1 引言
車輛的系統(tǒng)散熱性是衡量其先進性的一個重要標志,,因為車輛的各個部件和系統(tǒng)都存在一個最佳的工作溫度區(qū)間,在此溫度范圍內(nèi)零部件的各項性能指標才能得以保證,。目前,,我國車輛系統(tǒng)的研制已進入自行研制、自主創(chuàng)新的發(fā)展階段,,由于缺乏實車試驗測試條件,,加上車輛工作環(huán)境的復雜性,導致有效的實車試驗數(shù)據(jù)嚴重缺乏,,試驗周期長,,數(shù)據(jù)可復現(xiàn)性差,無法向工程設計部門提供準確有效的實車試驗數(shù)據(jù),,嚴重影響車輛總體技術的進一步發(fā)展,。因此,本文著重于在不改變車輛現(xiàn)有結(jié)構和性能的前提下,,采用單片機控制系統(tǒng),、傳感器技術、數(shù)據(jù)存儲技術,、實時時鐘技術,,研制一套能實時檢測" title="實時檢測">實時檢測和記錄車輛散熱系統(tǒng)" title="散熱系統(tǒng)">散熱系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)的電子電路。
2 系統(tǒng)總體構架設計
該散熱系統(tǒng)參數(shù)測試電路由上位微型計算機和下位單片機控制系統(tǒng)組成,。圖1是車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)測點示意圖,。該車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)測試電路的主要功能和技術指標為:(1)能夠同時對溫度、壓力,、流量共計11路數(shù)據(jù)進行檢測;(2)利用從機白帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換,,滿足系統(tǒng)分辨率的要求,基于先轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)睦砟羁朔四M信號在長線傳輸中易受到干擾的缺點;(3)使用RS485和USB串行總線傳輸,,實現(xiàn)主從機間的多機通信及和上位機間的通信,,且具有傳輸速度快、抗干擾能力強的特點;(4)使用大容量數(shù)據(jù)存儲器以滿足長時間大容量數(shù)據(jù)的存儲需求,。

3 測試系統(tǒng)電路設計
該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集,、液晶顯示、鍵盤,、存儲,、RS-485通信,、USB通信等電路組成。圖2是系統(tǒng)電路設計框圖,。

3.1 主控制單元電路設計
在系統(tǒng)電路設計中,,采用C8051F系列單片機作為系統(tǒng)的控制器件。該單片機具有高速的指令執(zhí)行速度,,同時將A/D轉(zhuǎn)換,、交叉開關等復雜的外圍功能部件集成到單片機內(nèi)部,簡化了電路,,提高了系統(tǒng)設計的可靠性,。
鍵盤模塊使系統(tǒng)具有手動獨立控制能力,該模塊的設計采用4×4非編陣列式鍵盤實現(xiàn)確認,、停止,、清除、復位,、通信,、存儲、時間設置等功能,。按鈕的行,、列線分別接到MCU的P6端口,采用“行掃描法”來確定鍵盤上具體哪一個鍵被按下,。顯示器選用點陣式液晶顯示模塊FM12864F,,用于顯示各通道數(shù)據(jù)、當前時間等,,以便增強人機交互效果,。采用串行時鐘DS1302進行時鐘設計,在電路中我們用P0口的P0.5,、P0.6,、P0.7分別作為時鐘器件的串行時鐘線、數(shù)據(jù)線,、復位線,,將Vcc2連接到備份電源,以便在掉電的情況下能保存時間信息,,這種記錄方便對長時間的連續(xù)測試系統(tǒng)結(jié)果的分析以及對查找異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)的原因有著重要意義,。
3.2 數(shù)據(jù)采集單元設計
數(shù)據(jù)采集單元采集車輛散熱系統(tǒng)的溫度,、壓力,、流量。
(1)溫度信號的采集 采用鉑電阻PT100來實現(xiàn)溫度信號的采集,,測溫電路如圖3所示,。采用R13,、R14、VR2,、PT100構成測量電橋,,當PT100的電阻值和VR2的電阻值不等時,電橋輸出一個毫伏級的壓差信號,,經(jīng)LM324放大后,,接入從控機的模擬輸入通道AIN2進行A/D轉(zhuǎn)換。

