基于单片机的汽车自动变速箱电磁阀测试仪

PAGE基于单片机的汽车自动变速箱电磁阀测试仪AutomobileAutomaticTransmissionSolenoidValveTesterBasedonSingleChipMicrocomputer[摘要]在一台自动变速档汽车中，变速箱是其最重要的部件之一，它的好坏关乎到整台汽车的性能，而变速箱的关键恰恰是电磁阀。然后电磁阀的性能通常不易简单观察得到，需要详细测试得之。传统型测试方法不能高效快捷的得到结果，常常费时费力。因此，为了更方便快捷科学准确的测试电磁阀，设计一个基于STC12C5A60S2单片机的由压力传感器、流量传感器组成的测试仪，具有极其重要的研究价值。无非就是单片机控制电平，通过T0T1定时器和内部晶振控制时间，通过A/D实现模数转换，数据输出到PC上进行分析。通过充分的利用它的软、硬件资源，使电磁阀的测试方案合理、价格廉价。而且STC12C5A60S2单片机特有PWM输出、A/D转换的功能，更符合本系统设计需要，科学准确的测试出电磁阀的压力、流量等数据。[关键词]电磁阀；STC12C5A60S2单片机；传感器；测试仪；A/D转换器[Abstract]Inanautomatictransmissioncar,thegearboxisoneofthemostimportantcomponents.Thegoodorbadqualityhasaneffectonthewholeperformanceofvehicles,andthekeyofthegearboxisthesolenoidvalve.However,theperformanceofthesolenoidvalveisnoteasytoget,anditneeddetailedtest.Traditionaltestmethodscan'tworkeffectivelyandfast,andoftenwastetoomuchtime.Therefore,inordertotestsolenoidvalvemoreconvenientlyandaccurately,ithasveryhighresearchvaluetostudyanddesignatesterbasedonSTC12C5A60S2microcontrollerbasedtester,consistingofpressuresensor,flowsensor.ItisnothingbutsinglechipmicrocomputertocontrollevelthroughtheT0T1timerandinternalcrystalvibrationtocontroltimeandusingtheA/Dconvertertogainanalog-digitalconversion,andthenoutputdatatoPCforanalyzing.Usingfullyitssoftwareandhardwareresourcesmakethetestplanningofsolenoidvalvereasonableandcheapprice.What’smore,STC12C5A60S2MCU’sPWMoutputtingandA/Dconversionareuniquefunction,whichwillbemoresuitableforthesystemdesignandtestingscientificallyandaccuratelypressureandflowofthesolenoidvalveandotherdata.[Keywords]solenoidvalve,STC12C5A60S2MCU,sensor,tester,A/DconverterPAGE17目录1绪论 11.1自动变速箱及其电磁阀[1] 11.2电磁阀检测的必要性 11.3本系统的工作原理 11.4研究电磁阀测试仪的意义 22系统结构 32.1系统的流程图 32.2系统硬件顶层设计 42.3单片机[2] 42.3.1单片机的概念 42.3.2单片机技术的应用领域 52.3.3STC12C5A60S2单片机的构造和工作原理 53电路功能模块 73.1振荡电路 73.1.1振荡电路的概念 73.1.2振荡电路原理 73.2 串口传输 83.2.1MAX232[3] 83.2.2串行通信接口 93.2.3RS-232C接口[8] 93.2.4RS232的管脚图及管脚功能 103.2.3RS232C传输原理以及缺点[4] 113.3电源 113.3.17805三端稳压集成电路 113.3.27805电路图和引脚[5] 123.4入口压力和出口压力 123.4.1TLV2254放大器[6][9] 123.4.2压力的测量 133.4.3压力传感器的使用[10] 143.5电流的测量 153.5.1AD8200放大器[14][15] 153.5.2 测量电流原理图 153.6温度的测量 163.6.1DS18B20温度传感器[7] 163.6.2温度测量原理 164仿真和测试 174.1开发工具和硬件开发过程[13] 174.2仿真 17致谢 20参考文献 21附录 22附录1：程序 221绪论1.1自动变速箱及其电磁阀[1]跟着当代电子控制技术和计算机技术的发展，汽车上采用计算机控制系统越来越多，其中包括电子控制的自动变速箱。