机械毕业设计（论文）-大型货车行车制动器降温机构的设计【全套图纸】.doc

大型货车行车制动器降温机构的设计学 生：指导老师：（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘 要：山区道路坡大弯急，汽车行驶过程中需要频繁制动，制动器工作时间较长，制动蹄片和制动毂容易发热，导致摩擦片的摩擦系数急剧下降，致使汽车制动效能衰退，严重影响制动的可靠性。为了保持行车安全，提高汽车运输效率，需要对制动器进行降温处理，减少热负荷。本文提出一种能够适时准确对制动毂进行淋水冷却的装置的实现原理。关键词：制动系统;DS18B20温度传感器;电容开关传感器;AT89C51单片机；遥控发射接收模块全套图纸，加153893706Large Truck Crane Brake Cooling Design of OrganizationAuthor：Tutor：（Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128）Abstract：Mountain road slope big bend urgent, car the course of driving the need for frequent brake, the brake work over a long period of time, of brake shoes and brake hub prevails, cause friction piece of the friction coefficient fell sharply, cause the brake performance recession, the serious influence the reliability of the brake. In order to maintain the safety, improve the car transport efficiency, need to cool down brake handle, reduce the heat load. In this paper a kind of can accurately in the brake hub for water cooling shower the device in principle.Keywords: brake system; The temperature sensor DS18B20; Capacitor switching sensors; AT89C51 single-chip microcomputer; Remote control launch receiving module1 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。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 制动系统原理的分析2.1 汽车制动的原理及制动器结构当踏下制动踏板1时，通过推杆2推动主缸活塞3后移。主缸4将产生高压油液经油管5流入轮缸6中，推动两活塞7外移而使两制动蹄饶各自的支承销转动。制动蹄上的摩擦片9压紧在制动毂的内圆柱面上。这时不转动的制动蹄对旋转的制动毂作用一个与转动方向相反的摩擦力矩（也叫制动力矩M。由于制动力矩M的作用，使车轮对地面作用着一个向后的圆周推力F,同时地面也对车轮作用着一个向后的反作用推力Fb，这个反作用推力Fb是使汽车制动的外力，称为制动力。制动力经车轮、车桥、悬架传给车架、车身，迫使汽车减速。制动力越大时，汽车的减速度也越大。但是，与汽车牵引力类似，汽车制动力的大小不仅取决于制动力矩M大小，还受轮胎与地面附着条件限制。在制动系不工作时，回位弹簧13使制动毂8的圆柱面与制动蹄之间留有一定大小的间隙，车轮及制动毂可以自由转动。1-制动踏伴；2-推杆；3-主缸活塞；4-制动主缸；5-油管；6-制动轮缸 ；7-轮缸活塞；8-制动毂；9-摩擦片；10-制动蹄；11-制动底板；12-支撑销；13-回位弹簧图1 制动系工作原理示意图Fig.1 Brake system working principle diagram2.2 刹车过热问题解决方案制动器工作时，摩擦所产生的热绝大部分传给了制动毂，使其温度升高，制动毂升温后将膨胀而使制动间隙增大。为了减少温升，应当使制动毂有较大的热容量，因此制动毂应具有足够大的质量，有些汽车的制动毂外表面还铸出若干肋片，以增加散热面积和刚度。摩擦片的导热性很差，通过它传到制动蹄的热量很少，而且难以向大气散热。因此，摩擦片工作表面的温升也会很严重。摩擦片温升过高将导致摩擦系数大幅度下降而严重影响制动效能（这种现象称为制动器的热衰退），以及耐腐蚀变坏而缩短使用寿命，情况严重时还可能烧毁。针对制动负荷大的问题，人们设计了排气制动辅助装置，在一定程度上缓解了制动热负荷的问题，但该系统相对复杂，价格较高，使用范围受一定的限制，对一些低价位的货车加装该系统显然是不经济的。目前，一些载货汽车进行了制动器淋水冷却，虽然具有一定的效果，但由于淋水时机难以掌握，经常产生制动毂变形开裂，导致车辆不能正常制动和行驶。因此，设计能够适时自动水冷却装置是非常必要的。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 传感器安装位置的确定由于在汽车行使过程中，制动毂是在转动的。故采集温度信号的温度传感器（因热电偶回路需接入导线和测量仪表）不能直接安装在制动毂上。制动蹄与摩擦片都是热的不良导体，且在制动过程中的频繁振动，也不利于传感器的安装。因此热电偶只能安装在既能够较精确的检测到制动毂的温度变化，又不随制动毂一起转动的位置，经过比较分析，将热电偶温度传感器安装在制动轮缸上端，距离制动毂工作表面（即内圆面）非常接近，但又不能与制动毂接触。因为鼓式制动器的内部是封闭的，制动过程中产生的热量不能较快散逸，而热电偶传感器与制动毂工作表面非常接近，所以能够较精确的检测出制动毂上的温度。