康明斯發(fā)動機(jī)是高速推土機(jī),、挖掘機(jī)和裝載機(jī)等工程機(jī)械的主要?jiǎng)恿ρb置,， 其工作狀態(tài)決定著整個(gè)高速推,、挖,、裝的工作進(jìn)度,。該發(fā)動機(jī)的智能化、自動化程度一般都比較高,， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜,， 故障發(fā)生率也比較高。液壓系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障后,， 檢測與維修難度都比較大,。利用微電腦技術(shù)和電子技術(shù)對康明斯發(fā)動機(jī)的工作過程和工作原理進(jìn)行仿真模擬和演示操作， 可以直觀地反映出發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)與故障特性,， 進(jìn)行發(fā)動機(jī)的故障診斷與排除教學(xué)實(shí)驗(yàn),， 有助于受訓(xùn)人員掌握發(fā)動機(jī)的工作原理、熟悉發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu),、故障特點(diǎn),、檢測手段與排除方法， 提高其檢測,、維修與保障的能力,。
1、M11發(fā)動機(jī)燃油系實(shí)訓(xùn)臺總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
燃油系實(shí)訓(xùn)臺的典型結(jié)構(gòu)由LCD顯示屏,、工作原理演示面板,、故障原因示意區(qū)、故障排除方法區(qū),、故障原因設(shè)置區(qū),、聲音提示裝置、模式選擇開關(guān)區(qū),、工作參數(shù)調(diào)整按鈕區(qū),、微電腦控制單元和相應(yīng)的驅(qū)動電路與控制軟件組成。實(shí)訓(xùn)臺架上的工作原理演示面板,、各種設(shè)置,、調(diào)整與控制開關(guān)均由大面積薄膜開關(guān)組件制成。
1.1 實(shí)訓(xùn)臺的機(jī)械結(jié)構(gòu)
實(shí)訓(xùn)臺機(jī)械結(jié)構(gòu)由可移動萬向臺架組成,分為上下兩部分,。其中上部臺架主要安裝LCD顯示屏,、工作原理圖,、故障現(xiàn)象設(shè)置按鈕薄膜開關(guān)陣列、故障原因設(shè)置薄膜開關(guān)陣列等,。微電腦控制單元和驅(qū)動電路,、附件電纜等安裝在上部臺架里。上部參加采用雙后開門結(jié)構(gòu),， 方便安裝與維修,。臺架的下部主要安裝電源設(shè)備、模式選擇與參數(shù)調(diào)整開關(guān),、故障原因排除按鈕陣列以相應(yīng)的連接電纜等附件,。下部前后均開門。臺架經(jīng)過高溫噴漆處理, 牢固耐用,， 外形尺寸為（1400×580×1600）mm,。
1.2 微電腦控制單元的設(shè)計(jì)
微電腦控制單元是整個(gè)實(shí)訓(xùn)臺的控制中樞， 其核心是C8051F029單片機(jī),?？刂茊卧邮苡脩糨斎氲目刂菩畔ⅲ?包括設(shè)置的故障原因,、故障現(xiàn)象,、選擇的故障排除方法與工作模式、選擇的其它系統(tǒng)狀態(tài)信息等,， CPU根據(jù)這些信息做出處理,， 然后輸出控制信息， 使工作原理圖的流水燈按照程序進(jìn)行動態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)以模擬總成或系統(tǒng)的工作過程,； 模擬故障分析排除過程， 指導(dǎo)受訓(xùn)人員學(xué)習(xí)和掌握故障診斷與排除方法,； 根據(jù)實(shí)訓(xùn)臺的教學(xué),、訓(xùn)練流程， 同步給出語音提示信息,； 設(shè)置考核題目,， 對受訓(xùn)人員的訓(xùn)練情況進(jìn)行考核和驗(yàn)收， 促進(jìn)受訓(xùn)人員的訓(xùn)練
與學(xué)習(xí),。
控制單元由MCS51單片機(jī)處理模塊,、模擬量輸入、開關(guān)量輸入輸出,、電源模塊,、串行通訊模塊、電平轉(zhuǎn)換與驅(qū)動模塊,、語音模塊等組成,。硬件控制板以C8051F020單片機(jī)為核心， 并完善了系統(tǒng)硬件環(huán)境， 保證實(shí)訓(xùn)臺在使用過程中,， 能夠?qū)崟r(shí)采集到真實(shí)的信號數(shù)據(jù),， 可靠地實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制， 減少故障的發(fā)生,，延長系統(tǒng)的使用壽命,。整個(gè)電路系統(tǒng)的原理框圖如圖2所示。

圖2 微電腦控制系統(tǒng)原理框圖