电子控制自动变速器简称ECT（ElectronicControlTransmission），电磁阀是电控自动变速器系统中的重要执行器，按工作方式的不同，电磁阀可分为开关室电磁阀和脉冲式电磁阀两种，其中脉冲式电磁阀是我们的重要研究对象。脉冲式（PWM）电磁阀又称渐进式电磁阀，它可以精确地控制油压的增加或减少，减小换挡或锁止离合器接合时的冲击，使车辆行驶平稳。脉冲式电磁阀在电控自动变速器中的应用越来越多，重要用于油压调节、变矩器锁止离合器的接合与分离、换挡过程控制等。1.2电磁阀检测的必要性除了阀体部分外，自动变速器的机械部分与全压力自动变速器是相同的。但是自动变速箱结构很繁杂,当前自动变速箱故障中约有90%以上是由电磁阀故障引起或与电磁阀相干的。因此，研发一种可以准确、快速、简单易用的电磁阀检测设备已经成为当务之急。当前国产轿车上装备的自动变速器，均采用电子控制系统，在实际的维修工作组，这方面的故障率比较高。通过文献查阅得出,换挡电磁阀的质量好坏不但会影响到汽车的行车安全更会对驾驶人的生命安全产生极大威胁,另外耗油量大量增加却没提高行车速度,不经济却多排废气污染环境，与国家现行政策提倡环保和低碳生活相违背。由此必须对换挡电磁阀进行质量检测。1.3本系统的工作原理本系统可以模拟电磁阀实际工作环境(温度、压力、流量等)和控制信号,并实时采集压力、电压、流量、电流等信号,然后将原始控制数据与采集数据组合,得出响应曲线,再将其与理论模型进行对比,从而对电磁阀性能给出评价。通过单片机输出特定占空比PWM信号驱动电磁阀工作，同时测试得出该占空比下电磁阀的电流电压流量压力等变量，跟着占空比的变化，最终得出各测试量相对占空比的变化曲线。然后该系统不但降低汽修技术人员和工作人员对不同厂商电磁阀知识繁杂掌握程度,减少拆装次数,缩短维修时间提高效率、延长汽车的使用寿命,而且大大提高诊断的准确率,减少误换件和维修费用,把维修不当所引起的故障降至最低。本系统的使用将大大减少了人力和物质资源的浪费,因此本系统具有巨大的市场和极大的实用价值。研究的目标是提升后进的人工电磁阀性能测试方法,懂得电磁阀对液压系统中油压的调节机理及其对控制信号的动态响应过程,及其各重要参数对控制效果的影响等,创建了一个迅速、确切、直观,并具有及时性、稳定性和可靠性的嵌入式电磁阀全自动测试系统。本文详明论述了电磁阀全自动测试系统的设计和开发过程,涉及内容重要包括系统的实际业务需求、数据结构设计和重要模块的功能设计与实现等。1.4研究电磁阀测试仪的意义道路交通是一个国家的命脉，对经济的发展有着不可磨灭的贡献。和发达国家比拟,我国的道路交通安全想对社会的发展还很后进,由于屡屡发生的道路交通事故造成交通的拥堵和性命和资产的损失难以估计。据相干部门统计,我国每年有十多万人在交通事故中丧生或致残,居世界第一位。平均每一分钟即有一人因交通事故而伤残,每五分钟就有一人丧生车轮之下。给国家和个人造成的直接经济损失超过百亿元。因此汽车又常常被誉为“马路杀手”。“十二五规划纲要”中环保工作的重要目标是,到2015年,大大降低单位GDP内二氧化碳的排放量,对一些污染物要经过净化处理之后才能排放。唤起人们的生态意识,动员全国人民共同营造绿色生态环境,逐步完善环境保护的相干法律法规,普及和教育公民懂法守法。与2010年相比,二氧化氮、二氧化硫等重要空气污染物的排放量均要保证1.5%以下。要求归纳优化和整产业结构,提高能源利用效能、增加丛林覆盖面积,降低含碳排放量等多种手段以激励节能减排的顺利进行。在系统设计过程中以数字信号处理技术和系统控制工程理论为基础,采用很先进的数据通讯技术和传感器技术,实现数据的实时采集传输,在较短的时间内创建标准的检测环境。采用闭环控制原理使系统对电磁阀做出环境做出反应,然后进行准确而快速的参数采集,满足流水线生产的需要,并使用体系的统计、曲线和阐述报告等能力帮助相干负责人员决策判断,及时掌握每个电磁阀的质量信息,对企业换挡电磁阀的生产质量和技术进行总体上的把握和控制,因此本课题具有重要的理论研宄意义和实际应用价值。2系统结构2.1系统的流程图系统软件设计主要是通过C语言编程实现单片机STC12C5A60S2后信号转换相对PWM占空比图变量传送到计算机测量传感器。