冒興峰

（南通理工學院 汽車工程學院，江蘇 南通 226002）

汽車專業(yè)教學車輛運行工況監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

冒興峰

（南通理工學院 汽車工程學院，江蘇 南通 226002）

汽車專業(yè)教學車輛運行工況監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對教學車輛運行過程中各項參數(shù)的監(jiān)測，對保障車輛技術(shù)狀況、預防事故發(fā)生有著重要意義。文章研究了該系統(tǒng)的作用、技術(shù)指標及結(jié)構(gòu)設(shè)計。

車輛；工況；監(jiān)測；系統(tǒng)

實驗實訓是應用型本科人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，實驗實訓設(shè)備技術(shù)狀況的好壞直接影響著師生人身安全、設(shè)備安全及課堂教學效果。在車輛工程、汽車服務工程等專業(yè)的課程體系中，涉及教學車輛的實驗實訓項目較多。教學車輛一般不經(jīng)過公安交通管理機關(guān)的定期車輛檢驗，不定時進行維護保養(yǎng)，在工作過程中時常需要模擬各種極端工況運行，重復操作頻率較高，且經(jīng)常帶病運行。如何有效監(jiān)測教學車輛的運行工況，保障車輛技術(shù)狀況，并對危險狀態(tài)進行預警、記錄，正成為汽車專業(yè)教學、管理人員研究的課題。

1 系統(tǒng)作用分析

汽車專業(yè)教學車輛運行工況監(jiān)控系統(tǒng)的功能類似于市面上安裝于客貨車上的“黑匣子”。常見客貨車用“黑匣子”可實現(xiàn)車輛定位跟蹤、運行軌跡記錄、超速報警與記錄、疲勞駕駛報警等功能，對車輛運行工況參數(shù)監(jiān)測的較少。本系統(tǒng)側(cè)重于對車輛運行中關(guān)鍵運行參數(shù)的監(jiān)測。主要有以下作用：

（1）有利于加強教學車輛的管理。教學車輛用于實驗實訓，使用時需模擬各種運行工況并設(shè)置故障，常帶病運行，因此檢查、維護與修理應有別于常規(guī)車輛。如堅持“定期檢測、強制維護、視情修理”這一我國現(xiàn)行的車輛維修制度，將難以保障車輛具有良好的技術(shù)狀況。本系統(tǒng)實時監(jiān)測運行時的關(guān)鍵參數(shù)，記錄異常數(shù)據(jù)，為教學車輛開展視情檢查、維護和修理提供依據(jù)，可節(jié)省人力、物力、財力，用時也將提高車輛技術(shù)狀況，保障實驗實訓的用車要求。

（2）有利于預防安全事故的發(fā)生。實驗實訓環(huán)節(jié)因參與師生較多，如車輛發(fā)生異常狀況，極易造成安全事故。如柴油車高壓油泵出現(xiàn)問題，易導致油門失控，發(fā)動機超轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，在造成發(fā)動機損壞的同時，極易給師生帶來安全威脅。本系統(tǒng)可對運行中異常數(shù)據(jù)進行預警，提醒相關(guān)人員及時采取處理措施，預防安全事故的發(fā)生。

2 系統(tǒng)技術(shù)指標分析

根據(jù)教學車輛的工作特點及教學、管理人員的要求，本課題提出該系統(tǒng)的技術(shù)指標應包括以下方面：①能動態(tài)實時監(jiān)測車輛運行中的各項信息，包括蓄電池電壓、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、車速、機油壓力、摩擦片溫度、輪胎壓力等；②能采集各項工況信息，并進行處理分析；③能將車輛運行參數(shù)進行顯示，并對超過預設(shè)報警值的參數(shù)通過蜂鳴聲等方式進行提醒；④可對運行參數(shù)進行實時記錄；⑤可在外置電源虧電情況下，依靠自身供電繼續(xù)工作；⑥斷電后數(shù)據(jù)可有效保存；⑦能有效存儲7天的運行數(shù)據(jù)；⑧造價低廉。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)以上技術(shù)指標，同時結(jié)合所需實現(xiàn)的功能要求，進行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，該系統(tǒng)主要由以下部分組成：信息采集模塊、中央控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、時鐘電路、看門狗和電源監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)等。

（1）信息采集模塊。信息采集模塊主要對車輛運行工況信息進行采集，并將各種物理量轉(zhuǎn)化為電信號，傳送至中央控制模塊，由多個傳感器組成。①發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器。該傳感器用于監(jiān)測發(fā)動機轉(zhuǎn)速信息，當轉(zhuǎn)速超過限值，如柴油發(fā)動機發(fā)生“飛車”時，可及時傳送數(shù)據(jù)信號，用于報警。該傳感器采用霍爾式，能將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字脈沖信號，直接輸入至單片機的I/O接口，由單片機對信號進行處理。②車速傳感器。該傳感器用于監(jiān)測車輛的行駛速度，可用于判定車輛是否超速行駛。該傳感器亦采用霍爾式，將車速信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，傳送至單片機I/O接口，再由單片機對信號進行處理。③機油壓力傳感器。該傳感器用于監(jiān)測發(fā)動機潤滑油道內(nèi)機油壓力狀況，可用于判定發(fā)動機內(nèi)潤滑狀況是否正常。采用開關(guān)式，可隨機油壓力的變化，實現(xiàn)通斷變化。通過設(shè)計一開關(guān)接口電路，將此開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為高低電平信號，傳送至單片機進行信號處理。④摩擦片溫度傳感器。該傳感器用于監(jiān)測車輛制動系統(tǒng)摩擦片溫度情況，可用于判定制動系統(tǒng)工作是否正常，對摩擦片過熱進行預警，防止制動失效。采用非接觸式紅外測溫傳感器模塊，實時采集摩擦片的紅外輻射信號，通過信號處理專用集成芯片進行信號放大、A/D轉(zhuǎn)換，傳送至單片機并進行信號處理。⑤輪胎壓力傳感器。該傳感器用于監(jiān)測輪胎氣壓狀況，信號用于判定輪胎是否氣壓不足或者氣壓過大。該傳感器采用壓敏電阻式，可根據(jù)輪胎內(nèi)壓力的大小，實現(xiàn)輸出電壓值的變化，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送至單片機I/O接口進行處理。

