客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计

1、客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计.毕业设计阐明书 PAGE 38：.； PAGE 37盐城工学院本科生毕业设计阐明书 2021 PAGE 21 绪论1.1论文研讨的背景目前，随着人们对平安认识的提高，交通事故被世人所关注的程度在日益加深。据有关部门统计，全世界每年因车祸导致 70 多万人死亡，1200 多万人伤残，呵斥直接经济损失 5 亿多美圆；汽车总拥有量只占世界 2左右的我国交通事故死亡人数却占世界的 15，由此可以看出我国在汽车平安方面那么更为严重。作为主要交通运输工具的车辆，其性能的好坏是影响交通平安的重要因素之一；在车辆要素中，由于汽车制动方面的缘由呵斥的交通事故占总交通事故的

2、1l。 汽车行驶时能在短时间内停车且方向稳定和在下长坡时能维持一定车速的才干，称为汽车的制动性。其能直接关系到行车平安，是汽车的主要性能之一。汽车的制动性取决于其制动系统，而制动器是制动系统的关键部件，其直接影响汽车制动系统性能的发扬，故而制动器是汽车平安行驶的重要保证，没有制动器汽车就不能平安行驶。客车用盘式制动器是一种运用非常广泛且成熟的制动方式，但是其制动性能无法实如今线动态监测，因此给客车的平安行驶带来了一定隐患。随着自动化技术的开展，可以借助于单片机构建在线动态检测系统，实现对盘式制动器制动性能的动态在线检测，从而为制动性能的评价提供根底数据。该课题的研讨内容非常丰富，几乎囊括了机制

3、专业、机电专业学生所学的全部专业课程知识，主要包括机械系统功能原理方案设计，以及机电一体化系统和测控单元的设计。1.2论文研讨的目的和意义盘式制动闸的制动性主要取决于摩擦副的摩擦性能，这里摩擦副主要是由摩擦资料、对偶盘组成，其中摩擦资料和对偶盘之间的摩擦情况直接影响着制动器的性能。而现实中人们对盘式制动闸的制动性能在线检测的研讨却比较少，根据目前制动闸运用的实践任务情况，利用微电子新技术，研制一种具有检测功能的制动闸安装，对制动闸进展监测，可以提高设备的平安可靠性，对实践工程运用有很重要的意义。特别是随着科学和社会的不断提高，对设备的要求也逐渐向自动化和人性化方向开展，要求运用的设备平安可靠、

4、环保、节能，这样对制动系统也提出更高的要求。该选题将机制专业学生所学的专业课程，如机械系统运动模型设计、传感检测电路设计、机电一体化、单片机测控系统等课程知识有机的交融在一同，同时动手实际要求较高，对于提高本科生的实际运用于实际的才干有协助 ，因此适宜本科生作为毕业设计的选题。1.3论文在国内外研讨的现状该课题在国内外都获得了相当部分的研讨成果。部分研讨成果如下：1王永臣 陈刚 王磊 崔秀 在中给出单片机制动器自动调理系统的构造，阐明了它的任务原理和特点。系统采用根据流过电机电枢的电流控制电机启停的方法和多种抗干扰措施。其控制方案新颖，任务可靠，抗干扰才干较强。 2庄光山 王成国 姚永强 王海

5、庆在中研讨了惯性力矩制动实验台。对多种不同石墨形状的铸铁制动盘与混杂纤维加强酚醛基制动器片配副时的摩擦磨损性能进展了研讨。结果阐明：制动盘对盘形制动摩擦性能有明显影响。 3程真启 高顶 张晓光 赵番在中绍了基于Meal6单片机的矿井提升机器间隙监测设备的设计方法，经过对煤矿提升机器间隙和空动时间的丈量，可以实现对盘形器的监测，处理了煤矿提升的平安隐患问题，满足了煤矿平安消费的需求。 4贾福音 李志佳 王一宾 孙晋响 在中析了摩擦提升中绳滑动与绳静、动张力的关系。经过实际分析、参数分配提出了满足系统平安可靠制动的外力制动方式，此方式不仅可以解除滑绳事故，也可以保证制动器失灵形状下，对系统可靠制动

6、。这套设备的研发胜利，可有效控制滑绳事故的发生，为摩擦提升矿井平安高效消费提供保证。5陈磊 任中全 熊双辉在中针对矿井提升机盘式制动器空动时间偏长对矿井提升机事故的影响,根据对盘式器空动时间测试方法进展了研讨,采用了继电器的任务原理设计了测试盘式器空动时间的测试安装,并运用虚拟仪器测试系统,经过Lab VIEW编程言语程序对本测试安装进展了验证。6王宏德在中经过对盘式制动器制动力矩下降缘由的分析, 提出了相应的防备对策, 获得了较好的效果。系统操作简单快捷, 可以实现真正的自动排料。可靠性进一步提高, 维护量大大减少, 整个系统控制完全数字化, 经过操作面板上的数码管显示及几个触摸按钮, 即可

7、完成全部操作。7和田雄一等(日)在中论述新开发的耐磨耗制动器片和耐热裂纹制动盘的优良性能, 两者组合运用时, 经济效益颇佳。新开发的制动器片, 与各国采用的器片相比, 其耐磨性较佳, 对制动盘也没有破坏作用。NCM 制动盘耐热裂纹性好, 也有减低摩擦副器片磨耗的效果。新开发的制动器片与制动盘组合运用时, 对降低车辆维修本钱具有很大的意义。8. XAVER WIRTH德国在中引见德国铁路公司的高速列车与早期列车的四个制动盘相比, 它在每根轴上只装两个制动盘, 运用一种改善了接触方式的先进制动片, 可以降低嗓声并使能全吸收才干提高了。9. 庄光山 王成国 王海庆 姚永强在中采用改性酚醛树脂为基体,

