【《基于STM32单片机的机动车制动检测系统设计》14000字】

目录-34-第一章绪论1.1研究背景与意义自从机动车被发明出来，汽车工业由此进入了快速发展的阶段，一直到现在我们生活中的机动车也越来越多，人们对机动车的性能检测问题也越来越重视。2021年4月7日消息，据公安部统计，截至2021年3月，全国机动车保有量达3.78亿辆。汽车也由于其功能的不同发展很多种类，对于汽车功能的检测也变得复杂起来。2018年1月1日出台实施的GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》中明确要求，汽车安全性能要通过自动化设备进行监测和判断，机动车制动检测是所有机动车必检项目之一[4]。根据汽车安全调查的统计，现在发生的很多道路交通事故和车辆的制动性能有直接关系。另外，包括制动动作发生时机动车行驶的制动距离在内，紧急刹车产生的横向冲击和行驶刹车突然故障失灵等情况，都很容易导致严重的道路交通事故。汽车的制动性能是安全运行的重要保证，性能良好的制动系统可以大大保证驾驶的安全，也可以很大程度上减少道路事故的发生。实施汽车安全试验设备制动性能测试的研究在当今社会都备受瞩目，我们国家也十分重视。在当今社会，我们国家要求的机动车安全性能的所有检测项目中，机动车的制动性能是关系到车辆行驶安全的重要技术条件，所以现如今大力推进发展机动车安全检测机构的制动性能检测能力试验的研究意义重大，保证机动车的制动性能也应该是我们应当重要考虑的问题。因此，机动车制动性能的安全检测具有十分重要的意义。本课题的任务是设计一个机动车制动性能检测系统。该系统可以通过上位机或者按键完成系统的标定、设定、测试等功能，并把检测出的制动值实时显示出来，可以更好的实现对机动车制动的检测。1.2机动车制动检测技术的发展及现状1.2.1检测技术国外研究现状汽车工业诞生于20世纪初，随着汽车技术的进步，西方工业化国家开始发展机动车性能检测技术。性能测定技术的快速发展主要发生在60年代末，而且当时大量先进的汽车检查设备都与光电技术结合。自上世纪70年代以来，计算机技术的出现和迅速地发展，极大地推动了汽车检查技术向智能化方向发展[2]。很多发达国家为了可以更好的检测汽车的各项性能，更是建立了可以对机动车进行系统检测的检测站，对机动车进行定期的、全面的检测维护。随着各项技术的逐步发展，现如今的机动车性能检测系统也越来越先进，各种的检测也越来越全面、安全。1.2.2检测技术国内研究现状我国的汽车检测技术起步于20世纪中期，当时由于我们使用的汽车数量不多，所以几乎不会去主动检测汽车的各种性能，只是在汽车出现故障之后去进行维修，我们国家为了实现这一目的研制出了一些相对简单的检测设备。80年代之后，随着科技进步和经济的大幅增长，汽车制造业和公路交通事业开始迅猛发展，环境和交通安全问题也开始变得严峻，汽车检测技术才进入发展的黄金时期，迅速向着更先进的方向发展。进入20世纪90年代后，我国已建成600多个汽车检测站，伴随着机动车新技术的出现，机动车检测技术和检测设备生产也取得了跨越式发展。到了本世纪初，我国综合、单项性能检测站数量已达到近3000家[3]。随着社会化的逐渐推进，机动车制动检测机构的数量也在快速增加，检测机构的增多无疑给机动车的性能检测提供了便利，但是也显露了很多弊端，比如检测站的分布不够合理，这样就会导致有些检测站只能排队等候，有些检测站根本没有机动车检测；还有就是检测水平达不到国家要求的标准，这样不仅消费者受到了欺骗，机动车的性能依然达不到标准，驾驶上路还是存在风险；更甚者可能还有违法违规检测，这样对机动车原本性能产生损坏，导致的后果更严重。因此，在增加检测机构数量的同时，我们国家也必须要加强检测机构的监管制度，以保证对机动车的性能检测符合国家标准。当然，现如今我国的机动车制动检测技术也有其局限性，比如只能在机动车低速运行时进行，而且也只能进行单轴的检测，虽然距离我们心中的理想化检测还有一定的差距，但是该项技术一直在持续有效的发展，相信不久的将来我们一定可以顺利实现在高速情况下，对机动车进行多轴检测。