汽車專業教學車輛運行工況監控系統的設計

冒興峰

（南通理工學院 汽車工程學院，江蘇 南通 226002）

汽車專業教學車輛運行工況監控系統的設計

冒興峰

（南通理工學院 汽車工程學院，江蘇 南通 226002）

汽車專業教學車輛運行工況監控系統主要用于對教學車輛運行過程中各項參數的監測，對保障車輛技術狀況、預防事故發生有著重要意義。文章研究了該系統的作用、技術指標及結構設計。

車輛；工況；監測；系統

實驗實訓是應用型本科人才培養的重要環節，實驗實訓設備技術狀況的好壞直接影響著師生人身安全、設備安全及課堂教學效果。在車輛工程、汽車服務工程等專業的課程體系中，涉及教學車輛的實驗實訓項目較多。教學車輛一般不經過公安交通管理機關的定期車輛檢驗，不定時進行維護保養，在工作過程中時常需要模擬各種極端工況運行，重復操作頻率較高，且經常帶病運行。如何有效監測教學車輛的運行工況，保障車輛技術狀況，并對危險狀態進行預警、記錄，正成為汽車專業教學、管理人員研究的課題。

1 系統作用分析

汽車專業教學車輛運行工況監控系統的功能類似于市面上安裝于客貨車上的“黑匣子”。常見客貨車用“黑匣子”可實現車輛定位跟蹤、運行軌跡記錄、超速報警與記錄、疲勞駕駛報警等功能，對車輛運行工況參數監測的較少。本系統側重于對車輛運行中關鍵運行參數的監測。主要有以下作用：

（1）有利于加強教學車輛的管理。教學車輛用于實驗實訓，使用時需模擬各種運行工況并設置故障，常帶病運行，因此檢查、維護與修理應有別于常規車輛。如堅持“定期檢測、強制維護、視情修理”這一我國現行的車輛維修制度，將難以保障車輛具有良好的技術狀況。本系統實時監測運行時的關鍵參數，記錄異常數據，為教學車輛開展視情檢查、維護和修理提供依據，可節省人力、物力、財力，用時也將提高車輛技術狀況，保障實驗實訓的用車要求。

（2）有利于預防安全事故的發生。實驗實訓環節因參與師生較多，如車輛發生異常狀況，極易造成安全事故。如柴油車高壓油泵出現問題，易導致油門失控，發動機超轉速運轉，在造成發動機損壞的同時，極易給師生帶來安全威脅。本系統可對運行中異常數據進行預警，提醒相關人員及時采取處理措施，預防安全事故的發生。

2 系統技術指標分析

根據教學車輛的工作特點及教學、管理人員的要求，本課題提出該系統的技術指標應包括以下方面：①能動態實時監測車輛運行中的各項信息，包括蓄電池電壓、發動機轉速、車速、機油壓力、摩擦片溫度、輪胎壓力等；②能采集各項工況信息，并進行處理分析；③能將車輛運行參數進行顯示，并對超過預設報警值的參數通過蜂鳴聲等方式進行提醒；④可對運行參數進行實時記錄；⑤可在外置電源虧電情況下，依靠自身供電繼續工作；⑥斷電后數據可有效保存；⑦能有效存儲7天的運行數據；⑧造價低廉。

3 系統結構設計

根據以上技術指標，同時結合所需實現的功能要求，進行結構方案設計，該系統主要由以下部分組成：信息采集模塊、中央控制模塊、數據存儲模塊、數據輸出模塊、時鐘電路、看門狗和電源監測模塊、數據處理軟件系統等。