系统通上电，PWM信号驱动电磁阀模拟工作之后，此时传感器已经测得流量和压力，通过串口发送到单片机，随之单片机对模拟数据进行数字转换，并且串口传输到PC，PC根据数据绘制坐标图，然后拿图和标准图对比即可很方便的判断该电磁阀性能。系统流程图如下图3.1所示：系统通电系统通电单片机输出PWM脉冲电磁阀工作传感器采集到模拟数据单片机对数据放大、整流、AD转换数字信号通过串口传输到PC，PC对数据分析通过电脑软件绘制变化图对比判断图2.1系统流程框图2.2系统硬件顶层设计单片机单片机传感器待测电磁阀PC机图2.2系统的的硬件结构系统的的硬件结构如上图：单片机连接电磁阀和传感器，控制电磁阀的开关，读取传感器采集的数据，是本系统的核心，PC机负责获取经单片机处理过的有效数据绘制曲线，是本系统的“临门一脚”，它们各司其职，有机的结合在一起，使本系统科学高效的工作。2.3单片机[2]2.3.1单片机的概念单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。将CPU、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）和定时器/计数器以及多种I/O接口电路都集中到一个芯片上的微型计算机就是单片机。单片机是应工业控制需要而产生扥，它已经成为工业工程、通信工程、生物医学和日常生活中使用最为广泛的计算机。单片机重要由CPU、存储器（ROM、RAM）、I/O接口电路（并行接口、串行接口）三部分组成，还包括定时器/计数器、中断控制器等部分。2.3.2单片机技术的应用领域当前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，大致可分如下几个范畴：在智能仪器仪表上的应用。单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。在工业控制中的应用。单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统。在家用电器中的应用。可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。在计算机网络和通信领域中的应用。当代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、集群移动通信，无线电对讲机等。单片机在医用设备领域中的应用。单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。在各种大型电器中的模块化应用。某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。单片机在汽车设备领域中的应用。单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器。2.3.3STC12C5A60S2单片机的构造和工作原理本系统采用STC12C5A60S2单片机，STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2的引脚示意图如下图2.1所示：图2.1STC12C5A60S2的引脚示意图相对于普通51单片机，STC12C5A60S2单片机特有的PWM(2路)/PCA(可编程计数器阵列,2路)功能，还具有A/D转换,10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)，这样使得该单片机成为本测试系统的不二之选。3电路功能模块3.1振荡电路3.1.1振荡电路的概念与放大电路一样，振荡电路也是一种能量转换电路，但不同的是，振荡电路无需外部激励就能自动的将直流电源供给的功率转换为指定频率和振幅的交流信号功率输出。可以产生振荡电流的电路叫做振荡电路，而大小和方向都周期性迅速变化的电流。如图3.1所示，叫做振荡电流。振荡电路重要用来提供系统时钟，XTAL晶振采用11.0592MHz图3.1振荡电路3.1.2振荡电路原理单片机系统里都有晶振，即晶体振荡器，在单片机系统里晶振作用非常大，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率的基础上。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器(VCO)。在共振条件下的机电能量转换的水晶晶体，以提供一个稳定的，单一频率的振荡的准确。单片机晶振的作用是为系统提供最基本的时钟信号。整个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的射频和基频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步，本系统未采用此方法。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。