1.3机动车制动性能检验方法1.3.1制动性能评价指标机动车的制动性能是指机动车在行驶过程中，机动车车轮能产生的强制减速度，或者机动车在短距离内停车并且可以维持行驶方向稳定，还有就是在连续下长坡时也可以维持一定车速的能力。通常情况下，我国对机动车制动性能评价依据一般包括制动效能、制动效能的恒定性及制动时汽车的方向稳定性三个方面的系统检测[5]。制动效能就是机动车以一定的初速度在正常行驶中，此时的路面情况符合良好，从机动车开始制动，一直到机动车速度降低直到停车，这一段时间机动车行驶的距离或者在减速行驶时间中制动产生的最大减速度。制动效能是制动性能三项评价指标里面最基本的评价标准，它主要是由制动时产生的制动力、制动过程中形式的距离、制动过程中的最大减速度以及制动过程所用的时间来决定。制动效能的恒定性又可以被简称为抗热衰退性，这样可以从字面意思上理解，就是机动车在以很高速度并且长时间行驶，或者进行连续的下长坡持续制动，这时制动器就会产生大量热量，从而引起发热，进而导致制动器工作能力下降，如果制动效能的恒定性好，就能在较高温度下仍能保持相对正常的工作能力，因此我们现如今机动车制动器在设计过程中考虑的一大重要问题就是制动效能能否在高温状态和低温状态都保持稳定，以保证制动性能的正常工作。制动时汽车的方向稳定性就是车辆在正常行驶中，在需要制动和进行制动的过程中，车辆自身可以时刻保持稳定，不会发生侧滑、跑偏或者失去控制，从而降低事故的发生概率。1.3.2制动性能检验方法为了更加全面、系统的进行机动车的性能检测，我国建立起了很多运用现代化检测技术的机动车检测站，虽然目前还只是能进行单轴检验，但是目前已经达到在汽车不进行解体拆卸的前提下进行检测，也能判断出车辆可能会出现的故障，可以有效降低事故的发生概率。到目前为止，我国的机动车制动检测站所使用的性能检测设备也多种多样，大体可以分为路试检测法和台式检测法，其具体分类如图1-1所示。图1-1机动车制动性能检测设备分类路试检测法包括第五轮仪检测法、非接触运动分析检测法、便携式制动性能测试仪检测法和基于GPS的制动性能检测法[6]。路试检测法是相对早期使用的机动车性能检测方法，它的特点在于在实际路面进行各种性能检测，可以比较真实的通过模拟机动车行驶的实际情况，从而可以反映出机动车的各项性能，而且可以不借助其他大型设备，但是路试检测法也有其不足之处，即需要一个比较大的检验场地，而且耗费时间比较多，重复率不高，也不能准确地反映出机动车出现故障或者达不到要求的详细位置，因此如今这种检测方式使用的相对较少，图1-2便是常见的路试法检验用到的设备。图1-2五轮速度仪和路试检测装置台式检验法是现在使用广泛的机动车制动检测方法，它主要包括平板式制动检测法和滚筒反力式制动检验法，台式法检验可以再室内平台上面进行，不但可以不受环境等因素的干扰，而且可以多次重复以求到相对稳定准确的结果，整个过程都可以进行详细的检测[7]。相比于路试法可以检测出前后轴制动力的分配以及每个轴的不同平衡状态，检测结果更可靠、更准确。第二章机动车制动检测的方案及对比分析2.1制动检测台检测项目及技术要求2.1.1传统制动检测台的检测项目及分类制动性能台式检验的主要检测项目：制动力、制动力平衡要求、车轮阻滞力、制动协调时间。制动力就是机动车在正常行驶过程中，道路情况正常，能够实现制动的力；制动力平衡要求是机动车制动时，需要保证车身的稳定，防止车辆制动过程中发生侧滑甚至翻车，这是机动车通过检测必须达到的平衡要求；车轮阻滞力是指车辆在行驶或者驻车制动装置处于完全释放状态下，让车轮转动起来所需要的作用力，使用润滑油可以有效减少车轮阻滞力。制动协调时间是指机动车在常规路面正常行驶时，突然开始进行紧急制动，从制动踏板开始发生动作产生制动效果开始，一直到车轮制动率达到75%所花费的时间。2.1.2制动检测台的要求1.对制动系的技术要求：汽车制动系应具有行车制动、应急制动和驻车制动三大基本功能。2.