最新大型货车制动过热自动控制系统设计.docx
《最新大型货车制动过热自动控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新大型货车制动过热自动控制系统设计.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
最新大型货车制动过热自动控制系统设计
大型货车制动过热自动控制系统设计
学生姓名：
所在院系：
机电学院所学专业：
机械设计制造及其自动化导师姓名：
完成时间：
2010年5月摘要大型货车在丘陵地带或坡道上行驶时需频繁或长时间刹车，会造成刹车鼓（盘）、制动蹄温度骤升，轮毂温度聚增，在剧烈高温下最终会导致刹车失灵，以及温度过高至使轮胎气压过高而出现爆胎现象而造成安全事故，通过对国内外刹车过热问题采取的解决方法的研究,最好的解决方案是设计出了一套大型货车制动过热自动控制系统装置,该系统由温度检测单元、液位检测单元、人机接口单元以及单片机控制单元等部分组成。
该系统通过遥控发射接收装置控制大型货车制动过热自动控制系统的开启或关闭,有自动和手动两种工作模式;在自动方式下,DS18B20温度传感器通过感应当前刹车毂或止动蹄的温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片（AT89C51单片机）,主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制单片机启动喷水设备，降低刹车系统的温度。
本课题对系统的硬件和软件进行分析说明，通过绘制相关的硬件连接图和软件流程图,建立系统软硬件模型，证明该系统可以实现对大型货车制动过热自动控制的功能。
关键词:
制动系统;DS18B20温度传感器;电容开关传感器;AT89C51单片机；2262,2272遥控发射接收模块DesignOfTheTemperatureSelf-controlOfTheTruckSkidSystemAbstractRequiredfrequentorprolongedbrakingwhenlargeVehicleswithgoodsdrivingonhillsorramps,itwillcausethebrakedrum（disk）,brakeshoetemperatureleapthub,atthesametime,itwillincreasethetruckskidsysteminthehightemperature,eventually,theresultwillcauseseverebrakefailure,andthehightirepressuretemperatureistoohightomakethephenomenonappearflattireandcausedaccidents,accordingtoresearchthesolutionsofoverheatedbrakesinabroad,thebestwaysolutionisdesigninganewsetofdevice.the
set
ofdevicewiththetemperatureself-controlofthetruckskidsysteminclusionsthetemperaturedetectionunit,theleveldetectionunit,theman-machineinterfaceunitandtheMCUcontrolunitandothercomponents.
The
devicewiththetemperatureself-controlofthetruckskidsystemrunonoroffbythetransmittingandreceivingdevice,ithasautomaticmodeandmanualmode,intheautomaticmode,DS18B20temperaturesensormeasurereal-timemonitoringofthetruckskidsystemtemperaturebysensingthecurrentbrakeshoeonthewheelorthetemperatureofthestopper,andsendthetemperaturesignaltothemasterchip（AT89C51MCU）,themainchipexporttheoutputcontrolsignalaccordingtothemainchipsettemperature,tostarttosprayingequipmenttocoolthebrakingsystem;inthemanualmode,youcanstartsprayingequipmenttoreducethetemperatureofthetruckskidsystem.
