1 绪
11文研究背景
目前着安全意识提高交通事世关注程度日益
加深关部门统计全世界年车祸导致 70 万死亡1200 万
伤残造成直接济损失 5 亿美元汽车总拥量占世界 2％左右国
交通事死亡数占世界 15％出国汽车安全方面更
严重作交通运输工具车辆性坏影响交通安全重
素车辆素中汽车制动方面原造成交通事占总交通事
1l％
汽车行驶时短时间停车方稳定长坡时维持定车速
力称汽车制动性直接关系行车安全汽车性
汽车制动性取决制动系统制动器制动系统关键部件直接影响
汽车制动系统性发挥制动器汽车安全行驶重保障没制动器
汽车安全行驶
客车盘式制动器种应十分广泛成熟制动方式制动性法实现线动态监测客车安全行驶带定隐患着动化技术发展助单片机构建线动态检测系统实现盘式制动器制动性动态线检测制动性评估提供基础数该课题研究容十分丰富囊括机制专业机电专业学生学全部专业课程知识包括机械系统功原理方案设计机电体化系统测控单元设计
12文研究目意义
盘式制动闸制动性取决摩擦副摩擦性里摩擦副摩擦材料偶盘组成中摩擦材料偶盘间摩擦状况直接影响着制动器性现实中盘式制动闸制动性线检测研究较少根目前制动闸实际工作状况利微电子新技术研制种具检测功制动闸装置制动闸进行监测提高设备安全性实际工程应重意义特着科学社会断进步设备求逐渐动化性化方发展求设备安全环保节样制动系统提出更高求
该选题机制专业学生学专业课程机械系统运动模型设计传感检测电路设计机电体化单片机测控系统等课程知识机融合起时动手实践求较高提高科生理应实践力帮助适合科生作毕业设计选题
13文国外研究现状
该课题国外取相部分研究成果部分研究成果：
1．王永臣 陈刚 王磊 崔秀 单片机制动器动调节系统中出单片机制动器动调节系统结构阐明工作原理特点系统采根流电机电枢电流控制电机启停方法种抗干扰措施控制方案新颖工作抗干扰力较强
2．庄光山 王成国 姚永强 王海庆制动盘盘形制动摩擦性影响中研究惯性力矩制动试验台种石墨形态铸铁制动盘混杂纤维增强酚醛基制动器片配副时摩擦磨损性进行研究结果表明：制动盘盘形制动摩擦性明显影响
3．程真启 高顶 张晓光 赵番矿井提升机制动器间隙监测仪设计中绍基Meal6单片机矿井提升机器间隙监测设备设计方法通煤矿提升机器间隙空动时间测量够实现盘形器监测解决煤矿提升安全隐患问题满足煤矿安全生产需
4．贾福音 李志佳 王宾 孙晋响 摩擦提升机滑绳安全制动分析中析摩擦提升中绳滑动绳静动张力关系通理分析参数分配提出满足系统安全制动外力制动方式方式仅解滑绳事保证制动器失灵状态系统制动套设备研发成功效控制滑绳事发生摩擦提升矿井安全高效生产提供保证
5．陈磊 中全 熊双辉矿井提升机盘式制动器空动时间测试装置设计中针矿井提升机盘式制动器空动时间偏长矿井提升机事影响煤矿安全规程盘式器空动时间测试方法进行研究采继电器工作原理设计测试盘式器空动时间测试装置虚拟仪器测试系统通Lab VIEW编程语言程序测试装置进行验证
6．王宏德盘式制动器制动力矩降原分析策中通盘式制动器制动力矩降原分析 提出相应防范策 取较效果系统操作简单快捷 够实现真正动排料性进步提高 维护量减少 整系统控制完全数字化 通操作面板数码显示触摸钮 完成全部操作
7．田雄等(日)新开发制动器片制动盘中阐述新开发耐磨耗制动器片耐热裂纹制动盘优良性 两者组合时 济效益颇佳新开发制动器片 国采器片相 耐磨性较佳 制动盘没破坏作NCM 制动盘耐热裂纹性 减低摩擦副器片磨耗效果新开发制动器片制动盘组合时 降低车辆维修成具意义
8 XAVER WIRTH〔德国〕制动器片提高盘形制动器性中介绍德国铁路公司高速列车早期列车四制动盘相 根轴装两制动盘 种改善接触模式先进制动片 降低嗓声全吸收力提高
9 庄光山 王成国 王海庆 姚永强混杂纤维增强制动器片制动性研究中采改性酚醛树脂基体 炭纤维钢纤维矿物纤维等混杂材料作增强材料 研制适提速列车盘形制动少金属制动器片惯性力矩试验台制动性进行测试试验结果表明 该制动器片种规定试验条件摩擦性均满足高运行速度
120 km h~ 160 km h 提速列车求
10 赵建明 吴鹏半金属基提速客车盘形制动器片摩擦特性研究中介绍种适制造提速客车盘形制动器片半金属基摩擦材料摩擦磨损特性方法试验表明研制配方半金属摩擦材料具稳定摩擦系数较耐磨性抗热衰退性实物惯性台架试验结果表明 研制配方器片具较高摩擦系数 制动距离较短 制动性稳定 完全满足提速客车运行制动求
综述：
文献中作者思路盘式制动器工作原理条件详细描述材料角度阐述车盘式制动器摩擦性检测动态性方面少阐述尤未涉传感器AD数模转换容众文提供盘式制动器感性认识制动状态描述
14文课题工作容研究解决问题
课题解决问题：
(1) 传感器选型设计计算
(2) 盘式制动器制动性模型研究
(3) 基单片机数采集单元设计包括检测传感器选型设计AD 转换设计控制单元设计通信设计等
(4) 制动系统软件程序设计
研究达预期效果：
1制动性模型研究
施闸松闸程中闸瓦运动学分析制动力矩分析分析建立制动器制动动力学模型制动性参数间相互影响关系检测系统设计提供基础性理指导传感器检测系统设计提供基础性数
2检测系统总体设计
（硬件）传感检测部分数采集部分系统监控部分传感器选速度传感器压力传感器位移传感器数采集器采集模拟量分信号调理模块AD转换模块单片机串行通讯模块电源AD转换考虑转换速度精度系统选单片机够控制选择AD转换芯片读取AD转换数时应位工控机进行串行通信功数采集器采12V供电提高系统性系统硬件软件设计必须采取相应抗干扰措施
（软件）单片机系统软件：采集速度压力位移传感器输出模拟信号实现单片机工控机串行通信组成：程序+中断程序 程序完成单片机系统初始化采集传感器输出信号串行中断程序完成单片机系统工控机串行通信
2盘式制动闸制动模型分析
21制动系统基性求
盘式制动闸车辆系统中重部件作车辆出现障者需停止时车求时间停止运动说需车动快转化形式量达消耗动目工作机理两相运动表面相互摩擦时产生摩擦阻力转化车动车动转化热达停车制动目盘式制动器相鼓式制动器具制动性稳定(制动数摩擦系数成线性关系)力矩容量承受轴力结构紧凑散热性等突出优点实际中广泛应
年着车辆安全意识提高制动闸安全性倍受重视制动闸性提出点基求
(1)足够制动力矩保证安全制动基条件
(2)摩擦副产生摩擦力矩稳定受外界条件变化(速度温度湿度驱动力等)条件变化量
(3)散热性避免摩擦表面温度高
(4)工作中噪音低环境污染
(5)具定耐磨性定安全寿命
(6)操作维修简单方便
22制动系统工作原理分析
盘式制动器称碟式制动器摩擦副中旋转元件端面工作金属圆盘称制动盘螺钉固定车轮轮毅盘式制动器分钳盘式全盘式中钳盘式分固定钳式浮动钳式浮动钳式分滑动钳式摆动钳式
通常制动器通固定元件旋转元件施加逆力矩通制动器摩擦副间相滑动动转化热达摩擦减速制动作盘式制动器摩擦副中旋转元件安装车轴轮毅端面工作表面金属圆盘称作制动盘制动器固定元件称作制动块两四工作面积概制动盘包角20°左右摩擦片镶嵌质较硬金属背板组成外制动块助动装置装横跨制动盘两侧安装悬架夹钳型支架中总称制动钳驾驶员踩制动踏板相连推杆会推动制动油缸中活塞前进油缸中液压升高液压油压力作油进入制动器油缸中力传递制动器油缸中活塞推动法移动活塞接触制动盘产生制动力牢牢制动盘加紧
制动器结构图
图21 盘式制动器结构图
钳盘式制动器制动钳固定车桥浮动悬架分定钳盘式制动器浮钳盘式制动器两类图示定钳浮钳两类盘式制动器示意图
图22 定钳盘式制动器
定钳盘式制动器中跨置制动盘1制动钳体5固定安装车桥6旋转制动盘轴线方移动两活塞2分位制动盘1两侧
图23 浮钳盘式制动器
浮钳盘式制动器中制动钳体2通导销6车桥7相连相
制动盘1轴移动制动钳体制动盘测设置油缸外测制动块
附装钳体
盘式制动闸工作原理：施闸时减控制油口输入控制油压控制油压活塞作力碟型弹簧弹性恢复力时碟形弹簧推动筒体前运动安装筒体闸瓦压制动盘进行制动松闸时增控制油口输入控制油压控制油压活塞作力碟形弹簧弹性恢复力时活塞通连接轴带动筒体压缩碟形弹簧闸瓦远离制动盘实现松闸
盘式制动闸制动力矩闸瓦两侧压制动盘闸瓦制动盘间产生摩擦力产生制动盘产生附加变形滚筒轴承受附加轴力制动闸成做副盘式制动闸根制动力矩辆客车布置副制动闸
23 制动系统结构分析
目前盘式制动闸包括老式碟形弹簧置式新式碟形弹簧前置式两种图24（a）碟形弹簧置式制动闸结构图图24（b）碟形弹簧前置式制动闸结构图
1制动盘 2衬板 3活塞 4制动器体 5液压缸 6碟形簧盖 7碟簧 8盖
9连接螺栓 10控制油口 11筒体 12闸瓦
(a) 碟形弹簧置式制动闸结构图
1筒体(带衬板) 2碟型弹簧 3弹簧座 4挡圈 5油缸 6泄漏油口 7活塞 8连接栓 9盖 10液压缸盖 11控制油口 12制动器体 13连接轴 14压板 15闸瓦 16制动盘
(b) 碟形弹簧前置式制动闸结构图
图24 盘式制动闸结构图
盘式制动器摩擦副中旋转元件端面工作金属圆盘轮缸压力作制动钳压制动盘端面产生制动力矩结构关系盘式制动器般摩擦助势作制动器效受摩擦素影响较效较稳定
制动器制动系中产生阻碍车辆运动运动趋势力部件竞赛汽车装设通张开活动翼板增加空气阻力空气动力缓速装置外般制动器通中固定元件旋转元件施加制动力矩者旋转角速度降低时车轮路面附着作产生路面车轮制动力汽车减速利固定元件旋转元件工作表面摩擦产生制动力矩制动器称摩擦制动器盘式制动器旋转元件圆盘状制动盘端面工作表面盘式制动器摩擦副中旋转元件端面工作金属圆盘圆盘制动盘
24 制动程模型分析
制动闸制动程量观点讲制动闸成种量转换装置规定时间运动物体动转化热形式量实现减速停车目制动闸制动程度决定车辆安全性
241 制动程分析
制动装置作行驶中车辆减速者停车般制动装置车辆动转化成热确保述制动力车制动系统般广泛采液压制动驾驶员加制动踏板力通踏板杠杆定例传增力装置增力装置量力增传制动缸制动缸压力转换液压通制动硬制动软传车轮制动器轮缸车轮制动器轮缸液压推动盘式制动器摩擦块鼓式制动器制动蹄压紧制动盘制动鼓间产生摩擦力制动器制动力
图24示盘式液压制动闸结构讲种制动器制动摩擦片摩擦盘间摩擦力矩产生摩擦片工作中容易磨损中摩擦片磨损程度检测现工完成通盖测量孔制动器进行定期检查种制动器制动力矩设备工作环境恶劣工检测容易进行容易产生误差法真实反映出摩擦材料磨损情况更反映出摩擦热引起破坏程度潜热疲劳程度
现验数规定摩擦片时间期限达实际摩擦材料磨损情况律更换保证机器设备安全性样操作两缺陷(1)会出现摩擦材料然安全情况提前换掉造成摩擦材料浪费(2)会出现某种原没时更换者测量失误等摩擦片没时更换会出现安全潜危险制动器线检测动态监测必
242 制动程建模
2421 施闸松闸程中闸瓦运动学分析
1碟形弹簧 2活塞 3闸瓦 4制动盘
图25 盘式制动闸制动力学模型
活塞研究象活塞运动程中根质心运动定理：
活塞效作面积
第制动闸碟形弹簧正压力
式(26)(27)代入式(25)制动力矩：
轴心质点力矩方程
(213)
式中 ——车轮总成转动惯量(kgm ²)
——车轮旋转角速度(rads)
——制动器车轮制动力矩(Nm)
——车轮受滚动阻力矩(Nm)
汽车制动时路面车轮滚动阻力矩汽车回转质量惯性力矩忽略影响式简化力矩衡方程
(214)
时制动器制动力矩必须满足
(215)
2425 动力学模拟参数计算
1单轮等效转动惯量
制动器制动程汽车机械转化热程根量守恒定律确定制动器单轮等效转动惯量
² (216)
式中——质量(kg)
——行驶速度(ms)
——整体等效转动惯量(kgm²)
——车轮转动角速度(rads)
制动程中假设车轮纯滚动
(217)
式中 ——车轮滚动半径(m)
公式(217)代入公式(216)
² (218)
制动程中汽车具惯性前车轮承受法惯性力惯性力促汽车前车轮摩擦功制动力矩等效转动惯量发生改变
2车轮角速度
根制动开始时汽车初始速度
／（36） (219)
(220)
(221)
中 ——车轮初始角速度(rads)
