手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置設(shè)計(jì)

手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置設(shè)計(jì),手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置設(shè)計(jì),自動(dòng),到位,檢測(cè),裝置,助力,設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 關(guān)鍵字 1 前言 1.1 研究意義 1.2 手剎的工作原理 1.3 手剎裝置的分類(lèi) 1.4 課題研究?jī)?nèi)容（現(xiàn)存手剎安全隱患） 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 2.1 系統(tǒng)功能分析 2.2 系統(tǒng)原理框圖 2.3 控制芯片的選擇 2.4 本章小結(jié) 3 手剎到位檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 3.1 檢測(cè)原理及電路設(shè)計(jì) 3.1.1 手剎拉緊到位檢測(cè)功能設(shè)計(jì) 3.1.2 手剎松放到位檢測(cè)功能設(shè)計(jì) 3.2 LED提示功能的設(shè)計(jì) 3.3 聲音提示功能的設(shè)計(jì) 3.4 本章小結(jié) 4 傳感器部分設(shè)計(jì) 4.1 傳感器介紹 4.2 測(cè)力傳感器 4.2.1 測(cè)力傳感器的工作原理 4.2.2 壓力傳感器結(jié)構(gòu)框圖 4.3 傳感器設(shè)計(jì)選型 4.4 本章小結(jié) 5 手剎助力裝置設(shè)計(jì) 5.1 助力裝置介紹 5.2 手剎助力裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.3助力裝置工作原理 5.4 電機(jī)選型設(shè)計(jì) 5.4.1 剎車(chē)電機(jī)的特點(diǎn) 5.4.2 電機(jī)的選型 5.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 5.6 本章小結(jié) 6系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 6.1系統(tǒng)軟件主要特色 6.1.1 軟件分層結(jié)構(gòu) 6.1.2 多任務(wù)結(jié)構(gòu) 6.2 消息驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 6.3 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)任務(wù)的軟件設(shè)計(jì) 6.4 本章小結(jié) 7 結(jié)論 致謝 參考文獻(xiàn)  摘要 本設(shè)計(jì)主要目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在手剎是否到位無(wú)法做出提示，新人會(huì)誤以為車(chē)輛已處于正常停車(chē)狀態(tài)，形成安全隱患的問(wèn)題，提供一種能夠?qū)κ謩x自動(dòng)到位檢測(cè)裝置，以及設(shè)計(jì)一種手剎助力裝置輔助手剎操作，提高手剎操作效率，使手剎操作更方便。 本設(shè)計(jì)所采用的手剎到位檢測(cè)技術(shù)方案是：汽車(chē)手剎檢測(cè)裝置由電源電路供電，包括設(shè)置在手剎處的手剎位置傳感器、應(yīng)力應(yīng)變傳感器、主控制器，主控制器的輸出端與汽車(chē)駐車(chē)顯示燈及提醒蜂鳴器連接。當(dāng)手剎拉上時(shí)，剎車(chē)卡鉗夾住輪轂產(chǎn)生一定應(yīng)力，觸發(fā)應(yīng)力傳感器傳輸至主控制器，輸出控制信號(hào)控制汽車(chē)顯示燈“紅燈（駐停）”亮，同時(shí)發(fā)出“嘀——嘀”長(zhǎng)程提示聲，提示剎車(chē)已拉上；當(dāng)手剎釋放時(shí)觸發(fā)紅外位置傳感器，傳輸至主控制器，由主控制器輸出控制信號(hào)控制汽車(chē)顯示燈“綠燈（行駛）”亮，同時(shí)發(fā)出“嘀嘀滴”短程提示聲，提示剎車(chē)已松開(kāi)。采用紅外位置傳感器和應(yīng)力傳感器保證了只有手剎完全到位的時(shí)候才會(huì)發(fā)出相應(yīng)提示。 本設(shè)計(jì)所采用的手剎助力裝置設(shè)計(jì)方案是：采用按鍵輸入控制信號(hào)至主控制器，再采用單片機(jī)控制電機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，推出制動(dòng)活塞，使得剎車(chē)卡鉗卡死輪轂達(dá)到助力剎停駐車(chē)的效果。本設(shè)計(jì)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能好，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵字：手剎；檢測(cè)裝置；助力裝置；壓力傳感器；單片機(jī). 1 前言 1.1 研究意義 剎車(chē)系統(tǒng)是汽車(chē)中最重要的部件，因?yàn)樗绊懙牟粌H是汽車(chē)的行駛性能，還直接關(guān)系到人類(lèi)的生命安全。 車(chē)主在汽車(chē)使用過(guò)程中往往非常重視行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性，往往忽視了駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)，也就是我們常說(shuō)的“手剎”。汽車(chē)在使用過(guò)程中，手剎的使用頻率非常高，而手剎也并非是“萬(wàn)能保險(xiǎn)”，其安全性和可靠性效能會(huì)隨使用次數(shù)的增加而不斷下降，也就是說(shuō)在汽車(chē)使用過(guò)程中，手剎的安全可靠效能與行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)同樣重要，因?yàn)槭謩x發(fā)生故障或使用不當(dāng)而引起的事故屢見(jiàn)不鮮[1]。 手剎屬于輔助制動(dòng)系統(tǒng)，主要借助人力，一般在停車(chē)的時(shí)候，為了防止車(chē)輛自行溜車(chē)而設(shè)立的。 1.2 手剎的工作原理 手剎的專(zhuān)業(yè)稱呼是輔助制動(dòng)器，與制動(dòng)器的原理不同，其是采用鋼絲拉線連接的，在變速箱后，與傳動(dòng)軸連接的地方有一個(gè)制動(dòng)盤(pán)，類(lèi)似盤(pán)式制動(dòng)器的(當(dāng)然也有鼓式的)，然后通過(guò)鋼索，將拉力傳動(dòng)到那，從而實(shí)現(xiàn)駐車(chē)制動(dòng)。 