本系统单片机使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。串口传输3.2.1MAX232[3]MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，利用+5v单电源供电。专为EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口的设计，特别是应用程序不能提供±12V电源。这些器件特别适合于电池供电的系统，这是由于其低功率停机模式，可降低功耗在5uw，电路图的MAX232，如图2.3所示。图3.2MAX232电路图MAX232的引脚是这样的：第一部分是电荷泵电路。由1，2，3，4，5，6脚和4个电容器组成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从11引脚（T1IN）、10引脚（T2IN）输入转换成RS-232数据从14脚（T1OUT）、7脚（T2OUT）送到电脑DB9插头；DB9插头RS-232数据从13针（r1in），8针（r2in）为TTL/CMOS12针数据（r1out），9针（r2out）输出。第三部分是电源。15引脚GND，16引脚的VCC（+5）。图3.3MAX232引脚图3.2.2串行通信接口串行通信是CPU与外界进行交换信息的一种方式。串行通信成本低、通信可靠、安装方便，得到广泛应用。单片机应用于数据采集时，常作为下位机安装在工业现场，由于远离上位机，现场数据常采用串行通信方式发往上位机进行处理，上位机也常通过串行通信方式发送命令给下位机。STC12C5A60S2本身有一个全双工异步通信接口实现串行通讯十分便利。串行通信（SerialCommunication）是指传送数据的各位按顺序一位一位地发送或接收。串行通信仅需两根传输线即可，故成本较低，由于它只能一位一位传输，所以传输速度较慢。3.2.3RS-232C接口[8]RS-232C是美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一种串行物理接口标准，是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。RS是英语RecommendedStandard即“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示最后一次修改。它的全名是“数据终端设备(DataTerminalEquipment)和数据通讯设备(DataCommunicationsEquipment)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。RS-232C总线标准有25个信号线，但一般的应用程序不使用RS-232C标准所有的信号线，通常使用九连接器，如系统。包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下重要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400波特。RS-232C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信3.2.4RS232的管脚图及管脚功能图3.4RS232的管脚和连接图当前，RS232C是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口技术，在大多数数控设备和计算机上配备的RS232C接口重要为9针的DB9结构方式，其结构如图2.2，管脚定义如表2.1。表3.1RS232C管脚功能针脚信号定义作用1DCD载波检测ReceivedLineSignalDetector(DataCarrierDetect)2RXD接收数据ReceivedData3TXD发送数据TransmitData4DTR数据终端准备数据终端就绪DataTerminalReady5SGND信号地SignalGround6DSR数据准备好DataSetReady7RTS请求发送RequestToSend8CTS清除发送ClearToSend9RI振铃提示RingIndicator3.2.3RS232C传输原理以及缺点[4]RS232C采取不平衡传输方式，即所谓的单端通信，数据信号收发器相对于信号，在信号水平RS232C典型波动，当没有数据传输，TTL线，传送数据到结束的开始，从TTL电平到RS232电平线水平和回TTL电平。但是RS232技术并不是完美无缺的，但它具有以下四个缺点：接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。