The
topicofthedeviceneedhardwareandsoftwareanalysis,itneedestablishthesystemhardwareandsoftwaremodelbydrawingtherelevanthardwareconnectiondiagramandsoftwareflowchart,inordertoprovethatthedevicecanrealizethefunctionofreducingthetemperatureofthetruckskidsystemKeywords:
brakingsystem,ThetemperaturesensorDS18B20,Capacitorswitchingsensor,AT89C51,2262,2272summarizedatlastreceivingmodule目录引言11国内外研究现状12刹车系统分析22.1
刹车过热问题解决方案2
2.2
制动系统工作原理2
2.3
温度传感器安装位置4
3自动控制系统功能设计53.1
系统功能单元及所需元件设计5
3.2
系统要实现功能6
4自动控制系统硬件设计74.1
主控单元设计7
4.1.1
AT89C51单片机7
4.1.2
水泵的选用:
15
4.1.3
水箱选用16
4.1.4
三极管选用:
17
4.1.5
电磁阀的选用17
4.1.6
蜂鸣器的选用17
4.1.7
LED灯的选用与二极管:
18
4.2
温度检测单元设计18
4.2.1
温度传感器的选择18
4.2.2
DS18B20的特点及硬件图19
4.2.3
温度检测电路21
4.3
液位检测单元设计21
4.3.1
液位传感器的选择21
4.3.2
电容式接近开关工作原理22
4.4
人机接口单元设计22
4.4.1
PT2262发射模块23
4.4.2
PT2272接收模块24
4.4.3
对各键功能设定25
4.4.4
遥控控制方法25
5自动控制系统软件设计27致谢32参考文献321绪论1.1引言
随着交通运输业的发展,大型货车已成为这一行业中必不可缺的交通运输工具。
由于路况以及车辆自身的问题,在长途运输时,往往需频繁使用刹车系统,因此,在整个运输过程中,刹车系统常常工作于高温环境中,很容易造成以下问题:
在高温环境中,刹车系统的各工作部件易发生氧化,会减少刹车系统的使用寿命,甚至可能导致刹车失灵,造成安全事故,为此,国外多采用为车辆安装辅助制动装置的方法,能较好地提高制动效果,但由于我国道路地形复杂,该装置的实际使用效果并不是很理想,另外常用的方法是采用改良刹车片的材料,虽然效果较好,但材料研制复杂、成本较高,使用并不普遍。
目前,国内很多驾驶员为了降低运输成本,都会在车上安装一个高位水箱，利用其高位产生的压力将其传送到刹车毂上，从而冷却车毂，但是在行车过程中司机要根椐当时的具体情况来控制水箱开关，而水箱的高度有限，压力太小，时常会出现喷嘴堵塞现象，或利用刹车本身的气压来实现刹车淋水冷却，这种方式对水箱等配件的密封性能和受压能力要求高，容易损坏水箱等配件，为了更好地解决大型货车制动安全问题,保持刹车系统性能稳定,本课题设计了一种大型货车制动过热自动控制系统。
该系统通过遥控发射接收装置控制大型货车制动过热自动控制系统的开启或关闭,有自动和手动两种工作模式;自动方式下,DS18B20温度传感器通过感应当前刹车毂或止动蹄上的温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片（AT89C51单片机）,主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制主控芯片启动喷水设备，降低刹车系统的温度。
使用该系统,既可减缓刹车系统工作零件因温度过高而加速氧化的问题,增加刹车系统的使用寿命,还能减少因热衰退现象而造成的车辆行驶安全隐患,保持刹车系统性能稳定,提高行驶的安全性。
1.2
国内外研究现状
车辆在丘陵地带或坡道上行驶时需频繁或长时间刹车，这会造成刹车鼓（盘）、制动蹄温度骤升（尤其是大型货车），过高的温度也易使刹车系统产生热衰退现象,使得各工作部件之间的摩擦系数变小
[1],降低刹车系统性能,更严重的甚至可能导致刹车失灵,造成安全事故,为此,大部分欧美国家采用为车辆安装缓行器的方法来防止安全事故的发生.
所谓缓行器,又被称为“第四制动器”[
2],它作为辅助制动装置,可以较好地提高制动效果.
但由于我国道路地形复杂,该装置的实际使用效果并不是很理想.
除此之外,通过改良刹车片的材料来缓解热衰退现象也是一种较为常用的方法,该方法虽然效果较好,但材料研制复杂、成本较高,使用并不普遍.目前,国内很多驾驶员为了降低运输成本,依然采用人工手动冷却的方法为刹车系统降温,也就是车上安装一个高位水箱，利用其高位产生的压力将其传送到刹车毂上，从而冷却车毂,但这种方法的缺点是：
在行车过程中司机要根椐当时的具体情况来控制水箱开关，而且水箱的高度有限，压力太小，时常会出现喷嘴堵塞现象，从而达不到预想的效果，同时也要分散司机行车过程中的注意力。
另外一种方法（手动控制）是:
利用刹车本身的气压来实现刹车淋水冷却，这种方式去水箱等配件的密封性能和受压能力要求高，容易损坏水箱等配件，由于是利用刹车的气压所以对刹车性能存在一定的影响。
这些都是安全行车的隐患,另外又出现了“汽车刹车自动冷却装置”,只能在刹车时才用,但是不能根据实时温度自动控制,并且驾驶员对温度没有了解,为了较好地解决上述问题,设计一种既能手动又能自动并且可靠性好、抗干扰能力强的过热自动控制系统很有必要,从而解决刹车温度过高造成刹车鼓（盘）、制动蹄温度骤升，导致刹车失灵或爆胎问题。
2.