制动台的各项检测要求制动性能台式检验车轴制动力的要求主要针对于汽车，要求在汽车空载的情况下，制动力总和整车质量的百分比必须大于等于六十，如果汽车处于满载状态，那么制动力总和整车质量的百分比则必须大于等于五十，同时还要求前轴制动力与轴荷的百分比也要大于等于六十。（2）制动力平衡要求机动车慢速运行的过程中，突然进行制动动作，在制动力逐渐增加的整个过程中，左轮和右轮两轮制动力之差与该左、右轮中制动力较大者相比较的值，对前轴不得大于20%，对于后轴不得大于24%。（3）车轮阻滞力对于汽车和无轨电车的检测中，其车轮阻滞力均不得大于该轴轴荷5%[8]。满足以上功能的制动台便可对机动车进行台式检验，台式检验占用面积较小，耗费时间偏短，也适合对机动车进行多次、多方面的检验，属于比较先进的机动车性能检验方法，其流程如图2-1所示。图2-1机动车检测流程图2.2制动检测的方案的选取2.2.1机动车制动性能检测的现有方案目前，我国使用的机动车制动性能检测的方法主要有滚筒反力式制动试验台检测、平板式制动试验台检测和人工路试制动检测3种，常用的是前面两种[1]。滚筒反力式制动试验台检测法目前，机动车性能试验台已广泛应用于我国的汽车试验机构。汽车试验台的结构虽然多种多样，但是其识别原理和检测方法基本相同，不过其维修形式和放置方法却不同。其现场检测图如图2-2所示。图2-2滚筒反力式制动检验台现场检测图当使用滚筒反力式汽车制动检验台进行性能检测时，检测系统通过计算接收被测车辆的制动检测数据，通过位置滚动响应试验定量分析车轮制动力和刹车片力的变化，但由于试验中车辆相对静止，与在道路上行驶时的情况会有所不同，而且也会与车辆在路面上实际制动性能会有一定程度的不同[9]。根据目前的实际应用情况反映，使用滚筒反力式制动检验台进行机动车性能的检测也有其不足之处，主要由以下问题：（1）对于试验机动车辆的自调节行车底座，有些限制不适用于机动车底座太短或太长的车辆。驾驶员的操作对测试结果就会有重要影响，即使测试结果没有被人为识别。（2）滚筒反力式检测台连接的计算机必须具有较高的数据处理能力，因为要进行机动车突然制动时的制动性能试验，数据处理能力不够，结果会有很大误差，缺乏可信度。另外，现在的滚筒反力式检测台不能进行只针对于某一点的制动性能不平衡试验。除上述外部因素外，制动器试验台的自身结构等因素也会影响制动器试验台的检测精度，主要体现在以下几个方面。①传感器的张力轴必须垂直安装在臂上。②传感器接受力的点在反作用力轴上的位置不应占据很大的接触面积，而且要与叶片进行接触，否则会影响测量的精度。③制动台用于测量力的杠杆系统也必须具有足够的阻力。如果杠杆系统没有足够的阻力，在进行高强度的工作时就会导致功能失常，产生很大的误差，部分数据的误差就会导致最后的测试结果不准确，从而达不到机动车性能测试的目的。④由于异步电动机广泛应用于鼓式制动站，电动机转速随负载的增加而降低，也会导致无法准确测量出实际车轮的最大制动力。平板式制动试验台检测法平板式制动试验台检测车辆的操作方法相对于路试法较为简单，让检测员在机动车中以5km/H~10km/H的速度在平台上运行，4个车轮在平台上，其现场检测图如图2-3所示。在刹车停止前踩刹车，可以准确地测定出的车辆的各个车轮对应的制动识别数据，机动车制动试验台也可以模拟实际行驶条件下的制动性能。但是，运行中仍然存在以下问题。（1）该设备不适用于试验车辆，不能适应两轴大型车对车辆的制动性能。（2）测试的结果是测试车辆的行驶速度和踩刹车踏板的速度。（3）不能测量空车的最大制动力。（4）平板制动器试验台和相关机器对大型车来说特别昂贵。图2-3平板制动检验台现场检测图3.人工路试制动检测人工道路制动检测中存在人为因素、位置、速度等问题[10]。便携式制动性能试验主要用于人工道路制动试验。便携式制动性能试验可以定量地测量被测车辆的实际速度、制动延时和制动力的平衡性，但是其试验原理和标准方法并不能保证试验结果的公平性。试验车辆的制动延时受初始制动速度、制动速度和制动力的影响。虽然人工路试检测方法受到很多因素的影响，但最终的人工路试结果只是对整车制动性能的一个粗略的整体评价，并且不能因为有了刹车的条件，驾驶者才可以进行制动动作。