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基于單片機的汽車自動變速箱電磁閥測試儀的研究與實現
2016年微型機與應用第04期
張珉,王中訓,婁陽,劉寶軍
(煙臺大學 光電信息科學技術學院,山東 煙臺 264005)
摘要: 在一臺自動變速檔汽車中,變速箱是其最重要的部件之一,它的好壞關乎到整臺汽車的性能,而變速箱的關鍵恰恰是電磁閥。然而電磁閥的性能通常不易觀察得到,需要詳細測試得之。傳統測試方法不能高效快捷地得到結果,常常費時費力。為了更方便快捷、科學、準確地測試電磁閥,設計一個基于STC12C5A60S2單片機的由壓力傳感器、流量傳感器組成的測試儀,具有極其重要的研究價值。單片機控制電平,通過T0、T1定時器和內部晶振控制時間,通過A/D實現模數轉換,數據輸出到PC上進行分析。充分利用STC12C5A60S2的軟、硬件資源,使電磁閥的測試方案合理、價格廉價。而STC12C5A60S2單片機特有PWM輸出、A/D轉換的功能,更符合本系統設計需要,科學準確地測試出電磁閥的壓力、流量等數據。
Abstract:
Key words :

  張珉,王中訓,婁陽,劉寶軍

  (煙臺大學 光電信息科學技術學院,山東 煙臺 264005)

  摘要:在一臺自動變速檔汽車中,變速箱是其最重要的部件之一,它的好壞關乎到整臺汽車的性能,而變速箱的關鍵恰恰是電磁閥。然而電磁閥的性能通常不易觀察得到,需要詳細測試得之。傳統測試方法不能高效快捷地得到結果,常常費時費力。為了更方便快捷、科學、準確地測試電磁閥,設計一個基于STC12C5A60S2單片機的由壓力傳感器、流量傳感器組成的測試儀,具有極其重要的研究價值。單片機控制電平,通過T0、T1定時器和內部晶振控制時間,通過A/D實現模數轉換,數據輸出到PC上進行分析。充分利用STC12C5A60S2的軟、硬件資源,使電磁閥的測試方案合理、價格廉價。而STC12C5A60S2單片機特有PWM輸出、A/D轉換的功能,更符合本系統設計需要,科學準確地測試出電磁閥的壓力、流量等數據。

  關鍵詞:電磁閥;STC12C5A60S2單片機;傳感器;A/D轉換器

0引言

  隨著當今電子控制技術以及計算機科學技術的發展,汽車上采用計算機來控制的東西越來越多,包括自動變速箱[1]。電子控制自動變速器(Electronic Control Transmission,ECT)中的電磁閥是整個變速系統中的重要執行器,自動變速箱結構很繁雜,所以它直接或間接造成了90%以上自動變速箱故障。因此,研發一種可以準確、快速、簡單易用的電磁閥檢測設備已經成為當務之急。當前國產轎車上裝備的自動變速器均采用電子控制系統,在實際的維修工作中,這方面的故障率比較高。換擋電磁閥的質量好壞不但會影響到汽車的行車安全,更會對駕駛人的生命安全產生極大威脅,另外耗油量大量增加卻沒提高行車速度,這與國家現行政策提倡環保和低碳生活相違背。因此研究并設計一個實用的測試儀是十分必要的。

1檢測儀的設計

  1.1系統的整體設計

  系統軟件設計主要是通過C語言編程實現單片機STC12C5A60S2后信號轉換相對PWM占空比圖變量傳送到計算機測量傳感器[2]。系統上電,PWM信號驅動電磁閥模擬工作之后,此時傳感器已經測得流量和壓力,通過串口發送到單片機,隨之單片機對模擬數據進行數字轉換,并且串口傳輸到PC,PC根據數據繪制坐標圖,然后對測試圖與標準圖進行對比,即可很方便地判斷該電磁閥的性能,系統流程圖如圖1所示?!?/p>

