟信号输入端连接，所述A/D转换电路的数字信号输出端与比较器的信号输入端连接，所述比较器的信号输出端是发动机信号采集主控***（16）的信号输出端。
4.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的信号处理主控***（6）采用遗传神经网络算法模块实现对信号的处理。
5.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的尾气信号采集主控***（3）采用美国TI公司的MSP430F2012做主控芯片。
6.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的第一无线发射电路（4-1）采用nRF24L01型芯片实现。
7.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的温度采集电路（15）采用DALLAS公司型号为DS18B20的数字温度传感器。
8.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的发动机信号采集主控***（16）采用美国TI公司的MSP430F2012做主控芯片。
9.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的USB接口及SD接口电路（12）采用CH376型芯片实现。
10.根据权利要求1所述的便携式手持汽车发动机故障预测仪，其特征在于，所述的信号处理主控***（6）采用DSP做主控芯片。
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Granted publication date: 20150930 Termination date: 20180521 |
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