大型货车制动过热自动控制系统设计.doc

河南科技学院2010届本科毕业论文（设计）论文题目：大型货车制动过热自动控制系统 学生姓名： 所在院系： 机 电 学 院所学专业： 机械设计制造及其自动化导师姓名： 完成时间：2010 年 5 月摘 要大型货车在丘陵地带或坡道上行驶时需频繁或长时间刹车，会造成刹车鼓（盘）、制动蹄温度骤升，轮毂温度聚增，在剧烈高温下最终会导致刹车失灵，以及温度过高至使轮胎气压过高而出现爆胎现象而造成安全事故，通过对国内外刹车过热问题采取的解决方法的研究,最好的解决方案是设计出了一套大型货车制动过热自动控制系统装置,该系统由温度检测单元、液位检测单元、人机接口单元以及单片机控制单元等部分组成。该系统通过遥控发射接收装置控制大型货车制动过热自动控制系统的开启或关闭,有自动和手动两种工作模式;在自动方式下,ds18b20温度传感器通过感应当前刹车毂或止动蹄的温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片(at89c51单片机),主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制单片机启动喷水设备，降低刹车系统的温度。本课题对系统的硬件和软件进行分析说明，通过绘制相关的硬件连接图和软件流程图,建立系统软硬件模型，证明该系统可以实现对大型货车制动过热自动控制的功能。关键词:制动系统;ds18b20温度传感器;电容开关传感器;at89c51单片机；2262,2272遥控发射接收模块design of the temperature self-control of the truck skid systemabstractrequired frequent or prolonged braking when large vehicles with goods driving on hills or ramps ,it will cause the brake drum (disk) , brake shoe temperature leapt hub ,at the same time, it will increase the truck skid system in the high temperature , eventually ,the result willcause severe brake failure, and the high tire pressure temperature is too high to make the phenomenon appear flat tire and caused accidents, according to research the solutions of overheated brakes in abroad, the best way solution is designing a new set of device .the set of device with the temperature self-control of the truck skid system inclusions the temperature detection unit, the level detection unit,the man-machine interface unit and the mcu control unit and other components. the device with the temperature self-control of the truck skid system run on or off by the transmitting and receiving device ,it has automatic mode and manual mode,in the automatic mode, ds18b20 temperature sensor measure real-time monitoring of the truck skid system temperature by sensing the current brake shoe on the wheel or the temperature of the stopper , and send the temperature signal to the master chip (at89c51 mcu), the main chip export the output control signal according to the main chip set temperature, to start to spraying equipment to cool