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  系統的硬件結構為:單片機連接電磁閥和傳感器,控制電磁閥的開關,讀取傳感器采集的數據,是本系統的核心;PC負責獲取經單片機處理過的有效數據并繪制曲線,是本系統的“臨門一腳”,它們各司其職,有機結合在一起,使本系統科學高效地工作。

  1.2硬件設計

  本系統采用STC12C5A60S2單片機[3],STC12C5A60S2/ AD/PWM系列單片機是一種單時鐘/機器周期(1 T)的單片機,而且是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機,指令代碼完全兼容傳統8051,但速度快8~12倍。相對于普通51單片機,STC12C5A 60S2單片機特有的PWM、PCA(可編程計數器陣列)功能,內部集成MAX810專用復位電路,還具有A/D轉換[4],10位精度ADC,共8路,轉換速度可達250 k/s(每秒25萬次),這樣使得該單片機成為本測試系統的不二之選。

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  通過壓力傳感器測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是很微弱的,必須經過整流、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,之后信號會被傳輸到STC12C5A60S2。

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  圖3為測量電流原理圖,在P3處將電磁閥接入電路中,將對電流的測量轉換為對電壓的測量,D3處不加穩壓管[6]。

  此外本系統中串口電路采用MAX232轉換芯片、RS232C串口通信;采用7805三端穩壓集成電路;測量壓力環節采用TLV2254放大器;測量溫度環節采用AD8200放大器以及DS18B20溫度傳感器。

2開發工具

  LabWindows/CVI是一種交互式C語言開發平臺[7],它的交互式編程方法、集成化開發環境、豐富的庫函數和函數面板大大增強了實用性。它可以在多個操作系統下運行,是以ANISC為核心的虛擬儀器開發環境,將測控技術與強大的C語言有機結合使用。本軟件主要用于各種儀表測試、控制和信息處理軟件故障分析等用途,相比開發工具LabVIEW,它更適合用于大型的、復雜的軟件測試。LabWindows/CVI在功率計系統、溫度控制系統、過程控制系統以及故障診斷和醫學領域中起著重要的作用[8]。

  Altium Designer 是原Altium(Protel軟件開發商)公司推出的集成的電子產品開發系統,主要運行在Windows操作系統。本軟件是可以開展原理圖設計、電路仿真、自動路由、PCB的繪制編輯、輸出的信號完整性設計和技術集成以及拓撲分析,并為設計者提供一種新的解決方案,使設計者可以輕松設計。Altium Designer在本設計的原理圖設計、印刷電路板設計方面功不可沒。

3仿真測試及分析

  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)和04X205(1995年及以后)[9]。首先將電磁閥固定住,接通充足的汽油,此時電磁閥是閉合的,然后把所有的傳感器都安裝到準確的位置,將單片機與PC通過串口線進行連接,用上位機控制單片機系統,之后電路通電。一段時間后可以看到隨著電路的通斷,電磁閥可以控制汽油有規律地流出。在數據采集結束后,根據系統流程,得到數據并繪制出相應的曲線,如圖4所示。

  

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  當出現如圖4所示情況時,曲線代表流過電磁閥的電流,直線代表電磁閥的壓力(此處僅測試電流)。由此可得電流壓力曲線是成線性關系的。多次檢測后當電流值與占空比呈線性關系時,可以說明電磁閥的工作穩定性比較好。

005.jpg

  如圖5所示,曲線代表流過電磁閥的電流,由此可得電流壓力曲線不是呈線性的。當電磁閥的電流結果呈現出非線性時,需要再進行多次測試確認,若對檢測結果不滿意,就需重啟系統,重復測試。若依然不呈線性就說明電磁閥是劣質的,并找出相干原因[10]。

4結論

  整體上本系統還是非常具有實用性的,然而,該系統圖5劣質電磁閥電流壓力曲線

  還不完善,測試的變量很少只有電流和壓力,需要進一步提高:增加測試變量、增加電磁閥測試設計的電氣特性,電磁閥電路或開路改進以能及時、準確地反映傳輸設備狀態, 提高和完善本測試儀的實用性。

參考文獻

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