有的是利用一個(gè)液壓輔缸，拉動(dòng)手剎后，推動(dòng)車(chē)下邊的液壓總缸運(yùn)動(dòng)，然后帶動(dòng)氣閥（之所以這么設(shè)計(jì)，是為了駕駛室不聽(tīng)到那些空氣的聲音），氣閥動(dòng)作之后，制動(dòng)傳動(dòng)軸（汽車(chē)手剎只剎傳動(dòng)軸的），當(dāng)完成制動(dòng)傳動(dòng)軸之后，如果是普通的卡車(chē)則利用手剎桿的鋼索拉動(dòng)拉實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期剎車(chē)，如果是比較高檔的卡車(chē)，比如沃爾沃的，則使用電控制，上面當(dāng)你推動(dòng)手剎的時(shí)候，事實(shí)上有一個(gè)電動(dòng)拽引機(jī)已經(jīng)啟動(dòng)，在空氣制動(dòng)完成之后他就拉近鋼索并且鎖定，當(dāng)然也有直接拉制動(dòng)器的。 1.3 手剎裝置的分類(lèi) 目前，絕大多數(shù)轎車(chē)和輕型汽車(chē)，它們的手剎系統(tǒng)都是作用在后輪上。從工作形式上來(lái)劃分，主要有兩種：鼓式制動(dòng)和盤(pán)式制動(dòng)。而從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上又分為以下四種[2]： l 基于盤(pán)式剎車(chē)的手剎（圖1a）：對(duì)于后輪是盤(pán)式剎車(chē)的車(chē)型來(lái)說(shuō)，手剎拉線直接控制卡鉗來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助制動(dòng)。 l 基于鼓式剎車(chē)的手剎（圖1b）：家用轎車(chē)的設(shè)計(jì)理念是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，由于成本的限制，很多車(chē)型都是前盤(pán)后鼓的剎車(chē)形式，這類(lèi)轎車(chē)的手剎是基于后橋的鼓式剎車(chē)實(shí)現(xiàn)的，拉動(dòng)手剎時(shí)通過(guò)拉線控制后輪剎車(chē)蹄片實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 l 盤(pán)式剎車(chē)鼓式手剎：這種手剎裝在后剎車(chē)盤(pán)中心位置的剎車(chē)鼓中，手剎拉線控制蹄片，獨(dú)立與盤(pán)式剎車(chē)控制. l 獨(dú)立剎車(chē)卡鉗（小眾車(chē)型）：這種手剎系統(tǒng)多出現(xiàn)在超跑身上，因?yàn)椴糠周?chē)型使用的都是名家生產(chǎn)的多活塞高性能剎車(chē)系統(tǒng)，沒(méi)有附帶手剎系統(tǒng)，所以會(huì)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)獨(dú)立的手剎小卡鉗。當(dāng)然這類(lèi)手剎可見(jiàn)率也是非常低的。 從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，前兩種手剎的制造成本比較低，就是在后橋剎車(chē)系統(tǒng)上加裝了一個(gè)單獨(dú)的拉線來(lái)控制制動(dòng)器，或是鼓式或是盤(pán)式，多用于經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的家用車(chē)。 以上的手剎系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)略有區(qū)分但作用都是一樣的，就是幫助車(chē)輛駐車(chē)后的輔助制動(dòng)。 a b 圖1 盤(pán)式手剎（a）和鼓式手剎（b） Fig.1 Disc handbrake (a) and Drum handbrake (b) 從操作方面分為機(jī)械手剎和電子手剎兩種。前者通過(guò)拉動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置的方式完成手剎操作，而后者采用電子按鍵傳遞信號(hào)控制相應(yīng)執(zhí)行裝置完成手剎操作。其主要區(qū)別僅在于使用方式不同而已，但最后都是要驅(qū)動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行裝置完成動(dòng)作。 1.4 課題研究?jī)?nèi)容（現(xiàn)存手剎安全隱患） 對(duì)于最常見(jiàn)的機(jī)械手剎來(lái)說(shuō)，首先要注意不能每次駐車(chē)時(shí)都狠狠地拉起來(lái)，特別不能拉到頭，因?yàn)榻饘龠^(guò)度拉伸或者是長(zhǎng)時(shí)間保持拉伸都會(huì)加快形變，導(dǎo)致加速手剎拉線的制動(dòng)衰退。 在冬季的冰雪天氣行駛時(shí)，擋泥板內(nèi)側(cè)會(huì)淤積很多積雪，這些積雪可能會(huì)覆蓋到手剎拉線上，將其凍住，再次啟動(dòng)時(shí)就很可能因?yàn)槭謩x無(wú)法釋放而不能行駛。 中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN2635449U，公告日2004年8月15日，公開(kāi)了一種汽車(chē)駐車(chē)制動(dòng)提醒器，所述的汽車(chē)駐車(chē)制動(dòng)提醒器是將車(chē)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的集成運(yùn)算放大器，集成運(yùn)算放大器的輸出端和駐車(chē)制動(dòng)信號(hào)分別接到單片機(jī)的輸入引腳上，單片機(jī)的輸出端鏈接有由單片機(jī)控制的發(fā)聲裝置。此技術(shù)方案也只能實(shí)現(xiàn)提醒拉手剎的作用，對(duì)于手剎是否到位無(wú)法做出提示，新人會(huì)誤以為車(chē)輛已處于正常停車(chē)狀態(tài)，形成安全隱患。 手剎棘爪復(fù)位不良問(wèn)題[3] 。手剎總成出現(xiàn)棘爪卡死、不能復(fù)位現(xiàn)象。棘爪通過(guò)棘爪鉚釘鉚接在操縱臂“U”型槽內(nèi)部，分析故障件發(fā)現(xiàn)在“U”槽內(nèi)棘爪與操縱臂之間無(wú)間隙，實(shí)測(cè)間隙為0mm，用塞尺測(cè)棘爪鉚釘大端與操縱臂外部間隙為0.2mm，即棘爪被卡死在操縱臂“U”槽內(nèi)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。棘爪通過(guò)棘爪鉚釘裝配到操縱臂孔中，當(dāng)操縱臂U槽壁上的兩個(gè)棘爪鉚釘裝配孔同軸度不合格時(shí)，棘爪鉚釘端面與操縱臂貼合不好，從而造成間隙。而手剎在制動(dòng)力的作用下，棘爪鉚釘發(fā)生旋轉(zhuǎn)，擠壓操縱臂“U”槽開(kāi)口，慢慢將操縱臂與棘爪內(nèi)部間隙轉(zhuǎn)到外部，當(dāng)操縱臂與棘爪處無(wú)間隙時(shí)，棘爪則容易被卡死在操縱臂內(nèi)，不能復(fù)位。 