張珉,，王中訓(xùn),，婁陽(yáng)，劉寶軍
(煙臺(tái)大學(xué) 光電信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264005)
摘要：在一臺(tái)自動(dòng)變速檔汽車中,，變速箱是其最重要的部件之一,，它的好壞關(guān)乎到整臺(tái)汽車的性能,，而變速箱的關(guān)鍵恰恰是電磁閥。然而電磁閥的性能通常不易觀察得到,，需要詳細(xì)測(cè)試得之,。傳統(tǒng)測(cè)試方法不能高效快捷地得到結(jié)果，常常費(fèi)時(shí)費(fèi)力,。為了更方便快捷,、科學(xué)、準(zhǔn)確地測(cè)試電磁閥,，設(shè)計(jì)一個(gè)基于STC12C5A60S2單片機(jī)的由壓力傳感器,、流量傳感器組成的測(cè)試儀，具有極其重要的研究?jī)r(jià)值,。單片機(jī)控制電平,，通過(guò)T0、T1定時(shí)器和內(nèi)部晶振控制時(shí)間,，通過(guò)A/D實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換,，數(shù)據(jù)輸出到PC上進(jìn)行分析。充分利用STC12C5A60S2的軟,、硬件資源,，使電磁閥的測(cè)試方案合理,、價(jià)格廉價(jià)。而STC12C5A60S2單片機(jī)特有PWM輸出,、A/D轉(zhuǎn)換的功能,，更符合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要，科學(xué)準(zhǔn)確地測(cè)試出電磁閥的壓力,、流量等數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：電磁閥,；STC12C5A60S2單片機(jī)；傳感器,；A/D轉(zhuǎn)換器
0引言
隨著當(dāng)今電子控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，汽車上采用計(jì)算機(jī)來(lái)控制的東西越來(lái)越多,，包括自動(dòng)變速箱［1］,。電子控制自動(dòng)變速器（Electronic Control Transmission,，ECT）中的電磁閥是整個(gè)變速系統(tǒng)中的重要執(zhí)行器，自動(dòng)變速箱結(jié)構(gòu)很繁雜,，所以它直接或間接造成了90%以上自動(dòng)變速箱故障,。因此，研發(fā)一種可以準(zhǔn)確,、快速,、簡(jiǎn)單易用的電磁閥檢測(cè)設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)轎車上裝備的自動(dòng)變速器均采用電子控制系統(tǒng)，在實(shí)際的維修工作中,，這方面的故障率比較高。換擋電磁閥的質(zhì)量好壞不但會(huì)影響到汽車的行車安全，更會(huì)對(duì)駕駛?cè)说纳踩a(chǎn)生極大威脅,，另外耗油量大量增加卻沒(méi)提高行車速度，這與國(guó)家現(xiàn)行政策提倡環(huán)保和低碳生活相違背,。因此研究并設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的測(cè)試儀是十分必要的,。
1檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)
1.1系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是通過(guò)C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)單片機(jī)STC12C5A60S2后信號(hào)轉(zhuǎn)換相對(duì)PWM占空比圖變量傳送到計(jì)算機(jī)測(cè)量傳感器［2］。系統(tǒng)上電,，PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥模擬工作之后,，此時(shí)傳感器已經(jīng)測(cè)得流量和壓力,，通過(guò)串口發(fā)送到單片機(jī),，隨之單片機(jī)對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換,，并且串口傳輸?shù)絇C,，PC根據(jù)數(shù)據(jù)繪制坐標(biāo)圖,，然后對(duì)測(cè)試圖與標(biāo)準(zhǔn)圖進(jìn)行對(duì)比,，即可很方便地判斷該電磁閥的性能，系統(tǒng)流程圖如圖1所示,?！?/p>
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)為：?jiǎn)纹瑱C(jī)連接電磁閥和傳感器,，控制電磁閥的開(kāi)關(guān),，讀取傳感器采集的數(shù)據(jù),，是本系統(tǒng)的核心,；PC負(fù)責(zé)獲取經(jīng)單片機(jī)處理過(guò)的有效數(shù)據(jù)并繪制曲線,，是本系統(tǒng)的“臨門一腳”,，它們各司其職，有機(jī)結(jié)合在一起,，使本系統(tǒng)科學(xué)高效地工作,。
1.2硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)［3］，STC12C5A60S2/ AD/PWM系列單片機(jī)是一種單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1 T)的單片機(jī),，而且是高速,、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī),，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8~12倍,。相對(duì)于普通51單片機(jī),，STC12C5A 60S2單片機(jī)特有的PWM,、PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)功能，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,，還具有A/D轉(zhuǎn)換［4］,，10位精度ADC，共8路,，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250 k/s(每秒25萬(wàn)次),，這樣使得該單片機(jī)成為本測(cè)試系統(tǒng)的不二之選。