——汽车初始速度(kmh)
——车轮角减速度(rads ²)
——车轮瞬态角速度(rads)
——时间
25 章结
章详细介绍盘式制动闸结构工作原理基础总结国外方面研究现状建立汽车制动闸制动动力学模型制动性参数间相互影响关系检测系统设计提供基础性理指导阐述制动闸需满足基性求介绍种类型制动闸发展现状应场合介绍盘式制动闸组成工作原理结构特点分析盘式制动闸存问题指出研制制动闸摩擦线检测系统必性线检测系统现代设备必然求发展趋势效保障身设备安全提高设备工作性动化程度设备理更加合理化科学化
3盘式制动闸制动性检测系统总体方案
31总体方案
32 系统功技术指标
321 功
1客车制动系统盘形闸参数进行实时监测 采基单片机开发数采集器采集制动力矩闸间隙制动减速度传感器输出模拟量信号
2盘形闸工作间隙位置校准 通串口接收检测数分析处理融合制动性参数盘式制动闸制动性进行评判
3静态数断电长期保存
4具恢复功避免干扰引起系统死机现象
根现场实际情况面需解决实际问题确定方案原
1系统适应持续工作
2准确实时测量
3实现远距离观测控制
4系统性高
5具备较性价
基原设计出系统方案系统两部分组成位机位机位机计算机通信接口组成计算机安装专门监测软件监测软件计算机强功实现远程实时观测控制通信接口完成通信电转换数通信位机微控制器核心辅相关外围电路完成盘形闸工作参数实时监测进行数采集处理通信
322技术指标
1工作间隙测量范围03mm
2测量误差士10
3转换精度<10
4测量周期<400ms
5电源电压220V127V
6机工作电压+5V
7环境温度070℃
33 系统设计流程
检测技术称测试技术包括测量试验两方面测量测象某特征信息提取出加度量试验通某种方法利专门装置测系统存某种特征信息激发出加提取测量微电子技术发展推动检测技术进步仪器仪表断智化数字化型化功化方发展检测技术中数处理力线检测实时分析力增强仪器仪表功扩精度性提高
信息提取般采传感器件完成传输信息载体信号便测信息进行续处理通常测信息转换成电信号测信号转换成电压电流电路参数(电阻电感电容)等电信号输出般讲信号转换存储传输需中间转换装置完成通常信号转换成便传输功率足够具定驱动功电压者电流
总讲检测技术具三种功
(1)程中参数测量功
(2)程中参数监测控制功
(3)测量数分析判断功
检测系统硬件软件两部分组成首先全面正确均衡分配软硬件功应综合考虑系统求开发周期产品成系统性等方面素增硬件功例提高速度减少需存储容量利检测控制实时性时会增加成电路变复杂降低性开发周期较长软件硬件合理分配增强仪器功提高测量精度系统结构更加简单紧凑节省投资遵循原实现功指标时系统成低考虑系统具体情况应量软件代硬件实现功降低成时力求电路简单工作
系统基述原分配软硬件功：硬件功现场获取测信号完成数采集处理显示存储通讯软件2部分构成：单片机系统软件完成信号采集传输计算机智分析软件完成程序界面开发进行进步分析处理完成显示存储报表生成印等工作
总体方案确定系统软硬件设计工作时进行硬件软件紧密配合协调致组成高性智检测系统系统研制程中软硬件功总断调整便相互适应相互配合达佳性价
首先根设计方案进行相关资料文献检索确定芯片选型选择功扩展电路接口电路方案完成硬件电路原理图次完成硬件部分设计时应进行单片机计算机智分析软件模块开发编程确定电路原理硬件均重问题情况已设计系统软件分模块逐进行调试问题时修改然完成单片机系统程序录入集成部分子系统构建整系统够满足现场应求
34 章结
章根盘式制动闸制动性检测系统实现功系统进行整体设计：整系统传感检测部分数采集部分系统监控部分组成采两级分布式结构工控机作位机数采集器作位机工控机数采集器间采机串行通信方式时章系统设计流程进行详细阐述
4 检测系统硬件设计
章根检测系统功求进行系统硬件设计直接测量制动力矩快速检测出闸间隙结合盘式制动闸结构特点现场应求设计制动压力传感器霍尔位移传感器章传感器设计选型数采集器设计工控机选型作详细介绍
41 单片机选择
单片机整检测系统核心元件负责检测信号进行数处理显示存储报警功单片机选原满足测试系统求条件需具定灵活性定扩展功
单片机AT89C52ATMEL公司生产种低电压高性8位单片机片含8k bytes反复擦写读程序存储闸((EPROM)256 bytes机数存储(RAM)采ATMEL公司高密度非易失性存储技术生产兼容标准MCS51指令系统片置通8位中央处理闸擦写Flash存储单元AT89C51单片机应许控制系统场合
单片机AT89C52性参数
① 8K字节编程闪速程序存储闸1000次擦写周期数保留10年②全静态工作0MHz ——24MHz③三级加密程序存储闸256x8位部RAM⑤ 32条编程v0口线⑥316位定时闸计数闸⑦8中断源⑧编程串行UART通道⑨低功耗空闲掉电模式
单片机AT89C52优点
①部包含存储闸系统开发程中容易进行程序修改缩短产品开发周期时外界电源损坏情况保存信息
② AT89C52部采FLASH存储闸编程出现错误时时修改直修改正确止方便户编程
③AT89C52设计系统反复进行系统试验调试次调试编入程序样保证系统设计达优户需时进行修改设计系统适应户新求
④AT89C52设静态逻辑零频率条件工作支持两种软件选省电模式闲置模式CPU停止工作片RAM定时闸计数闸串口中断系统工作掉电模式保存RAM容冻结振荡闸禁止片控制单元功直次硬件复位止
系统AT89C52核心完成检测存储功系统电AT89C52首先相关外围器件进行初始化设置身功设定然循环检测路传感器信号储存数传送位机
42 传感器选择
传感器连接测象检测系统接口采集信息系统进行处理判断程度影响决定系统功准确性
传感器作种输入非电量(物理量化学量生物量等)信息转换成电量信号输出器件装置构成核心非电量信息转换电信号转换元件种转换功物性型传感器次完成实现测非电量电量直接转换结构型传感器必须通前置敏感元件预转换完成实现
测非电量非电量电量间接转换时传感器敏感元件转换元件辅助元件组成
检测量根检测量特征试验程中变化情况选符合实际情况传感器单片机信息处理核心检测系统具较强功够实现检测信号显示具数处理判断功
通检测系统研制制动系统进行检测通测试数系统进行分析时实现实时系统状态进行判断障诊断总通制动系统实时线检测时发现障苗头问题刚开始出现时时解决事发生扩起效预防作
1利电阻测量传感器电阻应变式传感器电位器式
1)电阻应变式传感器种利电阻应变效应种力学量转换电信号结构型传感器压电式位移传感器压电元件特性断变化位移测量应变片式传感器力热产生变形测量
2)电位器式利移动电位器触点改变电阻值测量位移电位器式传感器中位移(十毫米位移量)精度求高场合优点结构简单成低
2利电感位移传感器感式互感式电涡流式感应步器
1)感式通改变磁路磁阻线圈感变化利线圈感改变实现非电量电量转换目前常三种类型变气隙型变面积型螺插铁型基结构含线圈铁芯活动衔铁等三部分电感式传感器位移量测量测量精度高偏差测量达亚微米精度传感器输出阻抗较强抗干扰力广泛种测量包括加工中测量百赫兹变化量测量
2)互感式(变压闸式)通改变互感检测互感式传感器称变压器式传感
器电感式传感器互感式传感器先测量变化转换成线圈相互互感变化变换成电压信号输出变压闸式传感器差动形式常差动变压闸式传感器简称差动变压器变压器式传感器特点应范围致电感式传感器相高精度场合电感传感器
3)电涡流式传感器利电涡流现象改变线圈感阻抗原理电涡流式传感器基结构包括探头变换器两部分变换器测量电路组成探头固定框架扁线圈组成般放端部(线圈绕制框架槽粘合剂粘结端部)尺寸位移参数测量接触测量精度达微米级电涡电流式分辨率易受测物体材料形状加工质量影响
4)感应步器利两面绕组互感位置发生变化原理测量感应步器线位移测量测量长达米线位移测量输出阻抗低抗干扰力强环境求高
3磁电式传感器通磁电作测量(振动位移转速等)转换成电信号种传感器利磁电效应位移传感器霍尔式磁栅式磁敏式
1)霍尔式传感器利半导体霍尔元件霍尔效应
2)磁栅式传感器利磁头磁栅相移动磁头感应出电信号类传感器属数字式传感器种外种数字式传感器感应步器特点范围相似精度略低感应步器磁栅式传感器线位移360度角位移测量
3)磁敏式传感器固体中磁电转换效应基础载流半导体磁场中磁电效应(霍尔效应)输出电势该类传感器磁阻传感器磁敏二极磁敏三极等
4利电容传感器电容式容栅式
1)电容式传感器通改变电容量进行测量电容式传感器测非电量变化转换电容变化种传感器具结构简单灵敏度高动态响应实现非接触测量具均效应等优点电容式传感器位移尺寸偏差等测量实现接触测量频率响应高(达数千赫)灵敏度高输出阻抗高传感器电容值易受外界环境素干扰时需采取妥善屏蔽措施采取屏蔽措施条件达高精度(达微米十纳米)
2)容栅式传感器利通改变电容量加激励电压产生感应电势原理测量利容栅实现位移测量(量程达数百毫米)容栅结构简单尺寸(栅等相)常数显量具中精度达微米
5光电式传感器般形式光纤式光学编码器式光栅式
1)般形式先通改变光路光通量利种光电器件光电效应信号转换成电信号种传感器
2)光栅式传感器先利光栅形成莫尔条纹位移间关系利种光电器件光电效应光信号转换成电信号种传感器光栅式传感器线位移测量
3)光纤式传感器利光导纤维传输特性材料效应传光种光电器件光电效应光信号转换成电信号
4)激光干涉传感器普勒效应衍射光电器件测量激光干涉传感器量程高精度测量米达0102微米
系统通压力传感器位移传感器接收检测部位信息AD模数转换输入单片机中单片机中检测信号进行数处理然传位机
位移传感器系统采电涡流传感器探头延伸电缆前置器测体构成基工作系统图
图41 电涡流传感器系统图
前置器中高频振荡电流通延伸电缆流入探头线圈探头头部线圈中产生交变磁场果交变磁场效范围没金属材料磁场量会全部损失测金属体磁场金属表面产生感应电流电磁学称电涡流时该电涡流场产生方头部线圈方相反交变磁场反作头部线圈高频电流幅度相位发生改变(线圈效阻抗)变化金属体磁导率电导率线圈形状尺寸电流频率头部线圈金属导体表面距离等参数关通常假定金属导体材质均匀性线性项相性线圈金属导体系统物理性质金属导体电导率σ磁导率ζ尺寸子τ头部体线圈金属导体表面距离D电流强度I频率ω参数描述线圈特征阻抗ZF（τζσDIω）函数表示通常做控制τζσIω参数定范围变线圈特征阻抗Z成距离D单值函数然整函数非线性函数特性S型曲线选取似线性段通前置器电子线路处理线圈阻抗Z变化转化电压电流变化输出信号探头测体表面间间距变化电涡流传感器根原理实现金属物体位移震动等参数测量
工作程测金属探头间距离发生变化时探头中线圈Q值发生变化Q值变化引起振荡电压幅度变化距离变化振荡电压检波滤波线性补偿放处理转化成电压(电流)变化终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流)
系统选择位移传感器型号CZF∕BZF系列电涡流位移传感器
技术参数
1)线性范围06 (mm)
2)线性误差0630
3)探头外径18 (mm)
4)信号输出420mA
5)工作温度传感闸<100°C前置闸<65°C
6)工作电源正负24VDC
产品优点非接触电涡流式位移传感器具非接触测量线性范围宽灵敏度高抗干扰力强介质影响稳定易处理等优点
压力传感器作检测制动压力设计中选KYC01型绝压压力传感器量程范围0200kPa量程范围0700kPa压力传感器采12V供电满量程输出20mV需制动力较设定时量程范围006MPa压力值06MPa时输出20mV压力传感器尺寸外形图示
图42 压力传感器外形图
传感器输出电压幅值020mv间信号立需信号进行放处理制动压力传感器输出口3分线直流电压输出线设计放电路中输入口压力传感器应传感器输出信号较弱包含工频静电电磁耦合等模干扰需放电路需高模抑制高增益低噪声高输入阻抗电路结构图示
图43 压力传感电路
转速传感器选择选光电式传感器测转速种传感器旋转轴转速变相应频率脉然测量电路测出频率频率值知道测转速值种测速方法具传感器结构简单测量精度高特点目前常种测量转速方法图44示测速齿盘1光源2光敏元件3组成光源发出光通测速齿盘齿槽射光电元件光电元件感光测速齿盘30齿槽测速齿盘旋转周光敏元件感受开孔数相等次数光次数产生相应数量电脉信号