传输距离有限，实际上也只能用在15米左右。3.3电源3.3.17805三端稳压集成电路LM7805是常用的三端稳压器，能提供DC5V的输出电压，应用范围广，内含过流和过载保护电路。与散热器的电流可以继续提供1A，如果外围设备的使用，它可以提供不同的电压和电流。顾名思义05就是输出电压为5v，还可以微调且7805输出波纹很小。用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源，他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压。3.3.27805电路图和引脚[5]图3.57805电路图7805系统的改造是负责电压，12V输入电压，5V输出电压。1引脚连接到一个整流器输出电压，2为公共是负的，3是所有我们需要的是5V输出电压。从变压器输出的10~30V交流电，经半波或全波整流后，接一100u电解电容（耐压根据电源电压而定）滤波，正极接到7805的输入端，负极接地，7805的输出端与地之间接100u/10V电容，从输出端和地引出两条线，即可输出比较稳定的5V电源。3.4入口压力和出口压力3.4.1TLV2254放大器[6][9]TLV2254是德州仪器生产的双和四低压运算放大器。该设备在单或分离电源应用的动态范围增加轨输出性能表现卓越。TLV2254仅消耗34µA的供应电流每通道。该微操作，使他们成为电池供电应用的很好的选择。该器件最大的特点，是在3V和5V和低电压应用的优化。噪声性能已相对前代的CMOS放大器大大改进。该TLV2254在1kHz时有19纳伏/赫兹的噪音水平，比微竞争解决方案低四倍。TLV2254具有高输入阻抗、低噪声的特点，在高阻抗源小信号调理方面表现十分优秀，如压电换能器。由于微功耗水平结合3V操作，这些设备工作在手持监测和遥感应用得很好。此外，轨道与单或分割供应轨输出功能使这个器件当接模数转换器（ADC）时成为一个伟大的选择。TLV2254也擅长精密应用并具有最大输入850µV失调电压。TLV2254比TLV2322/4有了较大的升级。他们提供更多的输出动态范围，噪音低电压和低输入失调电压。此增强功能允许他们可以看到tlv2254装置是用在更广泛的应用——更高的输出驱动器和输入电压范围更宽的需要。3.4.2压力的测量通过压力传感器测试电磁阀的入口压力和出口压，如图3.6入口压力电路图和图3.7出口压力电路图，传感器采集到的信号是很微弱的，必须经过整流、放大才能被stc12c5a60s2所利用，因此加入了TLV2254放大电路和电阻电容组成的整流电路，之后信号会背传输到stc12c5a60s2。图3.6入口压力电路图图3.7出口压力电路图3.4.3压力传感器的使用[10]压阻式压力传感器的压力敏感元件为基于压阻效应工作的压阻元件。压阻元件实际上是指扩散电阻的使用了集成电路技术在半导体材料的衬底，在外力的作用下，电阻率的变化性。扩散电阻正常工作时需依附于弹性元件，常用的是单晶硅膜片。压阻式压力传感器的结构示意图如图2.5所示。压阻芯片采用周边固定的硅杯结构，封装在外壳内。在一块圆形的单晶硅膜片上，布置四个扩散电阻，两片位于受压压力区，另外两片位于受拉压力区，他们组成一个全桥测量电路。硅膜片用一个圆形硅杯固定，两边有两个压力腔，一个和被测量压力相连接的高压力腔，另一个是低压力腔，按参考压力，通常和大气相连。当存在压差时，膜片产生变形，是两边电阻的阻值发生变化，电桥失去平衡，其输出电压反应膜片两边承受的压差大小。图3.8压阻式压力传感器的结构示意图压阻式压力传感器的重要优点是体积小，结构比较简单，动态响应也好，灵敏度高。能测出几十帕斯卡的微压，它是一种比较理想，当前发展较为迅速的和应用较为广泛的一种压力传感器。这种传感器测量精确度受到非线性和温度的影响从而影响压阻系数的大小。现在只有压力传感器采用微处理器的线性和温度补偿，它采用大规模集成电路技术，在硅晶片的同一片传感器和微处理器，兼有信号检测、处理、记忆等功能，从而大大提高了传感器的稳定性和测量准确度。3.5电流的测量3.5.1AD8200放大器[14][15]AD8200是一款单电源差动放大器，用于在大共模电压（CMV）情况下放大和低通滤波小差分电压。典型的5V电源供电，CMV输入范围从2V至+24V。通常用在高电流检测，电机控制，电磁阀控制，电源管理，低电流的检测，通常用在高电流检测，电机控制，电磁阀控制，电源管理，低电流的检测，诊断和保护，实惠耐用的性价比高，非常适合于系统。测量电流原理图如图3.8测量电路原理图所示，在P3处将电磁阀接入电路中，将对电流的测量转换为对电压的测量，D3处不加稳压管。