嵌入式車(chē)載狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)

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1、嵌入式車(chē)載狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)　　【摘要】介紹了一種全新的基于ARM嵌入式車(chē)載狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，探討了車(chē)載狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的基本原理。分析了該系統(tǒng)的硬件組成部分。還研究了嵌入式軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，能夠滿足狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的需要。該系統(tǒng)必將作為一種全新的汽車(chē)電氣配置于汽車(chē)中?！娟P(guān)鍵詞】嵌入式；汽車(chē)故障診斷；專(zhuān)家系統(tǒng)；ARM隨著技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)诠I(yè)控制、檢測(cè)設(shè)備及故障診斷等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，也越來(lái)越智能化，精密化，汽車(chē)故障診斷系統(tǒng)亦是如此。現(xiàn)有的汽車(chē)故障診斷系統(tǒng)全部是大型固定設(shè)備，一般是汽車(chē)出了故障，停車(chē)后才能診斷。不僅使用不方便也不能有

2、效的預(yù)防汽車(chē)故障。本系統(tǒng)就是基于嵌入式的車(chē)載故障診斷系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車(chē)的各項(xiàng)指標(biāo)是否正常，并通過(guò)液晶顯示器顯示出來(lái)，它安裝在汽車(chē)駕駛室內(nèi)，駕駛員隨時(shí)可以看到汽車(chē)的各項(xiàng)指標(biāo)，如果那一項(xiàng)指標(biāo)超出正常范圍，該系統(tǒng)通過(guò)蜂鳴器提示駕駛員，它能夠及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免一些不必要損失，方便維修人員維修。一、車(chē)載狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)原理6首先要建立專(zhuān)家故障診斷系統(tǒng)，它由知識(shí)庫(kù)與推理機(jī)組成。知識(shí)庫(kù)收集提煉了具有相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的汽車(chē)維修人員和診斷專(zhuān)家對(duì)于故障原因的認(rèn)識(shí)。根據(jù)他們多年的故障診斷的經(jīng)驗(yàn)和方法歸納成數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)則。數(shù)據(jù)庫(kù)收集了包括內(nèi)燃機(jī)爆響、氣門(mén)響等80余個(gè)規(guī)則。推

3、理機(jī)是一個(gè)軟件系統(tǒng)，運(yùn)用知識(shí)庫(kù)提供的關(guān)于數(shù)據(jù)域規(guī)則的知識(shí)，進(jìn)行自動(dòng)推理求解問(wèn)題。1.知識(shí)庫(kù)的建立。系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)采用故障原因-征兆二元布爾關(guān)系矩陣來(lái)描述布爾函數(shù)：E=（S1，S2，…，Sn；R1，R2，…，Rm）。一個(gè)普通的故障原因與征兆圖如圖2：其中：Rj為第j種類(lèi)型故障類(lèi)型；Si為第i種征兆；m為可能故障原因類(lèi)型數(shù)；n為檢測(cè)到征兆類(lèi)型數(shù)；為當(dāng)故障Rj發(fā)生時(shí)征的Si可能狀態(tài)，且Iij為故障發(fā)生時(shí)，征兆Si可能的狀態(tài)且2.推理機(jī)制。6推理機(jī)制我們采用的是基于上述模糊關(guān)系矩陣的推理。它把所有的故障表示成一張模糊的關(guān)系矩陣表，每一個(gè)矩陣值表示相應(yīng)的故障癥狀

4、可能確定的故障類(lèi)型的貢獻(xiàn)程度。亦稱(chēng)作模糊模型用A=（a1，a2，…，an）表示。當(dāng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障信號(hào)采集，然后對(duì)每一個(gè)征兆類(lèi)型賦值1或0，來(lái)確定函數(shù)G（·）（它表示某一故障原因組合具有的原因）。通過(guò)對(duì)數(shù)G（·）描繪的觀察征兆結(jié)果叫做觀察矢量，用S′表示。且令S′=（）。如果能觀察到征兆Si，則的值為1，反之為0，這時(shí)會(huì)得到一個(gè)觀察矢量S′，即給函數(shù)G（·）賦了值，此時(shí)可以得到一個(gè)矢量結(jié)果用A表示，A=（a1，a2，…，an）此時(shí)模型建立完成。由專(zhuān)家確定的模糊關(guān)系矩陣表示為R，R=[ri，j]mxn其中m為結(jié)論個(gè)數(shù)，按照以下的模糊推理算得到結(jié)論：D=

5、R·CT。其中·表示矩陣運(yùn)算，D表示結(jié)（d1，d2，…，dn）論集中由每個(gè)結(jié)論結(jié)果所構(gòu)成的m?？的向量，T表示轉(zhuǎn)置。D=（d1，d2，…，dn）表示第i個(gè)結(jié)論經(jīng)過(guò)推理之后的值。取其中第j個(gè)結(jié)論作為最終的推理結(jié)論其中，j│dj=MAX（d1，d2，…，dn）即取其中的最大值作為最終的推理結(jié)論值。我們稱(chēng)之為預(yù)測(cè)值，當(dāng)該輸出變量的實(shí)際觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的差異超過(guò)某閥門(mén)值，就可以檢測(cè)出故障。二、診斷系統(tǒng)硬件設(shè)備6ARM微處理器是32位嵌入式RISC微處理器，低功耗、高性能、低成本；提供擴(kuò)充的16/32位雙指令集，處理器本身是32位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集

6、，增加了DSP指令集，提高了芯片的性能與靈活性。本文設(shè)計(jì)采用ARM7TDMI內(nèi)核芯片S3CBB40X，該控制器具有強(qiáng)大的信號(hào)處理功能，實(shí)現(xiàn)比值、串級(jí)、前饋、程序控制等多種復(fù)雜的控制功能；具有溫壓補(bǔ)償功能，控制精確；能夠真正遠(yuǎn)程控制功能，使用配套的數(shù)據(jù)管理軟件，可以方便的進(jìn)行監(jiān)控與管理。在汽車(chē)各個(gè)容易出現(xiàn)故障的地方加裝傳感器（比如爆燃傳感器），這些傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路放大進(jìn)入A/D系統(tǒng)，A/D轉(zhuǎn)換器集成在ARM的內(nèi)部，負(fù)責(zé)將前端采集的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成ARM可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入A/D采集數(shù)據(jù)池。數(shù)據(jù)進(jìn)入到ARM后，即可通過(guò)ARM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

7、和處理，包括對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析、頻譜分析、1/3倍頻程分析、示功圖、外特性圖分析等。系統(tǒng)還需要數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。數(shù)據(jù)顯示是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度的表現(xiàn)，可通過(guò)數(shù)字、圖形等形式。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是對(duì)數(shù)據(jù)以文件的形式加以保存，便于數(shù)據(jù)的再現(xiàn)和數(shù)據(jù)的管理。其硬件圖如圖3。三、軟件的設(shè)計(jì)軟件的總體設(shè)計(jì)包括嵌入式Linux文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)、控制組態(tài)與驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)。為了完成必要的數(shù)據(jù)采集，工況監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示顯示動(dòng)態(tài)的圖形流程，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采取了多線程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)功能，以滿足系統(tǒng)要求。采用多線程技術(shù)時(shí)，應(yīng)合理劃分子線

8、程，并解決好各線程間的同步問(wèn)題。6測(cè)控對(duì)象的特征信息能否及時(shí)準(zhǔn)確的提取是影響后續(xù)處理過(guò)程的關(guān)鍵，因此信息采集功能必須采用單