2.2.2本设计所选方案结合以上对多种机动车制动检测方法的分析和对比，本设计决定选的使用目前最常用的滚筒反力式汽车制动检验台来进行后续的设计和研究，大体的思路是先了解其各个组成部分，然后到硬件系统和软件系统的设计，完成各部分电路的设计以及电路原理图的绘制，再进行部分内容的仿真和编程，最终证明该方案的可行性。2.3滚筒反力式汽车制动检验台的组成滚筒反力式机动车制动台是测定汽车制动力的测定装置，制动台主要由滚筒装置、驱动引擎、制动机构、测控系统和指示装置构成。制动台制动力的测量原理是滚轮在机动车车轮表面产生反向作用力，反向作用力由制动站测量系统检测[11]。滚筒反力式汽车制动试验台的结构简图如图2-4所示。它由结构完全相同的左右两套车轮制动力测试装置和一套指示与控制装置组成。每一套车轮制动力测试装置由框架、驱动装置、滚筒装置、第三滚筒和测量装置等组成。图2-4滚筒反力式汽车制动试验台的结构简图驱动装置：驱动装置由电动机、减速器和链传动机构组成，电动机经过减速器内的蜗轮蜗杆和一对圆柱齿轮的两级传动后驱动，主动滚筒又通过链传动机构带动从动滚筒旋转，从而实现为整个性能检验装置提供动力的能力。驱动装置实况图如图2-5所示。图2-5驱动装置实况图滚筒装置：所谓的滚筒装置就是模拟一个可以进行滚动活动的路面，同时可以传递使机动车停止的制动力[12]。滚筒装置分为主、副两组，每一组检验机动车制动性能的滚筒装置分别对应着前轮和后轮，且两组互相平行，其实况图如图2-6所示。图2-6滚筒装置实况图第三滚筒：第三滚筒安装在弹簧支撑的浮动臂上，平时保持在最高位，在进行机动车制动检测时，被检车辆的车轮置于主、从动滚筒之间，同时压下第三滚筒并保持可靠接触。另外第三滚筒上也安装有转速传感器，测控装置可以通过这个转速传感器来测量车轮的转动速度。原理是将在第三滚筒上的转速传感器产生的一个脉冲信号，传递到到检测系统，再换算成车轮的线速度，然后传输出来显示。第三滚筒实况图如图2-7所示。图2-7第三滚筒实况图测量装置：制动力测试装置主要由测力杠杆和传感器组成。测力杠杆可以根据力的作用测量出机动车进行制动动作时产生的制动力，然后其一端和传感器相连，之后将其测量出的制动力传递给传感器，这样就得到了测量值。测量装置工作原理简化图如2-8所示。图2-8测力传感器原理简化示意图指示与控制装置：试验台的指示与控制装置主要由单片机、放大器、转换器、数字显示装置和打印机等组成[12]。从轴重传感器送来的电信号，经传输调理，放大滤波后，送往A/D转换器转换成数据，经单片机采集、存储和处理后，检测结果由数码管显示或打印机打印出来，机动车制动测量系统工作的整个过程如图2-9所示。图2-9指示与控制第三章机动车制动检验台系统硬件设计第三章机动车制动检验台系统硬件设计3.1设计各部分电路3.1.1设计单片机最小系统单片机（SCM）的组成部分有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、计时器/计数器、输入/输出接口电路、总线等基本环节，每一个部分有着其专门的功能，共同配合以实现单片机的功能[13]。（1）中央计算机处理单元（CPU）是单片机的核心，它包括计算机处理单元、控制器和寄存器。（2）存储器是专门用来存储数据和程序的空间。单片机芯片有随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种类型的存储器。RAM可以由处理器随机读取和写入，但是当用于存储临时数据信息的单片机发生断电之后，里面存储的数据信息就会消失。ROM信息只能由CPU读取，CPU不能写入，通常用于存储系统程序和固定表数据，ROM内容可由专用程序员提前写入。（3）I/O接口是单片机与外部设备之间进行数据信息交流的桥梁，通过I/O接口可以实现单片机与外部设备（键盘、显示器等）之间的信息传输。（4）总线是一种内部结构，它是CPU、内存、输入、输出公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接。