本課題的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)一款合適的手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置，幫助解決現(xiàn)存的手剎是否到位無(wú)法提醒，及手剎容易變形壽命短等問(wèn)題，并幫助實(shí)現(xiàn)手剎操作更簡(jiǎn)易化。 2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 2.1 系統(tǒng)功能分析 按照設(shè)計(jì)要求，手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置可以分為以下幾個(gè)基本功能模塊：手剎到位檢測(cè)模塊、傳感器模塊、手剎助力裝置模塊、軟件設(shè)計(jì)。 有些模塊的功能是由硬件或機(jī)械完成，有些模塊的功能由軟、硬件配合完成，有些模塊則是由軟件、硬件、機(jī)械三部分共同完成。 將系統(tǒng)拆分成以上的這些基本功能模塊后，再根據(jù)各個(gè)模塊所要完成的功能分別去設(shè)計(jì)，也就是按照“逐步求精”的思想去設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，這將使設(shè)計(jì)工作細(xì)化，也有助于制定進(jìn)度安排[4] 。 2.2 系統(tǒng)原理框圖 本設(shè)計(jì)所采用的手剎到位檢測(cè)技術(shù)方案是：汽車(chē)手剎檢測(cè)裝置由電源電路供電，包括設(shè)置在手剎制動(dòng)處的壓力傳感檢測(cè)模塊、紅外位置檢測(cè)模塊、主控制器，主控制器的輸出端與汽車(chē)駐車(chē)顯示燈及提醒蜂鳴器連接。當(dāng)手剎釋放時(shí)觸發(fā)位置傳感器，傳輸至主控制器，由主控制器輸出控制信號(hào)控制汽車(chē)顯示燈“綠燈（行駛）”亮；當(dāng)手剎拉上時(shí)，剎車(chē)卡鉗夾住輪轂產(chǎn)生一定應(yīng)力，觸發(fā)應(yīng)力傳感器傳輸至主控制器，輸出控制信號(hào)控制汽車(chē)顯示燈“紅燈（駐停）”亮，同時(shí)發(fā)出“嘀嘀”短程提示聲，提示剎車(chē)已拉上。采用應(yīng)力傳感器保證了只有手剎完全到位的時(shí)候才會(huì)發(fā)出相應(yīng)提示。 本設(shè)計(jì)所采用的手剎助力裝置設(shè)計(jì)方案是：采用按鍵輸入控制信號(hào)至主控制器，再采用單片機(jī)控制電機(jī)提供轉(zhuǎn)矩，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸螺桿，推動(dòng)或收回制動(dòng)活塞，使得剎車(chē)卡鉗卡死輪轂達(dá)到助力剎停和取消制動(dòng)的效果。 主控單片機(jī) “手剎拉緊”按鍵 “手剎松放”按鍵 步進(jìn)電機(jī) 顯示燈提示 紅外位置檢測(cè)模塊 壓力傳感器 圖2 系統(tǒng)原理框圖 Fig.2 System principle block diagram 蜂鳴器提示 制動(dòng)活塞 系統(tǒng)原理框圖如圖2所示： 2.3 控制芯片的選擇 AT89S52單片機(jī)是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89S52單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，其主要性能如下[5] ： 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 1000次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程I/O口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門(mén)狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符 時(shí)鐘電路 ROM RAM 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 CPU 并行接口 串行接口 中斷系統(tǒng) TXD RXD INT0 INT1 P0~P3 T0 T1 圖3 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu) Fig.3 The basic structure of single chip microcomputer 2.4 本章小結(jié) 本章系統(tǒng)的分析了手剎自動(dòng)到位檢測(cè)裝置及手剎助力裝置的功能需求，并相應(yīng)的針對(duì)設(shè)計(jì)了若干個(gè)不同的功能模塊，每個(gè)模塊相互之間獨(dú)立運(yùn)作，并選用AT89S52單片機(jī)作為控制芯片，減小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)能提高響應(yīng)速率。 3 手剎到位檢測(cè)裝置設(shè)計(jì) 3.1 檢測(cè)原理及電路設(shè)計(jì) 對(duì)于手動(dòng)擋車(chē)型，手剎一般布置在副儀表臺(tái)上，主要作用是在暫時(shí)停車(chē)休息或者是長(zhǎng)久停車(chē)后，對(duì)車(chē)后輪施加一定的制動(dòng)力防止車(chē)輛溜走的功能?，F(xiàn)有車(chē)型，當(dāng)手剎拉起時(shí)會(huì)觸發(fā)控制開(kāi)關(guān)，在儀表上顯示駐車(chē)制動(dòng)的信號(hào)燈，但這個(gè)只是圖像顯示，并沒(méi)有手剎是否到位或制動(dòng)是否緊固等其他方面的提示，當(dāng)駕駛員從車(chē)上下來(lái)手剎卻沒(méi)拉到位時(shí)，如果此時(shí)車(chē)輛剛好停在小坡上，或是人走后被旁人推動(dòng)的話，將是非常危險(xiǎn)的事情[6] 。所以，對(duì)于手動(dòng)擋車(chē)型來(lái)說(shuō)，停車(chē)后的手剎安全拉起到位的檢測(cè)提醒就顯得非常重要了。 手剎到位檢測(cè)功能包括兩部分：一、手剎拉緊到位檢測(cè)；二、手剎松放到位檢測(cè)。 3.1.1 手剎拉緊到位檢測(cè)功能的設(shè)計(jì) 圖4 手剎拉緊到位檢測(cè)電路圖 Fig.4 Detection of hand brake tense in position circuit diagram 當(dāng)手剎拉上時(shí)，剎車(chē)卡鉗夾住輪轂將會(huì)產(chǎn)生一定應(yīng)力，采用測(cè)力傳感器來(lái)控制監(jiān)測(cè)手剎是否拉緊，保證了只有手剎完全到位鎖住剎盤(pán)的情況才會(huì)發(fā)出提示，這樣就大大降低了剎車(chē)狀態(tài)誤導(dǎo)駕駛員而發(fā)生意外情況的可能性。應(yīng)力傳感器將信號(hào)傳輸至主控制器，并由單片機(jī)輸出控制信號(hào)點(diǎn)亮汽車(chē)顯示燈“紅燈（駐停）”，同時(shí)發(fā)出“嘀嘀”短程提示聲，提示剎車(chē)已拉上。 