汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教學(xué)車(chē)輛運(yùn)行工況監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

冒興峰

（南通理工學(xué)院 汽車(chē)工程學(xué)院，江蘇 南通 226002）

汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教學(xué)車(chē)輛運(yùn)行工況監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

冒興峰

（南通理工學(xué)院 汽車(chē)工程學(xué)院，江蘇 南通 226002）

汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教學(xué)車(chē)輛運(yùn)行工況監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對(duì)教學(xué)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，對(duì)保障車(chē)輛技術(shù)狀況、預(yù)防事故發(fā)生有著重要意義。文章研究了該系統(tǒng)的作用、技術(shù)指標(biāo)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

車(chē)輛；工況；監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)是應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備技術(shù)狀況的好壞直接影響著師生人身安全、設(shè)備安全及課堂教學(xué)效果。在車(chē)輛工程、汽車(chē)服務(wù)工程等專(zhuān)業(yè)的課程體系中，涉及教學(xué)車(chē)輛的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目較多。教學(xué)車(chē)輛一般不經(jīng)過(guò)公安交通管理機(jī)關(guān)的定期車(chē)輛檢驗(yàn)，不定時(shí)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，在工作過(guò)程中時(shí)常需要模擬各種極端工況運(yùn)行，重復(fù)操作頻率較高，且經(jīng)常帶病運(yùn)行。如何有效監(jiān)測(cè)教學(xué)車(chē)輛的運(yùn)行工況，保障車(chē)輛技術(shù)狀況，并對(duì)危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警、記錄，正成為汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教學(xué)、管理人員研究的課題。

1 系統(tǒng)作用分析

汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教學(xué)車(chē)輛運(yùn)行工況監(jiān)控系統(tǒng)的功能類(lèi)似于市面上安裝于客貨車(chē)上的“黑匣子”。常見(jiàn)客貨車(chē)用“黑匣子”可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛定位跟蹤、運(yùn)行軌跡記錄、超速報(bào)警與記錄、疲勞駕駛報(bào)警等功能，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行工況參數(shù)監(jiān)測(cè)的較少。本系統(tǒng)側(cè)重于對(duì)車(chē)輛運(yùn)行中關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)。主要有以下作用：

（1）有利于加強(qiáng)教學(xué)車(chē)輛的管理。教學(xué)車(chē)輛用于實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，使用時(shí)需模擬各種運(yùn)行工況并設(shè)置故障，常帶病運(yùn)行，因此檢查、維護(hù)與修理應(yīng)有別于常規(guī)車(chē)輛。如堅(jiān)持“定期檢測(cè)、強(qiáng)制維護(hù)、視情修理”這一我國(guó)現(xiàn)行的車(chē)輛維修制度，將難以保障車(chē)輛具有良好的技術(shù)狀況。本系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行時(shí)的關(guān)鍵參數(shù)，記錄異常數(shù)據(jù)，為教學(xué)車(chē)輛開(kāi)展視情檢查、維護(hù)和修理提供依據(jù)，可節(jié)省人力、物力、財(cái)力，用時(shí)也將提高車(chē)輛技術(shù)狀況，保障實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的用車(chē)要求。

（2）有利于預(yù)防安全事故的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)因參與師生較多，如車(chē)輛發(fā)生異常狀況，極易造成安全事故。如柴油車(chē)高壓油泵出現(xiàn)問(wèn)題，易導(dǎo)致油門(mén)失控，發(fā)動(dòng)機(jī)超轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，在造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的同時(shí)，極易給師生帶來(lái)安全威脅。本系統(tǒng)可對(duì)運(yùn)行中異常數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警，提醒相關(guān)人員及時(shí)采取處理措施，預(yù)防安全事故的發(fā)生。

2 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)分析

根據(jù)教學(xué)車(chē)輛的工作特點(diǎn)及教學(xué)、管理人員的要求，本課題提出該系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)包括以下方面：①能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行中的各項(xiàng)信息，包括蓄電池電壓、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)速、機(jī)油壓力、摩擦片溫度、輪胎壓力等；②能采集各項(xiàng)工況信息，并進(jìn)行處理分析；③能將車(chē)輛運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行顯示，并對(duì)超過(guò)預(yù)設(shè)報(bào)警值的參數(shù)通過(guò)蜂鳴聲等方式進(jìn)行提醒；④可對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄；⑤可在外置電源虧電情況下，依靠自身供電繼續(xù)工作；⑥斷電后數(shù)據(jù)可有效保存；⑦能有效存儲(chǔ)7天的運(yùn)行數(shù)據(jù)；⑧造價(jià)低廉。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)結(jié)合所需實(shí)現(xiàn)的功能要求，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)主要由以下部分組成：信息采集模塊、中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、時(shí)鐘電路、看門(mén)狗和電源監(jiān)測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)等。