图3.9测量电路原理图3.6温度的测量3.6.1DS18B20温度传感器[7]DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的一种改良型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他可以直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以完成9位在93.75毫秒和750毫秒和12位数字的值，从DS18B20读取信息或写入DS18B20的信息，我只需要一个线（线接口）的读写，温度变换功率从数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。3.6.2温度测量原理如图3.9所示，DS18B20的1端接地；2端接直流电源和单片机；3端接地，实现监测电磁阀的工作温度的功能。图3.10温度测量原理图4仿真和测试4.1开发工具和硬件开发过程[13]LabWindows/CVI是NI公司推出的交互式C语言开发平台。它的集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增强了语言的功能。这是一个虚拟仪器软件开发工具为32位的计算机控制领域，可以运行在多个操作系统。是以ANISC为核心的交互式虚拟仪器开发环境，将功能强大的C语言与测控技术有机结合。LabWindows/CVI开发主要用于各种测试，控制，和信息处理软件故障分析，以NI公司开发的一种比较虚拟仪器开发工具LabVIEW，它更适合发展大型的，复杂的软件测试。基于在无损检测lavwindows／CVI虚拟仪器设计的，功率计系统，温度控制系统，过程控制系统，故障诊断和医学领域中起着重要的作用。AltiumDesigner是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，重要运行在Windows操作系统。本软件是完美的原理图设计，电路仿真，PCB板的绘制编辑，自动路由，拓扑分析和输出的信号完整性设计，技术集成，并设计为设计者提供一种新的解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。AltiumDesigner在本设计原理图设计、印刷电路板设计方面功勋卓越。硬件电路制作过程：根据系统需要实现的功能，硬件电路图，得出AltiumDesigner图对电路图进行自动生成命名完善封装并且对于库里没有的封装，自己根据实物画出所需封装生成网络表生成PCB图，并将绘制完成的原理图导入到PCB对原件进行布局连线，保存电路图将画好的PCB图打印出来，贴带洗刷干净的铜板上，并用胶带封好将贴好的铜板放到转印机上进行转印将转印出的板子进行检查，确定转印无误后放到腐蚀池进行腐蚀腐蚀完成后对板子进行清洗烘干将烘干的板子打孔，并涂抹松香后再次烘干将芯片等相干元器件进行焊接，并调试电路板的功能对多有硬件进行布局，配合软件实现预期功能4.2仿真模拟变速箱的车型：福特e40d，变速箱代码:040专用电缆接头:04X203(早期型号)04X205(1995及以后)。首先将电磁阀固定住，接通充足的汽油此时电磁阀是闭合的，然后把所有的传感器都安装到准确的位置，将单片机与PC通过串口线进行连接，用上位机控制单片机系统，之后电路通电。一段时间后可以看到跟着电路的通断，电磁阀可以控制汽油有规律的流出。在数据采集结束后，根据系统流程，我们得到了数据并绘制出了相应的曲线。图4.1优质电磁阀电流压力曲线当出现如图4.1所示情况时，红色曲线代表流过电磁阀的电流，蓝色代表电磁阀的压力此处仅测试电流。由图可得电流压力曲线是成线性关系的。多次检测后当电流值和占空比呈线性关系式，可以说明电磁阀的工作稳定性比较好。图4.2劣质电磁阀电流压力曲线如图4.2所示，红色曲线代表流过，由图可得电流压力曲线是不成线性的。当电磁阀的电流当结果呈现出非线性时，需要再进行多次测试确认，若对检测结果不满意，就重启系统，重复测试。若还是不成线性就说明电磁阀的是劣质的，并找出相干原因。然而，这种系统还不完善，需要提高下一步：增加电磁阀测试设计的电气特性，电磁阀电路或开路能及时、准确地反映传输设备，提高和完善本测试仪的实用性。致谢岁月如梭，白驹过隙，转眼毕业设计就要结束了。回顾毕业设计的点点滴滴，从选题到信息采集、文献查找、资料翻译到完成写作，首先要感谢的是本人的导师杨尚明教授！他的严于律己、宽以待人的人格魅力以及孜孜不倦、刻苦钻研、一丝不苟的科研精神，是本人永远的榜样。杨教授渊博的知识，高度的敬业精神，严谨的学术作风，不但让我敬佩，也让感动。感谢王志强学长平时给我的帮助，每当有疑惑的时候他总是给我耐心的解答，感谢他为我推荐的各种参考文献、论文。感谢林学长王同学提供的无私帮助，同时也给了我很多经验和方法。感谢我的家人在我学习期间给我的关怀和支持,感谢我的朋友和同学,与他们一起度过了充实而又愉快的大学生活。祝他们身体健康,工作顺利,生活愉快!