刹车系统分析
2.1制动系统工作原理
为了实现让行驶中的车辆减速甚至停车，或使已经停下来的车辆保持不动，都称为车辆制动。
实现车辆制动功能的一系列专门装置称为车辆制动系,较为完善的制动系具有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等附加装置,一般车辆都采用防抱死制动系统,它是一种主动安全装置，其英文名称是Anti-lock
Braking
System（防锁死制动系统）或Anti-skidBrakingsystem（防滑移制动系统），缩写为ABS。
防抱死制动系统（ABS）是根据车轮转动情况，随时调节制动压力来防止车轮抱死滑移，如图1所示。
图1防抱死制动系统的组成框防抱死制动系统ABS组成如图2所示。
现代ABS尽管采用的控制方式、方法以及结构形式各不相同，但除原有的传统的常规制动装置外，一般ABS都是由传感器、电子控制器（ABS
ECU）和执行器三大部分组成。
其中传感器主要是车轮转速传感器，执行器主要指制动压力调节器。
电子控制器（ElectronicControlUnit），常用ECU表示，简称ABS电脑。
它的主要作用是接收轮速传感器等输入信号，计算出轮速、参考车速、车轮减速度、滑移率等，并进行判断、输出控制指令，控制制动压力调节器等进行工作。
另外，ABS电脑还有监测等功能，如有故障时会使ABS停止工作并将ABS警示灯点
图2防抱死制动系统ABS组成简图ABS的工作原理:
当点火开关接通（ON）时，ABS保护电磁阀的电磁线圈中就会有电流流过，系统进入自检状态。
经过短暂的自检后，如果发现系统中存在影响其正常工作的故障，会保持其自检时的工作状态，即关闭ABS系统。
此时压力调节器中各电磁阀的电磁线圈均不通电，各电磁阀均保持在制动压力增大状态，车辆恢复常规制动状态工作。
经过自检，未发现影响系统正常工作的故障，ABS就进入等待工作状态。
车辆行驶过程中,各轮速传感器连续地向ABS电脑输入各车轮的轮速信号。
通常，ABS只有在车辆速度达到一定程度（如5km／h或8km／h）时，如果此时驾驶员踩下制动踏板进行制动，制动灯开关闭合，蓄电池给ABS电脑一个电压信号。
ABS电脑收到蓄电池电压信号后，就判定车辆进入制动状态，才会对制动过程中趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。
它将根据轮速传感器输入的信息，对四个车轮的运动状态进行分析判断。
当车辆速度降到一定程度时，因为车速很低，车轮制动抱死对车辆制动性能的不利影响很小，为了使车辆尽快制动停车，ABS就会自动终止防抱死制动压力调节，其车轮仍可能被制动抱死。
在制动过程中，各车轮制动未出现趋于抱死时，ABS不工作，此时制动过程与常规制动过程完全相同。
在制动过程中，当ABS电脑判定有车轮制动趋于抱死时，就开始对相应的控制通道进行防抱死控制，将车轮滑移率控制在最佳范围之间，直至车辆速度很低或停止。
在制动过程中，如果车辆为高速急转弯，当车辆的横向加速度达到一定值时，横向加速度开关中的一对触点就会断开，ABS电脑不再有蓄电池电压信号，ABS电脑由此判定车辆横向加速度已超过设定的界限值，就会对其防抱死控制过程进行修正，使ABS更为有效地工作。
由于ABS是在原来传统制动系统基础上增加一套控制装置形成的，因此ABS也是建立在传统的常规制动过程的基础上进行工作的。
如果常规制动系统发生故障，ABS会随之失去控制作用。
若只是ABS发生故障、常规制动系统正常时，车辆制动过程仍像常规制动过程一样照常进行，只是失去防抱死控制作用。
现代ABS一般都能对系统的工作情况进行监测，具有失效保护和自诊断功能，一旦发现影响ABS正常工作的故障时，将自动关掉ABS，恢复常规制动，并将ABS警示灯点亮，向驾驶员发出警示信号，提醒驾驶员及时进行修理。
在制动过程中，车轮还没有趋于拖死时，其制动过程与常规制动过程完全相同；只有车轮趋于抱死时，ABS才会对趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。
2.2刹车过热问题解决方案
车辆在丘陵地带或坡道上行驶时频繁或长时间刹车，这会造成刹车鼓（盘）、制动蹄温度骤升（尤其是大型货车），轮毂温度聚增，严重发热，在剧烈高温下最终会导致刹车失灵，以及温度过高至使轮胎气压过高而出现爆胎现象而产生安全事故,那么如何才能有效的避免制动过热现象呢?