根据本设计要求，我选用了STM32F103RBT6单片机，其引脚图如图3-1所示：图3-1STM32F103RBT6引脚图3.1.2设计传感器检测电路车轴负荷传感器用于车辆跟踪系统中的车轴负荷控制和车辆负荷控制。轴荷传感器可以提供模拟信号，可以向车辆跟踪系统提供诸如车辆位置、装卸时间等重要信息。在利用反作用制动平台的汽车制动性能测试中，为了了解汽车的轴承，轴承测量装置是不可或缺的设备。轴承测量装置可以测量机动车轴承的各方面信息，顾名思义，车轴（轮）的重量显示器也用于测量汽车车轴（轮）的重量。从构造上看，搭载机分为机械式和电子式两种构造。从实用角度来看，电子轮毂搭载机具有结构简单、精度高、可发送电信号的方便计算机网络化等优点，应用广泛[14]。机动车制动平台内藏着多家企业生产的轴（轮）规。对应上面的支撑板，制动平台下面有4个传感器。从传感器的重量中减去了被称为轮重量（轮重量）的平台的重量。图3-2示出了汽车的轴重量的测量。图3-2机动车轴重检测流程根据规范要求，采用YZC-528-3T型轴重传感器，其基本原理如图所示3-3。测量压力的传感器采用S型结构，柔性强，密封技术先进，IP65密封等级，可在高湿度条件下工作，具有多孔结构和双孔结构；该传感器具有柔性成形结构和由弹性板材组成的剪切结构[15]。具有良好的线性和重复性，平衡传感器的准确度和灵敏度，保证传感器的长期稳定性。图3-3传感器电路原理图3.1.3设计键盘的接口电路1.键盘分类根据键盘的构成不同，可以将其分为机械键盘、导电性橡胶键盘、箔键盘等。根据键盘的功能不同，也可以将其分为编码键盘和非编码键盘两种基本形式。①编码键盘编码式键盘是通过数字电路直接产生对应于按键的ASCⅡ码，不仅自动检测键，还通过除去抖动、补充键等，来进行键码（例如可以传递对应于打印处理器的功能的ASCII代码）。②非编码键盘键盘提供了一个简单的支柱键接触矩阵。键盘识别、键盘标记和输入、手抖距离等功能将用其他的软件来进行补充[16]。2.键盘接口的功能和原理键盘接口必须具有四个主要功能：防抖动、防串键、按键识别和密钥代码生成。①抖动：按下开关时，机械键几次打开和关闭，直到开关可靠地打开。防抖动：有硬件和软件两种，抗混软件用于延时（10ms），硬件混合电阻采用RS触发器。②串键：同时按多个键或不按一个键，然后按新的。解决方案：双锁，N和循环。双锁锁定：如果你想按两个或两个以上的键，那么只有最后一个输出的键才被认为是有效的，并创建相应的代码。N键周期：N年，在此期间按多个键可以根据键的排列顺序创建相应的键代码。③按键识别：线路扫描法、线路传输法。扫描字符串的方法：这个方法的基本思想是程序按行扫描键盘并根据列的输出状态定义代理.因此需要创建输入端口和输出端口。本次设计根据任务书的要求选用按键键盘，其电路原理图如下图3-4所示：图3-4键盘电路原理图3.1.4设计显示器的接口电路和RS232接口电路常用的显示器有LED显示器、液晶显示器、CRT显示器等，LED显示器有7段、米字型两种类型[17]。每个LED可以连接到共同的阳极或公共阴极。而且必须是不同段的驱动程序。在通用的阳极显示器中，在通常的时间段内驱动输出较低的情况下，LED电路的LED段需要吸收现场的额定电流。当区分驱动输出电路高于通常时间时，区分电路的LED点火必须提供区分电路的额定电导电流。LED显示接口分为动态和静态两种类型。动态：每个监视器都有相应的段码连接到同一I/O端口，该端口由另一I/O端口控制；静态：每个显示器的段码由另一个I/O控制，并将火控终端连接到固定水平。显示原理静态显示：把要显示的数的段码送相应的I/O口，不需要动态扫描；动态显示:选择第一个要显示的IED灯位，送出该灯位对应的段码，延时1ms，选择第二个要显示的LED灯位，送出该灯位对应的段码，延时1ms，依次类推。动态显示需要不断扫描。根据设计任务书的要求，需要使用两个四位数码管的显示器，其电路原理图如图3-5所示：图3-5四位数码管显示器接线图在串行通信的情况下，通信双方都必须使用标准接口，不过最终结果可以连接不同的设备以便于通信[18]。