基于单片机的汽车刹车片实时温控系统.pdf

基于单片机的汽车刹车片实时温控系统.pdf

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98科技资讯科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008NO.16SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION动力与电气工程众所周知,现在的刹车系统都是利用刹车片之间的摩擦来实现刹车,但磨檫的同时会产生大量的热能,特别是在山路行车和人流较多的场合频繁使用刹车时会产生大量的热量而使得刹车片和轮胎温度迅速升高。

当温度上升到刹车片和轮胎安全工作上限时,就有可能使刹车失灵或爆胎,造成不可挽回的财产损失和人身伤害,甚至致人死亡。

为此,我们设计了一个利用简易电容式液面高度传感器及MAXIN公司生产的温度传感器MAX6577结合微计算机技术实现汽车刹车片温度实时监控的外挂系统。

1功能简介该设计包括三个部分:

电源管理、实时温控、液位监测与报警。

电源可引入汽车电源,直接利用现有的DC/DC模块进行电平转换从而对电路板及电磁阀供电,本文略去不做详述。

2实时温控系统设计2.1温度传感器采用MAXIM公司的MAX6577作为温度传感芯片,这是一种将温度转换为均衡频率方波的传感器（温度频率）1,其主要特点如下。

方波输出,无需A/D转换与单片机计数端直接相连。

温度测量范围-40+125。

较低的测量误差。

误差范围为0.5到0.8之间。

不需外接元件,体积小,适合用作温度测量探头。

MAX6577采用SOT23-6脚封装,图1可见其管脚分布,图中符号标识了各管脚功能,其中TS0,TS1用于选择不同比例关系1。

需要注意的是,该传感芯片将温度转基于单片机的汽车刹车片实时温控系统周永乾（长江大学电子信息学院湖北荆州434023）摘要:

温度是影响刹车片性能的一个重要的环境变量,它直接制约着刹车片的制动性、耐磨性等各方面的性能。

为了提高汽车行车制动安全,一方面可从材料上提高其制动性、耐磨性,另一方面也可利用现代电子技术引入刹车片实时温控的概念改善刹车片工作性能。

文中提出了一个利用AT89C2051单片机对温度传感器MAX6577输出的信号频率进行计算处理,控制引自汽车水箱的冷却管线上的电磁阀开关,从而实现汽车刹车片温度实时监控的设计方案。

该设计包括温度控制,水箱液位检测和报警等内容。

关键词:

刹车片实时温控液位监测AT89C2051MAX6577CD4060中图分类号:

TM文献标识码:

A文章编号:

1672-3791（2008）06（a）-0098-03图1MAX6577管脚分布与连接示意图图2温度数据控制电路原理图图3软件流程图换为频率是以绝对温度（K）为前提,因此对频率的计数结果应减去273才能得到摄氏度。

MAX6577的两种温度单位的换算公式为:

图1中TS0,TS1分别接在VDD和GND上,设置比例关系为1Hz/K（详细设置请参见参考文献1）,因此换算为摄氏温度时,只需将计数的数值减去273。

2.2电路设计MAX6577输出的方波信号连接到AT89C2051的P3.4（T0计数端）,在软件中统计信号频率数值,并减去273就是当前测量出的摄氏温度（）。

由于省略A/D转换,因此电路简洁,提高可靠性,降低成本2。

2.3控制策略99科技资讯科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008NO.16SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION动力与电气工程总体思路是采用单片机的T0为计数器工作方式,T1为定时工作方式的模式设计软件,即设计每1s定时时间到达后,统计出T0计数的数值,这就是当前MAX6577将温度转换的频率数值,并在软件中把统计的计数值减去273就是摄氏温度。

比较当前温度与软件设定温度上限,确定是否需要冷却。

图3是程序流程框图。

汽车刹车片安全工作温度有一个范围,因此在设计计算子程序时要设置一个较大的控制死区,当刹车片温度进入死区时停止冷却。

考虑到夏天汽车频繁使用刹车的可能性,这里采用预测校正的模糊控制方法。

根据当前所处的温度预测电磁阀开放的时间长度和应进入的死区范围,新的死区范围与实际范围相比,上限降低,下限相同。

完成一次控制进入新死区后,死区设置恢复。

AT89C2051单片机片内含有2K字节的Flash程序存储器,我门可以建立模糊表,用单片机查表指令快速完成控制,而不必进行复杂的计算3。

3液位监测与报警由于将汽车水箱水用作刹车片冷却液,那么水箱液位检测与报警就不可避免的成了我们必须解决的新问题。

测液位的方法很多种,常用的有:

压力、差压式液位测量,浮力式液位测量,电容式液位测量,直流电极式液位测量,光纤液位测量,超声波液位测量和核辐射式液位测量等。

这里我们采用简易电容式传感器45。

3.1传感器的设计紧贴圆塑料细筒内壁放置两块圆金属薄片作为电容电极,薄片外表面绝缘,高度与瓶体有效高度一致,薄片之间两边间隔同长,构成一个带狭缝的长直圆柱面电容器,截面如图1所示。

设瓶体高度为L,外径为a,内径为b,为各向同性均匀介质,介电常数为e1,满足条件La,内部盛满的液体也是各向同性均匀介质,介电常数为e2,两块圆金属片两边与轴心间夹角为2,则这个带缝的长直圆柱面电容器的电容量表示公式为:

（1）当使用薄壁（特别是聚乙烯）瓶体时,由于其介电常数很低,且壁厚很小,工程上可以忽略,则上式可简化为:

（2）图4带缝长直圆柱电容器截面图图5系统总体电路原理图图7定时器中断T1子程序流程图6系统软件总流程图图8外部中断INT0子程序流程（下转102页）102科技资讯科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008NO.16SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION动力与电气工程定期检查主要由技术员执行,根据设备在一段时间内的运行情况及产品质量保证情况（或工序能力）,借助诊断仪器和经验检查设备的重点部位,测定设备性能、精度及劣化程度,做维修准备。

精密点检是集中主要的技术力量对生产、质量和安全有重大的影响的设备及劣化成度较高,大部分易损件达到或接近极限值的设备进行有针对性的点检,以判定其维修的级别、避免因故障停机而影响生产。

项目维修是针对设备精度、性能和劣化程度,进行有计划局部修理,这种维修方式具有安排灵活,针对性强,停机时间短,修理费用低,可及时配合生产安排,还可降低大、中修比例。

卷烟生产设备,大多数设备技术要求高,专用设备多,进行大、中修会受到各种因素的制约,如技术、所需的零配件、维修工具、设备等,在这种情况下又不能及时得到设备制造商的支援,就可能延长停机维修时间;而卷烟生产效率高,不允许停机时间过长,因此,设备的局部一般宜采用项目维修解决,尽量不进行大、中修。

项目修理应成为卷烟生产设备修理的主要方式。

针对卷烟生产设备的特点,制定出一套维修和检测的标准,如点检标准、维修技术标准,维修作业标准等,并加强故障的诊断和分析,广泛采用状态监测技术,发展运用计算机进行动态管理,对针对性维修制的实施是重要的保证。

3实施针对性维修管理模式应注意的问题3.1以人为本,以设备为基础,加强全员设备管理意识因为任何好的管理制度都要人去贯彻执行;人是设备的使用者,也是设备的管理者,因此,管理的核心是作好人的工作,加强全员的设备管理意识,同时,要不断提高人员的素质和技术水平。

3.2加强设备的润滑管理润滑是设备维修、保养工作的关键环节。

据介绍,设备机械故障的原因有三分之一以上是由于润滑不良引起的,可见润滑工作在设备管理中的重要性。

3.3重视各种档案,记录的管理工作各种档案、记录经分析处理,可以客观反映出设备完好情况,运转统计,检修质量,设备有效作业率,事故频率等,有利于进行科学、系统分析和决策,以便对设备采取针对性维修管理。

3.4加强设备的故障管理推行故障管理,就是通过对故障记录资料进行统计分析,从中发现某些规律,获取有价值的信息,用以指导设备的合理使用和保养,并从故障的原因入手,采取积极的措施,尽可能从根本上把握故障,最大限度地减小故障,降低故障损失。