8、 炭纤维与钢纤维、矿物纤维等混杂资料作为加强资料, 研制了适用于提速列车盘形制动的少金属制动器片。在惯性力矩实验台上对其制动性能进展了测试。实验结果阐明, 该制动器片在各种规定实验条件下的摩擦性能均能满足最高运转速度为120 km/ h 160 km/ h 的提速列车的运用要求。10. 赵建明 吴鹏在中引见了一种适用于制造提速客车盘形制动器片的半金属基摩擦资料的摩擦磨损特性方法。实验阐明研制的配方半金属摩擦资料具有稳定的摩擦系数和较好的耐磨性及其抗热衰退性。实物惯性台架实验结果阐明, 研制的配方器片具有较高的摩擦系数, 制动间隔 较短, 制动性能稳定, 完全能满足提速客车运转的制动要求。综上所

9、述：以上文献中作者从多个思绪对盘式制动器的任务原理及条件有详细描画，多有从资料的角度来论述车用盘式制动器的摩擦性能，但在检测动态性能方面少有论述尤其未曾涉及传感器，A/D数模转换的内容，所以众论文只是提供了盘式制动器的感性认识和制动形状描画。1.4论文课题主要任务内容和本研讨要处理的问题本课题主要处理以下问题：(1) 传感器的选型设计与计算(2) 盘式制动器制动性能模型研讨(3) 基于单片机的数据采集单元的设计，主要包括检测传感器的选型设计、A/D 转换设计、控制单元设计、通讯设计等(4) 制动系统软件程序设计本研讨能到达的预期效果如下：1.制动性能模型研讨主要有施闸及松闸过程中闸瓦运动学分析

10、和制动力矩分析，此分析建立了制动器的制动动力学模型，得到了制动性能参数之间的相互影响关系，为检测系统的设计提供根底性实际指点，可为传感器和检测系统的设计提供根底性数据。2.检测系统总体设计硬件主要有传感检测部分、数据采集部分和系统监控部分，传感器可以选用速度传感器，压力传感器、位移传感器，数据采集器主要采集模拟量，分为信号调理模块、A/D转换模块、单片机、串行通讯模块和电源。A/D转换主要思索转换速度和精度；本系统选用的单片机要可以控制选择A/D转换芯片并读取A/D转换数据，同时还应有与上位工控机进展串行通讯的功能。数据采集器采用12V供电，为了提高系统的可靠性，在系统的硬件、软件设计上都必需

11、采取相应的抗干扰措施。软件单片机系统软件：采集速度、压力，位移传感器输出的模拟信号，并实现单片机和工控机的串行通讯；组成：主程序+中断程序 主程序是完成单片机系统初始化并采集传感器输出的信号；串行中断程序是完成单片机系统与工控机的串行通讯。2盘式制动闸制动模型分析2.1制动系统的根本性能要求盘式制动闸是车辆系统中的一个重要部件，它的主要作用是使车辆在出现缺点或者在需求停顿时，使车能在人们要求的时间内停顿运动，也就是说需求把车的动能尽快转化为其他方式的能量，到达耗费动能的目的。它的任务机理是靠两个相对运动的外表相互摩擦时所产生的摩擦阻力来转化车动能的，将车的动能转化为热能，从而到达停车制动的目的

12、。盘式制动器相对于鼓式制动器具有制动性能稳定(制动因数与摩擦系数成线性关系)，力矩容量大、只接受轴向力、构造紧凑、散热性好等突出的优点，所以在实践中被广泛运用。近年来，随着人们对车辆的平安认识的提高、制动闸的平安可靠性能倍受注重，对制动闸的性能提出以下几点根本要求: (1)要有足够的制动力矩，这是保证平安制动可靠的根本条件。 (2)摩擦副所产生的摩擦力矩要稳定，在遭到外界条件的变化(速度、温度、湿度、驱动力等)的条件下，它的变化也要尽量小。 (3)散热性好，防止摩擦外表温度过高。 (4)任务中噪音低、对环境的污染小。 (5)具有一定的耐磨性，要有一定的平安运用寿命。(6)操作、维修简一方便。2

13、.2制动系统任务原理分析盘式制动器又称为碟式制动器，其摩擦副中的旋转元件是以端面任务的金属圆盘，称为制动盘，用螺钉固定在车轮的轮毅上。盘式制动器分为钳盘式与全盘式，其中钳盘式分为固定钳式和浮动钳式，而浮动钳式又分为滑动钳式与摆动钳式。通常制动器都是经过其固定元件对旋转元件施加逆向力矩，经过制动器摩擦副之间的相对滑动，把动能转化为热能由此到达摩擦减速制动的作用。盘式制动器摩擦副中的旋转元件是一个被安装在车轴的轮毅上，以端面为任务外表的金属圆盘，称作为制动盘。制动器的固定元件称作制动块，由两到四个任务面积大约为制动盘包角20左右的的摩擦片镶嵌在一个质地较硬的金属背板上组成。内外制动块及其的助动安装

14、都装在横跨制动盘两侧的一个安装在悬架上夹钳型支架中，总称为制动钳。当驾驶人员踩下制动踏板，与之相连的推杆于是会推进制动主油缸中的活塞前进，使得油缸中的液压升高，液压油在压力的作用下经过油管进入制动器油缸中，再把力传送到制动器油缸中的活塞上推进其法向挪动，最后活塞接触到制动盘而产生制动力，并牢牢把制动盘加紧。制动器构造如图图2-1 盘式制动器构造图钳盘式制动器的制动钳既可以固定在车桥上，也可以浮动在悬架上，因此又可分为定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器两类。如下图为定钳和浮钳两类盘式制动器表示图。图2-2 定钳盘式制动器在定钳盘式制动器中，跨置在制动盘1上的制动钳体5固定安装在车桥6上，它不能旋转也