這里測(cè)力傳感器的選用將會(huì)在后面第四章單獨(dú)講解。 3.1.2 手剎松放到位檢測(cè)功能的設(shè)計(jì) 相對(duì)于手剎到位檢測(cè)設(shè)計(jì)，手剎松放時(shí)也需要到位檢測(cè)裝置，以保證手剎功能的完善，對(duì)車(chē)主能夠直觀了解手剎是否已放松及是否可以行車(chē)有重要提示功能。 如圖5所示，在紅外發(fā)射管和接收管之間無(wú)遮擋時(shí)，電壓比較器輸出低電平；當(dāng)之間有遮擋時(shí)，電壓比較器輸出高電平。當(dāng)制動(dòng)活塞頂出時(shí)，活塞正好能遮擋住紅外對(duì)管，此時(shí)電壓比較器輸出一個(gè)高電平；當(dāng)制動(dòng)活塞收回到指定位置時(shí)，輸出低電平，單片機(jī)接收到由高電平轉(zhuǎn)低電平的信號(hào)，便發(fā)出指令電機(jī)剎停，并且點(diǎn)亮“綠燈（行駛）”。 圖5 紅外對(duì)管檢測(cè)電路 Fig 5 Infrared to tube detection circuit 3.2 LED提示功能的設(shè)計(jì) 圖6 LED提示電路圖 Fig.6 LED circuit diagram for reminding 采用一個(gè)上拉電阻點(diǎn)亮LED方式，提示當(dāng)前手剎狀態(tài)，能對(duì)駕駛者進(jìn)行直觀有效的提醒，“紅燈（駐停）”點(diǎn)亮即表示手剎已拉上到位；“綠燈（行駛）”點(diǎn)亮即表示手剎已經(jīng)松放，車(chē)輛處于可以行駛的狀態(tài)。 3.3 聲音提示功能的設(shè)計(jì) 和狀態(tài)指示燈的設(shè)計(jì)目的一樣，給手剎到位檢測(cè)裝置加入聲音提示功能也是為了更直觀地顯示各種狀態(tài)。在手剎拉緊到位后，蜂鳴器將“嘀——嘀”長(zhǎng)響兩聲，及時(shí)的提示駕駛員已經(jīng)完成駐停任務(wù)；在手剎松放到位后，蜂鳴器將“嘀嘀滴”短程響三聲，及時(shí)的提示駕駛員已經(jīng)完成手剎已松放，可以行駛了。該功能很有必要，因?yàn)閱渭兾ㄒ坏腖ED燈顯示，在駕駛者忙亂中還是容易被忘記觀察，忽視了手剎狀態(tài)盲目停車(chē)或啟動(dòng)同樣起不到安全防護(hù)的作用。加入了聲音提示功能后，手剎狀態(tài)有沒(méi)有變更狀態(tài)完成相應(yīng)的指令，便很容易就能知道了。本設(shè)計(jì)中所采用的蜂鳴器使用很簡(jiǎn)便，只需給其正負(fù)端加上5V左右的電壓就能夠發(fā)出聲音，在其內(nèi)部已經(jīng)含有一個(gè)振蕩電路[6] 。工作電流大約10mA，因此可以用P0口的某一位直接驅(qū)動(dòng)。 圖7 蜂鳴器聲音提示電路圖 Fig.7 Circuit diagram of Buzzer sound reminding 聲音提示功能被設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)，原因是為了能讓蜂鳴器響若干聲，而同時(shí)單片機(jī)又能做其他的事情。其他模塊通過(guò)beep(n)函數(shù)設(shè)置靜態(tài)變量n_beep，告訴聲音提示模塊需要響n聲，大約50毫秒響一聲后自動(dòng)會(huì)將n_beep減去1，一直減到0后不再發(fā)聲。 3.4 本章小結(jié) 本章介紹了手剎到位檢測(cè)裝置，包括拉緊到位檢測(cè)和放松到位檢測(cè)。本設(shè)計(jì)采用了壓力傳感器來(lái)檢測(cè)拉緊到位，確保剎車(chē)卡鉗不會(huì)出現(xiàn)只接觸到輪轂而沒(méi)實(shí)際作用摩擦力的“虛剎”現(xiàn)象。采用紅外位置檢測(cè)電路檢測(cè)松放到位，可以確保剎車(chē)卡鉗確實(shí)離開(kāi)輪轂，在行駛過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)不必要的磨損，延遲剎車(chē)片的壽命。 而作為檢測(cè)手剎到位最重要的部分——傳感器，其選型和使用是有一定的原則和意義的，下一章將要介紹傳感器的選型設(shè)計(jì)。 4 傳感器部分設(shè)計(jì) 4.1 傳感器介紹 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量、并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成(GB766-87)。 目前，傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)。因而從狹義上講，傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件或裝置。獲得傳感器信號(hào)的兩種方法：直接獲得電信號(hào)的變化（開(kāi)關(guān)傳感器）；將物理量變換成電信號(hào)的變化（水位、壓力等）[7] 。 傳感器在非電量電測(cè)系統(tǒng)中的作用： 1）敏感作用：感受并拾取被測(cè)對(duì)象的信號(hào)。 2）變換作用：被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于檢測(cè)和處理的電信號(hào)。 4.2 測(cè)力傳感器 4.2.1 測(cè)力傳感器的工作原理 測(cè)力傳感器原理：有一個(gè)或多個(gè)能在受力后產(chǎn)生的彈性體，和能感應(yīng)這個(gè)形變量的電阻應(yīng)變片組成的點(diǎn)錢(qián)電路，以及能把電阻應(yīng)變片固定粘貼在彈性體上并能傳導(dǎo)應(yīng)變量的粘合劑和保護(hù)電子電路密封膠等三大部分組成測(cè)力傳感器。在受力作用后，粘貼在彈性題的應(yīng)變片隨之產(chǎn)生形變引起電阻變化，電阻變化使組成的電橋失去平衡輸出一個(gè)與外力成線性正比變化的電量信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)由非電量到電量的轉(zhuǎn)變。 力學(xué)傳感器的種類(lèi)繁多，根據(jù)被測(cè)力學(xué)的不同，力傳感器可分為：電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性[9] 。 4.2.2 壓力傳感器結(jié)構(gòu)框圖 放大器 相敏檢波器 濾波器 指示或記錄器 電源 振蕩器 1 2 3 4 5 6 圖8 壓力傳感器結(jié)構(gòu)框圖 Fig.8 Pressure sensor structure diagram 壓阻式壓力傳感器主要由電橋，振蕩器，放大器，相敏檢波器，濾波器，指示或記錄器，電源等部分構(gòu)成。 其中，各處產(chǎn)生的波形為： 1-供橋電源波形（載波） 2-被測(cè)信號(hào)波形（調(diào)制波） 3-電橋輸出波形（已調(diào)波） 4-放大后波形 5-相敏檢波器解調(diào)后波形 6-經(jīng)濾波器后波形 (1) 電橋：多采用惠斯登電橋，通常采用比較高頻的正弦波供橋，以便使用窄頻帶的交流放大器對(duì)已調(diào)幅波進(jìn)行放大。 (2) 放大器：其作用是將電橋輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，以便得到足夠功率去推動(dòng)指示儀表或記錄器。 (3) 振蕩器：作用在于產(chǎn)生一個(gè)頻率。振幅穩(wěn)定，而波形良好的正弦交流電壓，可作為電橋的電源和相敏檢波器的參考電壓。 (4) 相敏檢波器：經(jīng)放大后的波形仍為調(diào)幅波，必須用檢波器將它還原（解調(diào)）為被檢測(cè)應(yīng)變信號(hào)的波形。 (5) 濾波器：由相敏檢波器輸出的被檢測(cè)應(yīng)變波形中仍殘留有載波信號(hào)，必須濾掉，方能得到被檢測(cè)應(yīng)變信號(hào)的正確波形。 (6) 指示儀器或記錄器：顯示和記錄信號(hào)。本設(shè)計(jì)中采用單片機(jī)AT89S52將采集的信號(hào)被存入EEPROM中。 (7) 電源：是保證傳感器中放大器、振蕩器等單元電路正常工作所需的能量供給器。一般由整流器，濾波器和電子穩(wěn)壓器等部分組成。 4.3 傳感器設(shè)計(jì)選型 壓力傳感器是一種將壓力變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)的計(jì)量器具，而且其輸出信號(hào)與壓力變量之間有一給定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系。主要用于工業(yè)過(guò)程壓力參數(shù)的測(cè)量和控制[10] 。選用方案如下： 　　1、確認(rèn)測(cè)量壓力的類(lèi)型。壓力類(lèi)型主要有表壓、絕壓、差壓等；表壓是指以大氣壓力為基準(zhǔn)，小于或大于大氣壓力的壓力；絕壓是指以絕對(duì)壓力零位為基準(zhǔn)，高于絕對(duì)壓力零位的壓力；差壓是指兩個(gè)壓力之間的差值。本設(shè)計(jì)中為表壓。 2、確認(rèn)待測(cè)壓力范圍。一般情況下，按實(shí)際測(cè)量壓力為壓力傳感器測(cè)量范圍的80%選型。一般剎車(chē)或緊急剎車(chē)，以目前轎車(chē)施加的力量來(lái)計(jì)算約為20～40公斤，日系車(chē)較輕，歐美系較重。換算成牛頓力大約在196~392N之間。故測(cè)力范圍應(yīng)該在245~490N之間。 3、確認(rèn)系統(tǒng)的最大過(guò)載。系統(tǒng)的最大過(guò)載應(yīng)小于壓力傳感器的過(guò)載保護(hù)極限，否則會(huì)影響產(chǎn)品的使用壽命甚至損壞產(chǎn)品。美國(guó)精量壓力傳感器都有2倍測(cè)量范圍的過(guò)載保護(hù)。 圖9 PLD204M?型壓力傳感器及其尺寸分布 Fig.9 PLD204M?Pressure sensor diagram and its size distribution 4、確認(rèn)準(zhǔn)確度等級(jí)。壓力傳感器的測(cè)量誤差按準(zhǔn)確度等級(jí)進(jìn)行劃分，不同的準(zhǔn)確度對(duì)應(yīng)不同的基本誤差限；實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)測(cè)量誤差的控制要求并本著適用經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行選型。 根據(jù)工作溫度、測(cè)力介質(zhì)和接觸材質(zhì)的兼容性，綜合考慮后選用PLD204M?型號(hào)測(cè)力傳感器，其量程完全能滿足使用需要，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 4.4 本章小結(jié) 本章詳細(xì)介紹了壓力傳感器的選型過(guò)程，對(duì)滿足系統(tǒng)的精準(zhǔn)性有非常重要的意義。 一般情況下，按實(shí)際測(cè)量壓力為壓力傳感器測(cè)量范圍的80%選型。一般剎車(chē)或緊急剎車(chē)，以目前轎車(chē)施加的力量來(lái)計(jì)算約為20～40公斤，日系車(chē)較輕，歐美系較重。換算成牛頓力大約在196~392N之間。故測(cè)力范圍應(yīng)該在245~490N之間。根據(jù)工作溫度、測(cè)力介質(zhì)和接觸材質(zhì)的兼容性，綜合考慮后選用PLD204M?型號(hào)測(cè)力傳感器，其量程完全能滿足使用需要，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 5 手剎助力裝置設(shè)計(jì) 5.1 助力裝置介紹 設(shè)計(jì)助力裝置的目的是減小人工操作的復(fù)雜性，減少手拉手剎制動(dòng)時(shí)的拉力。傳統(tǒng)手剎裝置需使用人工拉動(dòng)鋼索，推動(dòng)制動(dòng)卡鉗直接提供制動(dòng)力，這種方式需要駕駛員有一定的腕力才能辦到，使用十分不便。因而現(xiàn)在不少汽車(chē)制造商都在尋求一種更簡(jiǎn)單實(shí)用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)改良車(chē)輛剎車(chē)系統(tǒng)，以獲得更好的用戶體驗(yàn)[11] 。 5.2 手剎助力裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 手剎助力裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由電機(jī)、傳動(dòng)皮帶、減速機(jī)構(gòu)、心軸螺桿（內(nèi)含壓力傳感器）、制動(dòng)活塞幾個(gè)部分組成。 其中電機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，通過(guò)傳動(dòng)皮帶和減速機(jī)構(gòu)作用在心軸螺桿上，推動(dòng)制動(dòng)活塞伸出，剎車(chē)盤(pán)抵住制動(dòng)盤(pán)從而提供制動(dòng)力，其中心軸螺桿內(nèi)含有壓力傳感器。 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如下： 圖10 手剎助力裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖 Fig.10 Hand brake booster device structure diagram 5.3 助力裝置工作原理 拉動(dòng)手剎駐停功能：當(dāng)撥動(dòng)手剎按鍵至“手剎拉緊”位置時(shí)，控制中心輸出信號(hào)控制電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)心軸螺桿推出制動(dòng)活塞，活塞抵住制動(dòng)盤(pán)進(jìn)行制動(dòng)鎖死，當(dāng)剎車(chē)盤(pán)制動(dòng)力達(dá)到一定值時(shí)，壓力傳感器反饋信號(hào)回控制中心，控制中心發(fā)出指令停止電機(jī)制動(dòng)，制動(dòng)完成。 