基于单片机的汽车自动变速箱电磁阀测试仪的研究与实现-AET-电子技术应用

基于单片机的汽车自动变速箱电磁阀测试仪的研究与实现

2016年微型机与应用第04期

张珉，王中训，娄阳，刘宝军

(烟台大学光电信息科学技术学院，山东烟台 264005)

摘要：在一台自动变速档汽车中，变速箱是其最重要的部件之一，它的好坏关乎到整台汽车的性能，而变速箱的关键恰恰是电磁阀。然而电磁阀的性能通常不易观察得到，需要详细测试得之。传统测试方法不能高效快捷地得到结果，常常费时费力。为了更方便快捷、科学、准确地测试电磁阀，设计一个基于STC12C5A60S2单片机的由压力传感器、流量传感器组成的测试仪，具有极其重要的研究价值。单片机控制电平，通过T0、T1定时器和内部晶振控制时间，通过A/D实现模数转换，数据输出到PC上进行分析。充分利用STC12C5A60S2的软、硬件资源，使电磁阀的测试方案合理、价格廉价。而STC12C5A60S2单片机特有PWM输出、A/D转换的功能，更符合本系统设计需要，科学准确地测试出电磁阀的压力、流量等数据。

关键词： 电磁阀 STC12C5A60S2单片机传感器 AD转换器

Abstract：

Key words :

　　张珉，王中训，娄阳，刘宝军

　　(烟台大学光电信息科学技术学院，山东烟台 264005)

摘要：在一台自动变速档汽车中，变速箱是其最重要的部件之一，它的好坏关乎到整台汽车的性能，而变速箱的关键恰恰是电磁阀。然而电磁阀的性能通常不易观察得到，需要详细测试得之。传统测试方法不能高效快捷地得到结果，常常费时费力。为了更方便快捷、科学、准确地测试电磁阀，设计一个基于STC12C5A60S2单片机的由压力传感器、流量传感器组成的测试仪，具有极其重要的研究价值。单片机控制电平，通过T0、T1定时器和内部晶振控制时间，通过A/D实现模数转换，数据输出到PC上进行分析。充分利用STC12C5A60S2的软、硬件资源，使电磁阀的测试方案合理、价格廉价。而STC12C5A60S2单片机特有PWM输出、A/D转换的功能，更符合本系统设计需要，科学准确地测试出电磁阀的压力、流量等数据。

关键词：电磁阀；STC12C5A60S2单片机；传感器；A/D转换器

0引言

　　随着当今电子控制技术以及计算机科学技术的发展，汽车上采用计算机来控制的东西越来越多，包括自动变速箱［1］。电子控制自动变速器（Electronic Control Transmission，ECT）中的电磁阀是整个变速系统中的重要执行器，自动变速箱结构很繁杂，所以它直接或间接造成了90%以上自动变速箱故障。因此，研发一种可以准确、快速、简单易用的电磁阀检测设备已经成为当务之急。当前国产轿车上装备的自动变速器均采用电子控制系统，在实际的维修工作中，这方面的故障率比较高。换挡电磁阀的质量好坏不但会影响到汽车的行车安全，更会对驾驶人的生命安全产生极大威胁，另外耗油量大量增加却没提高行车速度，这与国家现行政策提倡环保和低碳生活相违背。因此研究并设计一个实用的测试仪是十分必要的。

1检测仪的设计

　　1.1系统的整体设计

　　系统软件设计主要是通过C语言编程实现单片机STC12C5A60S2后信号转换相对PWM占空比图变量传送到计算机测量传感器［2］。系统上电，PWM信号驱动电磁阀模拟工作之后，此时传感器已经测得流量和压力，通过串口发送到单片机，随之单片机对模拟数据进行数字转换，并且串口传输到PC，PC根据数据绘制坐标图，然后对测试图与标准图进行对比，即可很方便地判断该电磁阀的性能，系统流程图如图1所示。　

　　系统的硬件结构为：单片机连接电磁阀和传感器，控制电磁阀的开关，读取传感器采集的数据，是本系统的核心；PC负责获取经单片机处理过的有效数据并绘制曲线，是本系统的“临门一脚”，它们各司其职，有机结合在一起，使本系统科学高效地工作。

1.2硬件设计

　　本系统采用STC12C5A60S2单片机［3］，STC12C5A60S2/ AD/PWM系列单片机是一种单时钟/机器周期(1 T)的单片机，而且是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8~12倍。相对于普通51单片机，STC12C5A 60S2单片机特有的PWM、PCA(可编程计数器阵列)功能，内部集成MAX810专用复位电路，还具有A/D转换［4］，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250 k/s(每秒25万次)，这样使得该单片机成为本测试系统的不二之选。

　　通过压力传感器测试电磁阀的入口压力和出口压［5］，图2为入口压力电路图，传感器采集到的信号是很微弱的，必须经过整流、放大才能被STC12C5A60S2所利用，因此加入了TLV2254放大电路和电阻电容组成的整流电路，之后信号会被传输到STC12C5A60S2。

　　图3为测量电流原理图，在P3处将电磁阀接入电路中，将对电流的测量转换为对电压的测量，D3处不加稳压管［6］。

　　此外本系统中串口电路采用MAX232转换芯片、RS232C串口通信；采用7805三端稳压集成电路；测量压力环节采用TLV2254放大器；测量温度环节采用AD8200放大器以及DS18B20温度传感器。

2开发工具

　　LabWindows/CVI是一种交互式C语言开发平台［7］，它的交互式编程方法、集成化开发环境、丰富的库函数和函数面板大大增强了实用性。它可以在多个操作系统下运行，是以ANISC为核心的虚拟仪器开发环境，将测控技术与强大的C语言有机结合使用。本软件主要用于各种仪表测试、控制和信息处理软件故障分析等用途，相比开发工具LabVIEW，它更适合用于大型的、复杂的软件测试。LabWindows/CVI在功率计系统、温度控制系统、过程控制系统以及故障诊断和医学领域中起着重要的作用［8］。

　　Altium Designer 是原Altium（Protel软件开发商）公司推出的集成的电子产品开发系统，主要运行在Windows操作系统。本软件是可以开展原理图设计、电路仿真、自动路由、PCB的绘制编辑、输出的信号完整性设计和技术集成以及拓扑分析，并为设计者提供一种新的解决方案，使设计者可以轻松设计。Altium Designer在本设计的原理图设计、印刷电路板设计方面功不可没。

3仿真测试及分析

　　模拟变速箱的车型为福特e40d，变速箱代码为040，专用电缆接头为04X203(早期型号)和04X205(1995年及以后)［9］。首先将电磁阀固定住，接通充足的汽油，此时电磁阀是闭合的，然后把所有的传感器都安装到准确的位置，将单片机与PC通过串口线进行连接，用上位机控制单片机系统，之后电路通电。一段时间后可以看到随着电路的通断，电磁阀可以控制汽油有规律地流出。在数据采集结束后，根据系统流程，得到数据并绘制出相应的曲线，如图4所示。