張珉，王中訓(xùn)，婁陽，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)測試得之。傳統(tǒng)測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試儀，具有極其重要的研究價(jià)值。單片機(jī)控制電平，通過T0、T1定時(shí)器和內(nèi)部晶振控制時(shí)間，通過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)來控制的東西越來越多，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、簡單易用的電磁閥檢測設(shè)備已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。當(dāng)前國產(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提高行車速度，這與國家現(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)用的測試儀是十分必要的。

1檢測儀的設(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C語言編程實(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)測得流量和壓力，通過串口發(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：單片機(jī)連接電磁閥和傳感器，控制電磁閥的開關(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25萬次)，這樣使得該單片機(jī)成為本測試系統(tǒng)的不二之選。

　　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(hào)是很微弱的，必須經(jīng)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(hào)會(huì)被傳輸?shù)絊TC12C5A60S2。

　　圖3為測量電流原理圖，在P3處將電磁閥接入電路中，將對(duì)電流的測量轉(zhuǎn)換為對(duì)電壓的測量，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；測量壓力環(huán)節(jié)采用TLV2254放大器；測量溫度環(huán)節(jié)采用AD8200放大器以及DS18B20溫度傳感器。

2開發(fā)工具

　　LabWindows/CVI是一種交互式C語言開發(fā)平臺(tái)［7］，它的交互式編程方法、集成化開發(fā)環(huán)境、豐富的庫函數(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發(fā)環(huán)境，將測控技術(shù)與強(qiáng)大的C語言有機(jī)結(jié)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(fā)工具LabVIEW，它更適合用于大型的、復(fù)雜的軟件測試。LabWindows/CVI在功率計(jì)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、過程控制系統(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軟件開發(fā)商）公司推出的集成的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)。本軟件是可以開展原理圖設(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。

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(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(guān)系的。多次檢測后當(dāng)電流值與占空比呈線性關(guān)系時(shí)，可以說明電磁閥的工作穩(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)行多次測試確認(rèn)，若對(duì)檢測結(jié)果不滿意，就需重啟系統(tǒng)，重復(fù)測試。若依然不呈線性就說明電磁閥是劣質(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，測試的變量很少只有電流和壓力，需要進(jìn)一步提高：增加測試變量、增加電磁閥測試設(shè)計(jì)的電氣特性，電磁閥電路或開路改進(jìn)以能及時(shí)、準(zhǔn)確地反映傳輸設(shè)備狀態(tài)， 提高和完善本測試儀的實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)

　　［1］ 劉漢濤. 汽車自動(dòng)變速器精品學(xué)習(xí)教程［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

　　［2］ 何思奇. 電磁閥全自動(dòng)測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2009.

　?。?］ 黃惟公，鄧成中.單片機(jī)原理與接口技術(shù)（C51版）［M］.成都：四川大學(xué)出版社，2011.

　　［4］ 劉晉，王政林，薛凱方. 基于STC12C5A60S2單片機(jī)的LED顯示屏硬件設(shè)計(jì)［J］. 微型機(jī)與應(yīng)用, 2011, 30(22): 2427.

　?。?］ 杜克銘, 姚燕, 李景涌. 基于STC89C52的多路溫度傳感器標(biāo)定系統(tǒng)［J］. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2009, 35(4):152155.

　　［6］ 張學(xué)慶. 流量測量的意義及流量傳感器的現(xiàn)狀［J］. 石油化工自動(dòng)化, 2006 (5): 99101.

　?。?］ 嚴(yán)保康, 周鳳星. 真空電磁閥測試系統(tǒng)的研究與應(yīng)用［J］. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2012, 38(1):5759.

　?。?］ 余九洲. 基于虛擬儀器的電磁閥特性測試研究［D］. 長春：長春理工大學(xué), 2011.

　　［9］ 邱緒云, 楊福廣, 阮久宏. 汽車驅(qū)動(dòng)防滑控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2009, 35(12):7174.

　?。?0］ 劉志忠, 陳建國. 自動(dòng)變速器電控系統(tǒng)的分析與診斷［J］. 汽車電器, 2006 (4): 2934.