新型汽車前束測量儀設(shè)計(jì)概述

郝金禹 張勝鋼 張慶良 趙艷麗

1. 營口理工學(xué)院 電氣工程學(xué)院 遼寧 營口 115014

2. 營口瀚為科技有限公司 遼寧 營口 115000

引言

由于車輛性能問題引起了越來越多的交通事故，為保證汽車安全行駛，必須要有完善的檢測維修保障體系。在汽車的懸掛系統(tǒng)檢測中，前束是一個(gè)重要的指標(biāo)，且對運(yùn)行安全影響重大，因此設(shè)計(jì)新型前束測量儀。

設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)在于根據(jù)單片機(jī)內(nèi)預(yù)置的測量位置進(jìn)行前輪或后輪的測量，測量值經(jīng)過內(nèi)部計(jì)算直接顯示前后輪的前束值，也可輸入輪轂直徑，CPU通過公式計(jì)算后顯示角度值。在內(nèi)部系統(tǒng)中添加了藍(lán)牙模塊，可實(shí)現(xiàn)通過手機(jī)APP連接的方式實(shí)現(xiàn)通過智能終端來管理和控制本設(shè)備，再通過APP調(diào)用該車的數(shù)據(jù)庫，與標(biāo)準(zhǔn)值的對比和調(diào)整，建立客戶檔案，實(shí)現(xiàn)高級管理。

1 主要內(nèi)容

1.1 汽車束角的測量

前束角(Toe)：為由上方看左右兩個(gè)輪胎所成的角度，束角的功用在補(bǔ)償輪胎，因外傾角及路面阻力所導(dǎo)致向內(nèi)或向外滾動(dòng)的趨勢[1]。

2 汽車前束測量儀的原理圖設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)部分工作原理

機(jī)構(gòu)部分采用齒條與齒輪嚙合，測量長度與轉(zhuǎn)動(dòng)角度成正比，在轉(zhuǎn)軸上加上磁鐵，來感應(yīng)磁編碼器實(shí)現(xiàn)長度的數(shù)據(jù)采集，由于該編碼器在多圈轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下，屬于相對編碼器，因此在長度歸零時(shí)在零點(diǎn)有零點(diǎn)標(biāo)記的光電開關(guān)，來標(biāo)記初始位置長度用初始長度加上增量長度來得到測量長度[2]。

2.2 系統(tǒng)工作原理

由MCU單元，磁編碼傳感器（與機(jī)械轉(zhuǎn)軸中的磁鐵耦合匹配），零點(diǎn)光電開關(guān)，LCD顯示和鍵盤輸入單元，藍(lán)牙模塊單元和電源供電單元等幾個(gè)部分組成。

（1）MCU單元。采用微晶單片機(jī)STC15F2K60S2為核心控制部分。完成對磁編碼器的采集運(yùn)算、校正存儲；對零點(diǎn)的記憶運(yùn)算；對LCD液晶顯示器的控制和顯示；對鍵盤的采集和防抖控制；對藍(lán)牙模塊的設(shè)置管理、數(shù)據(jù)傳輸；對電源單元的管理和電池狀態(tài)的檢測等工作。內(nèi)部非易失數(shù)據(jù)的存儲和管理。

（2）磁編碼傳感器單元。磁編碼芯片采用 AS5145，通過SPI接口連接到CPU上。該芯片內(nèi)部采用DSP快速處理，將360

度的轉(zhuǎn)角量化為12BIT的數(shù)值，通過SPI接口讀出，根據(jù)《AS5145芯片的數(shù)據(jù)手冊》給出的讀出格式，讀出0～360度對應(yīng)的0～4096值。

（3） LCD顯示和鍵盤輸入單元。LCD采用段碼液晶屏，采用HT1621驅(qū)動(dòng)芯片。直接驅(qū)動(dòng)段式LCD的筆畫位，HT1621單片機(jī)一共有128個(gè)顯示單元作為基礎(chǔ)[3]，為液晶屏顯示準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。HT1621單片機(jī)與液晶屏引腳對應(yīng)連接，并且驅(qū)動(dòng)芯片HT1621的4個(gè)IO口必須與單片機(jī)連接使液晶屏正常運(yùn)行。鍵盤采用上拉電阻配合接地電容，按鍵鍵盤采用物理防抖電路，按鍵將輸入位拉低，實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入。

（4）藍(lán)牙模塊數(shù)據(jù)傳輸單元。藍(lán)牙模塊采用JDY-10M，通過單片機(jī)的UART接口來年鏈接，波特率設(shè)置為115200。用AT指令集來設(shè)置藍(lán)牙的網(wǎng)絡(luò)名為“Aligner Toe”，節(jié)點(diǎn)地址可隨機(jī)設(shè)置。在工作時(shí)采用串口 《MESH 無線控制指令》，實(shí)現(xiàn)APP連接控制[4]。在設(shè)計(jì)和安裝中注意藍(lán)牙天線的分布不能被金屬物覆蓋遮擋，以免影響到和智能終端練的距離。

（5）電源管理單元。采用DC-DC開關(guān)電源開，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的5V和3.3V供電。電源開關(guān)設(shè)計(jì)成軟關(guān)斷方式，內(nèi)部控制自動(dòng)關(guān)機(jī)功能。在開機(jī)狀態(tài)下，電池電壓通過MCU 的AD轉(zhuǎn)換進(jìn)行測量，實(shí)現(xiàn)電池狀態(tài)檢測功能和低電壓報(bào)警功能。通過電源接口可實(shí)現(xiàn)外部充電器的充電功能。

3 程序設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

程序在中包括實(shí)時(shí)測量子程序，校正子程序和藍(lán)牙配對子程序三個(gè)子單元。正常開機(jī)進(jìn)入測量單元。開機(jī)的同時(shí)按住F1+F2按鍵進(jìn)入校正子程序，開機(jī)的同時(shí)按住F3+F4按鍵進(jìn)入藍(lán)牙配置子程序[5]。

3.2 實(shí)時(shí)測量程序

該功能完成按部位實(shí)時(shí)測量計(jì)算，電池電壓檢測，結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)藍(lán)牙傳輸?shù)葴y量功能。

3.3 校正子程序

校正子程序完成測量尺的精度校正，并存儲校正參數(shù)。參數(shù)校正后，自動(dòng)關(guān)機(jī)。

3.4 藍(lán)牙設(shè)置子程序

完成藍(lán)牙的設(shè)置和鏈接，并存儲鏈接設(shè)備的連接信息。

4 結(jié)束語

汽車前束測量儀，就是對汽車前束進(jìn)行測量的專業(yè)工具，其打破了以往傳統(tǒng)的測量方式，采用新技術(shù)、新手段用于汽車保養(yǎng)行業(yè)。具有適應(yīng)性強(qiáng)，操作便捷的特性。汽車前束測量儀在使用時(shí)，僅按幾個(gè)按鍵就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄和顯示，相比傳統(tǒng)的手工測量，其精度更高，并且操作更簡便，極大地縮短了檢測過程的工作時(shí)間。