15、不能沿制动盘轴线方向挪动，其内的两个活塞2分别位于制动盘1的两侧。图2-3 浮钳盘式制动器在浮钳盘式制动器中，制动钳体2经过导向销6与车桥7相连，可以相对于制动盘1轴向挪动。制动钳体只在制动盘的内测设置油缸，而外测的制动块那么附装在钳体上。盘式制动闸的任务原理是：施闸时，减小从控制油口输入的控制油压，当控制油压在活塞上的作用力小于碟型弹簧弹性恢复力时，碟形弹簧推进筒体向前运动，安装在筒体上的闸瓦压向制动盘进展制动。松闸时，增大从控制油口输入的控制油压，当控制油压在活塞上的作用力大于碟形弹簧弹性恢复力时，活塞经过衔接轴带动筒体紧缩碟形弹簧，闸瓦远离制动盘实现松闸。盘式制动闸的制动力矩是靠闸瓦从两

16、侧压向制动盘，使闸瓦与制动盘之间产生摩擦力而产生的。为了使制动盘不产生附加变形，滚筒主轴不接受附加轴向力，制动闸都是成对运用，每一对叫做一副盘式制动闸。根据制动力矩的大小，每辆客车可布置多副制动闸。2.3 制动系统的构造分析目前盘式制动闸包括老式的碟形弹簧后置式和新式的碟形弹簧前置式两种。图2-4a为碟形弹簧后置式制动闸构造图，图2-4b为碟形弹簧前置式制动闸构造图。1、制动盘 2、衬板 3、活塞 4、制动器体 5、液压缸 6、碟形簧后盖 7、碟簧 8、后盖9、衔接螺栓 10、控制油口 11、筒体 12、闸瓦(a) 碟形弹簧后置式制动闸构造图1、筒体(带衬板) 2、碟型弹簧 3、弹簧座 4、挡

17、圈 5、油缸 6、走漏油口 7、活塞 8、衔接栓 9、后盖 10、液压缸盖 11、控制油口 12、制动器体 13、衔接轴 14、压板 15、闸瓦 16、制动盘 (b) 碟形弹簧前置式制动闸构造图图2-4 盘式制动闸构造图盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面任务的金属圆盘，轮缸的压力作用在制动钳上，使其压靠在制动盘的端面产生制动力矩。由于构造的关系，盘式制动器普通无摩擦助势作用，因此制动器效能受摩擦要素的影响较小，效能比较稳定。制动器是制动系中用以产生妨碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。除了竞赛汽车上才装设的、经过张开活动翼板以添加空气阻力的空气动力缓速安装以外，普通制动器都是经过其中的固定元件

18、对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度降低，同时依托车轮与路面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。凡利用固定元件与旋转元件任务外表的摩擦而产生制动力矩的制动器，都称为摩擦制动器。盘式制动器的旋转元件为圆盘状的制动盘，以端面为任务外表。盘式制动器的摩擦副中的旋转元件是以端面任务的金属圆盘，此圆盘为制动盘。2.4 制动过程模型分析制动闸的制动过程，从能量的观念讲，可以把制动闸看成是一种能量转换安装，它在规定的时间内将运动物体的动能转化为热能或其它方式的能量，以实现减速、停车的目的。制动闸制动的可靠程度决议了车辆的平安可靠性。2.4.1 制动过程分析制动安装的作用在于使行驶中的车辆减

19、速或者停车。普通的制动安装是以车辆的动能转化成热能来确保上述的制动力。车用的制动系统普通广泛的采用液压制动。驾驶员加在制动踏板上的力，经过踏板杠杆按一定的比例传给增力安装，增力安装由其它的能量将力增大后，传给制动主缸。制动主缸压力转换为液压，经过制动硬管、制动软管，传至车轮制动器的轮缸。车轮制动器由轮缸液压推进盘式制动器摩擦块或鼓式制动器的制动蹄压紧制动盘或制动鼓，使其之间产生摩擦力，即为制动器制动力。如图2-4所示的盘式液压制动闸从构造上讲，这种制动器的制动是靠摩擦片和摩擦盘之间的摩擦力矩产生，摩擦片在任务中很容易磨损，而其中的摩擦片磨损程度检测如今是靠人工来完成，经过后盖上的丈量孔对制动器

20、进展定期检查。由于这种制动器制动力矩大，这些设备的任务环境恶劣，使人工检测不容易进展或容易产生误差，无法真实反映出摩擦资料的磨损情况，更不能反映出由于摩擦热而引起的破坏程度或潜在的热疲劳程度。如今是凭仗阅历数据，规定摩擦片的运用时间，运用期限到达，不论实践的摩擦资料的磨损情况，一概改换以保证机器设备的平安性。这样的操作有两个缺陷:(1)会出如今摩擦资料依然可以平安运用的情况下提早换掉，呵斥摩擦资料的浪费(2)还会出现由于某种缘由没有及时改换、或者丈量失误等，使摩擦片没有及时改换会出现不平安的潜在危险，所以对制动器的在线检测动态监测是很必要的。2.4.2 制动过程建模2.4.2.1 施闸及松闸过