图44 转速测量原理
43 信号调理电路设计
信号调理电路功制动压力传感器输出0~20mv信号调理放0~5V标准电压信号放电路增益放倍数250时放电路设计考虑传感器输出电特性制动压力传感器输出信号高模电压中检测出微弱差分电压信号求放电路具高输入阻抗模抑制放器采三运算放器构成二级运放电路放电路原理图图45示
U1U2构成第级差动放电路该电路放倍数U3构成第二级放电路放倍数整放电路放倍数确定电阻元件放电路增益250该电路输入阻抗高达十兆欧模抑制高达160dB满足制动压力传感器信号放求
图45 制动压力传感器信号放电路
44 AD转换器选择
单片机处理模拟信号需AD转换器模拟信号转换数字信号进行处理选择AD转换器时考虑两素①转换速度反映数转换时间ADC型号转换速度差②转换精度ADC转换精度取决模拟误差数字误差模拟误差较器解码网络中电阻值基准电压波动等引起误差数字误差包括丢失码误差量化误差前者属非固定误差器件制造质量关系者输出数字量位数关位数越误差越ADC0809TI公司生产12位串行模数转换器运开关电容逐次逼技术完成AD转换程开关电容设计整温度范围较转换误差高速转换器通控制力外器件片路器输入通道部测试电压中意选择种形式通道速度较慢硬件开销少转换速度求高系统较合适串行输结构够节省单片机IO资源价格适中分辨率较高
ADC0809美国国家半导体公司生产CMOS工艺8通道8位逐次逼式AD转换器部8通道路开关根址码锁存译码信号选通8路模拟输入信号中进行AD转换目前国应广泛8位通AD芯片
1． 特性
1）8路输入通道8位AD转换器分辨率8位
2）具转换起停控制端
3）转换时间100μs(时钟640kHz时)130μs（时钟500kHz时）
4）单+5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～+5V需零点满刻度校准
6）工作温度范围40～+85摄氏度
7）低功耗约15mW
2．部结构
ADC0809CMOS单片型逐次逼式AD转换器部结构图示8路模拟开关址锁存译码器较器8位开关树型AD转换器逐次逼寄存器逻辑控制定时电路组成
图46 ADC0809部结构外部特性
3．外部特性（引脚功）
IN0～IN7：8路模拟量输入端
21～28：8位数字量输出端
ADDAADDBADDC：3位址输入线选通8路模拟输入中路
ALE：址锁存允许信号输入高电效
START：AD转换启动脉输入端输入正脉（少100ns宽）启动（脉升0809复位降启动AD转换）
EOC：AD转换结束信号输出AD转换结束时端输出高电（转换期间直低电）
OE：数输出允许信号输入高电效AD转换结束时端输入高电开输出三态门输出数字量
CLK：时钟脉输入端求时钟频率高640KHZ
REF（+）REF（）：基准电压
Vcc：电源单+5V
GND：
ADC0809工作程
首先输入3位址ALE1址存入址锁存器中址译码选通8路模拟输入较器START升逐次逼寄存器复位降启动 AD转换EOC输出信号变低指示转换正进行直AD转换完成EOC变高电指示AD转换结束结果数已存入锁存器信号作中断申请OE输入高电时输出三态门开转换结果数字量输出数总线
转换数传送 AD转换数应时传送单片机进行处理数传送关键问题确认AD转换完成确认完成进行传送采述三种方式
（1）定时传送方式
种AD转换说转换时间作项技术指标已知固定例ADC0809转换时间128μs相6MHzMCS51单片机64机器周期设计延时子程序AD转换启动调子程序延迟时间转换肯定已完成接着进行数传送
（2）查询方式
AD转换芯片表明转换完成状态信号例ADC0809EOC端查询方式测试EOC状态确认转换否完成接着进行数传送
（3）中断方式
表明转换完成状态信号（EOC）作中断请求信号中断方式进行数传送
述种方式旦确定转换完成通指令进行数传送首先送出口址信号效时OE信号效转换数送数总线供单片机接受
图47 AD模块接线图
45 电源设计
检测装置否稳定工作稳定供电电源设计非常重数采集器采12V供电前面电路设计知单片机工作电压5V位移制动压力油压传感器工作电压5V时提供精密稳定电源5VAD转换作参考电压 需设计稳定电源电路供器件电压值满足工作需
集成稳压块7805作非稳定12V直流电压变换成稳定5V直流电压仅输入端输出端公端芯片部设流热保护调整安全保护电路简便具保护功安全输出稳定度高等特点时需输入端输出端公端间联电容C1C2C1抵销输入端较长接线电感效应防止产生激振荡C2防止瞬时增减负载电流时引起输出电压较波动提高电路抗干扰性VCC电源间安放耦电容消电源高次谐波干扰时VCC电源间接入发光二极指示电源状态
图48 电源模块
46 串行通讯电路
单片机输出TTL电实现RS485通讯时首先需TTL电转换RS485标准电效进行数传输选MAX1487电双转换芯片实现半双工RS485通讯方式
MAX1487输入引脚DI直接单片机TXD引脚相连输出引脚RO单片机RXD引脚相连MAX1487部驱动器接收器三态通驱动器输出高电端DE接收器低电端RE进行发送接收发送接收两种控制信号反相二者接控制信号(系统中接ENI)1电控制发送0电控制接收严格保证收发信号时间错开AB端接信号传输线实现机联网具体接线图图49示
图49 通讯模块
RS485接口设计时应考虑两点：
（1）障保护
根RS485标准规定接收器灵敏度±200mV接收端差分电压(UaUb)≥+200mV时接收器输出逻辑1(UaUb)≤200mV时输出逻辑0介±200mV间时接收器输出确定状态总线空闲传输线节点接收状态传输线开路短路障时接收器输出高电输出低电果输出低电会串行接收器(UART)找起始位引起通信异常
设计时需总线加偏置电阻总线空闲开路时总线偏置确定状态具体设计A拉VCCB拉电阻具体参数选择电缆电容变化变化设计中选100K
（2）防雷击抗静电放电击
RS485接收器差分输入端模电压允许7V+l2V间超范围器件损坏时雷电传输线产生电压瞬变会引起压流损坏器件时RS485接口芯片焊接设备运输中会受静电击损坏设计时需考虑防雷电抗静电放电击问题
MAX1487身带抗静电放电击功设计时采外加钳位电路方法图422示采稳压D1D2构成钳位电路瞬变电压信号钳位通接口电路进入位机显著提高器件工作性抗静电放电击力
47 硬件抗干扰设计
盘式制动闸制动性检测装置避免存部外部干扰直接影响信号获取质量系统正常工作提高系统性系统硬件软件设计必须采取相应抗干扰措施文采取硬件抗干扰措施：
（1）元器件布局方面相互关元件量集中放置例时钟芯片晶振
CPU时钟输入端易产生噪声位置较
（2）关键元件电源入口处设置耦电容消电源高次谐波干扰实际印制电路板走线引脚连线接线等含较电感效应电感会VCC走线引起严重开关噪声尖峰系统解决方法VCC电源间安放耦电容
（3）系统输入信号线采双绞屏蔽线阻止耦合干扰侵入
（4）电路板设计需满足设计求外必须满足设计规范电路性保障消电路布线带信号噪声稳定影响：
线布局决定电路板抗干扰力方面必须保证接点正确方面必须保证接牢前者防止系统部分间串扰者接点处零阻抗防止接线电压降系统设计印制电路板时模拟数字分开采点接接线构成闭环形式提高电路抗干扰力外果线较细线电阻会较造成接电位电流变化变化致信号电稳系统布线空间允许情况线量粗改善接点问题系统设计时线面积量宽面积敷铜布线工作线电路板底层没走线方铺满助增强电路抗干扰力
48 章结
章通制动系统检测求分析建立测控系统模块整合电路模块进行部件选型设计电路分电源模块单片机模块信号调理模块通讯模块AD转化模块章软件设计提供基础
5 检测系统软件设计
检测系统软件开发硬件设计基础进行作现硬件台完善系统功充分发挥硬件潜力满足设计功求提高实性性良软件开发实现系统功重环节提高系统性关键实现功：
（1）单片机系统软件：采集位移压力转速传感器输出模拟信号实现单片机工控机串行通信
（2）工控机智分析软件：提供友机交互界面实现工控机数采集器机串行通讯读取采集数数进行分析处理融合显示存储印盘式制动闸制动性进行智分析评价
系统软件开发程中必须遵循原：
（1）模块化规范化设计方便软件维护更改升级系统软件划分成干具单功独立模块模块间相独立提高系统性易维护性
（2）优化界面设计方便户软件开发时界面简单实
（3）编制修改调试运行升级方便视化编程语言
51 单片机系统软件开发
单片机软件开发完成传感器信号采集工控机串行通信数采集器软件流程图图51示单片机软件采程序加串行中断程序结构程序功完成单片机系统初始化循环采集传感器输出信号串行中断程序功完成单片机系统工控机串行通信采种程序结构原工控机单片机采轮询通信方式单片机知道工控机时读取身数采中断方式避免程序中效等程序断采集更新传感器输出信号保证工控机读取数传感器新状态
图51 数采集器程序流程图
52 数采集模块
数采集模块功单片机实现数流动方分三方面：传感器通道选择启动AD转换转化数读入单片机根路开关单片机接口电路芯片CD4051工作必须复位PC3端口具体选通通道PC0~PC2端口状态决定PC0~PC28种端口状态应CD40518输入通道
AD芯片电需初始化操作芯片够正常工作
单片机AD芯片控制读取AD转换结果通SPI口实现SPI(Serial Peripheral Interface——串行外设接口)需4根控制线扩展具SPI接口控件具通信简单实控制方便通信速率快优点单片机SPI通信通SPCR(控制寄存器)SPSR(状态寄存器)SPDR(数寄存器)三寄存器实现中SPCR(控制寄存器)设置SPI口工作时中断工作模式时钟频率等SPI通信中重寄存器设计中设置0B01110000具体意义：采查询方式发送数发送数高位前单片机SPI口机模式0工作频率四分单片机晶振频率
单片机AD芯片初始化采样程序：
void Init_ADC( ) 初始化程序
{
CS3545_A 0
CS3545_A 0 里拉低2usADC初始化拉低少1SCLK时钟
CS3545_A 1
}
void Sample_ ADC ( ) 采样程序
{
uint8 k
EA 0
EA 1
CS3545_A 0
SPIDAT 0x77 写SPIDAT产生SCLK时钟
while (ISPI)
datah SPIDAT 收ADC发出前8位第字节
SPIDAT 0x77
while (ISPI)
datal SPIDAT 收8位第二字节
SPIDAT 0x77 继续SCLK时钟直24thSCLK释放cs
do {
k 0
}while(k) 拖延时间ADC24SCLK周期释放
dUw0 ((datah<<8) + (datal&0xfc))
CS3545_A 1
}
53 串行通讯模块
系统工控机作机数采集器作机机机间采RS485总线型网络进行通信文设计串行通信选RS485半双工工作模式工控机数采集器分时传输线时刻串行口发送器输出处效状态否会出现发送器信号竞争导致法实现正确数值通信RS485协议提供电气机械规范必须设计工控机数采集器间通信协议工控机需读取数采集器数需写入数数采集器进行控制文设计通信协议：工控机总线广播读取数采集器址数采集器执行串口中断接收广播址进行匹配检验址匹配身址采集数发送工控机工控机接收进行址匹配检验址匹配保存数否丢掉数次发送该数采集器址防止系统出错造成
死锁规定连续3次接收正确数进行报错处理然广播数采集器址实现数采集器轮询读取数
通讯前需串口进行初始化初始化串口包括串口工作模式波特率设置通SCONPCON设置实现系统中设计串口工作模式1波特率38400bps设定SCONPCON分#50H#00H工作模式1波特率定时器控制采定时器1作波特率发生器设定定时器模式控制字TMOD#21H定时器1TH1TL1#0FDH数采集器串行口初始化中断子程序代码：
初始化程序：
MOV SCON#50H 设置成串口1方式