the braking system; in the manual mode, you can start spraying equipment to reduce the temperature of the truck skid system. the topic of the device need hardware and software analysis ,it need establish the system hardware and software model by drawing the relevant hardware connection diagram and software flow chart , in order to prove that the device can realize the function of reducing the temperature of the truck skid system.keywords: braking system, the temperature sensor ds18b20, capacitor switching sensor, at89c51, 2262,2272 summarized at last receiving module目 录引言11 国内外研究现状12 刹车系统分析22.1 刹车过热问题解决方案22.2 制动系统工作原理22.3 温度传感器安装位置43 自动控制系统功能设计53.1 系统功能单元及所需元件设计53.2 系统要实现功能64 自动控制系统硬件设计74.1 主控单元设计74.1.1 at89c51单片机74.1.2 水泵的选用:154.1.3 水箱选用164.1.4 三极管选用:174.1.5 电磁阀的选用174.1.6 蜂鸣器的选用174.1.7 led灯的选用与二极管:184.2 温度检测单元设计184.2.1 温度传感器的选择184.2.2 ds18b20的特点及硬件图194.2.3 温度检测电路214.3 液位检测单元设计214.3.1 液位传感器的选择214.3.2 电容式接近开关工作原理224.4 人机接口单元设计224.4.1 pt2262发射模块234.4.2 pt2272接收模块244.4.3 对各键功能设定254.4.4 遥控控制方法255 自动控制系统软件设计27致谢32参考文献321 绪论1.1引言随着交通运输业的发展,大型货车已成为这一行业中必不可缺的交通运输工具。由于路况以及车辆自身的问题,在长途运输时,往往需频繁使用刹车系统,因此,在整个运输过程中,刹车系统常常工作于高温环境中,很容易造成以下问题:在高温环境中,刹车系统的各工作部件易发生氧化,会减少刹车系统的使用寿命,甚至可能导致刹车失灵,造成安全事故,为此,国外多采用为车辆安装辅助制动装置的方法,能较好地提高制动效果,但由于我国道路地形复杂,该装置的实际使用效果并不是很理想,另外常用的方法是采用改良刹车片的材料,虽然效果较好,但材料研制复杂、成本较高,使用并不普遍。目前,国内很多驾驶员为了降低运输成本,都会在车上安装一个高位水箱，利用其高位产生的压力将其传送到刹车毂上，从而冷却车毂，但是在行车过程中司机要根椐当时的具体情况来控制水箱开关，而水箱的高度有限，压力太小，时常会出现喷嘴堵塞现象，或利用刹车本身的气压来实现刹车淋水冷却，这种方式对水箱等配件的密封性能和受压能力要求高，容易损坏水箱等配件，为了更好地解决大型货车制动安全问题,保持刹车系统性能稳定,本课题设计了一种大型货车制动过热自动控制系统。该系统通过遥控发射接收装置控制大型货车制动过热自动控制系统的开启或关闭,有自动和手动两种工作模式;自动方式下,ds18b20温度传感器通过感应当前刹车毂或止动蹄上的温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片(at89c51单片机),主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制主控芯片启动喷水设备，降低刹车系统的温度。使用该系统,既可减缓刹车系统工作零件因温度过高而加速氧化的问题,增加刹车系统的使用寿命,还能减少因热衰退现象而造成的车辆行驶安全隐患,保持刹车系统性能稳定,提高行驶的安全性。1.2 国内外研究现状车辆在丘陵地带或坡道上行驶时需频繁或长时间刹车，这会造成刹车鼓（盘）、制动蹄温度骤升（尤其是大型货车），过高的温度也易使刹车系统产生热衰退现象,使得各工作部件之间的摩擦系数变小 1 ,降低刹车系统性能,更严重的甚至可能导致刹车失灵,造成安全事故,为此,大部分欧美国家采用为车辆安装缓行器的方法来防止安全事故的发生. 所谓缓行器,又被称为“第四制动器” 2 ,它作为辅助制动装置,可以较好地提高制动效果. 