21、程中闸瓦运动学分析 1、碟形弹簧 2、活塞 3、闸瓦 4、制动盘图2-5 盘式制动闸制动力学模型以活塞为研讨对象，活塞在运动过程中，根据质心运动定理得到：为活塞有效作用面积；为第个制动闸内碟形弹簧的正压力； 将式(2-6)、(2-7)代入式(2-5)得到制动力矩：以轴心为质点的力矩方程为: (2-13)式中: 车轮总成的转动惯量(kgm );车轮的旋转角速度(rad/s);制动器对车轮的制动力矩(Nm);车轮遭到的滚动阻力矩(Nm)。汽车制动时，由于路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩都很小，可以忽略其影响。因此上式可简化为力矩平衡方程， (2-14) 同时制动器的制动力矩必需满足

22、(2-15)2.4.2.5 动力学模拟参数的计算1.单轮的等效转动惯量制动器的制动过程是把汽车的机械能转化为热能的过程，根据能量守恒定律可以确定制动器单轮的等效转动惯量: EQ F(1,2) = EQ F(1,2) (2-16)式中:质量(kg);行驶速度(m/s);整体的等效转动惯量(kgm);车轮的转动角速度(rad/s)。制动过程中，假设车轮只需纯滚动，有= (2-17)式中: 车轮滚动半径(m)。把公式(2-17)代入公式(2-16) = (2-18)制动过程中汽车具有惯性，使得前后车轮接受了一个法向惯性力，惯性力促使汽车前后车轮的摩擦功、制动力矩及等效转动惯量都发生了改动。2.车轮的

23、角速度 根据制动开场时汽车的初始速度，可以得到= 3.6 (2-19)= (2-20)=-=- (2-21)其中: 车轮的初始角速度(rad/s);汽车的初始速度(km/h)。车轮角减速度(rad/s );车轮的瞬态角速度(rad/s);时间。2.5 本章小结本章详细引见了盘式制动闸的构造和任务原理，在此根底上总结了国内外在此方面的研讨现状。建立了汽车制动闸的制动动力学模型，得到了制动性能参数之间的相互影响关系，为检测系统的设计提供根底性实际指点。论述了制动闸需求满足的根本性能要求，引见了各种不同类型制动闸的开展现状和运用场所;引见了盘式制动闸的组成、任务原理和构造特点。分析了盘式制动闸存在的

24、主要问题，指出研制制动闸摩擦在线检测系统的必要性。在线检测系统是现代设备的必然要求和开展趋势，它能有效的保证人身和设备平安、提高设备任务的可靠性和自动化程度，使得设备管理更加合理化、科学化。3盘式制动闸制动性能检测系统总体方案3.1总体方案3.2 系统的主要功能与技术目的3.2.1 主要功能1、对客车用制动系统盘形闸参数进展实时监测; 采用基于单片机开发的数据采集器采集制动力矩、闸间隙和制动减速度传感器输出的模拟量信号；2、盘形闸任务间隙位置校准; 经过对串口接纳检测数据的分析处置与交融，得到制动性能参数，对盘式制动闸制动性能进展评判；3、静态数据断电后可以长期保管；4、具有自恢复功能，可以防

25、止干扰引起的系统“死机景象。根据现场的实践情况，面对所需求处理的实践问题，确定方案的原那么:1、系统顺应继续任务;2、精确实时丈量;3、可实现远间隔 观测和控制;4、系统可靠性高;5、具备较好的性价比。基于以上原那么设计出了系统方案，系统由两部分组成:上位机和下位机。上位机由计算机和通讯接口组成，计算机安装有专门的监测软件，监测软件借用计算机的强大功能实现远程实时观测和控制，通讯接口那么完成通讯电平的转换和数据通讯。下位机那么以微控制器为中心，辅以相关外围电路完成盘形闸任务参数实时监测，进展数据采集处置和通讯。3.2.2主要技术目的1、任务间隙丈量范围:0一3mm2、丈量误差:士10%3、转换

26、精度:10%4、丈量周期:400ms5、电源电压:220V或127V6、主机任务电压:+5V7、环境温度:0一703.3 系统设计流程检测技术也称测试技术，它包括丈量和实验两方面。丈量，就是把被测对象的某些特征信息提取出来，并加以度量;实验，就是经过某种人为的方法，利用专门的安装，把被测系统所存在的某种特征信息，激发出来并加以提取丈量。微电子技术的开展，推进了检测技术的提高，使得仪器仪表不断地向智能化、数字化、小型化、多功能化方向开展。检测技术中的数据处置才干和在线检测、实时分析才干大大加强，仪器仪表的功能得以扩展，精度和可靠性有了很大的提高。信息的提取普通采用传感器件来完成。传输信息的载体是

27、信号，为了便于对被测信息进展后续处置，通常是将被测信息转换成电信号，也就是把被测信号转换成电压、电流或其它电路参数(电阻、电感、电容)等电信号输出。普通来讲信号的转换存储与传输需求中间转换安装来完成，通常是把信号转换成便于传输、功率足够大，并具有一定驱动功能的电压或者电流。 总的来讲，检测技术具有如下三种功能:(1)过程中参数丈量功能;(2)过程中参数监测控制功能;(3)丈量数据分析判别功能。检测系统由硬件和软件两大部分组成。首先要全面、正确、平衡地分配软、硬件功能，该当综合思索系统要求、开发周期、产品本钱、系统可靠性等多方面要素。增大硬件功能的比例可以提高速度，减少所需的存储容量，有利于检测

28、和控制的实时性，但同时会添加本钱，电路变得复杂，降低了可靠性，而且开发周期较长。而软件和硬件的合理分配既可加强仪器的功能，提高丈量精度，又可使系统的构造更加简单和紧凑，节省投资。因此遵照的原那么是既能实现功能目的，同时系统本钱又最低。思索到本系统详细情况，应尽量以软件替代硬件来实现功能，降低本钱，同时力求电路简单，任务可靠。本系统基于上述原那么分配软硬件功能：硬件主要功能是从现场获取被测信号，完成数据的采集、处置、显示、存储以及通讯。软件由2部分构成：单片机系统软件，用于完成信号采集和传输；计算机智能分析软件，完成程序界面的开发，进展进一步分析处置并完成显示、存储、报表生成与打印等任务。总体方