MOV PCON#00H
MOV TMOD#21H 波特率发生器T1工作模式2
MOV TH1#0FDH T1初始化设定波特率38400
MOV TL1 #0FDH
SETB TR1 启动波特率发生器
SETB EA
SETB ES 允许串口中断
串行中断子程序：
SSERVER MOV 34H A 保护现场
CLR ES
JNB RI KZHD
CLR RI
MOV A SBUF
CJNE A #02H KZHD 址匹配开串口中断中断返回
MOV SBUF #02H 匹配发送身址
JNB TI
CLR TI
MOV R1 #40H 发送采集数
MOV R4 #16
JIXU MOV SBUF @R1
JNB TI
CLR TI
INC R1
DJNZ R4 JIXU
MOV R1 #40H 采集数存储区清零
MOV R4 #16
QL MOV @R1 #00
INC R1
DJNZ R4 QL
KZHD SETB ES 开中断
FANHUI MOV A 34H 原现场
RETI 中断返回
54 工控机智分析软件开发
工控机作整系统位机部分分析软件数汇总分析处理融合盘式制动闸制动性参数提供户便操作控制友界面时绘制数历史曲线分析数存储开发软件应满足求：
（1）户界面友：操作通鼠标点击完成数输入输出表格形式外需采曲线形式表达更直观
（2）具备智分析功：根数分析完成制动力矩制动减速度计算具历史数障查询功
（3）软件扩展力强：该软件基础进行二次开发实现提升机整备保护功
（4）软件性高：设计软件应该够捕捉错误陷阱具错误处理力程中高度性
软件开发需合适开发工具文式编程语言灵活生成图形户接口较麻烦图形化编程语言设计出美观机界面灵活性足针情况系统应软件选文式视化编程语言Visual Basic 60利种语言开发数采集系统具开发周期短界面友方便易移植等优点
VB语言种事件驱动面象程序设计语言提供集成性视化户界面具强数库开发功够轻松扩展编程灵活VB语言缩短仪器仪表开发周期扩展功提高精确度缩体积降低成达智化微型化功目特点：
（1）功扩展方便采VB语言进行编程缩短开发周期方便扩展功改变仪器功单缺点需增加系统功项目增加仪器成条件需软件程序作调整相应增加VB控件程序必做较改动
（2）编程效率高具视化特点见编程中需拖动鼠标创建诸命令键开关定时器等图形高级语言C语言等相具编程效率高功强程序便阅读直观界面友等特点
（3）串行接口外部事件处理功强VB语言高级语言相优势VB提供串行接口组件外部事件处理等功方便位机进行通讯
（4）强数库访问力Visual Basic 提供丰富数库功数控件绑定类型数源建立数库连接
基特点系统软件利VB语言实现串口数采集记录界面绘制显示功
55 户界面模块
良系统界面户操作环境操作繁琐数处理变直观快捷系统软件操作均利钮拉式菜单进行驱动控制简单易学操作方便
Windows程序理器产生运行文件程序组形象图标鼠标双击图标运行应程序
图52 户界面操作流程图
工控机系统启动启动盘式制动闸制动性智检测系统软件进入监控界面图52根现场实际情况闸瓦监控界面根盘式制动闸数行调整副闸闸瓦间隙贴闸压力空动时间等3性参数界面中间显示总制动力矩
监控界面中界面方拉式菜单包含文件界面切换历史查询功键四选项执行功：
（1）文件菜单：
退出：退出监控系统停车时退出
（2）界面切换菜单：
速度监控界面闸瓦监控界面间切换
闸瓦监控界面：系统运行界面
（3）历史查询菜单：
障查询：查询盘式制动闸障记录制动闸瓦磨损量
（4）功键菜单：
启动停止监控：制动停机状态启动停止
参数设定：系统初次安装制动器参数位移值闸瓦磨损量高速计数脉等参数进行初始化设定
报警：报警出现障时输出信号
56 数理模块
数理模块串行通讯显示分析模块基础整系统核心部分工控机完成采集数存储历史记录查询功必须建立数库理数数库量数定模式组织起系统方便时准确数库交换信息通讯模块接收位机系统发送数数理模块数存入相应数库中模块需数时通模块开需数库进行相应查询统计分析印等操作
系统通VB中ADO数控件访问Microsoft Access 数库Microsoft Access数库中表形式存储种数结合SQL查询语句实现数存储查询统计印图形分析等功
Visual Basic提供强力数库访问功数访问接口三种：ActiveX数象ADO(ActiveX Data Objects)远程数访问象RDO(Remote Access Objects)数访问象DAO(Data Access Objects)ADODAORDO相结合产物易速度快存支出少占磁盘空间较少ActiveX Server库形式提供包含较少象更属性方法事件
ADO象模型定义编程分层象集合三象成员ConnectionCommandRecordset集合象ErrorsParametersFields等组成Connection象功建立数库连接Command象功数库传送数查询命令Recordset象功建立数查询记录集浏览增加修改删记录
系统中利ADO象编程访问数库具体方法：
首先Access中建立名Datambmdb数库表中存储制动压力闸间隙油压运行速度安全回路状态相应数采集时间
次通引ADO象建立数库中表数源连接：
Ado1ConnectionString＝ProviderMicrosoftJetOLEDB40
Data Source & DataPathText & Persist Security InfoFalse
Ado1CommandType adCmdTable
Ado1RecordSource datamb
次数表进行操作包括更新清空：
Ado1Refresh
If Ado1RecordsetRecordCount > 0 Then
Ado1RecordsetMoveFirst
While Not Ado1RecordsetEOF
Ado1RecordsetDelete
Ado1RecordsetMoveNext
Wend
End If
数记录进行操作包括增加修改删记录增加新记录程序代码：
With Ado1Recordset
AddNew ’新增加条记录
Fields(1)Value Date ’数采集日期
Fields(2)Value Time ’数采集时间
For i3 to 54
Fields(i)Value DataCom(i2)
’采集数值赋相应字段
Next i
MoveNext
End with
工控机系统软件完成串口数采集时数存入预先设文件名数库完成数保存克服通常数采集系统完成数采集忘记保存数缺点通调Visual BasicADO控件结合文件操作命令方便实现数访问续数分析输出工作带极便利
57 报表生成模块
VB中进行报表印生成方法种第类调VB方法Print form进行窗口印操作该方法够默认印机印前Form中视区域需设计合适Form非常容易印出理想效果种方法机交互力强普通户会操作难达理想效果种方法采Printer象Printer 象设备关图片空间支持PrintPestLinePaint PictureCircle方法Printer象创建文图形设置输出文字体完成Printer象中放置信息EndDoc方法输出传送印机次应程序结束时会动EndDoc方法印机象中未确定信息送印机种方法缺点编程量需编程员计算控制印位置Printer象中印位图需花费较时间降低应程序性
广普通户惯Word进行文字图标印工作果Word中动生成报表户参完成报表印操作更加简单系统基面象思想应微软提供Word象VB中调Word象实现报表动生成印工作
58 软件抗干扰设计
系统运行程中干扰系统软件击直接导致数采集性降低控制失灵数出错等系列果系统开发程中仅硬件系统进行抗干扰设计采取软件冗余设计保证采信号性
单片机测试系统受干扰出现错误时程序便脱离正常轨道乱飞系统软件开发程中加入空操作指令NOP避免面指令作操作数执行程序动纳入正轨外RETLJMP系统流起作指令前插入两条NOP指令确保重指令正确执行
工控机软件通讯模块设计中附加干抗干扰措施电正式通信前串行端口做次空操作清端口非法数命令系统分析软件完成某种功需户操作种操作具定序性户知道特点会导致系统崩溃死机降低软件性
解决问题Visual Basic提供专门On Error语句设置错误陷阱On Error Resume Next 语句实现发生错误时忽略错误行继续执行语句种情况适合文件操作情况开驱动器A文件驱动器中没插入磁盘时采语句重试On Error Go to 标号实现发生错误时程序跳转标号指示程序块通常情况程序块中根捕获错误类型进行处理
果函数者程中加错误处理模块导致程序太长量重复错误处理代码程序读性降低二错误处理机制实际破坏程序序性程序结构性变差实际某应程序中出现错误类型限性质分类公程序处理错误种集中式错误处理方法解决程序性问题时提高程序移植性
系统中错误处理程序分两类类文件操作类型错误类信号处理类型错误分编写错误处理函数File Error()Process Error()File Error()函数根文件操作错误类型进行文件重新开保存等工作Process Error()户操作程引发错误捕获状态栏中显示错误发生原提示操作两函数定义公变量存公模块（ModuleBas）中
59 章结
位机软件开发应硬件设计相结合硬件功实现化开发位机软件具友机界面高性智分析功基两点章完成单片机位机软件工控机智分析软件开发软件开发程中采关键技术包括：（1）基RS485总线单片机采串口中断方式工控机应VB提供MSComm控件实现工控机单片机RS485总线通信（2）单片机软件开发中采SPI通信方式实现单片机AD转换芯片高速步串行通信（3）采VB组态王控件相结合方法完成智分析软件开发提高软件整体性仅获友机界面信号显示分析功十分强
6 结
课题盘式制动闸制动性研究目分析盘式制动闸工作原理结合相关标准求建立制动闸制动性参数模型设计够线完成制动闸相关参数检测系统基础助助系列传感器控制设备采集相关运行参数控制相关部分工作测控系统集中运计算机技术电子技术运行程种操作动进行数采样传输存储处理加工动态显示等智控制须工干预实现高精度动化检测
面课题获成果结
(l)综合分析汽车制动系统结构组成工作原理尤制动器组成工作原理基础设计客车盘式制动闸制动器性检测系统AutoCad2004进行机械部分开发
(2)根测量精度求控制台架成原笔者选择相应压力传感器位移传感器转速传感器ProtelSe99进行试验台信号采集调理控制电路设计
(3)测试软件系统够完成采集信号实时处理求数值曲线形式显示相关参数该软件操作方便显示直观明
身水时间限制文课题中存问题进步研究
(1)测控系统长期工作稳定性试验结果准确性考虑采性更硬件模块步进电机驱动系统
(2)制动系统硬件部分导致测量系统误差通软件补偿减甚消必软件补偿方法作进步深入研究
（3)时间篇幅限文制动器检测设备中关制动闸性进行分析研制
参考文献
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[17] W Osterle A microscopic study of formation between a brake pad and brake disc Wear 2009
致 谢
次毕业设计学四年学知识次全面考验走社会进行次效训练回顾场毕业设计觉获益菲浅课题研究类课题体会做研究艰难苦心建出数学模型机械结构部分分析综合然考虑数进行分析研究进行传感器选型设计硬件电路进行分模块化处理软件编写调试样基础扎实学生困难历知道认次毕业设计锻炼方面力面困难退缩勇克服困难
次毕业设计开始结束直卢倩老师指导帮助利完成学知识想走社会工作岗位会帮助没您悉心指导完成次课题设计谨表示衷心感谢
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11文研究背景
目前着安全意识提高交通事世关注程度日益
加深关部门统计全世界年车祸导致 70 万死亡1200 万