但由于我国道路地形复杂,该装置的实际使用效果并不是很理想. 除此之外,通过改良刹车片的材料来缓解热衰退现象也是一种较为常用的方法,该方法虽然效果较好,但材料研制复杂、成本较高,使用并不普遍.目前,国内很多驾驶员为了降低运输成本,依然采用人工手动冷却的方法为刹车系统降温,也就是车上安装一个高位水箱，利用其高位产生的压力将其传送到刹车毂上，从而冷却车毂,但这种方法的缺点是：在行车过程中司机要根椐当时的具体情况来控制水箱开关，而且水箱的高度有限，压力太小，时常会出现喷嘴堵塞现象，从而达不到预想的效果，同时也要分散司机行车过程中的注意力。另外一种方法(手动控制)是:利用刹车本身的气压来实现刹车淋水冷却，这种方式去水箱等配件的密封性能和受压能力要求高，容易损坏水箱等配件，由于是利用刹车的气压所以对刹车性能存在一定的影响。这些都是安全行车的隐患,另外又出现了“汽车刹车自动冷却装置”,只能在刹车时才用,但是不能根据实时温度自动控制,并且驾驶员对温度没有了解,为了较好地解决上述问题,设计一种既能手动又能自动并且可靠性好、抗干扰能力强的过热自动控制系统很有必要,从而解决刹车温度过高造成刹车鼓（盘）、制动蹄温度骤升，导致刹车失灵或爆胎问题。2. 刹车系统分析2.1制动系统工作原理为了实现让行驶中的车辆减速甚至停车，或使已经停下来的车辆保持不动，都称为车辆制动。实现车辆制动功能的一系列专门装置称为车辆制动系,较为完善的制动系具有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等附加装置,一般车辆都采用防抱死制动系统,它是一种主动安全装置，其英文名称是anti-lock braking system（防锁死制动系统）或anti-skid braking system（防滑移制动系统），缩写为abs。防抱死制动系统（abs）是根据车轮转动情况，随时调节制动压力来防止车轮抱死滑移，如图1所示。图1防抱死制动系统的组成框防抱死制动系统abs组成如图2所示。现代abs尽管采用的控制方式、方法以及结构形式各不相同，但除原有的传统的常规制动装置外，一般abs都是由传感器、电子控制器（abs ecu）和执行器三大部分组成。其中传感器主要是车轮转速传感器，执行器主要指制动压力调节器。电子控制器（electronic control unit），常用ecu表示，简称abs电脑。它的主要作用是接收轮速传感器等输入信号，计算出轮速、参考车速、车轮减速度、滑移率等，并进行判断、输出控制指令，控制制动压力调节器等进行工作。另外，abs电脑还有监测等功能，如有故障时会使abs停止工作并将abs警示灯点 图2防抱死制动系统abs组成简图abs的工作原理:当点火开关接通（on）时，abs保护电磁阀的电磁线圈中就会有电流流过，系统进入自检状态。经过短暂的自检后，如果发现系统中存在影响其正常工作的故障，会保持其自检时的工作状态，即关闭abs系统。此时压力调节器中各电磁阀的电磁线圈均不通电，各电磁阀均保持在制动压力增大状态，车辆恢复常规制动状态工作。经过自检，未发现影响系统正常工作的故障，abs就进入等待工作状态。车辆行驶过程中,各轮速传感器连续地向abs电脑输入各车轮的轮速信号。通常，abs只有在车辆速度达到一定程度（如 5 kmh或 8 kmh）时，如果此时驾驶员踩下制动踏板进行制动，制动灯开关闭合，蓄电池给abs电脑一个电压信号。abs电脑收到蓄电池电压信号后，就判定车辆进入制动状态，才会对制动过程中趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。它将根据轮速传感器输入的信息，对四个车轮的运动状态进行分析判断。当车辆速度降到一定程度时，因为车速很低，车轮制动抱死对车辆制动性能的不利影响很小，为了使车辆尽快制动停车，abs就会自动终止防抱死制动压力调节，其车轮仍可能被制动抱死。在制动过程中，各车轮制动未出现趋于抱死时，abs不工作，此时制动过程与常规制动过程完全相同。在制动过程中，当abs电脑判定有车轮制动趋于抱死时，就开始对相应的控制通道进行防抱死控制，将车轮滑移率控制在最佳范围之间，直至车辆速度很低或停止。在制动过程中，如果车辆为高速急转弯，当车辆的横向加速度达到一定值时，横向加速度开关中的一对触点就会断开，abs电脑不再有蓄电池电压信号，abs电脑由此判定车辆横向加速度已超过设定的界限值，就会对其防抱死控制过程进行修正，使abs更为有效地工作。由于abs是在原来传统制动系统基础上增加一套控制装置形成的，因此abs也是建立在传统的常规制动过程的基础上进行工作的。如果常规制动系统发生故障，abs会随之失去控制作用。若只是abs发生故障、常规制动系统正常时，车辆制动过程仍像常规制动过程一样照常进行，只是失去防抱死控制作用。