智能輪轂溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李 銳 （長(zhǎng)江大學(xué)電子信息學(xué)院，湖北 荊州434023）

當(dāng)前國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)汽車輪轂溫度監(jiān)控的研究較少，研制的相關(guān)產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)不夠準(zhǔn)確，往往出現(xiàn)還沒(méi)到設(shè)定的閥值溫度就開(kāi)始噴水或超過(guò)設(shè)定的溫度閥值還不噴水的現(xiàn)象，這容易導(dǎo)致汽車剎車失靈而發(fā)生交通事故。為了解決上述問(wèn)題，筆者對(duì)智能輪轂溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

1 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)以STC12C5A系列增強(qiáng)型8051內(nèi)核單片機(jī)作為主控芯片，通過(guò)按鍵設(shè)定好溫度閥值及水位參考值，調(diào)整好時(shí)間日期，水位傳感器和溫度傳感器分別對(duì)水箱水位和多個(gè)輪轂溫度實(shí)時(shí)采集并將采集數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。當(dāng)輪轂溫度升高到設(shè)定的溫度值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)水閥對(duì)其進(jìn)行噴水降溫，語(yǔ)音報(bào)警電路啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警功能，溫度指示燈點(diǎn)亮；當(dāng)溫度降到另一設(shè)定的溫度時(shí)［1］，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)斷水閥，語(yǔ)音報(bào)警電路啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警功能，溫度指示燈熄滅，從而實(shí)現(xiàn)了降溫自動(dòng)化。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，無(wú)法自動(dòng)打開(kāi)水閥噴水或不能完成自動(dòng)關(guān)斷水閥時(shí)，駕駛員可以根據(jù)噴水閥狀態(tài)指示燈和彩屏液晶顯示器上的溫度值采用手動(dòng)方式打開(kāi)或關(guān)閉水閥。當(dāng)水箱中水位低于設(shè)定水位值時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警裝置啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警功能，提醒駕駛員給水箱加水。彩屏液晶顯示電路顯示水箱水位值、時(shí)間和日期以及各個(gè)輪轂溫度值并以醒目顏色顯示輪轂最高溫度［2］。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)與供電模塊

該系統(tǒng)采用增強(qiáng)型LQFP48封裝的STC12C5A60S2單片機(jī)，能大大減少PCB尺寸，同時(shí)提高了可靠性。系統(tǒng)通過(guò)點(diǎn)煙器取電給電磁閥供電，同時(shí)經(jīng)LM2596S－5.0降壓成5V給單片機(jī)、語(yǔ)音芯片、時(shí)鐘芯片等供電，因而具有轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)。供電模塊電路圖如圖2所示。

圖2 供電模塊電路

2.2 輪轂溫度與水箱水位監(jiān)測(cè)模塊

輪轂溫度檢測(cè)采用精度為±1%的負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，其具有精度高、價(jià)格低廉、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)［3］。通過(guò)單片機(jī)自帶AD、用電阻分壓的方法來(lái)測(cè)量熱敏電阻的阻值和水箱水位傳感器的電阻，從而推算出輪轂溫度與水箱水位。

2.3 語(yǔ)音報(bào)警與噴水電磁閥控制電路

當(dāng)水箱中水位低于設(shè)定水位值時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警裝置啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警功能，提醒駕駛員給水箱加水。彩屏液晶顯示電路顯示了水箱水位值、時(shí)間和日期以及各個(gè)輪轂溫度值并以醒目的顏色顯示其中最高輪轂溫度。此外，通過(guò)光耦隔離電磁閥與單片機(jī)來(lái)提高系統(tǒng)抗干擾性能力。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在檢測(cè)多個(gè)輪轂的溫度時(shí)，先進(jìn)行故障判斷，判斷傳感器是否短路或者斷路，然后將輪轂的最高溫度與設(shè)定溫度進(jìn)行比較，超過(guò)設(shè)定溫度就開(kāi)啟噴水電磁閥，同時(shí)利用相應(yīng)控制算法判斷溫度變化趨勢(shì)［4］。當(dāng)輪轂溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，若溫度呈下降趨勢(shì)，且通過(guò)風(fēng)冷就能使溫度降到合理范圍時(shí)停止噴水，這樣可以達(dá)到節(jié)水目的。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

選用STC12C5A系列增強(qiáng)型8051內(nèi)核單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制器，并利用相應(yīng)控制算法，設(shè)計(jì)了智能輪轂溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：能夠同時(shí)顯示每個(gè)輪轂溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度，并以醒目的顏色顯示最高溫度；傳感器故障檢測(cè)；獨(dú)立于單片機(jī)的機(jī)械式手動(dòng)噴水系統(tǒng)，即使單片機(jī)死機(jī)，也能通過(guò)手動(dòng)開(kāi)啟噴水閥門。因此，通過(guò)該系統(tǒng)能夠控制輪轂溫度，從而有效減少因汽車剎車失靈而導(dǎo)致的交通事故。

［1］王楠，黃杰，謝超 .一種新型輪胎壓力檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) ［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（10）：268－270.

［2］溫陽(yáng)東，張玉鳳，朱敏，等 .基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) ［J］.工礦自動(dòng)化，2011，37（7）：67－71.

［3］江東，王竹萍，楊嘉祥.Z－型數(shù)字溫度傳感器設(shè)計(jì) ［J］.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，13（3）：5－9.

［4］馬玲官，張榮福，張軍，等 .基于AD590的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ［J］.儀表技術(shù)，2009（8）：54－56.