最后，感谢这一路走来陪伴我的老师和同学，是他们丰富了我的大学生活，在学习和生活上给予我莫大的帮助。同时祝愿烟台大学的明天更加美好！参考文献[1]刘汉涛.汽车自动变速器精品学习教程[M].北京：机械工业出版社，2013[2]黄惟公，邓成中.单片机原理与接口技术（C51版）[M].四川大学出版社.2011.8[3]何思奇.电磁阀全自动测试系统的设计与实现[D].哈尔滨工业大学,2009.[4]蔡立康,蒋学润,吴轶群.基于89C52的汽车自动变速箱通用测试仪的研制[J].南京工业职业技术学院学报,2003,3(4):12-14.[5]刘林林.自动变速箱换挡电磁阀检测系统的设计与实现[D].武汉理工大学,2012.[6]余九洲.基于虚拟仪器的电磁阀特性测试研究[D].长春理工大学,2011.[7]宋凤娟,付侃,薛雅丽.STC12C5A60S2单片机高速A/D转换方法[J].煤矿机械,2010,31(6):219-221.[8]StrangioCE.TheRS232standard[J].OnlineDocument,2006,10.[9]郭艳卫,谢建华,刘海波.单电源心电图机前置放大器的设计[J].吉林大学学报:信息科学版,2011,29(2):116-120.[10]以材,半导体技术,玉岭,等.压力传感器的设计,制造与应用[M].冶金工业出版社,2000.[11]张学庆.流量测量的意义及流量传感器的现状[J].石油化工自动化,2006(5):99-101.[12]郁有文，常健，程继红.传感器原理及工程应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008[13]曾峰,侯亚宁,曾凡雨.印刷电路板(PCB)设计与制作[M].电子工业出版社,2005.[14]张新荣,黄宗益.自动变速器电子控制单元硬件在环仿真试验[J].长安大学学报(自然科学版),2005,25(6):78-81.[15]刘志忠,陈建国.自动变速器电控系统的分析与诊断[J].汽车电器,2006(4):29-34.附录附录1：程序#include<reg51.h>#include"timer1.h"#include"uart.h"#include"adc.h"#include"main.h"#include"delay.h"#include"pwm.h"#include"ch450.h"voiddata_init(void);bitIDEL_DONE=0;bitSET_DONE=0;bitRUN_DONE=0;bitSTOP_DONE=0;bitsample_done=0;//PWM连续输出是0，PWM设定占空比输出是1？？bitpwm_flag=0;bitsample_flag=0;unsignedintrun_time;unsignedcharsample_time=0;unsignedcharpwm_sample_time=0;unsignedcharpwm=0;//占空比参数unsignedcharcar_select;//选择小车的类型unsignedcharcar_shi_wei=0;//选择小车的十位unsignedcharcar_ge_wei=0;//选择小车的个位unsignedcharkey_temp;//存放按键读取的临时值unsignedintsample_temp=0x00;//采样临时值unsignedintpress_temp=0x00;//压力临时值sbitpwm_out=P1^3;sbitkey_flag=P3^3;sbitcon1=P1^4;sbitcon2=P1^5;sbitcon3=P1^6;sbitcon4=P1^7;xdataunsignedcharsample[76];xdataunsignedcharpress_sample[76];voidmain(){ pwm_out=0;//把pwm输出口拉低uart0_init();//串口初始化 timer1_init();//定时器1初始化 adc_init();//AD采样初始化 ch450_init();//CH450初始化data_init();//数据清空en_PCA();//PWM初始化 uart0_send(BUF,16); while(1) {/*串口处理部分*/if(uart_rec_flag){ if(RX0_Buffer[0]==0x01) { if(state==STOP) state=IDEL; elsestate=state+1; } //用01开始的命令设置状态转换 elseif(RX0_Buffer[0]==0x02) sample_done=RX0_Buffer[1];//用02开始的命令设置PWM的输出模式 elseif(RX0_Buffer[0]==0x03) { if((state==RUN)&&(sample_done)) { pwm=RX0_Buffer[1]; en_PWM(0,pwm); CR=1; } } //设置pwm输出的占空比 