陳聰，田專，王耿之，佟佳穎，魏丹

汽車發(fā)動機(jī)冷卻液智能監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計*

陳聰，田專，王耿之，佟佳穎，魏丹

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001）

為了實現(xiàn)發(fā)動機(jī)冷卻液有效監(jiān)測，保證車輛的行駛安全。文章建立單片機(jī)智能監(jiān)測系統(tǒng)，通過選擇合理的硬件構(gòu)建系統(tǒng)測試部分，實現(xiàn)了冷卻液的實時的動態(tài)監(jiān)測。因此，此系統(tǒng)的設(shè)計對于避免了由于行車過程中冷卻液溫度過高造成的安全隱患，具有很好的實際應(yīng)用價值。

冷卻液；單片機(jī)；硬件；動態(tài)監(jiān)測

前言

目前電子控制技術(shù)及嵌入式系統(tǒng)的普及應(yīng)用，為汽車智能化和自動化發(fā)展起到十分重要的作用。而在冷卻系統(tǒng)方面的體現(xiàn)就是通過采集的信號，建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃吞幚頇C(jī)制，一方面自動控制散熱強(qiáng)度，一方面提醒用戶當(dāng)前冷卻系統(tǒng)的狀況，及時養(yǎng)護(hù)冷卻系統(tǒng)或更換冷卻液[1]。因此，在這樣前提下，選擇合理的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)冷卻液的智能化監(jiān)測至關(guān)重要，對于保證行車安全具有重要的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)控制策略論證

閉環(huán)控制是根據(jù)控制對象輸出反饋來進(jìn)行校正的控制方式，它是在測量出實際與計劃發(fā)生偏差時，按定額或標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行糾正的。閉環(huán)控制，從輸出量變化取出控制信號作為比較量反饋給輸入端控制輸入量[2]，一般這個取出量和輸入量相位相反，所以叫負(fù)反饋控制，自動控制通常是閉環(huán)控制。因此，本系統(tǒng)采用的時閉環(huán)控制策略。

2 硬件選擇

2.1 控制模塊選用

選用STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片，STC12C5 A60S2單片機(jī)是低功耗、超高速、超強(qiáng)抗干擾、新一代的8051單片機(jī)[3]，它的指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但是它的運(yùn)行速度是傳統(tǒng)8051單片機(jī)8-12倍。其內(nèi)部不僅集成了MAX810專用的復(fù)位電路，而且新添加了2路脈寬調(diào)制PWM和8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換等功能。適合用于電機(jī)控制，強(qiáng)干的擾場合，鑒于其以上特點(diǎn)作為控制核心更加適合。

2.2 溫度傳感器選用

選用DS18B20作為溫度采集模塊的核心元件，因為DS18B20是數(shù)字集成式的溫度傳感器，它能夠直接輸出數(shù)字溫度信號給單片機(jī)進(jìn)行處理。所以在測溫時并不需要使用AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，這極大的簡化了電路的連接。并且DS18B20溫度的測量精度要高于熱敏電阻。以此作為測溫傳感器更加適合。

2.3 顯示器件的選用

OLED液晶顯示屏，即有機(jī)發(fā)光二極管。OLED具備有結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)速度快、顏色對比度高、可以不需背光源自發(fā)光、屏幕輕薄和視角廣等特點(diǎn)[4]。OLED屏幕現(xiàn)在被許多公司爭先恐后研究并應(yīng)用與新一代手機(jī)屏幕。它可以清晰的顯示數(shù)字、圖形、還可以顯示漢字。有著很多LCD屏幕無法比擬的特點(diǎn)，用其作為顯示裝置更加適合。

2.4 電機(jī)驅(qū)動芯片的選用

ULN2003是一個大電流的驅(qū)動陣列，經(jīng)常用在單片機(jī)、PLC等控制電路之中，他可以直接驅(qū)動繼電器等負(fù)載[5]。在輸入5VTTL的情況下，它的輸出的電流能達(dá)到500mA，輸出電壓可達(dá)50V。由七個硅NPN達(dá)林頓管構(gòu)成的ULN2003其中的每一對達(dá)林頓管都串聯(lián)著2.7K的基極電阻。它與TTL和CMOS電路都可以相連在5V的工作電壓下。自身能夠處理需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器處理的數(shù)據(jù)。ULN2003有著驅(qū)動負(fù)載能力強(qiáng)、工作電壓高、電流增益高、溫度范圍寬的一些優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常被使用在高速大功率驅(qū)動的裝置，作為系統(tǒng)驅(qū)動芯片更加符合要求。