2,、實(shí)訓(xùn)臺研制中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 PT泵燃油系工作原理圖的LED的可控動態(tài)演示M11發(fā)動機(jī)PT泵燃油系的工作原理演示圖,， 需要多個(gè)LED燈來進(jìn)行動態(tài)演示。而微控制器I/O端口數(shù)量是有限的,， 軟件上采用循環(huán)算法效率不高,， 且采用并行驅(qū)動難以實(shí)現(xiàn)。項(xiàng)目組在設(shè)計(jì)過程中,， 采用高性能8位3態(tài)總線中繼或收發(fā)器件HC245級聯(lián),， 達(dá)到擴(kuò)展CPU的I/O端口數(shù)量的目的。這樣用有限的I/O端口即可控制大數(shù)量LED的動態(tài)顯示,， 當(dāng)需要增加LED數(shù)量時(shí),，只需進(jìn)一步級聯(lián)HC245即可， 而不用占用新的I/O端口,。LED的動態(tài)可控流水操作,， 充分展示了新型工程各總成及系統(tǒng)的工作原， 極大地提高了實(shí)訓(xùn)臺的直觀性,、逼真性,， 提高了參訓(xùn)人員的訓(xùn)練積極性， 加深了對工作原理的理解和掌握,。
2.2 實(shí)訓(xùn)臺教學(xué),、實(shí)訓(xùn)過程與語音提示的同步處理
實(shí)訓(xùn)臺運(yùn)行時(shí)， 無論是工作原理的演示過程,， 還是故障現(xiàn)象,、故障原因及故障排隊(duì)方法的教學(xué)或考核， 都伴隨有相應(yīng)的語音提示,。因此在硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí),， 必須考慮語音與動作的同步問題。這樣才能提高教學(xué)與訓(xùn)練效果,。
項(xiàng)目設(shè)計(jì)中采用了語音芯片,， 并在軟件設(shè)計(jì)中開發(fā)了相應(yīng)的語音同步程序， 使實(shí)訓(xùn)臺的工作過程中的語音提示準(zhǔn)確同步,， 極大地提高了實(shí)訓(xùn)臺的使用性能,。
2.3 大容量開關(guān)矩陣輸出量的數(shù)據(jù)采集
實(shí)訓(xùn)臺的故障現(xiàn)象,、故障原因、故障排除方法和狀態(tài)參數(shù)的調(diào)整等都是通過薄膜開關(guān)來實(shí)現(xiàn),。因此實(shí)訓(xùn)臺的開關(guān)數(shù)量相當(dāng)多,， 微電腦控制單元的端口不但要分配給工作原理演示流水LED的控制， 而且還要與這些開關(guān)進(jìn)行信息交互,， 對系統(tǒng)的硬軟件資源要求*,。項(xiàng)目組經(jīng)過反復(fù)研究討論， 采用了兩種開關(guān)數(shù)據(jù)采集方案：
①選用高性能數(shù)碼管/鍵盤驅(qū)動模塊CH452進(jìn)行開關(guān)動作識別并完成開關(guān)左側(cè)LED示意燈的控制,；
②在開關(guān)上接入不同阻值的電阻,， 再將開關(guān)輸入量送入A/D進(jìn)行采用和轉(zhuǎn)換， 根據(jù)其模擬量的不同來識別不同的開關(guān)輸入,。通過這兩種方案的結(jié)合,， 解決了開關(guān)矩陣的信息輸入問題。這一方案擴(kuò)展了實(shí)訓(xùn)臺的適用范圍,， 提高了實(shí)訓(xùn)臺的使用性能,。
2.4 燃油系故障樹的構(gòu)建
實(shí)訓(xùn)臺的故障分析過程中， 受訓(xùn)人員應(yīng)能根據(jù)燃油系的常見故障現(xiàn)象,， 分析判斷相應(yīng)的故障原因,， 并能根據(jù)故障原因掌握故障的排除方法與調(diào)整、調(diào)試技巧與措施,。但由于實(shí)訓(xùn)臺面板和薄膜開關(guān)矩陣中開關(guān)量的限制,， 在設(shè)計(jì)和規(guī)劃故障現(xiàn)象、故障原因與故障排除方法等按鈕時(shí),， 遇到了較大的困難,。筆者利用了故障樹理論， 構(gòu)建了燃油系常見故障現(xiàn)象,、故障原因和故障排除方法故障樹,。結(jié)合單片機(jī)的軟件編程， 實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)化,、參數(shù)化和模塊化的控制軟件與故障樹的有機(jī)結(jié)合， 解決了故障分析實(shí)訓(xùn)過程中的困難,。
3,、結(jié)束語
本文研制的實(shí)訓(xùn)臺包含了M11康明斯發(fā)動機(jī)PT泵燃油供給系的工作原理、故障現(xiàn)象,、故障原因分析診斷以及故障排除方法的教學(xué),、實(shí)訓(xùn)和考核等功能， 能夠適用于駕駛操作與維修人員及相關(guān)人員的教學(xué)與實(shí)訓(xùn),， 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容廣泛全面,， 滿足了工程裝備保障分隊(duì)操作使用維修人員學(xué)習(xí)和掌握PT泵燃油系工作原理的需求,， 以及對PT泵燃油系常見故障現(xiàn)象、故障原因的分析判斷訓(xùn)練和故障排除方法的實(shí)訓(xùn)要求,， 具有較高的使用價(jià)值,。