（1）信息采集模塊。信息采集模塊主要對車輛運行工況信息進行采集，并將各種物理量轉化為電信號，傳送至中央控制模塊，由多個傳感器組成。①發動機轉速傳感器。該傳感器用于監測發動機轉速信息，當轉速超過限值，如柴油發動機發生“飛車”時，可及時傳送數據信號，用于報警。該傳感器采用霍爾式，能將發動機的轉速信息轉變為數字脈沖信號，直接輸入至單片機的I/O接口，由單片機對信號進行處理。②車速傳感器。該傳感器用于監測車輛的行駛速度，可用于判定車輛是否超速行駛。該傳感器亦采用霍爾式，將車速信息轉變為數字信號，傳送至單片機I/O接口，再由單片機對信號進行處理。③機油壓力傳感器。該傳感器用于監測發動機潤滑油道內機油壓力狀況，可用于判定發動機內潤滑狀況是否正常。采用開關式，可隨機油壓力的變化，實現通斷變化。通過設計一開關接口電路，將此開關信號轉換為高低電平信號，傳送至單片機進行信號處理。④摩擦片溫度傳感器。該傳感器用于監測車輛制動系統摩擦片溫度情況，可用于判定制動系統工作是否正常，對摩擦片過熱進行預警，防止制動失效。采用非接觸式紅外測溫傳感器模塊，實時采集摩擦片的紅外輻射信號，通過信號處理專用集成芯片進行信號放大、A/D轉換，傳送至單片機并進行信號處理。⑤輪胎壓力傳感器。該傳感器用于監測輪胎氣壓狀況，信號用于判定輪胎是否氣壓不足或者氣壓過大。該傳感器采用壓敏電阻式，可根據輪胎內壓力的大小，實現輸出電壓值的變化，通過A/D轉換器轉換為數字信號送至單片機I/O接口進行處理。

（2）數據輸出模塊。①顯示輸出。系統采用LCD點陣液晶顯示屏，通過與單片機連接，實現監測值的顯示輸出。各項信息滾動循環，便于相關人員進行實時觀察。②聲音輸出。對相關監測項目設定安全限值，當過程中出現異常數據時，觸發蜂鳴器，提醒相關人員進行及時處理。

（3）時鐘電路。系統的技術指標要求能實時記錄車輛的運行狀況，因此系統需要采用時鐘電路。可采用單片機內定時器，通過編程，獲取時鐘信息。但此方法較復雜，且車輛運行時，干擾較大，易導致單片機頻繁復位，影響系統的可靠性與準確性。因此，本系統設計了專門的時鐘電路，以保障系統的準確、可靠運行。

（4）看門狗。車輛運行中，電磁場等干擾源較多，易造成單片機工作不穩定，甚至使整個系統出現死機。為克服這一現象，本系統中添加看門狗電路，對單片機運行狀態進行實時監測。

（5）電源監測模塊。系統工作過程中，若意外斷電，易造成重要數據丟失。特別是當車輛發生事故時，若重要數據丟失，這將為后續調查造成困難。系統技術要求中提出斷電后數據能有效保存，而系統斷電往往是隨機的，因此，該系統中還需一套電源監測模塊，在斷電瞬間接通自身電源，對重要數據進行保存。

（6）數據存儲模塊。系統技術要求提出應能有效存儲7天的運行數據。系統采用MCS-51單片機，該單片機芯片外擴展數據存儲器時，具有64KB的存儲器地址空間，這對于技術要求而言是遠遠不足的,本系統外部存儲擴展至512KB。

（7）中央控制模塊。本系統選用AT89C51這一低電壓、高性能的微處理器作為控制單元，該元件與系統選用的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。

（8）數據處理軟件。數據處理軟件主要用于接收下位機采集的數據，并進行統計分析。系統可以提供曲線、圖表等直觀的形式來反映教學車輛的運行情況，同時，系統還可提供數據查詢等功能，便于相關人員從各個細節全面監測車輛運行狀況。

4 結語

本課題所開發的系統，具有體積小、功耗低、價格低廉等特點。在實際使用、測試過程中運行穩定、工作可靠，滿足了教學、管理者對于車輛技術狀況實時監控等要求。

［1］黃立梅，陳彤.一種基于安卓藍牙和OBD接口的車輛監測與控制方法［J］.汽車實用技術，2016，（4）.

［2］廖軍.基于GPS的車輛監管系統應用方案［J］.交通標準化，2005，（1）.

Design of M onitoring System for Operating Condition of Automobile Teaching

MAO Xing-feng
（School of Automotive Engineering，Nantong Institute of Technology，Nantong，Jiangsu 226002，China）

The monitoring system of vehicle operating conditions is mainly used to monitor the parameters of the vehicle during the operation of the vehicle，which is of great significance to ensure the technical condition of the vehicle and prevent the accident.This paper studies the function，technical index and structure design of the system.

vehicle；condition；monitoring；system

U469.72-4

A

2095-980X（2017）06-0098-01

2016-05-20

本文系南通理工學院2015年度校級科研項目“汽車專業教學車輛監控管理裝置的設計與研究”（編號：科研2015013）的科研成果。

冒興峰（1986-），男，江蘇南通人，汽車維修高技技師，二手車評估師，講師，主要研究方向：汽車電控。