伤残造成直接济损失 5 亿美元汽车总拥量占世界 2％左右国
交通事死亡数占世界 15％出国汽车安全方面更
严重作交通运输工具车辆性坏影响交通安全重
素车辆素中汽车制动方面原造成交通事占总交通事
1l％
汽车行驶时短时间停车方稳定长坡时维持定车速
力称汽车制动性直接关系行车安全汽车性
汽车制动性取决制动系统制动器制动系统关键部件直接影响
汽车制动系统性发挥制动器汽车安全行驶重保障没制动器
汽车安全行驶
客车盘式制动器种应十分广泛成熟制动方式制动性法实现线动态监测客车安全行驶带定隐患着动化技术发展助单片机构建线动态检测系统实现盘式制动器制动性动态线检测制动性评估提供基础数该课题研究容十分丰富囊括机制专业机电专业学生学全部专业课程知识包括机械系统功原理方案设计机电体化系统测控单元设计
12文研究目意义
盘式制动闸制动性取决摩擦副摩擦性里摩擦副摩擦材料偶盘组成中摩擦材料偶盘间摩擦状况直接影响着制动器性现实中盘式制动闸制动性线检测研究较少根目前制动闸实际工作状况利微电子新技术研制种具检测功制动闸装置制动闸进行监测提高设备安全性实际工程应重意义特着科学社会断进步设备求逐渐动化性化方发展求设备安全环保节样制动系统提出更高求
该选题机制专业学生学专业课程机械系统运动模型设计传感检测电路设计机电体化单片机测控系统等课程知识机融合起时动手实践求较高提高科生理应实践力帮助适合科生作毕业设计选题
13文国外研究现状
该课题国外取相部分研究成果部分研究成果：
1．王永臣 陈刚 王磊 崔秀 单片机制动器动调节系统中出单片机制动器动调节系统结构阐明工作原理特点系统采根流电机电枢电流控制电机启停方法种抗干扰措施控制方案新颖工作抗干扰力较强
2．庄光山 王成国 姚永强 王海庆制动盘盘形制动摩擦性影响中研究惯性力矩制动试验台种石墨形态铸铁制动盘混杂纤维增强酚醛基制动器片配副时摩擦磨损性进行研究结果表明：制动盘盘形制动摩擦性明显影响
3．程真启 高顶 张晓光 赵番矿井提升机制动器间隙监测仪设计中绍基Meal6单片机矿井提升机器间隙监测设备设计方法通煤矿提升机器间隙空动时间测量够实现盘形器监测解决煤矿提升安全隐患问题满足煤矿安全生产需
4．贾福音 李志佳 王宾 孙晋响 摩擦提升机滑绳安全制动分析中析摩擦提升中绳滑动绳静动张力关系通理分析参数分配提出满足系统安全制动外力制动方式方式仅解滑绳事保证制动器失灵状态系统制动套设备研发成功效控制滑绳事发生摩擦提升矿井安全高效生产提供保证
5．陈磊 中全 熊双辉矿井提升机盘式制动器空动时间测试装置设计中针矿井提升机盘式制动器空动时间偏长矿井提升机事影响煤矿安全规程盘式器空动时间测试方法进行研究采继电器工作原理设计测试盘式器空动时间测试装置虚拟仪器测试系统通Lab VIEW编程语言程序测试装置进行验证
6．王宏德盘式制动器制动力矩降原分析策中通盘式制动器制动力矩降原分析 提出相应防范策 取较效果系统操作简单快捷 够实现真正动排料性进步提高 维护量减少 整系统控制完全数字化 通操作面板数码显示触摸钮 完成全部操作
7．田雄等(日)新开发制动器片制动盘中阐述新开发耐磨耗制动器片耐热裂纹制动盘优良性 两者组合时 济效益颇佳新开发制动器片 国采器片相 耐磨性较佳 制动盘没破坏作NCM 制动盘耐热裂纹性 减低摩擦副器片磨耗效果新开发制动器片制动盘组合时 降低车辆维修成具意义
8 XAVER WIRTH〔德国〕制动器片提高盘形制动器性中介绍德国铁路公司高速列车早期列车四制动盘相 根轴装两制动盘 种改善接触模式先进制动片 降低嗓声全吸收力提高
9 庄光山 王成国 王海庆 姚永强混杂纤维增强制动器片制动性研究中采改性酚醛树脂基体 炭纤维钢纤维矿物纤维等混杂材料作增强材料 研制适提速列车盘形制动少金属制动器片惯性力矩试验台制动性进行测试试验结果表明 该制动器片种规定试验条件摩擦性均满足高运行速度
120 km h~ 160 km h 提速列车求
10 赵建明 吴鹏半金属基提速客车盘形制动器片摩擦特性研究中介绍种适制造提速客车盘形制动器片半金属基摩擦材料摩擦磨损特性方法试验表明研制配方半金属摩擦材料具稳定摩擦系数较耐磨性抗热衰退性实物惯性台架试验结果表明 研制配方器片具较高摩擦系数 制动距离较短 制动性稳定 完全满足提速客车运行制动求
综述：
文献中作者思路盘式制动器工作原理条件详细描述材料角度阐述车盘式制动器摩擦性检测动态性方面少阐述尤未涉传感器AD数模转换容众文提供盘式制动器感性认识制动状态描述
14文课题工作容研究解决问题
课题解决问题：
(1) 传感器选型设计计算
(2) 盘式制动器制动性模型研究
(3) 基单片机数采集单元设计包括检测传感器选型设计AD 转换设计控制单元设计通信设计等
(4) 制动系统软件程序设计
研究达预期效果：
1制动性模型研究
施闸松闸程中闸瓦运动学分析制动力矩分析分析建立制动器制动动力学模型制动性参数间相互影响关系检测系统设计提供基础性理指导传感器检测系统设计提供基础性数
2检测系统总体设计
（硬件）传感检测部分数采集部分系统监控部分传感器选速度传感器压力传感器位移传感器数采集器采集模拟量分信号调理模块AD转换模块单片机串行通讯模块电源AD转换考虑转换速度精度系统选单片机够控制选择AD转换芯片读取AD转换数时应位工控机进行串行通信功数采集器采12V供电提高系统性系统硬件软件设计必须采取相应抗干扰措施
（软件）单片机系统软件：采集速度压力位移传感器输出模拟信号实现单片机工控机串行通信组成：程序+中断程序 程序完成单片机系统初始化采集传感器输出信号串行中断程序完成单片机系统工控机串行通信
2盘式制动闸制动模型分析
21制动系统基性求
盘式制动闸车辆系统中重部件作车辆出现障者需停止时车求时间停止运动说需车动快转化形式量达消耗动目工作机理两相运动表面相互摩擦时产生摩擦阻力转化车动车动转化热达停车制动目盘式制动器相鼓式制动器具制动性稳定(制动数摩擦系数成线性关系)力矩容量承受轴力结构紧凑散热性等突出优点实际中广泛应
年着车辆安全意识提高制动闸安全性倍受重视制动闸性提出点基求
(1)足够制动力矩保证安全制动基条件
(2)摩擦副产生摩擦力矩稳定受外界条件变化(速度温度湿度驱动力等)条件变化量
(3)散热性避免摩擦表面温度高
(4)工作中噪音低环境污染
(5)具定耐磨性定安全寿命
(6)操作维修简单方便
22制动系统工作原理分析
盘式制动器称碟式制动器摩擦副中旋转元件端面工作金属圆盘称制动盘螺钉固定车轮轮毅盘式制动器分钳盘式全盘式中钳盘式分固定钳式浮动钳式浮动钳式分滑动钳式摆动钳式
通常制动器通固定元件旋转元件施加逆力矩通制动器摩擦副间相滑动动转化热达摩擦减速制动作盘式制动器摩擦副中旋转元件安装车轴轮毅端面工作表面金属圆盘称作制动盘制动器固定元件称作制动块两四工作面积概制动盘包角20°左右摩擦片镶嵌质较硬金属背板组成外制动块助动装置装横跨制动盘两侧安装悬架夹钳型支架中总称制动钳驾驶员踩制动踏板相连推杆会推动制动油缸中活塞前进油缸中液压升高液压油压力作油进入制动器油缸中力传递制动器油缸中活塞推动法移动活塞接触制动盘产生制动力牢牢制动盘加紧
制动器结构图
图21 盘式制动器结构图
钳盘式制动器制动钳固定车桥浮动悬架分定钳盘式制动器浮钳盘式制动器两类图示定钳浮钳两类盘式制动器示意图
图22 定钳盘式制动器
定钳盘式制动器中跨置制动盘1制动钳体5固定安装车桥6旋转制动盘轴线方移动两活塞2分位制动盘1两侧
图23 浮钳盘式制动器
浮钳盘式制动器中制动钳体2通导销6车桥7相连相
制动盘1轴移动制动钳体制动盘测设置油缸外测制动块
附装钳体
盘式制动闸工作原理：施闸时减控制油口输入控制油压控制油压活塞作力碟型弹簧弹性恢复力时碟形弹簧推动筒体前运动安装筒体闸瓦压制动盘进行制动松闸时增控制油口输入控制油压控制油压活塞作力碟形弹簧弹性恢复力时活塞通连接轴带动筒体压缩碟形弹簧闸瓦远离制动盘实现松闸
盘式制动闸制动力矩闸瓦两侧压制动盘闸瓦制动盘间产生摩擦力产生制动盘产生附加变形滚筒轴承受附加轴力制动闸成做副盘式制动闸根制动力矩辆客车布置副制动闸
23 制动系统结构分析
目前盘式制动闸包括老式碟形弹簧置式新式碟形弹簧前置式两种图24（a）碟形弹簧置式制动闸结构图图24（b）碟形弹簧前置式制动闸结构图
1制动盘 2衬板 3活塞 4制动器体 5液压缸 6碟形簧盖 7碟簧 8盖
9连接螺栓 10控制油口 11筒体 12闸瓦
(a) 碟形弹簧置式制动闸结构图
1筒体(带衬板) 2碟型弹簧 3弹簧座 4挡圈 5油缸 6泄漏油口 7活塞 8连接栓 9盖 10液压缸盖 11控制油口 12制动器体 13连接轴 14压板 15闸瓦 16制动盘
(b) 碟形弹簧前置式制动闸结构图
图24 盘式制动闸结构图
盘式制动器摩擦副中旋转元件端面工作金属圆盘轮缸压力作制动钳压制动盘端面产生制动力矩结构关系盘式制动器般摩擦助势作制动器效受摩擦素影响较效较稳定
制动器制动系中产生阻碍车辆运动运动趋势力部件竞赛汽车装设通张开活动翼板增加空气阻力空气动力缓速装置外般制动器通中固定元件旋转元件施加制动力矩者旋转角速度降低时车轮路面附着作产生路面车轮制动力汽车减速利固定元件旋转元件工作表面摩擦产生制动力矩制动器称摩擦制动器盘式制动器旋转元件圆盘状制动盘端面工作表面盘式制动器摩擦副中旋转元件端面工作金属圆盘圆盘制动盘
24 制动程模型分析
制动闸制动程量观点讲制动闸成种量转换装置规定时间运动物体动转化热形式量实现减速停车目制动闸制动程度决定车辆安全性
241 制动程分析
制动装置作行驶中车辆减速者停车般制动装置车辆动转化成热确保述制动力车制动系统般广泛采液压制动驾驶员加制动踏板力通踏板杠杆定例传增力装置增力装置量力增传制动缸制动缸压力转换液压通制动硬制动软传车轮制动器轮缸车轮制动器轮缸液压推动盘式制动器摩擦块鼓式制动器制动蹄压紧制动盘制动鼓间产生摩擦力制动器制动力
图24示盘式液压制动闸结构讲种制动器制动摩擦片摩擦盘间摩擦力矩产生摩擦片工作中容易磨损中摩擦片磨损程度检测现工完成通盖测量孔制动器进行定期检查种制动器制动力矩设备工作环境恶劣工检测容易进行容易产生误差法真实反映出摩擦材料磨损情况更反映出摩擦热引起破坏程度潜热疲劳程度
现验数规定摩擦片时间期限达实际摩擦材料磨损情况律更换保证机器设备安全性样操作两缺陷(1)会出现摩擦材料然安全情况提前换掉造成摩擦材料浪费(2)会出现某种原没时更换者测量失误等摩擦片没时更换会出现安全潜危险制动器线检测动态监测必
242 制动程建模
2421 施闸松闸程中闸瓦运动学分析
1碟形弹簧 2活塞 3闸瓦 4制动盘
图25 盘式制动闸制动力学模型
活塞研究象活塞运动程中根质心运动定理：
活塞效作面积
第制动闸碟形弹簧正压力
式(26)(27)代入式(25)制动力矩：
轴心质点力矩方程
(213)
式中 ——车轮总成转动惯量(kgm ²)
——车轮旋转角速度(rads)
——制动器车轮制动力矩(Nm)
——车轮受滚动阻力矩(Nm)
汽车制动时路面车轮滚动阻力矩汽车回转质量惯性力矩忽略影响式简化力矩衡方程
(214)
时制动器制动力矩必须满足
(215)
2425 动力学模拟参数计算
1单轮等效转动惯量
制动器制动程汽车机械转化热程根量守恒定律确定制动器单轮等效转动惯量
² (216)
式中——质量(kg)
——行驶速度(ms)
——整体等效转动惯量(kgm²)
——车轮转动角速度(rads)
制动程中假设车轮纯滚动
(217)
式中 ——车轮滚动半径(m)
公式(217)代入公式(216)
² (218)
制动程中汽车具惯性前车轮承受法惯性力惯性力促汽车前车轮摩擦功制动力矩等效转动惯量发生改变
2车轮角速度
根制动开始时汽车初始速度
／（36） (219)
(220)
(221)
中 ——车轮初始角速度(rads)
——汽车初始速度(kmh)
——车轮角减速度(rads ²)
——车轮瞬态角速度(rads)
——时间
25 章结