现代abs一般都能对系统的工作情况进行监测，具有失效保护和自诊断功能，一旦发现影响abs正常工作的故障时，将自动关掉abs，恢复常规制动，并将abs警示灯点亮，向驾驶员发出警示信号，提醒驾驶员及时进行修理。在制动过程中，车轮还没有趋于拖死时，其制动过程与常规制动过程完全相同；只有车轮趋于抱死时，abs才会对趋于抱死的车轮的制动压力进行调节。2.2刹车过热问题解决方案车辆在丘陵地带或坡道上行驶时频繁或长时间刹车，这会造成刹车鼓（盘）、制动蹄温度骤升（尤其是大型货车），轮毂温度聚增，严重发热，在剧烈高温下最终会导致刹车失灵，以及温度过高至使轮胎气压过高而出现爆胎现象而产生安全事故,那么如何才能有效的避免制动过热现象呢?那就要有一套设备能有效解决制动过热问题,本课题就是设计了一种大型货车制动过热自动控制系统装置.这个装置的基本功能: 遥控发射接收装置控制大型货车制动过热自动控制系统装置的开启或关闭,有自动和手动两种工作模式;自动方式下,ds18b20温度传感器通过感应当前刹车毂或止动蹄的温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片(at89c51单片机),主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制单片机启动喷水设备，降低刹车系统的温度。2.3 温度传感器安装位置温度传感器的安装对设计装置的控制精度和它本身的使用寿命匀有很大的影响，那怎么去解决这个问题，下面就介绍一下影响温度传感器使用寿命的几个因素：1使用温度传感器的温度的不能高与它本身的使用范围，而且必须多它的温度有留有一定的温度空间。2.要使测出的温度能如实反映要测的温度. 3.防止静电产生，尽可能与电热部分绝缘。4.要保持输出端的清洁干净，避免发生短路，断路，生锈，接触不良的现象。很多车辆同时使用盘式制动器和鼓式制动器，盘式制动器多用于前轮上，而鼓式制动器用于后轮，盘式制动器摩擦力由制动片产生，这些制动片被挤压和夹紧到制动盘上，制动盘安装在车轮上。制动盘为铸造件，对它的两侧进行机加工。制动片附在金属板上，金属板由液压系统中的活塞推动.对两种不同的制动器,可采取不同的安装方法,以利于传感器的测量精度和使用寿命。盘式制动系统的活塞安装在制动钳里或固定在制动钳上，制动钳不转动，因为它与车辆底盘相连接。制动钳由液压活塞、缸体、密封圈、弹簧以及用来产生活塞与制动片推动力的液压油通道。制动片垂直作用于转动的制动盘上（如图3所示）.考虑到ds18b20传感器工作环境恶劣,如果安装在制动片或制动钳上,喷头喷水会使温度传感器检测失误,并且工作环境过于恶劣,暴露在空气中,最好将其安装在轮毂内,如转速传感器那样安装.图3盘式制动器上，制动片垂直作用在制动盘上鼓式制动器:鼓式制动器有一个铸造的制动鼓，制动鼓由螺栓连接在车轮上并随车轮转动。在制动鼓内，有一组制动蹄安装在制动底板上。其他的部件也安装在制动底板上，包括液压轮缸，弹簧以及联接元件。制动蹄上附有摩擦材料，制动时摩擦制动蹄与制动鼓的内表面接触（如图4）。当制动时，制动蹄受到力的作用张开，与制动鼓的内表面发生摩擦。图4制动时摩擦制动蹄与制动鼓的内表面接触可将ds18b20传感器安装在制动蹄与制动鼓上面,考虑到工作环境恶劣,最好将其安装在制动蹄上,如转速传感器那样安装.3 自动控制系统功能设计3.1 系统功能单元及所需元件设计本系统主要包括4个功能单元:温度检测单元、液位检测单元、人机接口单元以及单片机控制单元,各个单元之间的联系如图5所示. 图5系统框图该系统包含由at89c51单片机，蜂鸣器，电磁阀，18b20温度传感器，2262，2272遥控发射接收装置，圆柱电容开关式传感器，由3组加了阀门的导管,12个喷水量相同的喷头,4个12v水泵，2262,2272遥控发射接收单元，发光二极管，普通二极管，电源单元组成。实际使用中,将本系统与普通的喷淋设备组合, 即可实现刹车系统温度的自动控制.当系统工作时, 利用12 v 车辆电源, 通过lm7805芯片稳压至5 v后供电 3 . 系统支持温度多点测量,每隔1 s对刹车系统温度进行检测,当温度超过设定界限值时,由单片机发出控制信号,启动喷淋设备,对刹车系统进行点射式喷水降温. 同时,该系统也提供了简易的水箱液位检测功能,当水箱缺水时,自动发出报警. 该制动过热自动控制有遥控功能，有手动自动模式，根据感应温度自动洒水，水箱水位过低自动报警并自动切断电源功能，对各个车轮温度实时监控等功能. 本系统在实际使用方便,无需由使用者进行复杂的初始化,并且系统还提供了一个基本的人机接口单元,使用者通过该单元,可进行遥控控制. 3.2 自动控制系统功能设计遥控发射接收装置控制大型货车制动过热自动控制系统的开启或关闭,有自动和手动两种工作模式;自动方式下,ds18b20温度传感器通过感应当前刹车毂或止动蹄上的温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片(at89c51单片机),主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制单片机启动喷水设备，降低刹车系统的温度。