聶 斐，黃國毅，李 涵

（江蘇農林職業(yè)技術學院，212400，江蘇句容）

伴隨著電控柴油機在農業(yè)機械上的廣泛應用，農用機械故障也由簡單的機械故障逐步轉向為復雜的電控系統(tǒng)故障。農用柴油機的主要使用對象是農民，顯然，憑借傳統(tǒng)的維修經驗已然無法解決現(xiàn)在電控柴油機出現(xiàn)的故障診斷與排除的問題。此外，由于農業(yè)機械維修行業(yè)工作環(huán)境及條件的限制，維修從業(yè)人員專業(yè)知識水平普遍不高。因此，設計出合理的電控柴油機故障診斷教學實驗系統(tǒng)，為各院校及相關培訓機構的農機維修專業(yè)人才培養(yǎng)搭建較好的平臺，是勢在必行的。目前，針對發(fā)動機部分故障診斷的培訓教學的設備及系統(tǒng)主要有：電控柴油機故障診斷仿真軟件、電控柴油機實驗臺架、電控柴油機示教板及在車故障診斷系統(tǒng)等。本文主要針對目前農機維修教育培訓行業(yè)中所使用的電控柴油機故障診斷教學實驗系統(tǒng)的現(xiàn)狀，結合無線技術在行業(yè)維修用設備上的應用，擬設計一套基于無線控制的農用電控柴油機自診斷教學實驗系統(tǒng)。

1 農用電控柴油機自診斷系統(tǒng)的功能

農用電控柴油機自診斷系統(tǒng)主要實現(xiàn)了電控柴油機傳感器故障、ECU（電子控制單元）故障、執(zhí)行器故障和各部件線路連接故障的診斷及故障模擬，此系統(tǒng)有如圖1 所示的功能。

圖1 農用電控柴油機自診斷系統(tǒng)總體功能

首先，該系統(tǒng)實現(xiàn)農用電控柴油機的在車故障讀取，從ECU 端引出檢測端子，以故障指示燈跳碼的方式進行人工讀碼，從而快速獲取故障信息。主要設計以下內容。

（1）ECU 故障輸出系統(tǒng)設計。根據(jù)柴油機電路圖，結合故障診斷接口的線路排列，合理設計讀碼引出線路。

（2）操作儀表改裝設計。在不影響原儀表板上各功能的基礎上，合理利用空間，設計故障燈顯示窗口，實現(xiàn)人工讀碼。

（3）故障參數(shù)匹配。針對引出的故障信息，利用外接專用故障解碼軟件進行故障參數(shù)的獲取，與人工讀碼進行對比，對不正確的故障參數(shù)進行調整。

其次，可通過無線控制模擬出農用電控柴油機上如傳感器、執(zhí)行器及電子控制單元（ECU）常見的故障。

最后，可作為實訓室設備利用人機時數(shù)統(tǒng)計管理平臺，通過無線控制系統(tǒng)，監(jiān)控各實訓室設備的使用情況，并作記錄。

2 故障診斷教學平臺設計方案

本系統(tǒng)的整體設計思路如圖2 所示，在整機的ECU 接口輸入與輸出端子上另串上一組電路控制模塊，電路控制模塊中設置有無線收發(fā)模塊、繼電器組合模塊及串口控制器等裝置。通過繼電器開關的通斷或串入電阻值的大小來改變ECU 接收的信號或發(fā)出的指令信號，從而達到控制柴油機工作狀態(tài)的目的。其中，故障設置是本教學平臺的主要作用，對傳感器電路采用通、斷路控制或是串入電阻提供失真信號，對電源電路和執(zhí)行電路一般是采用斷路控制及適當?shù)亩搪房刂苼磉M行故障設置。

圖2 故障診斷教學平臺整體關系圖

根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，控制界面設計了繼電器遠程控制、繼電器工作狀態(tài)顯示、模擬故障設置、模擬故障恢復、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡連接顯示及ECU 檢測端子等功能。

