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　　作品简介

　　该作品为了防止车辆刹车系统温度过高而产生安全隐患，设计了一种基于红外测温模块和IAP 15F2K61S2微型计算机的汽车刹车系统温度控制装置。它功能主要是通过红外测温模块通过对轮胎进行测温然后发送信号给微型计算机进行判断，如果温度超过原设定值时，微型计算机将控制冷却模块对其降温，并且微型计算机同时检测冷却箱内是否有冷却液，当冷却液用到一定程度时，微型计算机将会报警，从而让司机及时补充冷却液;角度测量模块判断该车是走在什么路段，且微型计算机将会把当前温度、角度、以及冷却箱的情况通过16824液晶显示出来，方便司机知道该车的状况。　　

 　　平台选型说明

　　该作品之所以选择这个微型计算机，是因为该微型计算机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(IT)的微型计算机，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。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S,即25万次/秒)，针对电机控制，强干扰场合。

　　设计说明

　　该产品设计主要包括4个功能单元：温度检测单元、人机接口单元、微型计算机控制单元及水位检测单元，各个单元之间的联系如图1所示。实际使用中，将本系统与普通的喷淋设备组合，即可实现刹车系统温度的自动控制。

　　作品特色

　　该产品特色组要在于红外测温模块对车轮的测温，当温度超过小车的车轮原设定的温度值时，微型计算机发出一个信号控制冷却液模块对其降温，使轮胎的温度保持在原设定值的温度下，还有一个特色是，当小车长时间在下坡路段时，倾角传感器发送一个信号给微型计算机，计算机会提示司机，让其知道该路段是一个较长的下坡路，如果按原速行驶可能会造成刹车系统过热，对刹车系统造成影响，并且微型计算机会通过液晶把当前温度、冷却液是否有水，当前处于什么路段显示出来。

　　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，刹车系统的个工作部件容易发生氧化，会减短刹车系统的使用寿命;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，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。

　　有鉴于此，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”，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，不但增加司机的工作量，还因为降温时机不易把握，依然存在安全隐患。

　　为了较好地解决上述问题，本文设计了一种货车刹车系统温度自动控制装置，在本文系统中，使用红外测温模块对刹车系统温度进行实时监测;同时，利用IAP 15F2K61S2微型计算机作为主控芯片，输出温度控制信号，对刹车系统进行温度控制。通过该装置的使用，既可减缓刹车系统工作零件因温度过高而加速氧化的问题，增加刹车系统的使用寿命，还能减少因热衰退现象而造成的车辆行驶安全隐患，提高行驶的安全性。

　　1 系统功能说明
　　Description of system function
　　本系统主要包括4个功能单元：温度检测单元、人机接口单元、微型计算机控制单元及水位检测单元，各个单元之间的联系如图1所示。实际使用中，将本系统与普通的喷淋设备组合，即可实现刹车系统温度的自动控制。　　

　　当系统工作时，利用12V汽车电源，通过LM7805芯片稳压至5V后供电，系统支持温度多点测量，每隔2秒对刹车系统温度进行检测，当温度超过设定界限值时，由微型计算机发出控制信号，启动喷淋设备，对刹车系统进行点射试喷水降温。同时，该系统也提供了简易的水箱液位检测功能，当水箱缺水时，自动发出报警，本系统在实际使用时，灵活方便，温度模块支持即插即用，无需由使用者进行复制的初始化，并且系统还提供了一个基本的人机接口单元，使用者通过该单元，可进行温度界限值得设定，以达到不同的控制效果，通过液晶屏，还能对测量所得的温度值进行实时观察。

　　2 系统硬件设定
　　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。

　　2.1主控单元设计
　　对于系统的核心控制单元，考虑到在本设计中，系统控制方案较为简单，数据量不大，为了方便今后系统的扩展，同时也为了降低系统制造成本，采用IAP 15F2K61S2微型计算机作为系统的主控核心。该芯片正常工作时，需提供3—5V的直流稳压电源，因此，利用LM7805稳压芯片，将12V的汽车电源转换后为其供电。

　　对于微型计算机使用10uF和10KΩ电阻组成自动复位电路，当系统接通电源后，微型计算机自动进行复位。

　　在该部分电路中，微型计算机通过P0.0和P3.2口对外输出温度控制信号，当测量所得温度超标时，由该信号控制喷淋设备启动，对刹车系统进行喷水降温。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

　　2.2 温度检测单元设计
　　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1个温度测量输入点，使用者可根据实际情况，选择传感器使用数量。此外，考虑到货车在长行驶过程中，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，采用红外测温模块，其主要特点如下：

　　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，与微型计算机连接时，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9~12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，可实现单元总线多点测量;
　　6、工作电压为3~5.5V;
　　7、温度测量范围为-33度+220度，默认分辨率为0.6度;
　　8、最大温度转换时间为0.5ms(12位);
　　9、用户可自定义非易失性报警上下限值。

　　当使用红外测温模块进行温度测量时，微型计算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，微型计算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，如图2.3。

　　对于红外测温模块的硬件电路，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2.2所示　　

　　寄生电源供电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，考虑到温度测量距离较短，且有可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，本设计选用外部电源供电电路作为传感器硬件电路。在整个系统中，将微型计算机的P0.4~P0.7口作为温度传感器的信号通讯口，同时，在P2.0口上配以对应传感器工作状态指示灯，用以指示状态。

　　2.3液位检测单元设计
　　本系统中，由于采用水冷降温法对刹车系统进行降温，因此，除了温度检测单元，还需配务一个液位检测单元。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脑具体的液位高度，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低作为检测元件，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，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P1.7和P3.3口输入微型计算机中，当微型计算机接收到高电平信号时，即判断水箱缺水，发出报警信号。

　　2.4人机接口单元设计
　　为了增强温度控制的灵活性，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温度测量值，所以增加了一个人机接口单元

　　该单元中的输入部分，采用了3个常开按键作为输入器件，分别接于微型计算机的P3.4~P3.7口。按钮按下时，微型计算机将获得一个低电平信号，各按键对应功能如表1所示　　

　　2.5显示单元设计
　　对于显示输出部分，我们采用了12864液晶来显示，这是为了更好的让司机了解到该车的状况，知道此时此刻车轮的温度，以及给车轮的冷却的温度界限，好可以随时调整，还有车是否在上坡或者下坡还是在平路上，和冷却液的存储量还有没有等。

　　该部分主要是通过温度检测模块以及水位检测模块和倾斜角模块在检测到的信号，然后传输到微型计算机，微型计算机通过计算后传送到显示模块上。显示模块分别接在微型计算机P0.0~P0.7口，电路图如图2.5所示　　

　　3 系统软件设置

　　3.1软件流程图　　

　　4 总结与分析

　　温度传感器对车辆的刹车系统进行实时温度检测，并由单片机根据检测到的温度数值，生成相应的控制输出，对刹车系统温度进行控制。当刹车系统温度过高时，可自动实现降温功能。通过使用本系统，不但可以提高刹车系统的使用寿命，同时也可增强车辆行驶安全。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2265