1) 有遥控功能，有手动和自动两种工作模式。2) 在自动模式下，行驶或者制动过程中，温度传感器感应到温度，当温度大于80度小于120度时, 大型货车制动过热自动控制系统就会自动打开一个电磁阀并且水泵吸水,通过喷头喷水冷却刹车毂;当大于120度小于150度时, 大型货车制动过热自动控制系统就会自动打开两个电磁阀,水泵吸水,通过喷头喷水冷却刹车毂; 大于150度时，大型货车制动过热自动控制系统就会自动打开三个电磁阀，水泵吸水,通过喷头喷水冷却刹车毂，并且系统就会自动报警.驾驶者可采取措施. 3） 对各个车轮的温度实时检测，二极管绿灯亮表示车轮温度到达80度，二极管黄灯亮表示车轮温度在120度至150度之间，闪烁二极管发光表示车轮温度大于150度，由此提醒驾驶者。4） 在手动模式下，通过对各个车轮温度的实时检测，可以对单个车轮的喷水设施进行控制，以解决转向刹车时单个车轮温度过高的问题。5) 当水箱中的水用完，位置传感器检测到，系统就会自动报警，制动过热自动控制系统停止工作。4 自动控制系统硬件设计根据系统所需实现的基本功能, 对本系统硬件电路进行设计.4.1 系统主控单元设计对于大型货车制动过热自动控制系统的核心控制单元,考虑到在本课题中,系统控制方案较为简单,数据量不大,为了方便今后系统的扩展,同时也为了降低系统制造成本,采用at89c51单片机作为系统的主控核心.4.1.1 at89c51单片机at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。at89c单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。(1) 选择at89c51芯片1) 主要特性：与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年全静态工作：0hz-24hz三级程序存储器锁定128*8位内部ram32可编程i/o线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路2) at89c51的极限工作参数工作温度-55直+125储藏温度-65直+150任一脚对地电压-1.0v直+7.0v最高工作电压6.6v直流输出电流15.0ma3) 管脚功能说明及使用：图6 所示为at89c51vcc：供电电压。gnd：接地。/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。该芯片正常工作时,需提供5 v的直流稳压电源,因此,利用lm7805稳压芯片,将12 v的车辆电源转换后为其供电.xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。对于单片机的振荡电路,在综合考虑了系统性能要求及成本等因素后,选择12mhz的晶振和30 pf的电容,为单片机正常工作产生必要的时钟信号 4 .如下图7所示图7 时钟电路rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间,使用10 f的电解电容及1k电阻可组成自动上电复位电路 4 , 使单片机正常运行.如下图8所示:图8 复位电路p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉电阻优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个内部带上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下所示：p3.0 rxd（串行输入口）,p3.1 txd（串行输出口）,p3.2 /int0（外部中断0）,p3.3 /int1（外部中断1）,p3.4 t0（记时器0外部输入）,p3.5 t1（记时器1外部输入）,p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）,p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。(2) at89s51单片机的i/o分配根据单片机p0，p1，p2，p3端口使用说明及要实现的功能进行i/o分配：1) 用于感应大型货车左前轮，右前轮，左后轮，右后轮当前刹车毂止动蹄上的温度，输入口为四个ds18b20温度传感器的输入端，分配输入端口分别为p2.0，p2.1，p2.2，p2.3。2) 用于感应水位的电容式传感器，分配输入端口为p0.4。