放松手剎行走功能：當(dāng)撥動(dòng)手剎按鍵至“手剎松放”位置時(shí)，控制中心輸出信號(hào)控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)心軸螺桿收回制動(dòng)活塞，但活塞收回一段距離后，紅外位置傳感器檢測(cè)到信號(hào)反饋回控制中心，控制中心發(fā)出指令停止電機(jī)制動(dòng)，手剎松放動(dòng)作完成。 5.4 電機(jī)選型設(shè)計(jì) 5.4.1 剎車(chē)電機(jī)的特點(diǎn) 剎車(chē)電機(jī)有較高精度的定位要求。作為剎車(chē)電機(jī)應(yīng)該具備：剎車(chē)迅速，定位準(zhǔn)確，安全可靠，剎車(chē)系統(tǒng)可互換使用，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，更換維修簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。很多工廠需要?jiǎng)x車(chē)電機(jī)來(lái)控制電機(jī)慣性，達(dá)到要求的準(zhǔn)確定位，來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械的自動(dòng)工作。剎車(chē)電機(jī)用途非常廣泛，機(jī)械設(shè)備各個(gè)領(lǐng)域都能見(jiàn)到其身影。如各種機(jī)床、印刷機(jī)械、鍛壓機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、包裝機(jī)械、食品機(jī)械、建筑機(jī)械、木工機(jī)械等要求快速停止、準(zhǔn)確定位、往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)、防止滑行的各種機(jī)械中作主軸傳動(dòng)和輔助傳動(dòng)[12]。 剎車(chē)電機(jī)分為：直流剎車(chē)電機(jī)，交流剎車(chē)電機(jī)。直流剎車(chē)電機(jī)需要安裝整流器，整流后的電壓為99V，170V或90－108V，直流剎車(chē)電機(jī)因?yàn)橐?jīng)過(guò)整流電壓，最快剎車(chē)時(shí)間在0.6秒左右。交流剎車(chē)電機(jī)因?yàn)橹苯?80V電壓，不需整流，剎車(chē)時(shí)間可以在0.2秒內(nèi)完成。直流剎車(chē)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)便宜，發(fā)熱比較快容易燒毀電機(jī)。交流剎車(chē)電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)比較高，剎車(chē)效果明顯，經(jīng)久耐用，是自動(dòng)化控制比較理想的動(dòng)力。 但由于本設(shè)計(jì)考慮到電機(jī)要經(jīng)常改變速度還要頻繁正反轉(zhuǎn)還要中途急停還要停得比較準(zhǔn)確，因此本設(shè)計(jì)中選擇采用步進(jìn)電機(jī)。 5.4.2 電機(jī)的選型 選擇電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： （1）計(jì)算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下: i=(φ*S)/(360*Δ) (1) 式中φ---步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖），取1.8° S---絲桿螺距（mm)，取15mm Δ---(mm/脈沖） （2）計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。 Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （2） 式中Jt---折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg·cm·s2) J1、J2 ---齒輪慣量(Kg·cm·s2) Js ----絲桿慣量(Kg·cm·s2) W---工作臺(tái)重量（N） S---絲桿螺距（cm） （3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M M=Ma+Mf （3） Ma=（Jm+Jt)*n/T×1.02×102 （4） 式中Ma---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N·m) Jm、Jt---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg·cm·s2) n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min） T---電機(jī)升速時(shí)間（s） Mf=(u*W*s)/(2π*ηi)×102 （5） Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N·m) u---摩擦系數(shù)，取0.05 η---傳遞效率 （4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定,則可按下式進(jìn)行估算 fq=1/2fq0 （6） 式中fq---帶載起動(dòng)頻率（Hz） fq0---空載起動(dòng)頻率 （5）負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式（5）和式（6）計(jì)算， 電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來(lái)說(shuō)，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 ～0.4)Mmax. 最后通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算暫時(shí)選擇相電流:6A；轉(zhuǎn)矩8 N*m；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：9700 g*cm2；步距角為0.9/1.8°的110BYG250B-0602步進(jìn)電機(jī)，其減速比為19:1. 5.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 本設(shè)計(jì)中已經(jīng)選好的步進(jìn)電機(jī)，體積小、性能好、使用方便，并且有專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片KA2821D。驅(qū)動(dòng)芯片引腳如圖11所示，脈沖的輸入、輸出信號(hào)具體時(shí)序如圖12所示。當(dāng)控制信號(hào)的周期為40Hz左右時(shí)，步進(jìn)電機(jī)工作在最佳狀態(tài)。 