張珉，王中訓，婁陽，劉寶軍
(煙臺大學 光電信息科學技術學院，山東 煙臺 264005)
摘要：在一臺自動變速檔汽車中，變速箱是其最重要的部件之一，它的好壞關乎到整臺汽車的性能，而變速箱的關鍵恰恰是電磁閥。然而電磁閥的性能通常不易觀察得到，需要詳細測試得之。傳統測試方法不能高效快捷地得到結果，常常費時費力。為了更方便快捷、科學、準確地測試電磁閥，設計一個基于STC12C5A60S2單片機的由壓力傳感器、流量傳感器組成的測試儀，具有極其重要的研究價值。單片機控制電平，通過T0、T1定時器和內部晶振控制時間，通過A/D實現模數轉換，數據輸出到PC上進行分析。充分利用STC12C5A60S2的軟、硬件資源，使電磁閥的測試方案合理、價格廉價。而STC12C5A60S2單片機特有PWM輸出、A/D轉換的功能，更符合本系統設計需要，科學準確地測試出電磁閥的壓力、流量等數據。
關鍵詞：電磁閥；STC12C5A60S2單片機；傳感器；A/D轉換器
0引言
隨著當今電子控制技術以及計算機科學技術的發展，汽車上采用計算機來控制的東西越來越多，包括自動變速箱［1］。電子控制自動變速器（Electronic Control Transmission，ECT）中的電磁閥是整個變速系統中的重要執行器，自動變速箱結構很繁雜，所以它直接或間接造成了90%以上自動變速箱故障。因此，研發一種可以準確、快速、簡單易用的電磁閥檢測設備已經成為當務之急。當前國產轎車上裝備的自動變速器均采用電子控制系統，在實際的維修工作中，這方面的故障率比較高。換擋電磁閥的質量好壞不但會影響到汽車的行車安全，更會對駕駛人的生命安全產生極大威脅，另外耗油量大量增加卻沒提高行車速度，這與國家現行政策提倡環保和低碳生活相違背。因此研究并設計一個實用的測試儀是十分必要的。
1檢測儀的設計
1.1系統的整體設計
系統軟件設計主要是通過C語言編程實現單片機STC12C5A60S2后信號轉換相對PWM占空比圖變量傳送到計算機測量傳感器［2］。系統上電，PWM信號驅動電磁閥模擬工作之后，此時傳感器已經測得流量和壓力，通過串口發送到單片機，隨之單片機對模擬數據進行數字轉換，并且串口傳輸到PC，PC根據數據繪制坐標圖，然后對測試圖與標準圖進行對比，即可很方便地判斷該電磁閥的性能，系統流程圖如圖1所示。
系統的硬件結構為：單片機連接電磁閥和傳感器，控制電磁閥的開關，讀取傳感器采集的數據，是本系統的核心；PC負責獲取經單片機處理過的有效數據并繪制曲線，是本系統的“臨門一腳”，它們各司其職，有機結合在一起，使本系統科學高效地工作。
1.2硬件設計
本系統采用STC12C5A60S2單片機［3］，STC12C5A60S2/ AD/PWM系列單片機是一種單時鐘/機器周期(1 T)的單片機，而且是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8~12倍。相對于普通51單片機，STC12C5A 60S2單片機特有的PWM、PCA(可編程計數器陣列)功能，內部集成MAX810專用復位電路，還具有A/D轉換［4］，10位精度ADC，共8路，轉換速度可達250 k/s(每秒25萬次)，這樣使得該單片機成為本測試系統的不二之選。
通過壓力傳感器測試電磁閥的入口壓力和出口壓［5］，圖2為入口壓力電路圖，傳感器采集到的信號是很微弱的，必須經過整流、放大才能被STC12C5A60S2所利用，因此加入了TLV2254放大電路和電阻電容組成的整流電路，之后信號會被傳輸到STC12C5A60S2。
圖3為測量電流原理圖，在P3處將電磁閥接入電路中，將對電流的測量轉換為對電壓的測量，D3處不加穩壓管［6］。
此外本系統中串口電路采用MAX232轉換芯片、RS232C串口通信；采用7805三端穩壓集成電路；測量壓力環節采用TLV2254放大器；測量溫度環節采用AD8200放大器以及DS18B20溫度傳感器。
2開發工具
LabWindows/CVI是一種交互式C語言開發平臺［7］，它的交互式編程方法、集成化開發環境、豐富的庫函數和函數面板大大增強了實用性。它可以在多個操作系統下運行，是以ANISC為核心的虛擬儀器開發環境，將測控技術與強大的C語言有機結合使用。本軟件主要用于各種儀表測試、控制和信息處理軟件故障分析等用途，相比開發工具LabVIEW，它更適合用于大型的、復雜的軟件測試。LabWindows/CVI在功率計系統、溫度控制系統、過程控制系統以及故障診斷和醫學領域中起著重要的作用［8］。
Altium Designer 是原Altium（Protel軟件開發商）公司推出的集成的電子產品開發系統，主要運行在Windows操作系統。本軟件是可以開展原理圖設計、電路仿真、自動路由、PCB的繪制編輯、輸出的信號完整性設計和技術集成以及拓撲分析，并為設計者提供一種新的解決方案，使設計者可以輕松設計。Altium Designer在本設計的原理圖設計、印刷電路板設計方面功不可沒。
3仿真測試及分析
模擬變速箱的車型為福特e40d，變速箱代碼為040，專用電纜接頭為04X203(早期型號)和04X205(1995年及以后)［9］。首先將電磁閥固定住，接通充足的汽油，此時電磁閥是閉合的，然后把所有的傳感器都安裝到準確的位置，將單片機與PC通過串口線進行連接，用上位機控制單片機系統，之后電路通電。一段時間后可以看到隨著電路的通斷，電磁閥可以控制汽油有規律地流出。在數據采集結束后，根據系統流程，得到數據并繪制出相應的曲線，如圖4所示。
當出現如圖4所示情況時，曲線代表流過電磁閥的電流，直線代表電磁閥的壓力（此處僅測試電流）。由此可得電流壓力曲線是成線性關系的。多次檢測后當電流值與占空比呈線性關系時，可以說明電磁閥的工作穩定性比較好。
如圖5所示，曲線代表流過電磁閥的電流，由此可得電流壓力曲線不是呈線性的。當電磁閥的電流結果呈現出非線性時，需要再進行多次測試確認，若對檢測結果不滿意，就需重啟系統，重復測試。若依然不呈線性就說明電磁閥是劣質的，并找出相干原因［10］。
4結論
整體上本系統還是非常具有實用性的，然而，該系統圖5劣質電磁閥電流壓力曲線
還不完善，測試的變量很少只有電流和壓力，需要進一步提高：增加測試變量、增加電磁閥測試設計的電氣特性，電磁閥電路或開路改進以能及時、準確地反映傳輸設備狀態， 提高和完善本測試儀的實用性。
參考文獻
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