3) 用于遥控输入端的分配口为p1.3,p1.2,p1.1,p1.04) 用于驱动控制左前轮水泵的电磁阀的三个三极管的基极做输出端，分配输出端口为p3.7,p3.6，p3.5。用于驱动右前轮的水泵的电磁阀三个三极管的基极做输出端，分配输出端口为p3.4,p3.3，p3.2.用于驱动左后轮的水泵的的电磁阀三个三极管的基极做输出端，分配输出端口为p3.1，p3.0，p1.7。 用于驱动右后轮的水泵的电磁阀的三个三极管的基极做输出端，分配输出端口为p1.6,p1.5，p1.4.5) 用于驱动水泵工作的输出口,分配输出管脚为p0.0,p0.1,p0.2,p0.3.6) 用于驱动控制蜂鸣器报警的三极管输出端p2.4输入输出口连接方式如下图(图9所示)图9 输入输出口接线方式(3) 单片机控制方式at89s51单片机的输出信号端与电磁阀的一端相连，电磁阀的另一端接地，系统通过控制电磁阀开启个数来控制喷水多少，电源单元的输入端与外设直流电源连接，电源单元的输出端与at89c51单片机的工作电压端连接，电源单元的输入端与at89c51单片机的输出信号端连接，pnp三极管基极与单片机分配端口相联接如下图10所示。图10 左前车轮的三极管驱动电磁阀和水泵蜂鸣器电路图当系统接通电源后,单片机自动进行复位在该部分电路中，在制动过程和行驶过程中，大型货车制动过热自动控制系统控制电路将自动进入自动模式，将根据传感器感应的当前温度，对刹车系统温度进行实时监测,温度信号输入到主控芯片(at89c51单片机), 当感应到温度到满足设定的条件时，主控芯片根据设定的温度条件输出控制信号,启动喷水设备对刹车系统降温;在手动方式下,也可以控制单片机启动喷水设备，降低刹车系统的温度。用户也可通过实际的需要调整大型货车制动过热自动控制系统的具体工作条件，在自动模式下工作的情况如下：电容式传感器用于对水箱液位进行实时检测,防止因水量不足而造成温度控制功能失灵.由于在检测过程中无需知道具体的液位高度,只要当水箱缺水时,产生报警提示即可,所以可选用电容式常开接近开关作为检测元件. 在实际检测时,电容式接近开关的测量头与被测物体构成电容的两极板,当被测物体移动时,介电常数发生变化,使得电容值改变 6 . 这一改变,可产生对应的开关信号.在实际电路中,该信号通过p0.4输入单片机中,当单片机接收到高电平信时,p2.4输出低电平，对应的s8550三极管饱和，集电极和发射极导通，电压降约为0.2v，相当于开关闭合，即判断水箱缺水, 蜂鸣器发声发出报警信号.大型货车在制动过程和行驶过程中,左前轮温度传感器感应当前左前轮刹车毂止动蹄温度,单片机的设定温度为80度,120度,150度.当温度达到80度时,单片机控制输出端口zq3输出低电平,s8550三极管饱和，集电极和发射极导通，电压降为0.2v，相当于开关闭合，电磁阀fa3得电后常开触头闭合，此时与电磁阀fa3并联的发光二极管发光，驾驶者就可以判断车轮温度在什么范围内，此时zqsb输出低电平,对应三极管导通, 对应的电磁阀打开，货车12v的蓄电池给12v的水泵供电，水泵抽水，喷头喷水到鼓轮上，降低刹车毂止动蹄温度，而zq1，zq2两个输出端此时处于高电平，对应的s8550三极管截止，相当于开关断开，对应电磁阀不得电。当温度达到120度而小于150度时,单片机控制输出端口zq2输出低电平,对应的s8550三极管饱和，集电极和发射极导通，电压降为0.2v，相当于开关闭合，电磁阀得电后常开触头闭合，此时与电磁阀fa2并联的发光二极管发光，驾驶者就可以判断车轮温度在什么范围内，以便在开车时注意刹车或停车，此时zqsb端口输出低电平,对应三极管导通, 电磁阀打开，货车蓄电池给水泵供电，水泵抽水，并喷到鼓轮上，降低刹车毂或止动蹄温度，而zq1输出端此时处于低电平，对应的s8550三极管饱和，相当于开关闭合，对应电磁阀得电，电磁阀对应的喷头喷水。zq3输出端口此时处于高电平，对应的s8550三极管截止，相当于开关断开，对应电磁阀不得电，喷头不喷水。当温度达到150度时,单片机控制输出端口zq1输出低电平,对应的s8550三极管饱和，集电极和发射极导通，电压降约为0.2v，相当于开关闭合，此时与电磁阀fa1并联的发光二极管发光，驾驶者可以判断车轮温度在什么范围内，以便在开车时注意刹车或停车，电磁阀得电后常开触头闭合，此时货车蓄电池给水泵供电，水泵抽水，并喷到鼓轮上，降低刹车毂止动蹄温度，而zq2，zq3两个输出端此时也处于低电平，对应的s8550三极管饱和，相当于开关打开，对应的电磁阀得电，电磁阀对应的喷头喷水。考虑到长时间连续喷水易产生如下问题: 1)水量使用较多,冷却用水在未充分接触热源的情况下便流失,造成浪费; 2)刹车系统上残留液体不易及时蒸发,大量液体残留易降低刹车性能. 因此,当温度超标时,控制信号将以脉冲信号的形式对外输出,实现对刹车系统的点射式喷水降温. 在保证降温效果的同时,尽可能减少冷却水的用量以及刹车系统上的液体残留量. 