張珉，王中訓，婁陽，劉寶軍
(煙臺大學 光電信息科學技術(shù)學院，山東 煙臺 264005)
摘要：在一臺自動變速檔汽車中，變速箱是其最重要的部件之一，它的好壞關(guān)乎到整臺汽車的性能，而變速箱的關(guān)鍵恰恰是電磁閥。然而電磁閥的性能通常不易觀察得到，需要詳細測試得之。傳統(tǒng)測試方法不能高效快捷地得到結(jié)果，常常費時費力。為了更方便快捷、科學、準確地測試電磁閥，設計一個基于STC12C5A60S2單片機的由壓力傳感器、流量傳感器組成的測試儀，具有極其重要的研究價值。單片機控制電平，通過T0、T1定時器和內(nèi)部晶振控制時間，通過A/D實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)輸出到PC上進行分析。充分利用STC12C5A60S2的軟、硬件資源，使電磁閥的測試方案合理、價格廉價。而STC12C5A60S2單片機特有PWM輸出、A/D轉(zhuǎn)換的功能，更符合本系統(tǒng)設計需要，科學準確地測試出電磁閥的壓力、流量等數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：電磁閥；STC12C5A60S2單片機；傳感器；A/D轉(zhuǎn)換器
0引言
隨著當今電子控制技術(shù)以及計算機科學技術(shù)的發(fā)展，汽車上采用計算機來控制的東西越來越多，包括自動變速箱［1］。電子控制自動變速器（Electronic Control Transmission，ECT）中的電磁閥是整個變速系統(tǒng)中的重要執(zhí)行器，自動變速箱結(jié)構(gòu)很繁雜，所以它直接或間接造成了90%以上自動變速箱故障。因此，研發(fā)一種可以準確、快速、簡單易用的電磁閥檢測設備已經(jīng)成為當務之急。當前國產(chǎn)轎車上裝備的自動變速器均采用電子控制系統(tǒng)，在實際的維修工作中，這方面的故障率比較高。換擋電磁閥的質(zhì)量好壞不但會影響到汽車的行車安全，更會對駕駛?cè)说纳踩a(chǎn)生極大威脅，另外耗油量大量增加卻沒提高行車速度，這與國家現(xiàn)行政策提倡環(huán)保和低碳生活相違背。因此研究并設計一個實用的測試儀是十分必要的。
1檢測儀的設計
1.1系統(tǒng)的整體設計
系統(tǒng)軟件設計主要是通過C語言編程實現(xiàn)單片機STC12C5A60S2后信號轉(zhuǎn)換相對PWM占空比圖變量傳送到計算機測量傳感器［2］。系統(tǒng)上電，PWM信號驅(qū)動電磁閥模擬工作之后，此時傳感器已經(jīng)測得流量和壓力，通過串口發(fā)送到單片機，隨之單片機對模擬數(shù)據(jù)進行數(shù)字轉(zhuǎn)換，并且串口傳輸?shù)絇C，PC根據(jù)數(shù)據(jù)繪制坐標圖，然后對測試圖與標準圖進行對比，即可很方便地判斷該電磁閥的性能，系統(tǒng)流程圖如圖1所示。
系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)為：單片機連接電磁閥和傳感器，控制電磁閥的開關(guān)，讀取傳感器采集的數(shù)據(jù)，是本系統(tǒng)的核心；PC負責獲取經(jīng)單片機處理過的有效數(shù)據(jù)并繪制曲線，是本系統(tǒng)的“臨門一腳”，它們各司其職，有機結(jié)合在一起，使本系統(tǒng)科學高效地工作。
1.2硬件設計
本系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機［3］，STC12C5A60S2/ AD/PWM系列單片機是一種單時鐘/機器周期(1 T)的單片機，而且是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8~12倍。相對于普通51單片機，STC12C5A 60S2單片機特有的PWM、PCA(可編程計數(shù)器陣列)功能，內(nèi)部集成MAX810專用復位電路，還具有A/D轉(zhuǎn)換［4］，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達250 k/s(每秒25萬次)，這樣使得該單片機成為本測試系統(tǒng)的不二之選。
通過壓力傳感器測試電磁閥的入口壓力和出口壓［5］，圖2為入口壓力電路圖，傳感器采集到的信號是很微弱的，必須經(jīng)過整流、放大才能被STC12C5A60S2所利用，因此加入了TLV2254放大電路和電阻電容組成的整流電路，之后信號會被傳輸?shù)絊TC12C5A60S2。
圖3為測量電流原理圖，在P3處將電磁閥接入電路中，將對電流的測量轉(zhuǎn)換為對電壓的測量，D3處不加穩(wěn)壓管［6］。
此外本系統(tǒng)中串口電路采用MAX232轉(zhuǎn)換芯片、RS232C串口通信；采用7805三端穩(wěn)壓集成電路；測量壓力環(huán)節(jié)采用TLV2254放大器；測量溫度環(huán)節(jié)采用AD8200放大器以及DS18B20溫度傳感器。