圖11 步進(jìn)電機(jī)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路圖 Fig.11 Stepping Motor chip drive motor circuit diagram A ā B B A-CH in B-CH in 圖12 步進(jìn)電機(jī)控制時(shí)序 Fig.12 Stepping motor control timing 5.6 本章小結(jié) 本章主要介紹了手剎助力裝置的設(shè)計(jì)，采用了電機(jī)提供轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，通過(guò)傳動(dòng)皮帶和減速機(jī)構(gòu)作用在心軸螺桿上，推動(dòng)制動(dòng)活塞伸出，剎車(chē)盤(pán)抵住制動(dòng)盤(pán)從而提供制動(dòng)力，其中心軸螺桿內(nèi)含有壓力傳感器。采用電機(jī)作為手剎助力裝置能滿足較高精度的定位要求。 6 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 6.1 系統(tǒng)軟件主要特色 軟件在一個(gè)智能系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的作用，軟件設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的性能。目前已經(jīng)有很多種嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，如：Linux、RTX51及UC/OS等，可以更有效的利用系統(tǒng)的各種資源，簡(jiǎn)化編程，縮短開(kāi)發(fā)周期。鑒于本系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)為控制器，本身的各種資源都很有限，引入一個(gè)操作系統(tǒng)代價(jià)太大，所以考慮直接來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，同樣可以達(dá)到“多任務(wù)”、“實(shí)時(shí)”等要求[13]。 6.1.1 軟件分層結(jié)構(gòu) 為了便于編程，將邏輯控制層和具體的硬件相分離開(kāi)是很有必要的。硬件驅(qū)動(dòng)層的軟件負(fù)責(zé)直接操作硬件，并且給上層的軟件提供一定的接口，這樣有助于上層的軟件實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，并且系統(tǒng)的硬件有所改動(dòng)時(shí)也只需改動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊即可。 邏輯控制層 硬件驅(qū)動(dòng)層 硬件設(shè)備 置、取全局變量 圖16 軟件分層結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 16 Software layered structure schematic drawing 操作硬件 本系統(tǒng)中的手剎拉緊檢測(cè)模塊、手剎松放檢測(cè)模塊、顯示提醒模塊、電機(jī)助力模塊都做成了一些獨(dú)立的模塊，并且給外部提供了一些接口函數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些硬件或機(jī)械部件的高級(jí)操作。 分層結(jié)構(gòu)如圖16所示： 軟件的分層結(jié)構(gòu)是很多系統(tǒng)中普遍采用的一種軟件結(jié)構(gòu)，比如TCP/IP協(xié)議就是一種典型的分層結(jié)構(gòu)。WINDOWS、LINUX等系統(tǒng)中也幾乎把所有的系統(tǒng)硬件進(jìn)行了抽象，這樣上層的軟件就不必關(guān)心硬件的細(xì)節(jié)，可以調(diào)用相應(yīng)的模塊提供的服務(wù)即可，這樣可把更多的精力放在高級(jí)功能的實(shí)現(xiàn)上[18]。 6.1.2 多任務(wù)結(jié)構(gòu) 為了充分利用單片機(jī)的CPU，內(nèi)存等資源，本系統(tǒng)中引入了多任務(wù)的軟件結(jié)構(gòu)，即從宏觀上來(lái)看單片機(jī)同時(shí)在做多件事情。分析一般的多任務(wù)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的核心是任務(wù)調(diào)度器，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候任務(wù)調(diào)度器將保存當(dāng)前任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)，并且恢復(fù)將要運(yùn)行的任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)，并讓其投入運(yùn)行。簡(jiǎn)單的說(shuō)，一般的多任務(wù)系統(tǒng)是任務(wù)調(diào)度器循環(huán)的調(diào)用各個(gè)需要執(zhí)行的任務(wù)，進(jìn)而可以更有效的利用系統(tǒng)的各種資源。從這里得到啟發(fā)，可以用定時(shí)器每隔一定的時(shí)間中斷一次，在中斷處理函數(shù)中依次調(diào)用一次各個(gè)任務(wù)所對(duì)應(yīng)的函數(shù)，并且各個(gè)函數(shù)都能在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)返回，這樣在某段時(shí)間內(nèi)，各個(gè)任務(wù)所對(duì)應(yīng)的函數(shù)都能夠被執(zhí)行到，就好像多個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行了。還有一點(diǎn)需要說(shuō)明，就是各個(gè)任務(wù)是由一些函數(shù)和一些靜態(tài)變量組成。函數(shù)由定時(shí)器中斷處理函數(shù)定期的調(diào)用一次，并且有個(gè)前提就是這個(gè)函數(shù)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)返回，否則其他任務(wù)將不能及時(shí)的被調(diào)用到，也就達(dá)不到“實(shí)時(shí)”這一要求。靜態(tài)變量保存該任務(wù)的各種狀態(tài)，并且其他模塊和該任務(wù)進(jìn)行通信也是通過(guò)置取這些靜態(tài)變量來(lái)實(shí)現(xiàn)的[14] 。 本系統(tǒng)中軟件的多任務(wù)結(jié)構(gòu)如圖17所示： 系統(tǒng)復(fù)位 初始化 主任務(wù)設(shè)計(jì)成無(wú)限循環(huán)結(jié)構(gòu) 定時(shí)器0中斷處理函數(shù) 任務(wù)1 任務(wù)2 任務(wù)3 任務(wù)n 圖17 多任務(wù)結(jié)構(gòu)示意圖 Fig 17 Multitasking structure schematic drawing 可以說(shuō)定時(shí)器中斷處理函數(shù)就是本設(shè)計(jì)中多任務(wù)的核心，即任務(wù)調(diào)度器。