29、案确定之后，系统软、硬件设计任务可以同时进展。硬件和软件只需严密配合，协调一致，才干组成高性能的智能检测系统。在系统的研制过程中，软硬件的功能总是不断地调整，以便相互顺应，相互配合，到达最正确的性价比。首先，根据设计方案进展相关资料文献的检索，确定芯片选型、选择功能扩展电路、接口电路的方案，完成硬件电路原理图。再次，在完成硬件部分设计的同时，应进展单片机、计算机智能分析软件模块的开发和编程。在确定电路原理和硬件均无艰苦问题的情况下，对已设计的系统软件分模块逐一进展调试，如有问题，及时修正，然后完成单片机系统程序的录入。最后，集成各部分子系统，构建整个系统，使其可以满足现场运用要求。3.4 本章

30、小结本章根据盘式制动闸制动性能检测系统所要实现的功能，对系统进展整体设计：整个系统由传感检测部分、数据采集部分和系统监控部分组成；采用两级分布式构造，工控机作为上位机、数据采集器作为下位机；工控机和数据采集器之间采用多机主从串行通讯方式。同时，本章对系统的设计流程也进展了详细论述。4 检测系统硬件设计本章根据检测系统的功能要求进展系统硬件设计。为了直接丈量制动力矩和快速可靠地检测出闸间隙，结合盘式制动闸构造特点和现场运用要求设计了制动压力传感器和霍尔位移传感器。本章对传感器设计和选型、数据采集器的设计以及和工控机选型作了详细引见。4.1 单片机的选择单片机是整个检测系统的中心元件，担任对检测信

31、号进展数据处置、显示、存储和报警功能。单片机的选用原那么是在满足测试系统要求的条件下，需求具有一定的灵敏性和一定的扩展功能。单片机AT89C52是ATMEL公司消费的一种低电压，高性能8位单片机，片内含有8k bytes的可反复擦写的只读程序存储闸(EPROM)和256 bytes的随机数据存储(RAM)，它采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术消费，兼容规范MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处置闸和可擦写的Flash存储单元，AT89C51单片机运用于许多控制系统场所。单片机AT89C52主要性能参数: 8K字节可编程闪速程序存储闸，1000次擦写周期，数据可以保管10年;全静态

32、任务:0MHz 24MHz;三级加密程序存储闸，256x8位内部RAM; 32条可编程的v0口线;3个16位定时闸/计数闸;8个中断源;可编程串行UART通道;低功耗空闲和掉电方式;单片机AT89C52优点是:内部包含存储闸，在系统开发过程中能很容易地进展程序的修正，可大大缩短产品开发周期。同时在外界电源损坏的情况下，仍能保管信息。 AT89C52内部采用了FLASH存储闸，在编程出现错误时可以随时修正，直到修正正确为止，方便用户编程。用AT89C52设计的系统，可以反复进展系统实验、调试，每次调试可以编入不同的程序，这样可以保证系统的设计到达最优，而且可以按照用户的需求随时进展修正，使设计的

33、系统能顺运用户的最新要求。AT89C52设有静态逻辑，可以在零频率条件下任务，支持两种软件可选的省电方式。在闲置方式下，CPU停顿任务，但片内RAM、定时闸/计数闸、串口和中断系统仍在任务。在掉电方式下，保管RAM的内容并且冻结振荡闸，制止一切其它片内控制单元功能，直到下一次硬件复位为止。 本系统以AT89C52为中心，完成检测存储功能。系统上电后，AT89C52首先要对相关的外围器件进展初始化设置和本身功能设定，然后循环检测各路传感器信号，储存数据传送上位机。4.2 传感器的选择传感器是衔接被测对象和检测系统的接口，它采集的信息是系统进展处置和判别的根据，在很大程度上影响和决议了系统功能的准

34、确性。传感器是作为一种把输入的非电量(物理量、化学量、生物量等)信息转换成电量信号输出的器件或安装，其构成中心是能把非电量信息转换电信号的转换元件。这种转换功能，对物性型传感器可一次完成，实现“被测非电量一有用电量的直接转换;而构外型传感器必需经过前置敏感元件预转换后才干完成，即实现“被测非电量一有用非电量一有用电量的间接转换。此时，传感器就由敏感元件、转换元件和其他辅助元件组成。对于不同的检丈量，要根据被检丈量的特征及其在实验过程中的变化情况来选用符合实践情况的传感器。以单片机为信息处置中心的检测系统具有较强的功能，可以实现检测信号的显示，具有数据处置和判别功能。经过本检测系统的研制，可以对

35、制动系统进展检测，经过测试的数据，可以对系统进展分析，同时可以实现实时对系统的形状进展判别和缺点诊断。总之，经过对制动系统的实时在线检测，可以及时发现缺点苗头，使问题刚开场出现时就能得到及时处理，对事故的发生和扩展将起到有效的预防作用。1.利用电阻丈量的传感器有:电阻应变式传感器和电位器式。1)电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的构外型传感器。压电式位移传感器，由于压电元件的特性，它只能用于不断变化的位移丈量;应变片式传感器，用于由力或热产生的变形的丈量。2)电位器式是利用挪动电位器触点改动电阻值，来丈量位移。电位器式传感器可用于中、小位移(几十毫米内的位移量)，