（“RS-485-C”只表示RS-485的版本，所以它和RS-485一样短），它代表了一种一致的通信标准。本次设计选用RS-485电路来与上位机进行通信，其基础电路图如图3-6所示。RS-485-C接口连接器通常使用DB-9连接器，通常在DCE端连接器，在DTE端连接器RS-485端口是第9个插槽。RS-232/RS-485通风口是DB-9连接器，RS-485线用于屏蔽的双绞线。图3-6RS485接口电路3.1.5设计放大电路基本放大电路是常见电路的一种，可以应用在电路施工中，其电路原理图如图3-7所示。放大器可以实现信号或者功率的增大，在处理信号的过程中可以发挥极大的作用，对其输入小信号，经过放大电路可以得到大信号，这样可以方便人们进行后续的观察分析以及研究。信号放大电路可分为单级放大电路和多级放大电路[19]。（1）场效应晶体管（FET）是一种单极晶体管增益电路，它是由场效应晶体管作为放大元件组成的放大电路。与双极晶体管一样，FET是电路的核心器件，它控制小，控制功能大，为FET工作在直流区提供了合适的位移电压。N沟道结构FET-Mop晶体管的快门由自调谐电路组成，由RG电阻接地，源为RS电阻。这种位移方法称为自反应电路，其核心是电网和电源的位移电压，即RSID电源上电流产生的径流。场效应晶体管：场效应晶体管或低信号模型中使用的非线性器件，如果输入信号电压很低，场效应晶体管也被认为是双端口网络。例如，网络和源之间的FET端口连接，以及河流和源之间的出口端口。无论FET的类型如何，电源电流都可以认为是零，输入被认为是一个开环，电压只存在于电源和电源之间。共源：与双极晶体管上的共发射极放大器相比，共源放大电路具有以下特点：高输入阻抗并联，输出电阻为0，等效开环RDS等效开环FET共源放大电路对应于压控电源。放大电路：一般的散射放大电路，又称源中继器或源中继器，与一般的集电极放大电路具有相同的特性。双极型的单级放大电路，单级放大电路一般是指由一个三极管或一个场效应管组成的放大电路。它又可分为共发射极、共集电极和共基极。每一种放大电路都有其各自的特点，实现功能方面也有所不同。图3-7信号调理放大电路3.1.6设计A/D转换器模拟数字转换器是A/D转换器或ADC，通常指电子部件的数字信号中的模拟信号。A/D转换器包括直接转换型和间接转换型，直接转换型又可以分为并联比较型和反馈比较型，其中反馈比较型又可以细分为计数型和逐次渐进型；而间接转换型可以分为双积分型（V-T变换型）和V-F变换型。A/D转换器的基本原理是在预定时间间隔之后测试模拟输入信号，并与一些标准数字信号进行比较。数字信号逐渐收敛，直到两个信号相同。有很多类型的模拟转换器，例如直接。间接、高速、高精度、超高速等都有多种形式，模拟、数字转换器的功能被称为解码器，模拟、数字转换器的功能被称为数字转换器。数字的量转化为变化的模拟量，有各种各样的种类和形式[20]。模数转换一般要经过采样、保持、量化和编码这几个步骤。取样、保持要遵循取样定理，即为了保证可以从取样信号恢复被取样信号，必须满足取样信号的频率大于等于输入信号的最高频率的两倍。把输出数字量为1时所对应的输入模拟电压称为量化单元，也可以将其称为“最小数量单位”，然后把采样保持后的值用这个量化单元的整数倍来表示，就是量化。将上述量化之后的结果用代码来表示，就是最后一个步骤编码。A/D转换器主要的指标有分辨率、转换速率、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度等。其中分辨率是指数字量变化最小量时模拟信号的变化量；转换时间是指完成一次从模拟量转换到数字量的整个过程所需要的时间，其倒数就是转换速率；需要注意的是采样速率必须要小于或者等于转换速率；量化误差是由于A/D转换器的有限分辨率而引起的误差。当然，A/D转换器还有绝对精度、相对精度、微分非线性、单调性和无错码、总谐波失真和积分非线性等指标，但是一般的学习不会涉及到。根据任务说明说的要求，选用型号为AD7606的A/D转换器，其电路接线图如3-8所示。