(2)流量信號的采集 采用超聲波多普勒流量計檢測流量信號,。測量中超聲波發(fā)射器為一同定聲源,,當超聲波發(fā)射器所發(fā)射的固定頻率的超聲波入射到這些固體顆粒時,被反射到接收器的超聲波頻率就會與發(fā)射頻率之間有一個差值,,該頻率差就是由于流體中固體顆粒運動而產(chǎn)生的多普勒頻移.由于這個頻移量正比于流體流速,,所以測量此頻差就可以求得流速,進而求出流體流量,。
(3)壓力信號的采集 采用壓阻式傳感器來實現(xiàn)對壓力信號的檢測,,測壓電路如圖4所示。在系統(tǒng)電路設計中,,VD1采用LM385,,其穩(wěn)定電壓為2.5 V,為傳感器提供1.5 mA恒流源的基準電壓,。U2與U3構成差動輸入與差動輸出的放大電路,,通過U5變換為對地的單端信號輸出,該輸出信號接入C8051F012的模擬輸入通道AINO進行A/D轉(zhuǎn)換,。

3.3 外圍電路的設計
外圍電路主要配合控制器完成車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)測試,,主要由存儲、RS485通信,、USB通信等電路組成,。
3.3.1 數(shù)據(jù)存儲電路的設計
由圖2可知,需要測量散熱系統(tǒng)的溫度,、壓力,、流量參數(shù),共11路,。根據(jù)設計要求,,每隔0.5 s對這11路參數(shù)采集一次,連續(xù)采集2 h,。如果采用10位的A/D轉(zhuǎn)換器,,需存儲器的容量為309.375 K字節(jié)。因此選取容量為8 Mbit的AT45DB081作為大容量存儲器,,把車輛在相當長時期內(nèi)運行數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)存儲,。圖5為存儲器接口電路,,圖中將C8051F020" title="C8051F020">C8051F020的 P0.2、P0.3和P0.4引腳通過交叉開關配置為SPI的CLK,、MISO和MOSI信號線,,分別與AT45DB081的時鐘、串行輸出和串行輸入引腳相連,。將P3.0,、P3.1和P3.2分別與AT45DB081的片選、復位和忙閑引腳狀態(tài)相連,。

3.3.2 通信電路的設計
(1)RS-485通信接口電路在測試電路中,,主控機發(fā)送命令,從控機接收命令并執(zhí)行相應的操作,。因此采用RS-485通信協(xié)議來實現(xiàn)主從機間的多機通信,,RS-485標準接口為差分驅(qū)動結(jié)構,它通過傳輸線驅(qū)動器把邏輯電平轉(zhuǎn)換為電位差,,完成信號的傳遞,,提高了信號的抗共模干擾能力。本系統(tǒng)采用 MAX485驅(qū)動器進行電平轉(zhuǎn)換,。
(2)USB通信接口電路 在車輛參數(shù)測試電路中,,我們通過PDIUSBD12擴展USB接口來實現(xiàn)主控機和上位機的通信。系統(tǒng)中PDIUSBD12與C8051F020之間采用地址數(shù)據(jù)總線復用的連接方式,,PDIUSBD12的ALE作為地址鎖存信號,,A0接高電平,C8051F020的地址和數(shù)據(jù)總線直接與PDIUSBD12的數(shù)據(jù)總線相連,。其USB接口電路如圖6所示,。

車輛工作環(huán)境復雜,電磁輻射是不可避免的,,由于PDIUSBD12本身的ESD保護能力有限,,為有效防止靜電放電損害電子元件.系統(tǒng)設計中在D-,D+和地線之間并聯(lián)一個瞬變電壓抑制器,。其SN75240接口電路如圖7所示,。當A,B或C,,D兩端出現(xiàn)瞬間高能量沖擊時,,它能以極高的速度把兩端的阻抗值由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài),吸收一個大電流,,從而將其兩端間的電壓箝位在一個較小的數(shù)值,,保護后面的電路元件不因瞬態(tài)高壓的沖擊而損壞。

3.3.3 電源電路的設計
目前車輛的電平電壓多數(shù)是24 V,,而參數(shù)測試裝置正常工作時,,控制器所需的供電電壓為3 V,,內(nèi)部其他器件所需的電壓為5 V,。為保證參數(shù)測試裝置的正常工作,,需要由車載電瓶將電壓轉(zhuǎn)換為+3 V、+5 V為參數(shù)測試裝置供電,。
4 結(jié)束語
將上述硬件系統(tǒng)和電源系統(tǒng),、通訊單元等外圍電路制作成印制電路板,通過測試,,該電路運行良好,,而且在掉電和意外情況下能夠快速完整的將車輛散熱系統(tǒng)運行過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)存儲起來,并通過顯示器顯示當前通道的動態(tài)參數(shù)值,,實現(xiàn)了車輛散熱系統(tǒng)參數(shù)測試電路的設計要求,。