章详细介绍盘式制动闸结构工作原理基础总结国外方面研究现状建立汽车制动闸制动动力学模型制动性参数间相互影响关系检测系统设计提供基础性理指导阐述制动闸需满足基性求介绍种类型制动闸发展现状应场合介绍盘式制动闸组成工作原理结构特点分析盘式制动闸存问题指出研制制动闸摩擦线检测系统必性线检测系统现代设备必然求发展趋势效保障身设备安全提高设备工作性动化程度设备理更加合理化科学化
3盘式制动闸制动性检测系统总体方案
31总体方案
32 系统功技术指标
321 功
1客车制动系统盘形闸参数进行实时监测 采基单片机开发数采集器采集制动力矩闸间隙制动减速度传感器输出模拟量信号
2盘形闸工作间隙位置校准 通串口接收检测数分析处理融合制动性参数盘式制动闸制动性进行评判
3静态数断电长期保存
4具恢复功避免干扰引起系统死机现象
根现场实际情况面需解决实际问题确定方案原
1系统适应持续工作
2准确实时测量
3实现远距离观测控制
4系统性高
5具备较性价
基原设计出系统方案系统两部分组成位机位机位机计算机通信接口组成计算机安装专门监测软件监测软件计算机强功实现远程实时观测控制通信接口完成通信电转换数通信位机微控制器核心辅相关外围电路完成盘形闸工作参数实时监测进行数采集处理通信
322技术指标
1工作间隙测量范围03mm
2测量误差士10
3转换精度<10
4测量周期<400ms
5电源电压220V127V
6机工作电压+5V
7环境温度070℃
33 系统设计流程
检测技术称测试技术包括测量试验两方面测量测象某特征信息提取出加度量试验通某种方法利专门装置测系统存某种特征信息激发出加提取测量微电子技术发展推动检测技术进步仪器仪表断智化数字化型化功化方发展检测技术中数处理力线检测实时分析力增强仪器仪表功扩精度性提高
信息提取般采传感器件完成传输信息载体信号便测信息进行续处理通常测信息转换成电信号测信号转换成电压电流电路参数(电阻电感电容)等电信号输出般讲信号转换存储传输需中间转换装置完成通常信号转换成便传输功率足够具定驱动功电压者电流
总讲检测技术具三种功
(1)程中参数测量功
(2)程中参数监测控制功
(3)测量数分析判断功
检测系统硬件软件两部分组成首先全面正确均衡分配软硬件功应综合考虑系统求开发周期产品成系统性等方面素增硬件功例提高速度减少需存储容量利检测控制实时性时会增加成电路变复杂降低性开发周期较长软件硬件合理分配增强仪器功提高测量精度系统结构更加简单紧凑节省投资遵循原实现功指标时系统成低考虑系统具体情况应量软件代硬件实现功降低成时力求电路简单工作
系统基述原分配软硬件功：硬件功现场获取测信号完成数采集处理显示存储通讯软件2部分构成：单片机系统软件完成信号采集传输计算机智分析软件完成程序界面开发进行进步分析处理完成显示存储报表生成印等工作
总体方案确定系统软硬件设计工作时进行硬件软件紧密配合协调致组成高性智检测系统系统研制程中软硬件功总断调整便相互适应相互配合达佳性价
首先根设计方案进行相关资料文献检索确定芯片选型选择功扩展电路接口电路方案完成硬件电路原理图次完成硬件部分设计时应进行单片机计算机智分析软件模块开发编程确定电路原理硬件均重问题情况已设计系统软件分模块逐进行调试问题时修改然完成单片机系统程序录入集成部分子系统构建整系统够满足现场应求
34 章结
章根盘式制动闸制动性检测系统实现功系统进行整体设计：整系统传感检测部分数采集部分系统监控部分组成采两级分布式结构工控机作位机数采集器作位机工控机数采集器间采机串行通信方式时章系统设计流程进行详细阐述
4 检测系统硬件设计
章根检测系统功求进行系统硬件设计直接测量制动力矩快速检测出闸间隙结合盘式制动闸结构特点现场应求设计制动压力传感器霍尔位移传感器章传感器设计选型数采集器设计工控机选型作详细介绍
41 单片机选择
单片机整检测系统核心元件负责检测信号进行数处理显示存储报警功单片机选原满足测试系统求条件需具定灵活性定扩展功
单片机AT89C52ATMEL公司生产种低电压高性8位单片机片含8k bytes反复擦写读程序存储闸((EPROM)256 bytes机数存储(RAM)采ATMEL公司高密度非易失性存储技术生产兼容标准MCS51指令系统片置通8位中央处理闸擦写Flash存储单元AT89C51单片机应许控制系统场合
单片机AT89C52性参数
① 8K字节编程闪速程序存储闸1000次擦写周期数保留10年②全静态工作0MHz ——24MHz③三级加密程序存储闸256x8位部RAM⑤ 32条编程v0口线⑥316位定时闸计数闸⑦8中断源⑧编程串行UART通道⑨低功耗空闲掉电模式
单片机AT89C52优点
①部包含存储闸系统开发程中容易进行程序修改缩短产品开发周期时外界电源损坏情况保存信息
② AT89C52部采FLASH存储闸编程出现错误时时修改直修改正确止方便户编程
③AT89C52设计系统反复进行系统试验调试次调试编入程序样保证系统设计达优户需时进行修改设计系统适应户新求
④AT89C52设静态逻辑零频率条件工作支持两种软件选省电模式闲置模式CPU停止工作片RAM定时闸计数闸串口中断系统工作掉电模式保存RAM容冻结振荡闸禁止片控制单元功直次硬件复位止
系统AT89C52核心完成检测存储功系统电AT89C52首先相关外围器件进行初始化设置身功设定然循环检测路传感器信号储存数传送位机
42 传感器选择
传感器连接测象检测系统接口采集信息系统进行处理判断程度影响决定系统功准确性
传感器作种输入非电量(物理量化学量生物量等)信息转换成电量信号输出器件装置构成核心非电量信息转换电信号转换元件种转换功物性型传感器次完成实现测非电量电量直接转换结构型传感器必须通前置敏感元件预转换完成实现
测非电量非电量电量间接转换时传感器敏感元件转换元件辅助元件组成
检测量根检测量特征试验程中变化情况选符合实际情况传感器单片机信息处理核心检测系统具较强功够实现检测信号显示具数处理判断功
通检测系统研制制动系统进行检测通测试数系统进行分析时实现实时系统状态进行判断障诊断总通制动系统实时线检测时发现障苗头问题刚开始出现时时解决事发生扩起效预防作
1利电阻测量传感器电阻应变式传感器电位器式
1)电阻应变式传感器种利电阻应变效应种力学量转换电信号结构型传感器压电式位移传感器压电元件特性断变化位移测量应变片式传感器力热产生变形测量
2)电位器式利移动电位器触点改变电阻值测量位移电位器式传感器中位移(十毫米位移量)精度求高场合优点结构简单成低
2利电感位移传感器感式互感式电涡流式感应步器
1)感式通改变磁路磁阻线圈感变化利线圈感改变实现非电量电量转换目前常三种类型变气隙型变面积型螺插铁型基结构含线圈铁芯活动衔铁等三部分电感式传感器位移量测量测量精度高偏差测量达亚微米精度传感器输出阻抗较强抗干扰力广泛种测量包括加工中测量百赫兹变化量测量
2)互感式(变压闸式)通改变互感检测互感式传感器称变压器式传感
器电感式传感器互感式传感器先测量变化转换成线圈相互互感变化变换成电压信号输出变压闸式传感器差动形式常差动变压闸式传感器简称差动变压器变压器式传感器特点应范围致电感式传感器相高精度场合电感传感器
3)电涡流式传感器利电涡流现象改变线圈感阻抗原理电涡流式传感器基结构包括探头变换器两部分变换器测量电路组成探头固定框架扁线圈组成般放端部(线圈绕制框架槽粘合剂粘结端部)尺寸位移参数测量接触测量精度达微米级电涡电流式分辨率易受测物体材料形状加工质量影响
4)感应步器利两面绕组互感位置发生变化原理测量感应步器线位移测量测量长达米线位移测量输出阻抗低抗干扰力强环境求高
3磁电式传感器通磁电作测量(振动位移转速等)转换成电信号种传感器利磁电效应位移传感器霍尔式磁栅式磁敏式
1)霍尔式传感器利半导体霍尔元件霍尔效应
2)磁栅式传感器利磁头磁栅相移动磁头感应出电信号类传感器属数字式传感器种外种数字式传感器感应步器特点范围相似精度略低感应步器磁栅式传感器线位移360度角位移测量
3)磁敏式传感器固体中磁电转换效应基础载流半导体磁场中磁电效应(霍尔效应)输出电势该类传感器磁阻传感器磁敏二极磁敏三极等
4利电容传感器电容式容栅式
1)电容式传感器通改变电容量进行测量电容式传感器测非电量变化转换电容变化种传感器具结构简单灵敏度高动态响应实现非接触测量具均效应等优点电容式传感器位移尺寸偏差等测量实现接触测量频率响应高(达数千赫)灵敏度高输出阻抗高传感器电容值易受外界环境素干扰时需采取妥善屏蔽措施采取屏蔽措施条件达高精度(达微米十纳米)
2)容栅式传感器利通改变电容量加激励电压产生感应电势原理测量利容栅实现位移测量(量程达数百毫米)容栅结构简单尺寸(栅等相)常数显量具中精度达微米
5光电式传感器般形式光纤式光学编码器式光栅式
1)般形式先通改变光路光通量利种光电器件光电效应信号转换成电信号种传感器
2)光栅式传感器先利光栅形成莫尔条纹位移间关系利种光电器件光电效应光信号转换成电信号种传感器光栅式传感器线位移测量
3)光纤式传感器利光导纤维传输特性材料效应传光种光电器件光电效应光信号转换成电信号
4)激光干涉传感器普勒效应衍射光电器件测量激光干涉传感器量程高精度测量米达0102微米
系统通压力传感器位移传感器接收检测部位信息AD模数转换输入单片机中单片机中检测信号进行数处理然传位机
位移传感器系统采电涡流传感器探头延伸电缆前置器测体构成基工作系统图
图41 电涡流传感器系统图
前置器中高频振荡电流通延伸电缆流入探头线圈探头头部线圈中产生交变磁场果交变磁场效范围没金属材料磁场量会全部损失测金属体磁场金属表面产生感应电流电磁学称电涡流时该电涡流场产生方头部线圈方相反交变磁场反作头部线圈高频电流幅度相位发生改变(线圈效阻抗)变化金属体磁导率电导率线圈形状尺寸电流频率头部线圈金属导体表面距离等参数关通常假定金属导体材质均匀性线性项相性线圈金属导体系统物理性质金属导体电导率σ磁导率ζ尺寸子τ头部体线圈金属导体表面距离D电流强度I频率ω参数描述线圈特征阻抗ZF（τζσDIω）函数表示通常做控制τζσIω参数定范围变线圈特征阻抗Z成距离D单值函数然整函数非线性函数特性S型曲线选取似线性段通前置器电子线路处理线圈阻抗Z变化转化电压电流变化输出信号探头测体表面间间距变化电涡流传感器根原理实现金属物体位移震动等参数测量
工作程测金属探头间距离发生变化时探头中线圈Q值发生变化Q值变化引起振荡电压幅度变化距离变化振荡电压检波滤波线性补偿放处理转化成电压(电流)变化终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流)
系统选择位移传感器型号CZF∕BZF系列电涡流位移传感器
技术参数
1)线性范围06 (mm)
2)线性误差0630
3)探头外径18 (mm)
4)信号输出420mA
5)工作温度传感闸<100°C前置闸<65°C
6)工作电源正负24VDC
产品优点非接触电涡流式位移传感器具非接触测量线性范围宽灵敏度高抗干扰力强介质影响稳定易处理等优点
压力传感器作检测制动压力设计中选KYC01型绝压压力传感器量程范围0200kPa量程范围0700kPa压力传感器采12V供电满量程输出20mV需制动力较设定时量程范围006MPa压力值06MPa时输出20mV压力传感器尺寸外形图示
图42 压力传感器外形图
传感器输出电压幅值020mv间信号立需信号进行放处理制动压力传感器输出口3分线直流电压输出线设计放电路中输入口压力传感器应传感器输出信号较弱包含工频静电电磁耦合等模干扰需放电路需高模抑制高增益低噪声高输入阻抗电路结构图示
图43 压力传感电路
转速传感器选择选光电式传感器测转速种传感器旋转轴转速变相应频率脉然测量电路测出频率频率值知道测转速值种测速方法具传感器结构简单测量精度高特点目前常种测量转速方法图44示测速齿盘1光源2光敏元件3组成光源发出光通测速齿盘齿槽射光电元件光电元件感光测速齿盘30齿槽测速齿盘旋转周光敏元件感受开孔数相等次数光次数产生相应数量电脉信号
