张珉，王中训，娄阳，刘宝军
(烟台大学 光电信息科学技术学院，山东 烟台 264005)
摘要：在一台自动变速档汽车中，变速箱是其最重要的部件之一，它的好坏关乎到整台汽车的性能，而变速箱的关键恰恰是电磁阀。然而电磁阀的性能通常不易观察得到，需要详细测试得之。传统测试方法不能高效快捷地得到结果，常常费时费力。为了更方便快捷、科学、准确地测试电磁阀，设计一个基于STC12C5A60S2单片机的由压力传感器、流量传感器组成的测试仪，具有极其重要的研究价值。单片机控制电平，通过T0、T1定时器和内部晶振控制时间，通过A/D实现模数转换，数据输出到PC上进行分析。充分利用STC12C5A60S2的软、硬件资源，使电磁阀的测试方案合理、价格廉价。而STC12C5A60S2单片机特有PWM输出、A/D转换的功能，更符合本系统设计需要，科学准确地测试出电磁阀的压力、流量等数据。
0引言
随着当今电子控制技术以及计算机科学技术的发展，汽车上采用计算机来控制的东西越来越多，包括自动变速箱［1］。电子控制自动变速器（Electronic Control Transmission，ECT）中的电磁阀是整个变速系统中的重要执行器，自动变速箱结构很繁杂，所以它直接或间接造成了90%以上自动变速箱故障。因此，研发一种可以准确、快速、简单易用的电磁阀检测设备已经成为当务之急。当前国产轿车上装备的自动变速器均采用电子控制系统，在实际的维修工作中，这方面的故障率比较高。换挡电磁阀的质量好坏不但会影响到汽车的行车安全，更会对驾驶人的生命安全产生极大威胁，另外耗油量大量增加却没提高行车速度，这与国家现行政策提倡环保和低碳生活相违背。因此研究并设计一个实用的测试仪是十分必要的。
1检测仪的设计
1.1系统的整体设计
系统软件设计主要是通过C语言编程实现单片机STC12C5A60S2后信号转换相对PWM占空比图变量传送到计算机测量传感器［2］。系统上电，PWM信号驱动电磁阀模拟工作之后，此时传感器已经测得流量和压力，通过串口发送到单片机，随之单片机对模拟数据进行数字转换，并且串口传输到PC，PC根据数据绘制坐标图，然后对测试图与标准图进行对比，即可很方便地判断该电磁阀的性能，系统流程图如图1所示。
系统的硬件结构为：单片机连接电磁阀和传感器，控制电磁阀的开关，读取传感器采集的数据，是本系统的核心；PC负责获取经单片机处理过的有效数据并绘制曲线，是本系统的“临门一脚”，它们各司其职，有机结合在一起，使本系统科学高效地工作。
1.2硬件设计
本系统采用STC12C5A60S2单片机［3］，STC12C5A60S2/ AD/PWM系列单片机是一种单时钟/机器周期(1 T)的单片机，而且是高速、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。相对于普通51单片机，STC12C5A 60S2单片机特有的PWM、PCA(可编程计数器阵列)功能，内部集成MAX810专用复位电路，还具有A/D转换［4］，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250 k/s(每秒25万次)，这样使得该单片机成为本测试系统的不二之选。
通过压力传感器测试电磁阀的入口压力和出口压［5］，图2为入口压力电路图，传感器采集到的信号是很微弱的，必须经过整流、放大才能被STC12C5A60S2所利用，因此加入了TLV2254放大电路和电阻电容组成的整流电路，之后信号会被传输到STC12C5A60S2。
图3为测量电流原理图，在P3处将电磁阀接入电路中，将对电流的测量转换为对电压的测量，D3处不加稳压管［6］。
此外本系统中串口电路采用MAX232转换芯片、RS232C串口通信；采用7805三端稳压集成电路；测量压力环节采用TLV2254放大器；测量温度环节采用AD8200放大器以及DS18B20温度传感器。
2开发工具
LabWindows/CVI是一种交互式C语言开发平台［7］，它的交互式编程方法、集成化开发环境、丰富的库函数和函数面板大大增强了实用性。它可以在多个操作系统下运行，是以ANISC为核心的虚拟仪器开发环境，将测控技术与强大的C语言有机结合使用。本软件主要用于各种仪表测试、控制和信息处理软件故障分析等用途，相比开发工具LabVIEW，它更适合用于大型的、复杂的软件测试。LabWindows/CVI在功率计系统、温度控制系统、过程控制系统以及故障诊断和医学领域中起着重要的作用［8］。
Altium Designer 是原Altium（Protel软件开发商）公司推出的集成的电子产品开发系统，主要运行在Windows操作系统。本软件是可以开展原理图设计、电路仿真、自动路由、PCB的绘制编辑、输出的信号完整性设计和技术集成以及拓扑分析，并为设计者提供一种新的解决方案，使设计者可以轻松设计。Altium Designer在本设计的原理图设计、印刷电路板设计方面功不可没。
3仿真测试及分析
模拟变速箱的车型为福特e40d，变速箱代码为040，专用电缆接头为04X203(早期型号)和04X205(1995年及以后)［9］。首先将电磁阀固定住，接通充足的汽油，此时电磁阀是闭合的，然后把所有的传感器都安装到准确的位置，将单片机与PC通过串口线进行连接，用上位机控制单片机系统，之后电路通电。一段时间后可以看到随着电路的通断，电磁阀可以控制汽油有规律地流出。在数据采集结束后，根据系统流程，得到数据并绘制出相应的曲线，如图4所示。
当出现如图4所示情况时，曲线代表流过电磁阀的电流，直线代表电磁阀的压力（此处仅测试电流）。由此可得电流压力曲线是成线性关系的。多次检测后当电流值与占空比呈线性关系时，可以说明电磁阀的工作稳定性比较好。
如图5所示，曲线代表流过电磁阀的电流，由此可得电流压力曲线不是呈线性的。当电磁阀的电流结果呈现出非线性时，需要再进行多次测试确认，若对检测结果不满意，就需重启系统，重复测试。若依然不呈线性就说明电磁阀是劣质的，并找出相干原因［10］。
4结论
整体上本系统还是非常具有实用性的，然而，该系统图5劣质电磁阀电流压力曲线
还不完善，测试的变量很少只有电流和压力，需要进一步提高：增加测试变量、增加电磁阀测试设计的电气特性，电磁阀电路或开路改进以能及时、准确地反映传输设备状态， 提高和完善本测试仪的实用性。
参考文献
［1］ 刘汉涛. 汽车自动变速器精品学习教程［M］. 北京：机械工业出版社，2013.
［2］ 何思奇. 电磁阀全自动测试系统的设计与实现［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学, 2009.
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［4］ 刘晋，王政林，薛凯方. 基于STC12C5A60S2单片机的LED显示屏硬件设计［J］. 微型机与应用, 2011, 30(22): 2427.
［5］ 杜克铭, 姚燕, 李景涌. 基于STC89C52的多路温度传感器标定系统［J］. 电子技术应用, 2009, 35(4):152155.
［6］ 张学庆. 流量测量的意义及流量传感器的现状［J］. 石油化工自动化, 2006 (5): 99101.
［7］ 严保康, 周凤星. 真空电磁阀测试系统的研究与应用［J］. 电子技术应用, 2012, 38(1):5759.
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［9］ 邱绪云, 杨福广, 阮久宏. 汽车驱动防滑控制硬件在环仿真系统设计［J］. 电子技术应用, 2009, 35(12):7174.
［10］ 刘志忠, 陈建国. 自动变速器电控系统的分析与诊断［J］. 汽车电器, 2006 (4): 2934.
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