图3-8A/D转换器电路图3.1.7设计电源电路前面各部分设计完成之后，整个硬件系统基本完成了，但是一个最基本的部分就是电源电路，电源电路是指提供给用电设备供应的电源部分的电路设计，而在本设计中电源电路的作用是给处理信息并显示的单片机供电，根据需要绘制了以下电源电路原理图，如图3-9所示。图3-9电源电路原理图3.2本章小结在这一章的学习中，我首先询问了我的导师，使用导师建议的AltiumDesigner来绘制本设计所需要的电气原理图，因为是第一次接触到这种绘制电气原理图的软件，所以花了很久的时间在网上进行学习，进行了一段时间的学习，掌握了一些简单电路图的绘制之后，开始慢慢着手绘制机动车制动检测系统，了解到了所需要设计的检测系统一共包括单片机最小系统、轴重传感器、键盘的接口电路、显示器的接口电路和RS232接口电路、信号调理放大电路以及A/D转换器，然后开始对每一部分进行学习，最后在网上搜集资料之后，逐步完成了各部分电路图的绘制。第四章机动车制动检测的软件设计第四章机动车制动检测的软件设计4.1系统编程调试和性能测试4.1.1系统编程调试要想让机动车制动检测系统正常运行，不仅仅需要硬件的支持，同时也需要软件的配合，两者共同配合才能更好的实现系统的功能。而在软件设计中，我们需要完成的任务就是编写程序，之后对编程进行调试，然后推进硬件进行工作，将传感器接受到的信息进行放大处理、模数转换，然后将结果显示出来，每一步都会有相应的软件去实现。本次设计我通过MFC模块化设计的理念，进行了自上而下进行系统的设计，软件采用面向对象编程的思想。一共分成信息登陆、参数设置、标定测试、信息查询和用户设置五大模块[21]，如图4-1所示。每个模块又可以细分成好几个小的系统模块，每个小模块存储着专门的信息，实行着特定的功能，互相配合共同实现整个系统的所有功能。图4-1测试软件设计框图4.1.2软件性能测试为了保证滚筒反力式加载制动台的正常运行，必须对设备进行现场性能测试，因为如今社会上的机动车性能检测站越来越多，难免鱼龙混杂，肯定会存在检测设备性能不完好，或者原本的检测设备就不够正规，这也是对如今监管制度提出的挑战，所以对机动车性能检测设备进行性能测试是必不可少的操作。在进行性能测试之前，首先要把测试员驾驶的车辆信息进行登录并确认，然后确定仪器处于联网状态，确认完测量装置处于正常工作滞后再启动车辆，测试员驾驶被测车辆驶入测试区，然后确认被测车辆位置正确之后，开始进行各项性能的检验，根据信息提示完成各部分的性能检测，然后测出制动力的显示值，全部的性能检测完毕之后，将检测装置停止，然后测试员驾驶被测车辆驶出性能检测区，这样性能测试的整个过程就完成了[22]。当然，这只是一次性能检测，检测结果也必然存在着偶然性，为了尽可能消除偶然性，我们目前采用的方法是让同一位测试员、使用相同的方法在完全相同的环境条件下，对多个检测设备进行测试，然后对比分析最后的结果，舍弃掉结果相差较大的测试结果，对结果相近的取平均值从而得到该设备的性能状况，最后通过大量的数据来尽可能降低偶然性带来的影响，这是目前常用的测试设备性能是否完好的有效方法之一。4.2抗干扰措施机动车制动性能检测台可以检测的性能有很多种，随之而来的很多种类的干扰，外界多种环境的影响或者自身元器件之间产生的影响都会对最终的检测结果产生干扰，而且有些干扰不仅会影响检测结果的准确性，还可能会对制动检测设备的组成元器件产生损伤[23]。因此，对于整个检测设备的抗干扰而采取的措施，对于整个系统十分重要。常见的抗干扰措施有屏蔽技术、地线技术、隔离技术和滤波技术。顾名思义，屏蔽技术就是利用屏蔽技术将干扰因素去除掉，可以有效减少电场和磁场带来的干扰；地线技术也同样，可以简单理解为多个地方引一条接地线来保证同电位，从而减少电场和磁场来带的干扰影响；隔离技术是将各个部分分别隔离开来，这样可以有效减少各个部分互相产生的干扰影响；滤波技术就是消除掉对最终结果没有实际用处的波形，这样也可以减少外界干扰带来的影响[24]。