图44 转速测量原理
43 信号调理电路设计
信号调理电路功制动压力传感器输出0~20mv信号调理放0~5V标准电压信号放电路增益放倍数250时放电路设计考虑传感器输出电特性制动压力传感器输出信号高模电压中检测出微弱差分电压信号求放电路具高输入阻抗模抑制放器采三运算放器构成二级运放电路放电路原理图图45示
U1U2构成第级差动放电路该电路放倍数U3构成第二级放电路放倍数整放电路放倍数确定电阻元件放电路增益250该电路输入阻抗高达十兆欧模抑制高达160dB满足制动压力传感器信号放求
图45 制动压力传感器信号放电路
44 AD转换器选择
单片机处理模拟信号需AD转换器模拟信号转换数字信号进行处理选择AD转换器时考虑两素①转换速度反映数转换时间ADC型号转换速度差②转换精度ADC转换精度取决模拟误差数字误差模拟误差较器解码网络中电阻值基准电压波动等引起误差数字误差包括丢失码误差量化误差前者属非固定误差器件制造质量关系者输出数字量位数关位数越误差越ADC0809TI公司生产12位串行模数转换器运开关电容逐次逼技术完成AD转换程开关电容设计整温度范围较转换误差高速转换器通控制力外器件片路器输入通道部测试电压中意选择种形式通道速度较慢硬件开销少转换速度求高系统较合适串行输结构够节省单片机IO资源价格适中分辨率较高
ADC0809美国国家半导体公司生产CMOS工艺8通道8位逐次逼式AD转换器部8通道路开关根址码锁存译码信号选通8路模拟输入信号中进行AD转换目前国应广泛8位通AD芯片
1． 特性
1）8路输入通道8位AD转换器分辨率8位
2）具转换起停控制端
3）转换时间100μs(时钟640kHz时)130μs（时钟500kHz时）
4）单+5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～+5V需零点满刻度校准
6）工作温度范围40～+85摄氏度
7）低功耗约15mW
2．部结构
ADC0809CMOS单片型逐次逼式AD转换器部结构图示8路模拟开关址锁存译码器较器8位开关树型AD转换器逐次逼寄存器逻辑控制定时电路组成
图46 ADC0809部结构外部特性
3．外部特性（引脚功）
IN0～IN7：8路模拟量输入端
21～28：8位数字量输出端
ADDAADDBADDC：3位址输入线选通8路模拟输入中路
ALE：址锁存允许信号输入高电效
START：AD转换启动脉输入端输入正脉（少100ns宽）启动（脉升0809复位降启动AD转换）
EOC：AD转换结束信号输出AD转换结束时端输出高电（转换期间直低电）
OE：数输出允许信号输入高电效AD转换结束时端输入高电开输出三态门输出数字量
CLK：时钟脉输入端求时钟频率高640KHZ
REF（+）REF（）：基准电压
Vcc：电源单+5V
GND：
ADC0809工作程
首先输入3位址ALE1址存入址锁存器中址译码选通8路模拟输入较器START升逐次逼寄存器复位降启动 AD转换EOC输出信号变低指示转换正进行直AD转换完成EOC变高电指示AD转换结束结果数已存入锁存器信号作中断申请OE输入高电时输出三态门开转换结果数字量输出数总线
转换数传送 AD转换数应时传送单片机进行处理数传送关键问题确认AD转换完成确认完成进行传送采述三种方式
（1）定时传送方式
种AD转换说转换时间作项技术指标已知固定例ADC0809转换时间128μs相6MHzMCS51单片机64机器周期设计延时子程序AD转换启动调子程序延迟时间转换肯定已完成接着进行数传送
（2）查询方式
AD转换芯片表明转换完成状态信号例ADC0809EOC端查询方式测试EOC状态确认转换否完成接着进行数传送
（3）中断方式
表明转换完成状态信号（EOC）作中断请求信号中断方式进行数传送
述种方式旦确定转换完成通指令进行数传送首先送出口址信号效时OE信号效转换数送数总线供单片机接受
图47 AD模块接线图
45 电源设计
检测装置否稳定工作稳定供电电源设计非常重数采集器采12V供电前面电路设计知单片机工作电压5V位移制动压力油压传感器工作电压5V时提供精密稳定电源5VAD转换作参考电压 需设计稳定电源电路供器件电压值满足工作需
集成稳压块7805作非稳定12V直流电压变换成稳定5V直流电压仅输入端输出端公端芯片部设流热保护调整安全保护电路简便具保护功安全输出稳定度高等特点时需输入端输出端公端间联电容C1C2C1抵销输入端较长接线电感效应防止产生激振荡C2防止瞬时增减负载电流时引起输出电压较波动提高电路抗干扰性VCC电源间安放耦电容消电源高次谐波干扰时VCC电源间接入发光二极指示电源状态
图48 电源模块
46 串行通讯电路
单片机输出TTL电实现RS485通讯时首先需TTL电转换RS485标准电效进行数传输选MAX1487电双转换芯片实现半双工RS485通讯方式
MAX1487输入引脚DI直接单片机TXD引脚相连输出引脚RO单片机RXD引脚相连MAX1487部驱动器接收器三态通驱动器输出高电端DE接收器低电端RE进行发送接收发送接收两种控制信号反相二者接控制信号(系统中接ENI)1电控制发送0电控制接收严格保证收发信号时间错开AB端接信号传输线实现机联网具体接线图图49示
图49 通讯模块
RS485接口设计时应考虑两点：
（1）障保护
根RS485标准规定接收器灵敏度±200mV接收端差分电压(UaUb)≥+200mV时接收器输出逻辑1(UaUb)≤200mV时输出逻辑0介±200mV间时接收器输出确定状态总线空闲传输线节点接收状态传输线开路短路障时接收器输出高电输出低电果输出低电会串行接收器(UART)找起始位引起通信异常
设计时需总线加偏置电阻总线空闲开路时总线偏置确定状态具体设计A拉VCCB拉电阻具体参数选择电缆电容变化变化设计中选100K
（2）防雷击抗静电放电击
RS485接收器差分输入端模电压允许7V+l2V间超范围器件损坏时雷电传输线产生电压瞬变会引起压流损坏器件时RS485接口芯片焊接设备运输中会受静电击损坏设计时需考虑防雷电抗静电放电击问题
MAX1487身带抗静电放电击功设计时采外加钳位电路方法图422示采稳压D1D2构成钳位电路瞬变电压信号钳位通接口电路进入位机显著提高器件工作性抗静电放电击力
47 硬件抗干扰设计
盘式制动闸制动性检测装置避免存部外部干扰直接影响信号获取质量系统正常工作提高系统性系统硬件软件设计必须采取相应抗干扰措施文采取硬件抗干扰措施：
（1）元器件布局方面相互关元件量集中放置例时钟芯片晶振
CPU时钟输入端易产生噪声位置较
（2）关键元件电源入口处设置耦电容消电源高次谐波干扰实际印制电路板走线引脚连线接线等含较电感效应电感会VCC走线引起严重开关噪声尖峰系统解决方法VCC电源间安放耦电容
（3）系统输入信号线采双绞屏蔽线阻止耦合干扰侵入
（4）电路板设计需满足设计求外必须满足设计规范电路性保障消电路布线带信号噪声稳定影响：
线布局决定电路板抗干扰力方面必须保证接点正确方面必须保证接牢前者防止系统部分间串扰者接点处零阻抗防止接线电压降系统设计印制电路板时模拟数字分开采点接接线构成闭环形式提高电路抗干扰力外果线较细线电阻会较造成接电位电流变化变化致信号电稳系统布线空间允许情况线量粗改善接点问题系统设计时线面积量宽面积敷铜布线工作线电路板底层没走线方铺满助增强电路抗干扰力
48 章结
章通制动系统检测求分析建立测控系统模块整合电路模块进行部件选型设计电路分电源模块单片机模块信号调理模块通讯模块AD转化模块章软件设计提供基础
5 检测系统软件设计
检测系统软件开发硬件设计基础进行作现硬件台完善系统功充分发挥硬件潜力满足设计功求提高实性性良软件开发实现系统功重环节提高系统性关键实现功：
（1）单片机系统软件：采集位移压力转速传感器输出模拟信号实现单片机工控机串行通信
（2）工控机智分析软件：提供友机交互界面实现工控机数采集器机串行通讯读取采集数数进行分析处理融合显示存储印盘式制动闸制动性进行智分析评价
系统软件开发程中必须遵循原：
（1）模块化规范化设计方便软件维护更改升级系统软件划分成干具单功独立模块模块间相独立提高系统性易维护性
（2）优化界面设计方便户软件开发时界面简单实
（3）编制修改调试运行升级方便视化编程语言
51 单片机系统软件开发
单片机软件开发完成传感器信号采集工控机串行通信数采集器软件流程图图51示单片机软件采程序加串行中断程序结构程序功完成单片机系统初始化循环采集传感器输出信号串行中断程序功完成单片机系统工控机串行通信采种程序结构原工控机单片机采轮询通信方式单片机知道工控机时读取身数采中断方式避免程序中效等程序断采集更新传感器输出信号保证工控机读取数传感器新状态
图51 数采集器程序流程图
52 数采集模块
数采集模块功单片机实现数流动方分三方面：传感器通道选择启动AD转换转化数读入单片机根路开关单片机接口电路芯片CD4051工作必须复位PC3端口具体选通通道PC0~PC2端口状态决定PC0~PC28种端口状态应CD40518输入通道
AD芯片电需初始化操作芯片够正常工作
单片机AD芯片控制读取AD转换结果通SPI口实现SPI(Serial Peripheral Interface——串行外设接口)需4根控制线扩展具SPI接口控件具通信简单实控制方便通信速率快优点单片机SPI通信通SPCR(控制寄存器)SPSR(状态寄存器)SPDR(数寄存器)三寄存器实现中SPCR(控制寄存器)设置SPI口工作时中断工作模式时钟频率等SPI通信中重寄存器设计中设置0B01110000具体意义：采查询方式发送数发送数高位前单片机SPI口机模式0工作频率四分单片机晶振频率
单片机AD芯片初始化采样程序：
void Init_ADC( ) 初始化程序
{
CS3545_A 0
CS3545_A 0 里拉低2usADC初始化拉低少1SCLK时钟
CS3545_A 1
}
void Sample_ ADC ( ) 采样程序
{
uint8 k
EA 0
EA 1
CS3545_A 0
SPIDAT 0x77 写SPIDAT产生SCLK时钟
while (ISPI)
datah SPIDAT 收ADC发出前8位第字节
SPIDAT 0x77
while (ISPI)
datal SPIDAT 收8位第二字节
SPIDAT 0x77 继续SCLK时钟直24thSCLK释放cs
do {
k 0
}while(k) 拖延时间ADC24SCLK周期释放
dUw0 ((datah<<8) + (datal&0xfc))
CS3545_A 1
}
53 串行通讯模块
系统工控机作机数采集器作机机机间采RS485总线型网络进行通信文设计串行通信选RS485半双工工作模式工控机数采集器分时传输线时刻串行口发送器输出处效状态否会出现发送器信号竞争导致法实现正确数值通信RS485协议提供电气机械规范必须设计工控机数采集器间通信协议工控机需读取数采集器数需写入数数采集器进行控制文设计通信协议：工控机总线广播读取数采集器址数采集器执行串口中断接收广播址进行匹配检验址匹配身址采集数发送工控机工控机接收进行址匹配检验址匹配保存数否丢掉数次发送该数采集器址防止系统出错造成
死锁规定连续3次接收正确数进行报错处理然广播数采集器址实现数采集器轮询读取数
通讯前需串口进行初始化初始化串口包括串口工作模式波特率设置通SCONPCON设置实现系统中设计串口工作模式1波特率38400bps设定SCONPCON分#50H#00H工作模式1波特率定时器控制采定时器1作波特率发生器设定定时器模式控制字TMOD#21H定时器1TH1TL1#0FDH数采集器串行口初始化中断子程序代码：
初始化程序：
MOV SCON#50H 设置成串口1方式
MOV PCON#00H
MOV TMOD#21H 波特率发生器T1工作模式2
MOV TH1#0FDH T1初始化设定波特率38400