那就要有一套设备能有效解决制动过热问题,本课题就是设计了一种大型货车制动过热自动控制系统装置.这个装置的基本功能:
遥控发射接收装置控制大型货车制动过热自动控制系统装置的开启或关闭,有自动和手动两种工作模式;自动方式下,DS18B20温度传感器通过感应当前刹车毂或止动蹄的温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片（AT89C51单片机）,主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制单片机启动喷水设备，降低刹车系统的温度。
2.3
温度传感器安装位置
温度传感器的安装对设计装置的控制精度和它本身的使用寿命匀有很大的影响，那怎么去解决这个问题，下面就介绍一下影响温度传感器使用寿命的几个因素：
1使用温度传感器的温度的不能高与它本身的使用范围，而且必须多它的温度有留有一定的温度空间。
2.要使测出的温度能如实反映要测的温度.
3.防止静电产生，尽可能与电热部分绝缘。
4.要保持输出端的清洁干净，避免发生短路，断路，生锈，接触不良的现象。
很多车辆同时使用盘式制动器和鼓式制动器，盘式制动器多用于前轮上，而鼓式制动器用于后轮，盘式制动器摩擦力由制动片产生，这些制动片被挤压和夹紧到制动盘上，制动盘安装在车轮上。
制动盘为铸造件，对它的两侧进行机加工。
制动片附在金属板上，金属板由液压系统中的活塞推动.对两种不同的制动器,可采取不同的安装方法,以利于传感器的测量精度和使用寿命。
盘式制动系统的活塞安装在制动钳里或固定在制动钳上，制动钳不转动，因为它与车辆底盘相连接。
制动钳由液压活塞、缸体、密封圈、弹簧以及用来产生活塞与制动片推动力的液压油通道。
制动片垂直作用于转动的制动盘上（如图3所示）.考虑到DS18B20传感器工作环境恶劣,如果安装在制动片或制动钳上,喷头喷水会使温度传感器检测失误,并且工作环境过于恶劣,暴露在空气中,最好将其安装在轮毂内,如转速传感器那样安装.
图3盘式制动器上，制动片垂直作用在制动盘上
鼓式制动器:
鼓式制动器有一个铸造的制动鼓，制动鼓由螺栓连接在车轮上并随车轮转动。
在制动鼓内，有一组制动蹄安装在制动底板上。
其他的部件也安装在制动底板上，包括液压轮缸，弹簧以及联接元件。
制动蹄上附有摩擦材料，制动时摩擦制动蹄与制动鼓的内表面接触（如图4）。
当制动时，制动蹄受到力的作用张开，与制动鼓的内表面发生摩擦。
图4制动时摩擦制动蹄与制动鼓的内表面接触可将DS18B20传感器安装在制动蹄与制动鼓上面,考虑到工作环境恶劣,最好将其安装在制动蹄上,如转速传感器那样安装.