（2）數(shù)據(jù)輸出模塊。①顯示輸出。系統(tǒng)采用LCD點陣液晶顯示屏，通過與單片機連接，實現(xiàn)監(jiān)測值的顯示輸出。各項信息滾動循環(huán)，便于相關(guān)人員進行實時觀察。②聲音輸出。對相關(guān)監(jiān)測項目設(shè)定安全限值，當過程中出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)時，觸發(fā)蜂鳴器，提醒相關(guān)人員進行及時處理。

（3）時鐘電路。系統(tǒng)的技術(shù)指標要求能實時記錄車輛的運行狀況，因此系統(tǒng)需要采用時鐘電路。可采用單片機內(nèi)定時器，通過編程，獲取時鐘信息。但此方法較復雜，且車輛運行時，干擾較大，易導致單片機頻繁復位，影響系統(tǒng)的可靠性與準確性。因此，本系統(tǒng)設(shè)計了專門的時鐘電路，以保障系統(tǒng)的準確、可靠運行。

（4）看門狗。車輛運行中，電磁場等干擾源較多，易造成單片機工作不穩(wěn)定，甚至使整個系統(tǒng)出現(xiàn)死機。為克服這一現(xiàn)象，本系統(tǒng)中添加看門狗電路，對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。

（5）電源監(jiān)測模塊。系統(tǒng)工作過程中，若意外斷電，易造成重要數(shù)據(jù)丟失。特別是當車輛發(fā)生事故時，若重要數(shù)據(jù)丟失，這將為后續(xù)調(diào)查造成困難。系統(tǒng)技術(shù)要求中提出斷電后數(shù)據(jù)能有效保存，而系統(tǒng)斷電往往是隨機的，因此，該系統(tǒng)中還需一套電源監(jiān)測模塊，在斷電瞬間接通自身電源，對重要數(shù)據(jù)進行保存。

（6）數(shù)據(jù)存儲模塊。系統(tǒng)技術(shù)要求提出應能有效存儲7天的運行數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用MCS-51單片機，該單片機芯片外擴展數(shù)據(jù)存儲器時，具有64KB的存儲器地址空間，這對于技術(shù)要求而言是遠遠不足的,本系統(tǒng)外部存儲擴展至512KB。

（7）中央控制模塊。本系統(tǒng)選用AT89C51這一低電壓、高性能的微處理器作為控制單元，該元件與系統(tǒng)選用的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

（8）數(shù)據(jù)處理軟件。數(shù)據(jù)處理軟件主要用于接收下位機采集的數(shù)據(jù)，并進行統(tǒng)計分析。系統(tǒng)可以提供曲線、圖表等直觀的形式來反映教學車輛的運行情況，同時，系統(tǒng)還可提供數(shù)據(jù)查詢等功能，便于相關(guān)人員從各個細節(jié)全面監(jiān)測車輛運行狀況。

4 結(jié)語

本課題所開發(fā)的系統(tǒng)，具有體積小、功耗低、價格低廉等特點。在實際使用、測試過程中運行穩(wěn)定、工作可靠，滿足了教學、管理者對于車輛技術(shù)狀況實時監(jiān)控等要求。

［1］黃立梅，陳彤.一種基于安卓藍牙和OBD接口的車輛監(jiān)測與控制方法［J］.汽車實用技術(shù)，2016，（4）.

［2］廖軍.基于GPS的車輛監(jiān)管系統(tǒng)應用方案［J］.交通標準化，2005，（1）.

Design of M onitoring System for Operating Condition of Automobile Teaching

MAO Xing-feng
（School of Automotive Engineering，Nantong Institute of Technology，Nantong，Jiangsu 226002，China）

The monitoring system of vehicle operating conditions is mainly used to monitor the parameters of the vehicle during the operation of the vehicle，which is of great significance to ensure the technical condition of the vehicle and prevent the accident.This paper studies the function，technical index and structure design of the system.

vehicle；condition；monitoring；system

U469.72-4

A

2095-980X（2017）06-0098-01

2016-05-20

本文系南通理工學院2015年度校級科研項目“汽車專業(yè)教學車輛監(jiān)控管理裝置的設(shè)計與研究”（編號：科研2015013）的科研成果。

冒興峰（1986-），男，江蘇南通人，汽車維修高技技師，二手車評估師，講師，主要研究方向：汽車電控。