3 農用電控柴油機自診斷系統(tǒng)設計

針對農用電控柴油機自診斷系統(tǒng)產品開發(fā)的故障診斷需求，采用無線控制系統(tǒng)對柴油機電控系統(tǒng)電路進行控制，實現(xiàn)了電控柴油機傳感器、執(zhí)行器及ECU等故障的診斷與模擬設置。此系統(tǒng)通過無線控制電路的設計，可實現(xiàn)故障及其他功能的遠程控制。主要工作集中在對ECU 和各功能的電路設計，來保證該系統(tǒng)能達到一定的抗干擾性、可靠性及通用性。

3.1 硬件設計

農用電控柴油機自診斷系統(tǒng)硬件部分主要由主控器、通信組件、繼電器驅動組件和電源組件等部分組成。本系統(tǒng)采用處理器STM32F103ZET6 作為控制器的核心模塊，高性能ARM Cortex-M3，32 位RISC 內核處理器，滿足此系統(tǒng)的各功能開發(fā)需求；通過GPRS 通信方式連接遠程服務器，以保證無以太網(wǎng)的條件下系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)遙控；繼電器驅動組件采用SRD-05VDC-SL-C 繼電器及EL817 光耦器件；電源組件用LM2596 和AMS1117 電壓轉換芯片。硬件電路設計方面主要采用功能模塊化及接口化設計，其中包括核心控制器電路、電源電路、繼電器驅動電路及通信模塊電路的設計。繼電器驅動電路如圖3 所示，GPRS 模塊電路如圖4 所示。該系統(tǒng)硬件設計主要圍繞結構、原理圖、PCB、焊接、調試、測試的流程展開。硬件結構及測試完成的硬件實物如圖5 所示。

圖3 繼電器驅動電路

圖4 GPRS 模塊電路

圖5 系統(tǒng)硬件結構與實物圖

3.2 軟件設計

硬件功能的開發(fā)及各功能電路的充分利用是靠軟件實現(xiàn)的。該系統(tǒng)故障診斷臺主要通過無線控制技術實現(xiàn)對農用電控柴油機的故障診斷，因此系統(tǒng)關鍵技術則是利用互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)遠程遙控。為了避免有線以太網(wǎng)接入點固定及WiFi 接入距離受限的缺陷，本文選用GPRS 接入方式。實現(xiàn)遠程故障診斷臺遙控的兩個關鍵環(huán)節(jié)則是基于硬件設備的軟件設計及基于WEB的軟件設計。

其中，硬件驅動部分基于STM32F103ZET 的嵌入式軟件采用MDK4.12 開發(fā)工具開發(fā)。故障診斷系統(tǒng)中融合了ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議、TCP/IP 協(xié)議和RS-232 協(xié)議，設計合理的通信規(guī)約。故障診斷臺僅執(zhí)行設備控制這一任務，上電初始化完成后即進入遙控命令監(jiān)測狀態(tài)，實時監(jiān)測遠程服務器端的遙控命令報文，解析后進行控制執(zhí)行的響應。軟件設計流程如圖6所示。遙控命令報文接收在中斷中進行，從而保證快速響應，完成一次報文接收后即對報文進行CRC 校驗和地址有效性檢驗，以確認報文的正確性及遙控繼電器的地址是否有效。校驗通過后，根據(jù)報文解析出的繼電器地址，執(zhí)行相應的繼電器動作響應。

圖6 軟件設計流程圖

4 結語

在對農用電控柴油機自診斷系統(tǒng)進行多次測試改進后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，響應速度快，能夠正確讀取ECU內部信息及故障信息。通過試驗對比，該系統(tǒng)可應用于各類農用機械的電控柴油機。同時，該平臺教學功能豐富，具有故障模擬、數(shù)據(jù)讀取、統(tǒng)計等功能，可以用于實踐教學環(huán)節(jié)中故障診斷等操作實訓，還可以用于等級工等專業(yè)技能培訓。