2開發(fā)工具
LabWindows/CVI是一種交互式C語言開發(fā)平臺［7］，它的交互式編程方法、集成化開發(fā)環(huán)境、豐富的庫函數(shù)和函數(shù)面板大大增強了實用性。它可以在多個操作系統(tǒng)下運行，是以ANISC為核心的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，將測控技術(shù)與強大的C語言有機結(jié)合使用。本軟件主要用于各種儀表測試、控制和信息處理軟件故障分析等用途，相比開發(fā)工具LabVIEW，它更適合用于大型的、復雜的軟件測試。LabWindows/CVI在功率計系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)以及故障診斷和醫(yī)學領(lǐng)域中起著重要的作用［8］。
Altium Designer 是原Altium（Protel軟件開發(fā)商）公司推出的集成的電子產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，主要運行在Windows操作系統(tǒng)。本軟件是可以開展原理圖設計、電路仿真、自動路由、PCB的繪制編輯、輸出的信號完整性設計和技術(shù)集成以及拓撲分析，并為設計者提供一種新的解決方案，使設計者可以輕松設計。Altium Designer在本設計的原理圖設計、印刷電路板設計方面功不可沒。
3仿真測試及分析
模擬變速箱的車型為福特e40d，變速箱代碼為040，專用電纜接頭為04X203(早期型號)和04X205(1995年及以后)［9］。首先將電磁閥固定住，接通充足的汽油，此時電磁閥是閉合的，然后把所有的傳感器都安裝到準確的位置，將單片機與PC通過串口線進行連接，用上位機控制單片機系統(tǒng)，之后電路通電。一段時間后可以看到隨著電路的通斷，電磁閥可以控制汽油有規(guī)律地流出。在數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，根據(jù)系統(tǒng)流程，得到數(shù)據(jù)并繪制出相應的曲線，如圖4所示。
當出現(xiàn)如圖4所示情況時，曲線代表流過電磁閥的電流，直線代表電磁閥的壓力（此處僅測試電流）。由此可得電流壓力曲線是成線性關(guān)系的。多次檢測后當電流值與占空比呈線性關(guān)系時，可以說明電磁閥的工作穩(wěn)定性比較好。
如圖5所示，曲線代表流過電磁閥的電流，由此可得電流壓力曲線不是呈線性的。當電磁閥的電流結(jié)果呈現(xiàn)出非線性時，需要再進行多次測試確認，若對檢測結(jié)果不滿意，就需重啟系統(tǒng)，重復測試。若依然不呈線性就說明電磁閥是劣質(zhì)的，并找出相干原因［10］。
4結(jié)論
整體上本系統(tǒng)還是非常具有實用性的，然而，該系統(tǒng)圖5劣質(zhì)電磁閥電流壓力曲線
還不完善，測試的變量很少只有電流和壓力，需要進一步提高：增加測試變量、增加電磁閥測試設計的電氣特性，電磁閥電路或開路改進以能及時、準確地反映傳輸設備狀態(tài)， 提高和完善本測試儀的實用性。
參考文獻
?。?］ 劉漢濤. 汽車自動變速器精品學習教程［M］. 北京：機械工業(yè)出版社，2013.
?。?］ 何思奇. 電磁閥全自動測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學, 2009.
?。?］ 黃惟公，鄧成中.單片機原理與接口技術(shù)（C51版）［M］.成都：四川大學出版社，2011.
?。?］ 劉晉，王政林，薛凱方. 基于STC12C5A60S2單片機的LED顯示屏硬件設計［J］. 微型機與應用, 2011, 30(22): 2427.
?。?］ 杜克銘, 姚燕, 李景涌. 基于STC89C52的多路溫度傳感器標定系統(tǒng)［J］. 電子技術(shù)應用, 2009, 35(4):152155.
［6］ 張學慶. 流量測量的意義及流量傳感器的現(xiàn)狀［J］. 石油化工自動化, 2006 (5): 99101.
?。?］ 嚴?？? 周鳳星. 真空電磁閥測試系統(tǒng)的研究與應用［J］. 電子技術(shù)應用, 2012, 38(1):5759.
?。?］ 余九洲. 基于虛擬儀器的電磁閥特性測試研究［D］. 長春：長春理工大學, 2011.
?。?］ 邱緒云, 楊福廣, 阮久宏. 汽車驅(qū)動防滑控制硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)設計［J］. 電子技術(shù)應用, 2009, 35(12):7174.
?。?0］ 劉志忠, 陳建國. 自動變速器電控系統(tǒng)的分析與診斷［J］. 汽車電器, 2006 (4): 2934.