36、用于精度要求不高的场所。优点是构造简单、本钱低。 2.利用电感的位移传感器有:自感式、互感式、电涡流式、感应同步器。1)自感式的是经过改动磁路磁阻使线圈自感变化，利用线圈自感的改动来实现非电量与电量的转换。目前常用的有三种类型:变气隙型、变面积型、螺管插铁型。其根本构造含线圈、铁芯、活动衔铁等三个部分。电感式传感器主要用于小位移量的丈量，丈量精度高，用于小偏向丈量可达亚微米精度。传感器输出阻抗小，有较强抗干扰才干。广泛用于各种丈量，包括加工中的丈量，它能用于几至几百赫兹变化量的丈量。 2)互感式(变压闸式)是经过改动互感来检测，互感式传感器又称变压器式传感器，它与电感式传感器不同在于互感式传感

37、器是先把被丈量的变化转换成线圈相互的互感的变化，再经变换成为电压信号输出。变压闸式传感器以差动方式为最常用，差动变压闸式传感器又简称差动变压器。变压器式传感器的特点与运用范围大致与电感式传感器一样，但高精度场所以用电感传感器为多。 3)电涡流式传感器是利用电涡流景象改动线圈自感、阻抗的原理，电涡流式传感器的根本构造包括探头和变换器两部分。变换器由丈量电路组成，探头主要是由一个固定在框架上的扁平线圈组成，普通放在端部(线圈可绕制在框架槽内，也可用粘合剂粘结在端部)。它主要用于尺寸和位移参数的丈量，可用于不接触丈量，精度可达微米级。电涡电流式分辨率好，但易受被测物体资料、外形、加工质量影响。 4)

38、感应同步器是利用两个平面绕组的互感随位置不同而发生变化的原理来丈量，感应同步器主要用于大线位移的丈量，可丈量长达几米的线位移的丈量，它的输出阻抗低，抗干扰才干强，对环境要求不高。 3.磁电式传感器是经过磁电作用将被丈量(如振动、位移、转速等)转换成电信号的一种传感器。利用磁电效应的位移传感器有:霍尔式、磁栅式、磁敏式。 1)霍尔式传感器是利用半导体霍尔元件的霍尔效应; 2)磁栅式传感器的是利用磁头和磁栅相对挪动，从而在磁头上感应出电信号，此类传感器属于数字式传感器的一种，与另外一种数字式传感器一感应同步器的特点及运用范围类似，其精度略低于感应同步器。磁栅式传感器用于大线位移与360度内角位移的

39、丈量。 3)磁敏式传感器是以固体中的磁电转换效应为根底，由于载流半导体在磁场中有磁电效应(霍尔效应)而输出电势，该类传感器主要有磁阻传感器、磁敏二极管和磁敏三极管等。 4.利用电容的传感器有:电容式、容栅式 1)电容式传感器是经过改动电容量来进展丈量，电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感器，它具有构造简单、灵敏度高、动态呼应好、可实现非接触丈量、具有平均效应等优点。电容式传感器主要用于小位移、尺寸偏向等的丈量，可实现不接触丈量，频率呼应高(可达数千赫)，灵敏度高。它输出阻抗高，传感器电容值小，易受外界环境要素干扰，运用时需采取妥善屏蔽措施，在采取可靠屏蔽措施条件下可达很高精

40、度(可达微米至几十纳米)。 2)容栅式传感器是利用经过改动电容量或加以鼓励电压来产生感应电势的原理来丈量，利用容栅可实现大位移丈量(量程达数百毫米)。容栅构造简单、尺寸小(与栅等相比)，常用于数显量具中，精度可达几微米。 5.光电式传感器有:普通方式、光纤式、光学编码器式、光栅式 1)普通方式是先经过改动光路的光通量，再利用各种光电器件的光电效应将信号转换成电信号的一种传感器。2)光栅式传感器，先利用光栅构成的莫尔条纹和位移之间的关系，再利用各种光电器件的光电效应将光信号转换成电信号的一种传感器。光栅式传感器用于大线位移的丈量。 3)光纤式传感器，利用光导纤维的传输特性或资料的效应或传光，再用

41、各种光电器件的光电效应将光信号转换成电信号。4)激光干涉传感器、多普勒效应、衍射及光电器件来丈量，激光干涉传感器主要用于大量程、高精度的丈量，每米可达0.1-0.2微米。本系统经过压力传感器和位移传感器接纳检测部位的信息，经过A/D模数转换输入到单片机中，在单片机中对检测信号进展数据处置，然后传给上位机。位移传感器，本系统采用电涡流传感器，它由探头，延伸电缆，前置器及被测体构成根本任务系统图。图4-1 电涡流传感器系统图前置器中的高频振荡电流经过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。假设在这一交变磁场的有效范围内没有金属资料接近，那么这一磁场能量会全部损失;当有被测金属体接近

42、这一磁场，那么在此金属外表产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位发生改动(线圈的有效阻抗)，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何外形、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体外表的间隔 等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项一样性，那么线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率磁导率尺寸因子头部体线圈与金属导体外表间隔 D，电流强度I及频率参数来描画，那么线圈特征阻抗可用Z=F，D，I，函数来表示。通常我们能做到控制，I，这几个参数在一定范围内不变，那么线圈的特征

43、阻抗Z就成为间隔 D的单值函数，虽然其整个函数为非线性的，其函数特性为“S型曲线，但可以选取它近似为线性的一段，经过前置器的电子线路处置，将线圈阻抗Z的变化转化为电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体外表之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移，震动等参数的丈量。 其任务过程是，当被测金属与探头之间的间隔 发生变化时。那么探头中线圈的Q值发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，这个随间隔 变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处置转化成电压(电流)变化。最终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流)。本系统选择位移传感器的型号为:CZFBZF系列电涡