图11为右前轮在行驶或制动过程中的电路原理图图12为右后轮在行驶或制动过程中的电路原理图图13为左后轮在行驶或制动过程中的电路原理图4.1.2 水泵的选用: dp系列水泵移动和安装方便 具有自吸功能 内装压力自动开关，控制泵的正常运转, 介质温度可高达60,噪音低、耐腐蚀、压力高型号电压vdc最大出流（a）最大量,g/mi（l/min）转速r/min最高压力psi （mpa）调压开关（mpa）功率（w）dp-351272.5（9.5）120035（0.24）35（0.24）40244.83.2（12）130035（0.24）35（0.24）40dp-60126.01.3（5.0）120060（0.42）60（0.42）40243.01.3（5.0）120060（0.42）60（0.42）40dp-60a123.50.8（3.0）37560（0.42）-20dp100a241.10.32（1.2）375100（0.68）100（0.68）10dp-1252410.26（1.0）375125（0.86）125（0.86）10dp130b122.20.45（1.7）470130（0.90）125（0.86）15dp-130241.20.45（1.7）470130（0.90）/15122.20.45（1.7）470130（0.90）/15注：单位换算：gpm-加仑/分；l/min-升/分；psi-磅/平方英寸；1加仑（美国）=3.785升；1mpa=145psi以上几种型号吸程都为5m.由于大型货车长时间行驶或频繁制动后，轮胎与地面摩擦产生热量，会传到钢圈上，靠风冷散热,另外刹车片与刹车盘摩擦产生热量，会传到刹车盘上，部分传到钢圈上，靠风冷散热,热量不宜采集出，还有一部分通过水蒸发吸热或水温升高而将热量消耗掉。由此选择水泵型号无需要求太高，选择普通的水泵即可。如上表所示选择型号:dp-130（b），具体参数为： 电压：12（vdc），最大出流：2.2（a），最大流量：max. flow 0.45（1.7）g/min（l/min），转速：470（r/min），最高压力：130（0.90）psi （mpa），吸程：5（m），调压开关：125（0.86）（mpa），功率：15（w）。4.1.3 水箱选用水箱采用食品级sus304系列、sus316系列或sus444系列,基本特点：优质食品级不锈钢,sus304极大延长可水箱的使用寿命，并能较好防止水质的二次污染,结构独特合理高强度的冲压板及箱内分布均匀的不锈钢拉筋使箱体承压均匀合理.施工方便快捷标准冲压板块10001000、1000500、500500mm随意装配现场组装焊接，无需吊装设备.箱体轻盈美观高质量的冲压工艺，既保证了箱体最大限度的承压需要，又降低了材料厚度，满足了箱体的美观实用要求。由于本课题是用于制动洒水降温，对水箱的使用环境要求不太高，只要坚固耐用，根据货车承载量及货车的容积，使用者可以根据自己情况,可以自己做一个,也可以选购一个,选择时选择其中较为便宜能保证安全即可。4.1.4 三极管选用单片机输出口线控制pnp三极管作为开关管使用。pnp三极管基极与单片机分配口相联接,当spk=0时，三极管饱和，相当于开关闭合;当spk=1时，三极管截止，相当于开关断开。s8550三极管是一种常用的普通三极管。它是一种小电压小电流小信号的pnp型硅三极管0.5a/40v/1w/pnp，厂家kcd,封装to-92，特性： 集电极电流ic：max -100ma，集电极-基极电压vcbo：-50v，工作温度：-55 to +150，主要用途：开关应用,射频放大.在本课题中，选用普通的即可，用于开关作用.4.1.5 电磁阀的选用ztc系列电磁阀适用于水、油、气、蒸气蒸馏水为工作介质，采用电讯号，可进行自动远程控制工程介质管路通断的自动化元件，具有启闭迅速，使用方便，节能好，寿命长等优点，广泛应用于染化、纺织、印染、食品、医药、卷烟、石油化工、冶金等部门的自动控制。主要技术参数公称通径: 6-300mm开阀能力:0.03-1mpa 0-0.6mpa适用介质:水、油、气、蒸气、蒸馏水工作压差:0.03-0.8mpa 0.03-1.6mpa介质温度:5-155和5-220环境温度:-10-+50线圈允许温升:80电源电压:ac 220v 380v 36v；dc 24v 12v安装方式:dg5 1/2” dg10 1/2” dg15 3/4”工作原理:ztc系列电磁阀是一次开阀和二次开阀，其中dg10-15为二次开阀的特点，当电磁阀线圈通电后,形成磁场吸起活动铁芯，阀内上部压力消偿，阀塞被迅速托起，主阀口开启，阀便形成通路:dg6采用一次开阀的直动式结构，其工作压差为0-0.6mpa。驾驶者根据车辆运载情况选择阀的型号.4.1.6 蜂鸣器的选用 当系统检测到缺少水时，蜂鸣器发出报警信息.