4.3软件仿真与编程4.3.1Proteus仿真由于全部系统相对复杂，后续时间有一些紧张，所以我搭建了一部分电路的仿真，如图4-2所示，即为STM32单片机AD转换部分，该部分便是将传感器接受到的信息进行转换，然后传入STM32单片机中，最后通过LCD显示出来。图4-2STM32单片机Proteus仿真图4.3.2Keil编程软件的部分重要源代码大体内容如图4-3所示，其内容主要是STM32单片机的AD转换部分，详情见附录。图4-3STM32单片机Keil编程附录第五章结论与展望5.1结论现如今，机动车的使用变得越来越多，导致了交通事故也越来越多，为了尽可能的减少机动车故障导致的交通事故的发生，我们必须严格检查机动车的各项性能，尤其重要的就是制动性能，老式的制动检验台测控系统技术不够先进，对于性能的检测也比较片面，检测结果也不够准确，在之前机动车性能要求不高的情况下，还可以使用，但是现在随着要求越来越高，这种老式的制动检验台不能满足最新的性能要求标准。本设计针对这一问题，详细研究了滚筒反力式机动车制动检验台，用于测量机动车的制动性能。在设计中我运用了AltiumDesigner19软件进行了电气原理图的绘制，进行了AD7606电路的编程和仿真。本论文的具体研究内容可分为下面几个方面：1.详细了解了机动车性能检验的历史和多个种类得制动力检测设备，在多个方面详细比较了滚筒反力式制动检验台和平板制动检验台的优缺点，并且着重研究了滚筒反力式机动车制动检验台的各项检测性能。2.根据任务书的要求和国家的最新标准，明确选择了机动车制动检验台的检测项目和各部分电路元件，分析了传统制动检验台的不足之处，考虑到了滚筒制动检验台的各项要求及其成本之后，制定了良好、经济的总体方案。3.确定了制动检验台的检验流程，确定了制动检验台的测控系统方案，在选定各部分元器件的基础上完成了传感器、放大调理电路、A/D转换器以及单片机STM32的电路接线设计，进行了AD转换部分的仿真，并研究了软硬件抗干扰措施。5.2展望本文所研究的滚筒反力式加载制动检验台在目前的社会情境下已经是比较先进的检测设备，也符合当前的最新标准，但是它仍然有它的不足之处，同样，本文的研究也还有很多不足之处，具体包括如下几个方面：本文主要对于如今常用的台式法，即滚筒反力式汽车制动检验台和平板式汽车制动检验台两种检测方法的各方面检测情况进行了对比和分析，但是对于路试法和人工法只是简单介绍了一下，并没有进行详细的对比，因为感觉现在台式法运用比较广泛，所以设计的方向和重心都放在了前者上面，以后可以在进行更加详细的探讨。另外对于后续硬件软件系统的设计也存在着不合理之处，还需要进一步完善和优化，因为后续投入的时间少了一些，所以对于系统设计程度较浅。之后有时间继续研究该课题，必须要将其进一步完善，让硬件系统和软件系统联系更加密切，运行更加严谨，从而使其运行结果更完备。更重要的，我觉得在机动车的制动检测技术方面也会有很大的进步，我相信在不久的将来，新形式的制动检测台，可以彻底分析并且排除动态制动力标定装置的影响因素；而且还可以在车辆高速运行下进行制动检测，同时还可以进行多轴制动性能的检验[25]。参考文献姜志海，刘连鑫，王蕾，嵌入式系统基础—单片机微型计算机原理及应用[M]，机械工业出版社，2009.李全利.PLC运动控制技术应用设计与实践:西门子.北京:机械工业出版社，2010，77~79机动车安全技术检验项目和方法，中华人民共和国国家标准GB/21861-2014.朱亚萌.用于检测线的车辆外廓尺寸测量方法研究[D].天津科技大学，2016.汽车驻车制动性能检验方法，中华人民共和国国家标准GB/T35349-2017.滚筒反力式汽车制动检验台，中华人民共和国国家标准GB/T13564-2005.滚筒反力式制动检验台，中华人民共和国计量检定规程JJG906-2015.王克俭.汽车制动性能检测仪的设计与实现[D].南京理工大学，2009.雷鹏.基于虚拟仪器的汽车制动性能试验台测试系统的研究[D].西华大学，2018.张天罡.滚筒反力式汽车制动试验台检测系统的研究[D].吉林大学，2008.刘美生.JJG906-2009《滚筒反力制动检验台》解读[J].江苏现代计量，2010(6):42-45.Y