3.5搞好备件管理工作备件管理不仅要追求物资指标,在数量上满足设备维修的需要,而且要追求技术指标,在质量上保证设备运转的可靠;同时,还要追求经济指标,在资金上尽可能地节约,以减少生产成本。

总之,针对性维修模式对卷烟生产设备是非常适用的。

它可根据卷烟生产各台设备的情况,有针对性地采取不同的维修方式,灵活、适时地安排维修,这样就可以减少故障停机时间,延长设备使用寿命,对提高设备的利用率,降低维修费用,增加企业的效益有着重要的意义。

（1）、

（2）式中e1=e1e0;e2=e2e0,e0为真空中的介电常数,e1、e2为瓶体和液体的相对介电常数。

从

（2）式可知,电容量与液高（瓶高）成正比。

在实际测量中,液面的高度是随机的,液面高度不会总保持在容器的高度上,这时上述公式就应修改。

但电容值仍然是液体高度h的单调函数。

当液面降低时,可认为是一个液体介质电容器与一个空气介质电容器并联。

空气介质电容器的容量很小,即使忽略掉,也不会引起很大误差,可认为只有一个液体介质电容器。

实际分析,液面测量精度会出现中间准确,两头误差较大,低液位时误差更大的情况。

这种情况在报警类的应用中是没有问题的,但在精确测量中必须进行校正5。

3.2电路设计图5是在上一电路上增加的液位检测与报警电路。

主要增加了一个具有振荡和14级分频功能的芯片CD4060和蜂鸣器。

被测液面变化导致被测电容的变化,从而引起CD4060振荡器频率（或周期）发生变化。

由于其变化率对于单片机而言太快,因此,首先对振荡信号进行分频处理,对应于电容C的振荡频率fXOSC被214（16384）分频,分频后的方波信号（周期为T）送进单片机的中断口INT0,作外部中断源。

当方波下降沿到来时,单片机启动定时器开始记数,下一个下降沿到来时（分频后的一个周期）,单片机将记数值送交计算处理程序去计算出液面高度h值,与程序设定最低液位值比较,从而完成监测与声音报警。

每完成两次外部中断后关闭外部中断启动温度监控。

温度监控程序完成一次循环后开外部中断继续液位检测6。

4系统软件总体设计主程序中一个大循环镶嵌两个小循环,第一个小循环完成液位检测与报警,第二个小循环完成温度监测与控制。

为了提高计算速度我们在程序设计时应尽可能使用查表指令来完成一些有关标度变换的计算工作。

定时器中断T0有两个任务,一方面,在测量液位过程中用以计时,根据在两次外部中断INT0间隔内定时器中断进入的次数n计算分频后的信号周期T,T=n0.050ms,尽管会有最大50ms的误差,但对于214分频的信号而言相对误差极小。

另一方面,在温度监控中用以定时,产生20次定时器中断也就是定时1秒,在这一秒中对MAX6577产生的频率信号计数,计算得出当前刹车片温度用以决策是否需要冷却。

进入何种状态在于是否开外部中断,开外部中断时监测液位,关外部中断时测量并控制冷却过程。

关于中断T1,INT0的程序设计思路如图7,图8。

5结语本文的创新在于遵循硬件电路简洁可靠,充分利用了软件编程的便利,实现了温度、液位测量双监测,大大的简化了系统结构,便于外挂设备的小型化、微型化。

同时选用的温度传感器极小便于实际安装,且有较高精度,而且省去了A/D转换电路,十分方便的与单片机相连。

关于液位的测量也有其广泛实用性。

参考文献1王晓君,沙占友,张永昌.美国MAX6576/6577集成温度传感器J,电工技术,2002（5）：

3233.2阮晔,周少铧,朱金刚.基于AT89C2051的低成本A/D转换方法J,现代电子技术,2005（16）:

118119.3徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计M.北京:

北京航天航空大学出版社,2006.4孙传友,孙晓斌.感测技术基础（第二版）M.北京:

电子工业出版社,2006.5姚振东,朱勇.电容传感器在液位测量中的应用J,传感器世界,2000（9）:

57.6唐正茂.基于CAV424的电容式液位传感器信号调理电路研究J,计量技术,2008

（1）:

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