通過(guò)壓力傳感器測(cè)試電磁閥的入口壓力和出口壓［5］,，圖2為入口壓力電路圖,，傳感器采集到的信號(hào)是很微弱的，必須經(jīng)過(guò)整流,、放大才能被STC12C5A60S2所利用,，因此加入了TLV2254放大電路和電阻電容組成的整流電路，之后信號(hào)會(huì)被傳輸?shù)絊TC12C5A60S2,。
圖3為測(cè)量電流原理圖,，在P3處將電磁閥接入電路中，將對(duì)電流的測(cè)量轉(zhuǎn)換為對(duì)電壓的測(cè)量,，D3處不加穩(wěn)壓管［6］,。
此外本系統(tǒng)中串口電路采用MAX232轉(zhuǎn)換芯片、RS232C串口通信,；采用7805三端穩(wěn)壓集成電路,；測(cè)量壓力環(huán)節(jié)采用TLV2254放大器；測(cè)量溫度環(huán)節(jié)采用AD8200放大器以及DS18B20溫度傳感器,。
2開(kāi)發(fā)工具
LabWindows/CVI是一種交互式C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)平臺(tái)［7］,，它的交互式編程方法、集成化開(kāi)發(fā)環(huán)境,、豐富的庫(kù)函數(shù)和函數(shù)面板大大增強(qiáng)了實(shí)用性,。它可以在多個(gè)操作系統(tǒng)下運(yùn)行，是以ANISC為核心的虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境,，將測(cè)控技術(shù)與強(qiáng)大的C語(yǔ)言有機(jī)結(jié)合使用,。本軟件主要用于各種儀表測(cè)試、控制和信息處理軟件故障分析等用途,，相比開(kāi)發(fā)工具LabVIEW,，它更適合用于大型的、復(fù)雜的軟件測(cè)試,。LabWindows/CVI在功率計(jì)系統(tǒng),、溫度控制系統(tǒng)、過(guò)程控制系統(tǒng)以及故障診斷和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中起著重要的作用［8］。
Altium Designer 是原Altium（Protel軟件開(kāi)發(fā)商）公司推出的集成的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng),，主要運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng),。本軟件是可以開(kāi)展原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真,、自動(dòng)路由,、PCB的繪制編輯、輸出的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)和技術(shù)集成以及拓?fù)浞治?，并為設(shè)計(jì)者提供一種新的解決方案,，使設(shè)計(jì)者可以輕松設(shè)計(jì)。Altium Designer在本設(shè)計(jì)的原理圖設(shè)計(jì),、印刷電路板設(shè)計(jì)方面功不可沒(méi),。
3仿真測(cè)試及分析
模擬變速箱的車型為福特e40d，變速箱代碼為040,，專用電纜接頭為04X203(早期型號(hào))和04X205(1995年及以后)［9］,。首先將電磁閥固定住，接通充足的汽油,，此時(shí)電磁閥是閉合的,，然后把所有的傳感器都安裝到準(zhǔn)確的位置，將單片機(jī)與PC通過(guò)串口線進(jìn)行連接,，用上位機(jī)控制單片機(jī)系統(tǒng),，之后電路通電。一段時(shí)間后可以看到隨著電路的通斷,，電磁閥可以控制汽油有規(guī)律地流出,。在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，根據(jù)系統(tǒng)流程,，得到數(shù)據(jù)并繪制出相應(yīng)的曲線,，如圖4所示。
當(dāng)出現(xiàn)如圖4所示情況時(shí),，曲線代表流過(guò)電磁閥的電流,，直線代表電磁閥的壓力（此處僅測(cè)試電流）。由此可得電流壓力曲線是成線性關(guān)系的,。多次檢測(cè)后當(dāng)電流值與占空比呈線性關(guān)系時(shí),，可以說(shuō)明電磁閥的工作穩(wěn)定性比較好。
如圖5所示,，曲線代表流過(guò)電磁閥的電流,，由此可得電流壓力曲線不是呈線性的。當(dāng)電磁閥的電流結(jié)果呈現(xiàn)出非線性時(shí),，需要再進(jìn)行多次測(cè)試確認(rèn),，若對(duì)檢測(cè)結(jié)果不滿意,，就需重啟系統(tǒng)，重復(fù)測(cè)試,。若依然不呈線性就說(shuō)明電磁閥是劣質(zhì)的,，并找出相干原因［10］。
4結(jié)論
整體上本系統(tǒng)還是非常具有實(shí)用性的,，然而，該系統(tǒng)圖5劣質(zhì)電磁閥電流壓力曲線
還不完善,，測(cè)試的變量很少只有電流和壓力,，需要進(jìn)一步提高：增加測(cè)試變量、增加電磁閥測(cè)試設(shè)計(jì)的電氣特性,，電磁閥電路或開(kāi)路改進(jìn)以能及時(shí),、準(zhǔn)確地反映傳輸設(shè)備狀態(tài)， 提高和完善本測(cè)試儀的實(shí)用性,。
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