2.5 顏色傳感器的選用

TCS3200是2009年TAO公司推出的TCS230色彩傳感器升級版，具有相同的大光感應(yīng)動態(tài)范圍，還有一些額外的改進(jìn)。TCS3200有功電流僅為1.4mA，這將延長便攜式設(shè)備的電池壽命[6]。此外TCS3200增加了一項新功能，允許斷電操作具有高阻抗輸出。這允許多個設(shè)備共享一個共同的輸出引腳，一次只有一個器件上電。TAOS提供了兩個較低增益版本，允許更明亮的光照應(yīng)用。

因為TCS3200在設(shè)計上的一系列更新優(yōu)化，同時仍包含TCS230數(shù)字兼容接口，不需要A/D轉(zhuǎn)換的特性，在這里選用更適合。

2.6 液位傳感器的選用

水位傳感器Water Sensor是一款簡單易用、小巧輕便、性價比較高的水位、水滴識別與檢測傳感器。

實際上，考慮到汽車行駛過程中的顛簸，冷卻液的不斷震蕩，PP浮球式傳感器更容易誤觸誤報，而水位傳感器Water Sensor則可以通過分時采樣避免液面震蕩帶來的誤差，此外通過A/D轉(zhuǎn)換，水位傳感器采集的水位信息更為真實準(zhǔn)確，選用這款傳感器更加有效的保證測量的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

最終確定以單片機(jī)STC12C5A60S2作為整個硬件系統(tǒng)的主控芯片，顯示模塊采用OLED液晶顯示屏，通過連接至單片機(jī)P2.8~P3.0口進(jìn)行顯示環(huán)境的溫度和風(fēng)扇的運(yùn)行狀態(tài)。溫度采集模塊選用的DS18B20溫度傳感器，通過連接至單片機(jī)P2.0口進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測量。采用L298N的電機(jī)驅(qū)動模塊，通過連接單片機(jī)的P2.1~P2.3口可有效穩(wěn)定的控制直流電機(jī)。以TSC3200顏色傳感器作為顏色采集模塊，通過連接至2.4-2.7口可有效采集顏色信號。以水位傳感器Water Sensor作為液位傳感器，通過最小系統(tǒng)板集成的A/D模塊連接在1.0口采集水位信號，從而通過硬件能有效的實現(xiàn)溫度有效監(jiān)測。

[1] 朱彩帆.發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)匹配設(shè)計與性能優(yōu)化[D].江蘇大學(xué),2017: 48-55.

[2] 孔民. 汽車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)故障診斷及維修關(guān)鍵技術(shù)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件,2018,(01):134-135.

[3] 董鵬.發(fā)動機(jī)冷卻液溫度控制系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)[D].吉林大學(xué),2017: 60-68.

[4] 曹瓊.單片機(jī)編程模塊化設(shè)計[J].安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2017,16(03):51-53+63.

[5] 宋世彥.單片機(jī)控制DS18B20測溫要點(diǎn)剖析[J].現(xiàn)代職業(yè)教育, 2016,(14):83.

[6] 殷留留,韓森,王芳,等.基于L298N的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].信息技術(shù),2017,(06):104-106+111.

Hardware design of intelligent monitoring system for automobile engine coolant*

Chen Chong, Tian Zhuan, Wang Gengzhi, Tong Jiaying, Wei Dan

( Automobile & Traffic Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001 )

In order to realize the effective monitoring of engine coolant and ensure the driving safety of vehicles. In this paper, a single-chip microcomputer intelligent monitoring system is established, and the real-time dynamic monitoring of the coolant is realized by selecting reasonable hardware to build the system test part. Therefore, the design of this system has a good practical application value for avoiding the hidden danger caused by the high temperature of the coolant in the driving process.

Coolant; Single-chip; Hardware; Dynamic monitoring

V317.3

B

1671-7988(2019)24-133-02

V317.3

B

1671-7988(2019)24-133-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.043

陳聰，就讀于遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院。

2019年遼寧省/遼寧工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目（201910154038汽車發(fā)動機(jī)冷卻液智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)）。