1、9 8科技资讯科技资讯 S C I E N C E&T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N2 0 0 8 N O.1 6S C I E N C E&T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N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
2、了一个利用简易电容式液面高度传感器及 M A X I N 公司生产的温度传感器 M A X 6 5 7 7 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 D C/D C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 M A X I M公司的 M A X 6 5 7 7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-4 0+1
3、2 5。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。M A X 6 5 7 7采用 S O T 2 3-6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 T S 0,T S 1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 4 3 4 0 2 3)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
4、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 A T 8 9 C 2 0 5 1 单片机对温度传感器 M A X 6 5 7 7 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 A T 8 9 C 2 0 5 1 M A X 6 5 7 7 C D 4 0 6 0中图分类号:TM文献标识码:A文章编号:1 6 7 2-3 7 9 1(2 0 0 8)0 6(a)-0 0 9 8-0 3图 1 M A X 6 5 7 7管脚分布与连接示意图图
5、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 2 7 3 才能得到摄氏度。M A X 6 5 7 7的两种温度单位的换算公式为:图 1中 T S 0,T S 1分别接在 V D D和 G N D上,设置比例关系为 1 H z/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 2 7 3。2.2电路设计M A X 6 5 7 7输 出 的 方 波 信 号 连 接 到A T 8 9 C 2 0 5 1 的 P 3.4(T 0 计数端),在软件中统计信号频率数值,并减去 2 7 3 就是当前测量出的摄氏温度()。
6、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9 9科技资讯 科技资讯 S C I E N C E&T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N2 0 0 8 N O.1 6S C I E N C E&T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N动力与电气工程总体思路是采用单片机的 T 0为计数器工作方式,T 1为定时工作方式的模式设计软件,即设计每 1 s 定时时间到达后,统计出 T 0计数的数值,这就是当前 M A X 6 5 7 7将温度转换的频率数值,并在软件中把统计的计数值减去
7、 2 7 3 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。A T 8 9 C 2 0 5 1 单片机片内含有2 K字节的 F l a s h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
8、。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 4 5。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 L a,内部盛满的液体
9、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 T 1子程序流程图 6系统软件总流程图图 8 外部中断 I N T 0子程序流程(下转 1 0 2页)1 0 2科技资讯科技资讯 S C I E N C E&T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N2 0 0 8 N O.1 6S C I E N
10、 C E&T E C H N O L O G Y I N F O R M A T I O N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
11、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
12、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
13、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
14、业的效益有着重要的意义。(1)、(2)式中e1=e1 e0;e2=e2 e0,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
15、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1 4 级分频功能的芯片 C D 4 0 6 0 和蜂鸣器。被测液面变化导致被测电容的变化,从而引起 C D 4 0 6 0 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 f X O S C被 2 1 4(1 6 3 8 4)分频,分频后的方波信号(周期为 T)送进单片机的中断口 I N T 0,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
16、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 T 0 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 I N T 0 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=n 0.0 5 0 m s,尽管会有最大 5 0 m s
17、的误差,但对于 2 1 4 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 2 0 次定时器中 断 也 就 是 定 时 1秒,在 这 一 秒 中 对M A X 6 5 7 7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 T 1,I N T 0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
18、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 M A X 6 5 7 6/6 5 7 7集成温度传感器 J ,电工技术,2 0 0 2(5)：3 2 3 3.2 阮晔,周少铧,朱金刚.基于 A T 8 9 C 2 0 5 1的低成本 A/D 转换方法 J ,现代电子技术,2 0 0 5(1 6):1 1 8 1 1 9.3 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,2 0 0 6.4 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,2 0 0 6.5 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,2 0 0 0(9):5 7.6 唐正茂.基于 C A V 4 2 4的电容式液位传感器信号调理电路研究 J ,计量技术,2 0 0 8(1):1 0 1 3.(上接 9 9页)
