一種制動手柄未拉或未松報警系統(tǒng)

李曼，劉佩璇

（嶺南師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 湛江 524048）

前言

在日常生活中，會出現(xiàn)有些駕駛員停車后會忘記拉手剎的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)溜車的情況，或者在行車過程中未松手剎，造成摩擦片磨損燒蝕，進(jìn)而引起不可預(yù)知的財產(chǎn)損失或人員傷亡。本文設(shè)計一種制動手柄未拉或未松報警系統(tǒng)，以便及時提醒駕駛員在上述情況下正確拉緊或放松制動手柄，進(jìn)而避免不必要的損失。

1 駐車制動未拉或未松報警系統(tǒng)的設(shè)計方案

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

該系統(tǒng)由電源、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、制動手柄位置傳感器、報警消除按鈕、LED報警燈和蜂鳴器等組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 1。本系統(tǒng)通過車載電源供電，各元件之間通過電連接，制動手柄位置傳感器位于制動手柄上，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器和車速傳感器為車本體傳感器，控制芯片模塊、報警模塊和報警消除按鈕位于控制面板上?？刂菩酒蓄A(yù)設(shè)各種信號的采集、分析和報警控制程序。

控制芯片對采集到的各檢測元件的信號分析進(jìn)而決定是否進(jìn)行報警提示，若判定在駐車狀態(tài)下未拉制動手柄或者在行車過程中制動手柄未松，則對報警系統(tǒng)下達(dá)命令，進(jìn)行聲光報警，當(dāng)判定駐車狀態(tài)已拉制動手柄或者行車過程中制動手柄已松，報警解除。駕駛員可以通過報警消除按鈕消除報警。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

1.2 系統(tǒng)工作原理

控制芯片接收發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器和制動手柄位置傳感器傳來的信號，并對信號進(jìn)行分析，進(jìn)而判定是否報警，例如：若判定在駐車狀態(tài)下沒有拉制動手柄或者在行車過程中未松手剎，則系統(tǒng)報警，否則不報警；駕駛員則可以通過報警消除按鈕消除報警。該系統(tǒng)是通過報警燈和蜂鳴器進(jìn)行報警。具體的，系統(tǒng)報警條件如下表1：

表1 系統(tǒng)報警條件

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于零時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器輸出為高電平，否則為低電平；當(dāng)車速大于零時，車速傳感器輸出為高電平，否則為低電平；當(dāng)制動手柄拉上時，手剎位置傳感器輸出為高電平，否則為低電平。 具體地，（1）當(dāng)汽車行駛車速大于零且發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速大于零，汽車處于行駛工況下，若制動手柄未松，即符合報警條件1，系統(tǒng)報警；（2）當(dāng)汽車處于停車工況時，制動手柄未拉，即符合報警條件2，系統(tǒng)報警；（3）當(dāng)汽車處于怠速工況時，制動手柄為拉，即符合報警條件3，系統(tǒng)報警；（4）當(dāng)汽車處于溜車工況時，制動手柄未拉，即符合報警條件4，系統(tǒng)報警。其他工況系統(tǒng)都不報警。另駕駛員可以通過報警消除按鈕，停止系統(tǒng)報警。

2 系統(tǒng)的各部件電路

2.1 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器電路

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器選用車本體傳感器，可從汽車本身電路中獲取發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號， 車用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器有磁感應(yīng)式、霍爾式等多種類型，但因?yàn)榛魻柺降霓D(zhuǎn)速傳感器具有輸出電壓幅值不受轉(zhuǎn)速的影響、頻率響應(yīng)高（其響應(yīng)頻率高達(dá)20KHZ）、抗電磁波干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用。如圖2為一種霍爾式車速傳感器電路圖。

圖2 霍爾式車速傳感器工作電路圖

2.2 車速傳感器電路

車速傳感器選用車本體傳感器，可從汽車本身電路中獲取車速信號，其有磁電式、霍爾式和光電式幾種類型。如圖3為磁電式車速傳感器工作電路圖。

圖3 磁電式車速傳感器工作電路圖

2.3 制動手柄位置傳感器電路

本系統(tǒng)的制動手柄位置傳感器可以選用一種電容式接近開關(guān)，其測量頭作為電容器的其中的一個極板，制動手柄作為另一個極板，當(dāng)制動手柄移動到接近開關(guān)時，兩極板間的介電常數(shù)發(fā)生改變，因此與測量頭控制的電路狀態(tài)也隨之改變，進(jìn)而控制開關(guān)的接通。制動手柄位置傳感器工作電路圖如下圖4。

圖4 制動手柄位置傳感器工作電路圖

2.4 控制芯片的選擇

本系統(tǒng)可選用AT89C51芯片，該芯片價格便宜、靈活性高，其封裝圖如圖5所示：

圖5 AT89C51控制芯片的封裝圖

2.5 報警元件的電路

2.5.1 蜂鳴器電路

本系統(tǒng)選用的蜂鳴器是一種有源蜂鳴器，S8550是其使用的三極管驅(qū)動模塊，所需工作電壓為5V，只需輸入低電平的 I/O，就可以控制蜂鳴器的大電流，進(jìn)而使用蜂鳴器的報警。蜂鳴器控制電路圖如圖6所示。

2.5.2 報警指示燈電路

本設(shè)計采用LED報警燈，其工作原理是：將LED報警燈的陽極與電源相連，LED報警燈的陰極與單片機(jī)的 p2.1引腳相連，LED報警燈的亮與滅由單片機(jī)的輸出信號高低控制。下圖7為LED報警燈電路，由圖可得電路中還串聯(lián)一個電阻，起到分壓作用。

圖6 蜂鳴器電路原理圖

圖7 LED報警燈電路

3 系統(tǒng)工作過程仿真分析

為分析系統(tǒng)的可用性，本文采用Proteus軟件對系統(tǒng)工作過程仿真。因Proteus軟件中沒有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器、手剎位置傳感器，所以本電路設(shè)計用開關(guān)代替，當(dāng)開關(guān)向上撥時，代表此時傳感器信號處于高電平；當(dāng)開關(guān)向下?lián)軙r，代表此時傳感器信號處于低電平，具體系統(tǒng)總體電路如圖8所示：

圖8 系統(tǒng)總體仿真電路圖

例如：根據(jù)報警條件 2，操作按鍵，將轉(zhuǎn)速開關(guān)下?lián)?，手剎按鍵向下?lián)?，聲光報警裝置發(fā)出聲光報警，此時表明當(dāng)發(fā)動機(jī)熄火時，若手剎未拉，系統(tǒng)報警，仿真圖如圖9所示。

圖9 報警條件2仿真結(jié)果

通過仿真分析，證明該制動手柄未拉或未松報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制可行、準(zhǔn)確，并與車本體系統(tǒng)無沖突，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

3 總結(jié)

駕駛員停車后會忘記拉手剎的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)溜車的情況，或者在行車過程中未松手剎，造成摩擦片磨損燒蝕，進(jìn)而引起不可預(yù)知的財產(chǎn)損失或人員傷亡。本文設(shè)計一種制動手柄未拉或未松報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，控制可行、準(zhǔn)確，并與車本體系統(tǒng)無沖突，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。