单片机口线spk控制pnp三极管作为开关管使用。当spk=0时，三极管饱和，相当于开关闭合，电压vcc加在蜂鸣器上，蜂鸣器鸣叫;当spk=1时，三极管截止，相当于开关断开，没有电压加在蜂鸣器上，蜂鸣器不工作。品牌：hydz，型号：hyt-12xx ，种类：蜂鸣器(片) ， 材质：ppo sgs，规格尺寸：12*9.5（mm），市场价1.5元/个 ，主要技术参数如下：型 号 type unit hyt-1205额定电压（vdc） rated voltage v 5电压范围（vdc） operating voltage v 4 -7压定电流（ma） rated current ma 30额定声压（db） sound output at 10cm db 85谐振频率（hz） resonant frequency hz 2300300反应时间（ms） response time -20+70工作温度（） operating temperature -30+85储存温度（） storage temperature noryl重量（g） weight g 24.1.7 led灯的选用与二极管 普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻，所以选用市场上常见即可。4.2 温度检测单元设计4.2.1 温度传感器的选择大多数情况下，对温度传感器选用，需考虑以下几方面问题： 1） 被测对象温度否需记录、报警和自动控制，否需要远距离测量和传送。 2） 测温范围大小和精度要求。 3） 测温元件大小否适当。 4） 被测对象温度随时间变化场合，测温元件滞后能否适应测温要求。 5） 被测对象环境条件对测温元件否损害。 6） 成本低，使用是否方便。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(rtd)和ic温度传感器。ic温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。热电偶应用很广泛，它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从200到2000。它们的特点是：低灵敏度、低稳定性、中等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。 rtd精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到400左右。它们也有很大的tc，且价格昂贵(是热电偶的410倍)，并且需要一个外部参考源。模拟输出ic温度传感器具有很高的线性度 (如果配合一个模数转换器或adc可产生数字输出)、低成本、高精度(大约1%)、小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限(-55150)，并且需要一个外部参考源。数字输出ic温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢(100 ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将ic设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。与热敏电阻、rtd和热电偶传感器相比，ic温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供一个数字输出，并能够在一个相当有用的范围内进行温度测量本系统中,温度测量是极其重要的一个环节,准确的温度测量是提供有效温度控制功能的必要前提. 在实际设计时,考虑到使用情况的多样性,系统为使用者提供了4个温度测量输入点,分别为左前(zq),右前(yq),左后(zh),右后(yh). 此外,考虑到货车在长途行驶过程中,温度传感单元的工作环境较为恶劣,若采用传统的将温度信号转换为电信号,再经a /d转换的温度测量方法,不但硬件电路较为复杂,维护较为困难,且系统的可靠性不高.针对上述情况,在本系统中,采用ic数字输出型传感器, ds18b20 传感器在现实生活中应用范围广泛。4.2.2 ds18b20的特点及硬件图图14 ds18b20引脚与封装 如图14所示为ds18b20的引脚与封装图，ds18b20引脚定义如下：1) dq为数字信号输入/输出端； 2) gnd为电源地； 3) vdd为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地.）图15 ds18b20传感器内部结构图ds18b20传感器的内部结构如图15，它的内部结构，决定了它作为温度传感元件,主要特点如下 5 : 1) 应用范围广泛,适用于恒温控制、工业系统、消费类产品、温度计或任何热