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。3 东风牌EQ1202WB3G载货汽车3.1 EQ1202WB3G车型介绍图2 东风牌EQ1202WB3G载货汽车Fig.2 EQ1202WB3G Dongfeng car parts 东风牌EQ1202WB3G载货汽车由东风汽车有限公司生产制造，该产品底盘选用东风汽车有限公司生产的东风牌EQ1202WB3GJ载货汽车底盘，发动机选用东风康明斯发动机有限公司生产的ISDe21030柴油发动机，发动机排量为5900，发动机功率为155千瓦，整车总质量20010千克，上户吨位9990千克，整备质量9825千克，最高车速可达90公里/小时。本车采用的是鼓式刹车，我所研究和设计的系统都是基于本车的制动系统而研究的。3.2 EQ1202WB3G的降温系统初步设计EQ1202WB3G所使用的后部防撞装置为一简易的防护架，和一般的卡车的后部防护装置没有任何区别，简易的H型结构，这种防护架结构简单。我设计的是将水箱安装在防护架上尾灯旁，在供水的前提下，它又可以起到防火的效果。水箱图3 水箱安装位置初步设定Fig.3 Water tank installation position preliminary setting图4 降温系统原理图Fig.4 Cooling system diagram4 自动控制系统功能设计4.1 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。5 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.5.1 系统主控设计5.1.1 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5 所示为AT89C51Fig.5 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6所示图6 时钟电路Fig.6 Clock circuitRST：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7所示:图7 复位电路Fig.7 Reset circuitP0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。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图8 输入输出口接线方式Fig.8 Input output connection mode (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9所示。图9 左前车轮的三极管驱动电磁阀和水泵蜂鸣器电路图Fig.9 The left front wheel drive of solenoid valve and pump transistor circuit diagram a buzzer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10 为右前轮在行驶或制动过程中的电路原理图Fig.10 For traveling in a front-right wheel failure or in the process of braking circuit principle diagram图11 为右后轮在行驶或制动过程中的电路原理图Fig.11 Right rear wheels in driving or braking process of the circuit principle diagram图12 为左后轮在行驶或制动过程中的电路原理图Fig.12 The left rear wheel drive or in the braking process circuit principle diagram5.1.2 水泵的选用及水箱的选用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、压力高表1 水箱型号及其参数Table 1 Water tank model and its parameters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）续表140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）DP100A241.10.32（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）。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。5.1.3 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。5.1.4 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：HC，型号：HC12-16R ，种类：蜂鸣器(片) ， 材质：PPO SGS，规格尺寸：12x8.5（mm），主要技术参数如下：型 号 Type Unit HC12-16R额定电压（VDC） Rated Voltage V 1.5电压范围（VDC） Operating Voltage V 1-2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 2048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 25.1.5 电磁阀的选型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.图13 液位报警装置图Fig.13 The liquid level alarm device figure5.1.6 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.5.2 温度检测单元设计5.2.1 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。