44、流位移传感器 它的技术参数为: 1)线性范围:0-6 (mm) 2)线性误差:0.6%-3.0% 3)探头外径:18 (mm) 4)信号输出:4-20mA. 5)任务温度:传感闸:100C，前置闸65C 6)任务电源:正负24VDC产品优点:非接触电涡流式位移传感器，具有非接触丈量、线性范围宽、灵敏度高、抗干扰才干强、无介质影响、稳定可靠、易于处置等优点。压力传感器作用是检测制动压力的大小。在设计中选用KYC01型绝压/压力传感器，最小量程范围:0一200kPa;最大量程范围:0一700kPa;压力传感器采用12V供电，满量程输出为20mV，由于需求的制动力比较小，故在设定时的量程范围为0一0

45、.6MPa，即当压力的值为0.6MPa时，输出为20mV。压力传感器的尺寸外形如下图。图4-2 压力传感器外形图由于传感器输出的电压幅值在0-20mv之间，信号立刻便用，需求对信号进展放大处置。制动压力传感器的输出口有3个，分别是地线，直流电压和输出线。在设计的放大电路中输入口也与压力传感器对应。由于传感器输出的信号较弱，往往包含有工频，静电和电磁耦合等共模干扰，这就需求放大电路需求很高的共模抑制比以及高增益，低噪声和高输入阻抗，电路构造图如下所示。图4-3 压力传感电路转速传感器的选择,选用光电式传感器测转速。这种传感器把旋转轴的转速变为相应频率的脉冲，然后用丈量电路测出频率，由频率值就可以

46、知道所测转速值。这种测速方法具有传感器构造简单，可靠，丈量精度高的特点，是目前常用的一种丈量转速的方法，如图4-4所示，它由测速齿盘1，光源2，光敏元件3组成。从光源发出的光经过测速齿盘上的齿槽射到光电元件上，使光电元件感光。测速齿盘上有30个齿槽，当测速齿盘旋转一周，光敏元件就能感遭到与开孔数相等次数的光次数，因此产生相应数量的电脉冲信号。图4-4 转速丈量原理4.3 信号调理电路设计信号调理电路的主要功能是将制动压力传感器输出的020mv的信号调理放大为05V的规范电压信号，放大电路的增益放大倍数为250。同时，放大电路的设计还要思索传感器输出的电特性。由于制动压力传感器输出的信号是从高共

47、模电压中检测出的微弱差分电压信号，要求放大电路具有高的输入阻抗和共模抑制比。为此放大器采用由三个运算放大器构成的二级运放电路，放大电路原理图如图4-5所示。U1和U2构成第一级差动放大电路，该电路的放大倍数为，由U3构成的第二级放大电路的放大倍数为，整个放大电路的放大倍数为。以此确定的电阻元件的大小为，放大电路的增益为250，该电路的输入阻抗高达几十兆欧，共模抑制比高达160dB，满足制动压力传感器的信号放大要求。图4-5 制动压力传感器信号放大电路4.4 A/D转换器选择由于单片机不能处置模拟信号，所以需求A/D转换器来将模拟信号转换为数字信号后再进展处置。选择A/D转换器时主要思索以下两个

48、要素:转换速度，它反映了数据的转换时间。ADC型号不同，转换速度有很大差别。转换精度，ADC的转换精度取决于模拟误差和数字误差。模拟误差是由比较器解码网络中电阻值以及基准电压动摇等引起的误差。数字误差主要包括丧失码误差和量化误差，前者属于非固定误差，与器件的制造质量有关系，后者与输出数字量的位数有关，位数越多，误差越小。ADC0809是TI公司消费的12位串行模数转换器，运用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。开关电容的设计可以使它在整个温度范围内有较小的转换误差。除了高速的转换器和通用的控制才干外，本器件还有一个片内的多路器可以在多个输入通道内部自测试电压中恣意选择一个。这种方式的通道速

49、度较慢，但硬件开销少，对转换速度要求不高的系统比较适宜。由于是串行输构造，可以节省单片机的I/O资源，且价钱适中，分辨率较高。ADC0809是美国国家半导体公司消费的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进展A/D转换。是目前国内运用最广泛的8位通用A/D芯片主要特性18路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2具有转换起停控制端。3转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s时钟为500kHz时4单个+5V电源供电5模拟输入电压范围0+5V，不需零点和满刻度校准6任务温度范围为

50、-40+85摄氏度7低功耗，约15mW2内部构造ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部构造如下图，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近存放器、逻辑控制和定时电路组成。图4-6 ADC0809内部构造和外部特性3外部特性引脚功能IN0IN7：8路模拟量输入端2-12-8：8位数字量输出端ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲至少100ns宽使其启动脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换EOC：A/D

51、转换终了信号，输出，当A/D转换终了时，此端输出一个高电平转换期间不断为低电平OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换终了时，此端输入一个高电平，才干翻开输出三态门，输出数字量CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZREF+、REF-：基准电压Vcc：电源，单一+5VGND：地ADC0809的任务过程首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近存放器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进展。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换终了，结果数据

52、已存入锁存器，这个信号可用作中断恳求。当OE输入高电平常，输出三态门翻开，转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进展处置。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，由于只需确认完成后，才干进展传送。为此可采用下述三种方式。1定时传送方式对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术目的是知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换一定曾经完成了，接着就可进展数据传送。2查询方式A/D转换芯片由阐明转换完成

53、的形状信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的形状，即可确认转换能否完成，并接着进展数据传送。3中断方式把阐明转换完成的形状信号EOC作为中断恳求信号，以中断方式进展数据传送。 不论运用上述哪种方式，只需一旦确定转换完成，即可经过指令进展数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。图4-7 AD模块接线图4.5 电源设计检测安装能否稳定、可靠的任务，稳定的供电电源设计是非常重要的。数据采集器采用12V供电。从前面的电路设计可知，单片机任务电压为5V，位移、制动压力和油压传感器任务电压为5V，同时还要提供精细稳定电源5