（1）信息采集模塊。信息采集模塊主要對(duì)車(chē)輛運(yùn)行工況信息進(jìn)行采集，并將各種物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳送至中央控制模塊，由多個(gè)傳感器組成。①發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。該傳感器用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)限值，如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生“飛車(chē)”時(shí)，可及時(shí)傳送數(shù)據(jù)信號(hào)，用于報(bào)警。該傳感器采用霍爾式，能將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖信號(hào)，直接輸入至單片機(jī)的I/O接口，由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。②車(chē)速傳感器。該傳感器用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛的行駛速度，可用于判定車(chē)輛是否超速行駛。該傳感器亦采用霍爾式，將車(chē)速信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，傳送至單片機(jī)I/O接口，再由單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。③機(jī)油壓力傳感器。該傳感器用于監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油道內(nèi)機(jī)油壓力狀況，可用于判定發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑狀況是否正常。采用開(kāi)關(guān)式，可隨機(jī)油壓力的變化，實(shí)現(xiàn)通斷變化。通過(guò)設(shè)計(jì)一開(kāi)關(guān)接口電路，將此開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為高低電平信號(hào)，傳送至單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理。④摩擦片溫度傳感器。該傳感器用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)摩擦片溫度情況，可用于判定制動(dòng)系統(tǒng)工作是否正常，對(duì)摩擦片過(guò)熱進(jìn)行預(yù)警，防止制動(dòng)失效。采用非接觸式紅外測(cè)溫傳感器模塊，實(shí)時(shí)采集摩擦片的紅外輻射信號(hào)，通過(guò)信號(hào)處理專(zhuān)用集成芯片進(jìn)行信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換，傳送至單片機(jī)并進(jìn)行信號(hào)處理。⑤輪胎壓力傳感器。該傳感器用于監(jiān)測(cè)輪胎氣壓狀況，信號(hào)用于判定輪胎是否氣壓不足或者氣壓過(guò)大。該傳感器采用壓敏電阻式，可根據(jù)輪胎內(nèi)壓力的大小，實(shí)現(xiàn)輸出電壓值的變化，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送至單片機(jī)I/O接口進(jìn)行處理。

（2）數(shù)據(jù)輸出模塊。①顯示輸出。系統(tǒng)采用LCD點(diǎn)陣液晶顯示屏，通過(guò)與單片機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)值的顯示輸出。各項(xiàng)信息滾動(dòng)循環(huán)，便于相關(guān)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。②聲音輸出。對(duì)相關(guān)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)定安全限值，當(dāng)過(guò)程中出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)蜂鳴器，提醒相關(guān)人員進(jìn)行及時(shí)處理。

（3）時(shí)鐘電路。系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求能實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛的運(yùn)行狀況，因此系統(tǒng)需要采用時(shí)鐘電路。可采用單片機(jī)內(nèi)定時(shí)器，通過(guò)編程，獲取時(shí)鐘信息。但此方法較復(fù)雜，且車(chē)輛運(yùn)行時(shí)，干擾較大，易導(dǎo)致單片機(jī)頻繁復(fù)位，影響系統(tǒng)的可靠性與準(zhǔn)確性。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專(zhuān)門(mén)的時(shí)鐘電路，以保障系統(tǒng)的準(zhǔn)確、可靠運(yùn)行。

（4）看門(mén)狗。車(chē)輛運(yùn)行中，電磁場(chǎng)等干擾源較多，易造成單片機(jī)工作不穩(wěn)定，甚至使整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)。為克服這一現(xiàn)象，本系統(tǒng)中添加看門(mén)狗電路，對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

（5）電源監(jiān)測(cè)模塊。系統(tǒng)工作過(guò)程中，若意外斷電，易造成重要數(shù)據(jù)丟失。特別是當(dāng)車(chē)輛發(fā)生事故時(shí)，若重要數(shù)據(jù)丟失，這將為后續(xù)調(diào)查造成困難。系統(tǒng)技術(shù)要求中提出斷電后數(shù)據(jù)能有效保存，而系統(tǒng)斷電往往是隨機(jī)的，因此，該系統(tǒng)中還需一套電源監(jiān)測(cè)模塊，在斷電瞬間接通自身電源，對(duì)重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。系統(tǒng)技術(shù)要求提出應(yīng)能有效存儲(chǔ)7天的運(yùn)行數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用MCS-51單片機(jī)，該單片機(jī)芯片外擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，具有64KB的存儲(chǔ)器地址空間，這對(duì)于技術(shù)要求而言是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的,本系統(tǒng)外部存儲(chǔ)擴(kuò)展至512KB。

（7）中央控制模塊。本系統(tǒng)選用AT89C51這一低電壓、高性能的微處理器作為控制單元，該元件與系統(tǒng)選用的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

（8）數(shù)據(jù)處理軟件。數(shù)據(jù)處理軟件主要用于接收下位機(jī)采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。系統(tǒng)可以提供曲線、圖表等直觀的形式來(lái)反映教學(xué)車(chē)輛的運(yùn)行情況，同時(shí)，系統(tǒng)還可提供數(shù)據(jù)查詢等功能，便于相關(guān)人員從各個(gè)細(xì)節(jié)全面監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

本課題所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。在實(shí)際使用、測(cè)試過(guò)程中運(yùn)行穩(wěn)定、工作可靠，滿足了教學(xué)、管理者對(duì)于車(chē)輛技術(shù)狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控等要求。

［1］黃立梅，陳彤.一種基于安卓藍(lán)牙和OBD接口的車(chē)輛監(jiān)測(cè)與控制方法［J］.汽車(chē)實(shí)用技術(shù)，2016，（4）.

［2］廖軍.基于GPS的車(chē)輛監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用方案［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2005，（1）.

Design of M onitoring System for Operating Condition of Automobile Teaching

MAO Xing-feng
（School of Automotive Engineering，Nantong Institute of Technology，Nantong，Jiangsu 226002，China）

The monitoring system of vehicle operating conditions is mainly used to monitor the parameters of the vehicle during the operation of the vehicle，which is of great significance to ensure the technical condition of the vehicle and prevent the accident.This paper studies the function，technical index and structure design of the system.

vehicle；condition；monitoring；system

U469.72-4

A

2095-980X（2017）06-0098-01

2016-05-20

本文系南通理工學(xué)院2015年度校級(jí)科研項(xiàng)目“汽車(chē)專(zhuān)業(yè)教學(xué)車(chē)輛監(jiān)控管理裝置的設(shè)計(jì)與研究”（編號(hào)：科研2015013）的科研成果。

冒興峰（1986-），男，江蘇南通人，汽車(chē)維修高技技師，二手車(chē)評(píng)估師，講師，主要研究方向：汽車(chē)電控。