elseif(RX0_Buffer[0]==0x04){uart0_send(sample,76);} elseif(RX0_Buffer[0]==0x05){uart0_send(press_sample,76);} elseif(RX0_Buffer[0]==0x06){set_fre(RX0_Buffer[1]);} uart_rec_flag=0;//接收标志清除 RX0_Buffer[0]=0;//清除接收缓冲区第一字节 RX0_Buffer[1]=0;//清除接收缓冲区第二字节 SBUF=state;//发送当前状态}/*按键处理部分*/if(IE0){key_temp=CH450_Read();//SBUF=key_temp;if(key_temp==KEY_ONE) { if(state==0x03) ////STOP state=0x00; ////IDLE 4种状态循环，应该是选择状态 else state++; }if(key_temp==KEY_TWO) { if(car_shi_wei==9) car_shi_wei=0; else car_shi_wei++; CH450_Write(CH450_DIG2|BCD_decode_tab[car_shi_wei]);////选择车型，并在数码管上显示“十位” }if(key_temp==KEY_THREE) { if(car_ge_wei==9) car_ge_wei=0; else car_ge_wei++; CH450_Write(CH450_DIG3|BCD_decode_tab[car_ge_wei]); ////数码管上显示个位 } SBUF=car_ge_wei; car_select=(car_shi_wei<<3)+(car_shi_wei<<1)+(car_ge_wei); ////}//等待有键盘输入时响应，读取键盘值if(state==IDEL) { if(!IDEL_DONE) { CH450_Write(CH450_LED|LED_IDEL); IDEL_DONE=1; data_init(); } } //单次执行的程序 if(state==SET){if(!SET_DONE){CH450_Write(CH450_LED|LED_SET);}SET_DONE=1;}//到达设置模式 if(state==RUN){if(!RUN_DONE){ CH450_Write(CH450_LED|LED_RUN);//开启RUNen_PCA(); CR=1;//开启PWM输出en_PWM(0,0xe3); RUN_DONE=1;//设置完成}//PWM占空比自己改变模式下采样部分if(!sample_done){ if(run_time!=40)run_time++;elserun_time=0;//内部定时器 if(run_time==1){en_PWM(0,255-(pwm_sample_time*2+1+26));}//调整PWM输出的占空比if((run_time<30)&&(run_time>=11)){sample_temp+=(unsignedchar)(adc10_start(0)>>2);press_temp+=(unsignedchar)(adc10_start(1)>>2);}if(run_time==39){sample[pwm_sample_time]=sample_temp/20;sample_temp=0x00;press_sample[pwm_sample_time]=press_temp/20;press_temp=0x00;}if(run_time==40){if(pwm_sample_time==75){state++;}elsepwm_sample_time++;SBUF=pwm_sample_time;}//判断任务是否需要终止 // if(run_time==20)sample_flag=1;elsesample_flag=0;//到达39时刻开启采样 /* if(sample==1){unsignedintsample_temp=0x00;unsignedchari;for(i=0;i<30;i++){sample_temp+=(unsignedchar)(adc10_start(0)>>2);}sample[pwm_sample_time]=sample_temp/30;//在适当时机进行采集}*/}//PWM设定占空比模式下采样部分if(sample_done) {unsignedchardelay=200;SBUF=(unsignedchar)(adc10_start(0)>>2);//需要设置采集压力