54、V给A/D转换作为参考电压。 因此，需求设计一个稳定的电源电路供应不同的器件不同的电压值，以满足其任务需求。集成稳压块7805的作用为把非稳定的12V直流电压变换成稳定的5V直流电压，仅有输入端、输出端和公共端，在芯片内部设有过流、过热维护以及调整管平安维护电路，运用简便，具有维护功能好、平安可靠、输出稳定度高等特点。在运用时需在其输入端和输出端与公共端之间各并联一个电容C1和C2，C1用以抵销输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡；C2是防止在瞬时增减负载电流时引起输出电压有较大的动摇。为了提高电路的抗干扰性能，在VCC与电源地之间安放一个去耦电容以消除电源的高次谐波干扰。同时在VCC与

55、电源地之间接入发光二极管，以指示电源的形状。图4-8 电源模块4.6 串行通讯电路由于单片机输出为TTL电平，实现RS-485通讯时首先需求将TTL电平转换为RS-485规范电平，才干有效地进展数据传输。选用MAX1487电平双向转换芯片，可实现半双工RS-485通讯方式。MAX1487的输入引脚DI直接与单片机TXD引脚相连，输出引脚RO与单片机RXD引脚相连，MAX1487内部的驱动器与接纳器是三态的，经过驱动器输出高电平使能端DE和接纳器低电平使能端RE进展发送与接纳，发送与接纳的两种控制信号是反相的，可将二者接同一控制信号(在本系统中接ENI)，即“1电平控制发送，“0电平控制接纳，可

56、严厉保证收发信号在时间上错开。A、B端接信号传输线，实现多机联网。详细接线图如图4-9所示。图4-9 通讯模块RS-485接口设计时还应思索以下两点：1缺点维护根据RS-485规范规定，接纳器的灵敏度为200mV，即接纳端的差分电压(Ua-Ub)+200mV时，接纳器输出逻辑“1；(Ua-Ub)-200mV时，输出逻辑“0；介于200mV之间时，接纳器输出为不确定形状。在总线空闲即传输线上一切节点都为接纳形状和传输线开路或短路缺点时，接纳器能够输出高电平也能够输出低电平。假设其输出低电平，就会使串行接纳器(UART)找不到起始位，从而引起通讯异常。因此在设计时需求在总线上加偏置电阻，当总线空闲

57、或开路时，将总线偏置在一个确定的形状。详细设计为将A上拉到VCC，B下拉到地，电阻的详细参数选择随电缆的电容变化而变化，本设计中选用100K。2防雷击和抗静电放电冲击RS-485接纳器差分输入端对“地的共模电压允许在-7V到+l2V之间，假设超越此范围，器件能够损坏。运用时，雷电在传输线上产生电压瞬变能够会引起过压、过流，从而损坏器件。同时，RS-485接口芯片在运用、焊接或设备的运输中能够会遭到静电的冲击而损坏。因此设计时需求思索防雷电和抗静电放电冲击问题。MAX1487本身带有抗静电放电冲击功能，设计时还可以采用外加钳位电路的方法。如图4-22所示，采用稳压管D1和D2构成钳位电路，瞬变电

58、压信号被钳位，不能经过接口电路进入下位机，故能显著提高器件任务的可靠性和抗静电放电冲击的才干。4.7 硬件抗干扰设计由于盘式制动闸制动性能检测安装不可防止地存在内部及外部干扰，它们直接影响信号获取的质量以及系统的正常任务。因此，为了提高系统的可靠性，在系统的硬件、软件设计上都必需采取相应的抗干扰措施。本文所采取的硬件抗干扰措施如下：1在元器件的规划方面，把相互有关的元件尽量集中放置，例如，时钟芯片、晶振、CPU的时钟输入端都易产生噪声，因此它们位置比较接近。2在关键元件的电源入口处设置了去耦电容，以消除电源的高次谐波干扰。实践印制的电路板走线、引脚连线和接线等都有能够含有较大的电感效应。大的电

59、感能够会在VCC走线上引起严重的开关噪声尖峰，本系统对此的处理方法就是在VCC与电源地之间安放一个去耦电容。3系统输入信号线采用双绞屏蔽线以阻止耦合干扰的侵入。4电路板的设计除了需求满足设计要求外，还必需满足以下设计规范，从而使得电路的性能得到保证，消除电路布线带来的信号噪声和不稳定的影响：地线的规划决议了电路板的抗干扰才干，因此一方面必需保证接地点正确，另一方面必需保证接地牢靠。前者用来防止系统各部分之间的串扰，后者可以使各接地点处于零阻抗，以防止接地线上的电压降。本系统设计印制电路板时，将模拟地和数字地分开，采用一点接地和就近接地，将其地线构成闭环方式以提高电路的抗干扰才干；另外，假设地线

60、较细，地线电阻会比较大，呵斥接地电位随电流变化而变化，致使信号电平不稳，因此本系统在布线空间允许的情况下，使地线尽量粗；为了改善接地点问题，本系统设计时使地线面积尽量宽，并运用了大面积敷铜。在布线任务的最后，用地线将电路板的底层没有走线的地方铺满，有助于加强电路的抗干扰才干。4.8 本章小结本章经过对制动系统检测要求的分析，建立了测控系统的模块与整合，对电路的各个模块进展部件的选型与设计，主电路分电源模块，单片机模块，信号调理模块，通讯模块，AD转化模块，为下一章的软件设计提供根底。5 检测系统软件设计检测系统软件开发是在硬件设计的根底上进展的，其主要作用是在现有硬件平台上尽能够完善系统功能，