3
自动控制系统功能设计3.1
系统功能单元及所需元件设计
本系统主要包括4个功能单元:
温度检测单元、液位检测单元、人机接口单元以及单片机控制单元,各个单元之间的联系如图5所示.
图5系统框图
该系统包含由AT89C51单片机，蜂鸣器，电磁阀，18b20温度传感器，2262，2272遥控发射接收装置，圆柱电容开关式传感器，由3组加了阀门的导管,12个喷水量相同的喷头,4个12V水泵，2262,2272遥控发射接收单元，发光二极管，普通二极管，电源单元组成。
实际使用中,将本系统与普通的喷淋设备组合,
即可实现刹车系统温度的自动控制.当系统工作时,
利用12
V车辆电源,通过LM7805芯片稳压至5V后供电[3].
系统支持温度多点测量,每隔1
s对刹车系统温度进行检测,当温度超过设定界限值时,由单片机发出控制信号,启动喷淋设备,对刹车系统进行点射式喷水降温.
同时,该系统也提供了简易的水箱液位检测功能,当水箱缺水时,自动发出报警.
该制动过热自动控制有遥控功能，有手动自动模式，根据感应温度自动洒水，水箱水位过低自动报警并自动切断电源功能，对各个车轮温度实时监控等功能.
本系统在实际使用方便,无需由使用者进行复杂的初始化,并且系统还提供了一个基本的人机接口单元,使用者通过该单元,可进行遥控控制.
3.2
自动控制系统功能设计
遥控发射接收装置控制大型货车制动过热自动控制系统的开启或关闭,有自动和手动两种工作模式;自动方式下,DS18B20温度传感器通过感应当前刹车毂或止动蹄上的温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片（AT89C51单片机）,主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制单片机启动喷水设备，降低刹车系统的温度。
1）有遥控功能，有手动和自动两种工作模式。
2）在自动模式下，行驶或者制动过程中，温度传感器感应到温度，当温度大于80度小于120度时,大型货车制动过热自动控制系统就会自动打开一个电磁阀并且水泵吸水,通过喷头喷水冷却刹车毂;当大于120度小于150度时,大型货车制动过热自动控制系统就会自动打开两个电磁阀,水泵吸水,通过喷头喷水冷却刹车毂;大于150度时，大型货车制动过热自动控制系统就会自动打开三个电磁阀，水泵吸水,通过喷头喷水冷却刹车毂，并且系统就会自动报警.驾驶者可采取措施.
3）
对各个车轮的温度实时检测，二极管绿灯亮表示车轮温度到达80度，二极管黄灯亮表示车轮温度在120度至150度之间，闪烁二极管发光表示车轮温度大于150度，由此提醒驾驶者。
4）在手动模式下，通过对各个车轮温度的实时检测，可以对单个车轮的喷水设施进行控制，以解决转向刹车时单个车轮温度过高的问题。
5）当水箱中的水用完，位置传感器检测到，系统就会自动报警，制动过热自动控制系统停止工作。
4自动控制系统硬件设计根据系统所需实现的基本功能,对本系统硬件电路进行设计.
4.1
系统主控单元设计
对于大型货车制动过热自动控制系统的核心控制单元,考虑到在本课题中,系统控制方案较为简单,数据量不大,为了方便今后系统的扩展,同时也为了降低系统制造成本,采用AT89C51单片机作为系统的主控核心.
4.1.1
AT89C51单片机
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
（1）选择AT89C51芯片1）主要特性：
·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器寿命：
1000写/擦循环数据保留时间：
10年·全静态工作：
0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路2）AT89C51的极限工作参数工作温度-55直+125储藏温度-65直+150任一脚对地电压-1.0V直+7.0V
最高工作电压6.6V
直流输出电流15.0mA
3）
管脚功能说明及使用：
图6所示为AT89C51VCC：
供电电压。
GND：
接地。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
该芯片正常工作时,需提供5V的直流稳压电源,因此,利用LM7805稳压芯片,将12V的车辆电源转换后为其供电.
XTAL1：
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反向振荡器的输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
升级会员 