5.2.2 DS18B20的特点及硬件图图14 DS18B20引脚与封装Fig.14 DS18B20 pin and packaging 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Fig.15 The sensor DS18B20 internal structureDS18B20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、温度计或任何热敏系统; 2) 体积小巧,可安装于狭小的空间范围内,进行温度测量;3) 具有独特的单线接口方式,与单片机连接时,只需一个端口即可完成数据的双向通讯;4) 可通过编程直接获得912位的温度转换数值,无需使用A /D转换电路; 5) 每个传感器具有唯一的64位识别码,可实现单总线多点测量;6) 工作电压为3515 V;7) 温度测量范围为- 55 + 125 ,默认分辨率为015 5 ;8) 最大温度转换时间为750 ms (12位) ;9) 用户可自定义非易失性报警上下限值.所以采用DS18B20温度传感器可满足选用选用温度传感器要考虑的几方面问题，并能满足本装置的功能要求.使用DS18B20温度传感器, 将DS18B20温度传感器设于车辆刹车毂内止动蹄上或者刹车毂外旁边，DS18B20 温度传感器信号输出端与AT89C51单片机的输入端连接，单片机向传感器发出温度转换命令后,温度转换工作可直接在传感器中完成,然后,通过读命令,单片机即可从传感器的存储单元中读入转换数据进行处理,无需额外添置A /D转换设备.对于DS18B20温度传感器的硬件电路,有两种连接方法,分别是寄生电源供电电路和外部电源供电电路。如图16,17所示.图16 寄生电源供电电路Fig.16 Parasitic power supply circuit图17 外部电源供电电路Fig.17 External power source supply circuit寄生电源供电电路在进行远程温度检测时,无需本地电源,且当缺少外部供电电源时,传感器依然可正常工作。但为了实现这些优点,需要占用较多的口线,控制复杂,且当测量温度较高时,由于漏电流的影响,传感器将无法保持连续通讯,影响测量效果5。 考虑到温度测量距离较短,且有可靠的外部电源供电,为了提高系统的可靠性,降低设计难度,因此,本课题选用外部电源供电电路作为传感器硬件电路。即图17电路.5.2.3 温度检测电路在整个系统中, 将单片机的P2.1P2.4口作为温度传感器的信号通讯口,同时,在各个输出口上都配以对应传感器工作状态指示灯,用以指示工作状态. 温度检测电路如图18所示.图18 温度检测电路Fig.18 Temperature detection circuit5.3 液位检测单元设计5.3.1 液位传感器的选择电容式传感器结构简单,分辨率高,测量精度高,并能在高温,辐射,强烈震动等恶劣条件下工作,因此电容式传感器在液体测量中应用是可行的。电容式传感器在液位测量技术方面应用较多。电容式传感器是以各种类型的电容器作为敏感元件,将被测物理量的变化转换为电容量的变化以达到检测的目的.本系统中,由于采用水冷降温法对刹车系统进行降温,需要考虑水量,因此,除了温度检测单元,还需配备一个液位检测单元,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.5.3.2 电容式接近开关工作原理电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。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口输入单片机中,当单片机接收到高电平信号时,即判断水箱缺水,发出报警信号. 5.4 人机接口单元设计为了增强度控制的灵活性,让使用者可自行调节温度控制效果,同时也为了让使用者可实时观察到各个车轮的温度情况,所以增加了一个人机接口单元.该单元中的输入部分,采用SJ8430遥控接收器作为输入器件,接于单片机的P1.0 P1.3口,按钮按下时,单片机将获得一个低电平信号. 本次设计采用SJ8430 是用于红外遥控系统的一体化接收模块，内置PIN光敏二极管和前置放大器IC，实现红外遥控信号的拾取、放大和解调，检波输出信号可以直接由微处理器解码。SJ8430 采用可滤除可见光干扰的环氧树脂封装，不易受环境光干扰，并能够抑制非控制信号的脉冲输出。5.4.1 SJ8430收发模块SJ8430芯片的硬件特点及内部结构框图图19 SJ8430内部结构框图Fig.19 SJ8430 internal structure diagram如图19所示为SJ8430的引脚与封装图，SJ8430引脚定义如下：1) 1-OUT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.）SJ8430芯片内部框图如图19所示：图20 SJ8430芯片内部框图Fig.20 SJ8430 chip internal diagram图21 SJ8430应用电路图Fig.21 SJ8430 application circuit diagram红外接收系统的原理分析：常用的红外收发模块一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为 红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普 通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见 光。目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为 940nm 左右，外形与普 通发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三 种颜色。判断红外发光二极管好坏