MOV TL1 #0FDH
SETB TR1 启动波特率发生器
SETB EA
SETB ES 允许串口中断
串行中断子程序：
SSERVER MOV 34H A 保护现场
CLR ES
JNB RI KZHD
CLR RI
MOV A SBUF
CJNE A #02H KZHD 址匹配开串口中断中断返回
MOV SBUF #02H 匹配发送身址
JNB TI
CLR TI
MOV R1 #40H 发送采集数
MOV R4 #16
JIXU MOV SBUF @R1
JNB TI
CLR TI
INC R1
DJNZ R4 JIXU
MOV R1 #40H 采集数存储区清零
MOV R4 #16
QL MOV @R1 #00
INC R1
DJNZ R4 QL
KZHD SETB ES 开中断
FANHUI MOV A 34H 原现场
RETI 中断返回
54 工控机智分析软件开发
工控机作整系统位机部分分析软件数汇总分析处理融合盘式制动闸制动性参数提供户便操作控制友界面时绘制数历史曲线分析数存储开发软件应满足求：
（1）户界面友：操作通鼠标点击完成数输入输出表格形式外需采曲线形式表达更直观
（2）具备智分析功：根数分析完成制动力矩制动减速度计算具历史数障查询功
（3）软件扩展力强：该软件基础进行二次开发实现提升机整备保护功
（4）软件性高：设计软件应该够捕捉错误陷阱具错误处理力程中高度性
软件开发需合适开发工具文式编程语言灵活生成图形户接口较麻烦图形化编程语言设计出美观机界面灵活性足针情况系统应软件选文式视化编程语言Visual Basic 60利种语言开发数采集系统具开发周期短界面友方便易移植等优点
VB语言种事件驱动面象程序设计语言提供集成性视化户界面具强数库开发功够轻松扩展编程灵活VB语言缩短仪器仪表开发周期扩展功提高精确度缩体积降低成达智化微型化功目特点：
（1）功扩展方便采VB语言进行编程缩短开发周期方便扩展功改变仪器功单缺点需增加系统功项目增加仪器成条件需软件程序作调整相应增加VB控件程序必做较改动
（2）编程效率高具视化特点见编程中需拖动鼠标创建诸命令键开关定时器等图形高级语言C语言等相具编程效率高功强程序便阅读直观界面友等特点
（3）串行接口外部事件处理功强VB语言高级语言相优势VB提供串行接口组件外部事件处理等功方便位机进行通讯
（4）强数库访问力Visual Basic 提供丰富数库功数控件绑定类型数源建立数库连接
基特点系统软件利VB语言实现串口数采集记录界面绘制显示功
55 户界面模块
良系统界面户操作环境操作繁琐数处理变直观快捷系统软件操作均利钮拉式菜单进行驱动控制简单易学操作方便
Windows程序理器产生运行文件程序组形象图标鼠标双击图标运行应程序
图52 户界面操作流程图
工控机系统启动启动盘式制动闸制动性智检测系统软件进入监控界面图52根现场实际情况闸瓦监控界面根盘式制动闸数行调整副闸闸瓦间隙贴闸压力空动时间等3性参数界面中间显示总制动力矩
监控界面中界面方拉式菜单包含文件界面切换历史查询功键四选项执行功：
（1）文件菜单：
退出：退出监控系统停车时退出
（2）界面切换菜单：
速度监控界面闸瓦监控界面间切换
闸瓦监控界面：系统运行界面
（3）历史查询菜单：
障查询：查询盘式制动闸障记录制动闸瓦磨损量
（4）功键菜单：
启动停止监控：制动停机状态启动停止
参数设定：系统初次安装制动器参数位移值闸瓦磨损量高速计数脉等参数进行初始化设定
报警：报警出现障时输出信号
56 数理模块
数理模块串行通讯显示分析模块基础整系统核心部分工控机完成采集数存储历史记录查询功必须建立数库理数数库量数定模式组织起系统方便时准确数库交换信息通讯模块接收位机系统发送数数理模块数存入相应数库中模块需数时通模块开需数库进行相应查询统计分析印等操作
系统通VB中ADO数控件访问Microsoft Access 数库Microsoft Access数库中表形式存储种数结合SQL查询语句实现数存储查询统计印图形分析等功
Visual Basic提供强力数库访问功数访问接口三种：ActiveX数象ADO(ActiveX Data Objects)远程数访问象RDO(Remote Access Objects)数访问象DAO(Data Access Objects)ADODAORDO相结合产物易速度快存支出少占磁盘空间较少ActiveX Server库形式提供包含较少象更属性方法事件
ADO象模型定义编程分层象集合三象成员ConnectionCommandRecordset集合象ErrorsParametersFields等组成Connection象功建立数库连接Command象功数库传送数查询命令Recordset象功建立数查询记录集浏览增加修改删记录
系统中利ADO象编程访问数库具体方法：
首先Access中建立名Datambmdb数库表中存储制动压力闸间隙油压运行速度安全回路状态相应数采集时间
次通引ADO象建立数库中表数源连接：
Ado1ConnectionString＝ProviderMicrosoftJetOLEDB40
Data Source & DataPathText & Persist Security InfoFalse
Ado1CommandType adCmdTable
Ado1RecordSource datamb
次数表进行操作包括更新清空：
Ado1Refresh
If Ado1RecordsetRecordCount > 0 Then
Ado1RecordsetMoveFirst
While Not Ado1RecordsetEOF
Ado1RecordsetDelete
Ado1RecordsetMoveNext
Wend
End If
数记录进行操作包括增加修改删记录增加新记录程序代码：
With Ado1Recordset
AddNew ’新增加条记录
Fields(1)Value Date ’数采集日期
Fields(2)Value Time ’数采集时间
For i3 to 54
Fields(i)Value DataCom(i2)
’采集数值赋相应字段
Next i
MoveNext
End with
工控机系统软件完成串口数采集时数存入预先设文件名数库完成数保存克服通常数采集系统完成数采集忘记保存数缺点通调Visual BasicADO控件结合文件操作命令方便实现数访问续数分析输出工作带极便利
57 报表生成模块
VB中进行报表印生成方法种第类调VB方法Print form进行窗口印操作该方法够默认印机印前Form中视区域需设计合适Form非常容易印出理想效果种方法机交互力强普通户会操作难达理想效果种方法采Printer象Printer 象设备关图片空间支持PrintPestLinePaint PictureCircle方法Printer象创建文图形设置输出文字体完成Printer象中放置信息EndDoc方法输出传送印机次应程序结束时会动EndDoc方法印机象中未确定信息送印机种方法缺点编程量需编程员计算控制印位置Printer象中印位图需花费较时间降低应程序性
广普通户惯Word进行文字图标印工作果Word中动生成报表户参完成报表印操作更加简单系统基面象思想应微软提供Word象VB中调Word象实现报表动生成印工作
58 软件抗干扰设计
系统运行程中干扰系统软件击直接导致数采集性降低控制失灵数出错等系列果系统开发程中仅硬件系统进行抗干扰设计采取软件冗余设计保证采信号性
单片机测试系统受干扰出现错误时程序便脱离正常轨道乱飞系统软件开发程中加入空操作指令NOP避免面指令作操作数执行程序动纳入正轨外RETLJMP系统流起作指令前插入两条NOP指令确保重指令正确执行
工控机软件通讯模块设计中附加干抗干扰措施电正式通信前串行端口做次空操作清端口非法数命令系统分析软件完成某种功需户操作种操作具定序性户知道特点会导致系统崩溃死机降低软件性
解决问题Visual Basic提供专门On Error语句设置错误陷阱On Error Resume Next 语句实现发生错误时忽略错误行继续执行语句种情况适合文件操作情况开驱动器A文件驱动器中没插入磁盘时采语句重试On Error Go to 标号实现发生错误时程序跳转标号指示程序块通常情况程序块中根捕获错误类型进行处理
果函数者程中加错误处理模块导致程序太长量重复错误处理代码程序读性降低二错误处理机制实际破坏程序序性程序结构性变差实际某应程序中出现错误类型限性质分类公程序处理错误种集中式错误处理方法解决程序性问题时提高程序移植性
系统中错误处理程序分两类类文件操作类型错误类信号处理类型错误分编写错误处理函数File Error()Process Error()File Error()函数根文件操作错误类型进行文件重新开保存等工作Process Error()户操作程引发错误捕获状态栏中显示错误发生原提示操作两函数定义公变量存公模块（ModuleBas）中
59 章结
位机软件开发应硬件设计相结合硬件功实现化开发位机软件具友机界面高性智分析功基两点章完成单片机位机软件工控机智分析软件开发软件开发程中采关键技术包括：（1）基RS485总线单片机采串口中断方式工控机应VB提供MSComm控件实现工控机单片机RS485总线通信（2）单片机软件开发中采SPI通信方式实现单片机AD转换芯片高速步串行通信（3）采VB组态王控件相结合方法完成智分析软件开发提高软件整体性仅获友机界面信号显示分析功十分强
6 结
课题盘式制动闸制动性研究目分析盘式制动闸工作原理结合相关标准求建立制动闸制动性参数模型设计够线完成制动闸相关参数检测系统基础助助系列传感器控制设备采集相关运行参数控制相关部分工作测控系统集中运计算机技术电子技术运行程种操作动进行数采样传输存储处理加工动态显示等智控制须工干预实现高精度动化检测
面课题获成果结
(l)综合分析汽车制动系统结构组成工作原理尤制动器组成工作原理基础设计客车盘式制动闸制动器性检测系统AutoCad2004进行机械部分开发
(2)根测量精度求控制台架成原笔者选择相应压力传感器位移传感器转速传感器ProtelSe99进行试验台信号采集调理控制电路设计
(3)测试软件系统够完成采集信号实时处理求数值曲线形式显示相关参数该软件操作方便显示直观明
身水时间限制文课题中存问题进步研究
(1)测控系统长期工作稳定性试验结果准确性考虑采性更硬件模块步进电机驱动系统
(2)制动系统硬件部分导致测量系统误差通软件补偿减甚消必软件补偿方法作进步深入研究
（3)时间篇幅限文制动器检测设备中关制动闸性进行分析研制
参考文献
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[15] 游登科制动器特性建模参数测试方法研究[J] 吉林学学报2008
[16] Mylar Swift Analysis on Break System Mechanical Vibration 2009
[17] W Osterle A microscopic study of formation between a brake pad and brake disc Wear 2009
致 谢
次毕业设计学四年学知识次全面考验走社会进行次效训练回顾场毕业设计觉获益菲浅课题研究类课题体会做研究艰难苦心建出数学模型机械结构部分分析综合然考虑数进行分析研究进行传感器选型设计硬件电路进行分模块化处理软件编写调试样基础扎实学生困难历知道认次毕业设计锻炼方面力面困难退缩勇克服困难
次毕业设计开始结束直卢倩老师指导帮助利完成学知识想走社会工作岗位会帮助没您悉心指导完成次课题设计谨表示衷心感谢
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