以下是定時(shí)器0中斷處理函數(shù)的程序清單[8]： ///////////////////////////////////////////////////// //定時(shí)器0中斷處理函數(shù) //每4毫秒中斷一次 //產(chǎn)生時(shí)鐘節(jié)拍 //負(fù)責(zé)維護(hù)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)間變量和任務(wù)調(diào)度 ///////////////////////////////////////////////////// #define TIME_OVERLOAD 3960 //定時(shí)器計(jì)數(shù)初值 //記錄時(shí)間的結(jié)構(gòu)的定義 typedef struct { uchar t_ms; //毫秒數(shù)0-99 uchar t_100ms; //100毫秒數(shù)0-9 uchar t_sec; //秒數(shù)0-59 uchar t_min; //分鐘數(shù)，0-255 }TIME; TIME time; //記錄系統(tǒng)時(shí)間的全局變量 void timer0(void) interrupt 1 { //重裝定時(shí)器0的計(jì)數(shù)初值[10] TH0=(65536-TIME_OVERLOAD)/256; TL0=(65536-TIME_OVERLOAD)%256; //維護(hù)系統(tǒng)時(shí)間 time.t_ms+=4; if(time.t_ms>99) { time.t_ms=0; if(++time.t_100ms>9) { time.t_100ms=0; if(++time.t_sec>59) { time.t_sec=0; time.t_min++; } } } //大約每50毫秒調(diào)用一次蜂鳴器任務(wù) //并且只有在需要發(fā)聲時(shí)才調(diào)用 //n_beep全局變量表示需要發(fā)出幾聲 if((n_beep)&&(!(time.t_ms%52)))beep2(); //每4毫秒調(diào)用一次顯示任務(wù) led_disp(); //每4毫秒調(diào)用一次壓力傳感器數(shù)據(jù) measure sensor(); //每16毫秒調(diào)用一次步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序 if(!(time.t_ms&0x0f))dianji(); } 以上的這段程序代碼就是實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的調(diào)度，和一般的多任務(wù)系統(tǒng)相比較有幾點(diǎn)不同： （1）任務(wù)之間的切換是通過(guò)函數(shù)的調(diào)用與返回實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)以上的這幾個(gè)任務(wù)全調(diào)用一次之后將進(jìn)入主任務(wù)執(zhí)行，主任務(wù)即main()函數(shù)所對(duì)應(yīng)的任務(wù)。 （2）相應(yīng)的任務(wù)上、下文的保存與恢復(fù)也不是由任務(wù)調(diào)度器實(shí)現(xiàn)的，而是由C語(yǔ)言編譯器在函數(shù)調(diào)用時(shí)自動(dòng)保存與恢復(fù)了主任務(wù)的上、下文；其他的任務(wù)不用保存上、下文，每次進(jìn)入執(zhí)行都是從相應(yīng)函數(shù)的第一行開(kāi)始，寄存器值也不用保存。 總之，采用以上這種軟件結(jié)構(gòu)，也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，在timer0()函數(shù)中可以加進(jìn)更多的任務(wù)，只要各個(gè)任務(wù)都能在一個(gè)較段的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行一次并返回到timer0()函數(shù)中就可以。此外，關(guān)于RAM的分配是在編譯的時(shí)候完成的，各個(gè)任務(wù)一般要用一些全局的靜態(tài)變量來(lái)標(biāo)識(shí)自身狀態(tài)。 在控制單片機(jī)上有以下幾個(gè)任務(wù)： （1）主任務(wù)：main()開(kāi)始的任務(wù)，很多功能都要在該任務(wù)中完成； （2）蜂鳴器發(fā)聲任務(wù)：beep2(),全局變量n_beep表示需要發(fā)出幾個(gè)“嘀”聲； （3）LED顯示任務(wù)：led_disp()， LED發(fā)光二極管顯示任務(wù)； （4）壓力傳感器讀取數(shù)據(jù)任務(wù)：measure sensor()，實(shí)現(xiàn)了讀取壓力數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)任務(wù)； （5）紅外檢測(cè)任務(wù)：red infrared()，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)制動(dòng)活塞位置的任務(wù)； （5）電機(jī)制動(dòng)任務(wù)：dianji()，控制步進(jìn)電機(jī)讓制動(dòng)活塞轉(zhuǎn)到指定的角度； 6.2 消息驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 考慮到系統(tǒng)中無(wú)論操作者按下哪一個(gè)按鍵，這些事件都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是系統(tǒng)要對(duì)這些事件做出相應(yīng)的處理或采取相應(yīng)的措施。所以為了簡(jiǎn)化編程，讓這些事件在主任務(wù)中能得到統(tǒng)一的處理，可以給這些事件編上號(hào)，然后由一個(gè)消息搜集模塊去等待各種消息。一旦某個(gè)事件發(fā)生，該模塊馬上給主任務(wù)返回該事件的編號(hào)，即消息值，讓主任務(wù)按照消息值分類(lèi)去處理消息。 在消息搜集模塊的頭文件中定義了如下若干個(gè)消息： //消息的結(jié)構(gòu)為： 高三位，消息分類(lèi)碼，可以加快消息處理的速度； 低五位，消息值。 #define NULL 0 //按鍵消息的定義 #define MSG_K_STOP 0x01 //“手剎駐停”按鍵消息 #define MSG_K_RUN 0x02 //“松剎行走”按鍵消息 extern uchar getmsg(void); extern uchar imgetch(void); 消息搜集模塊對(duì)外提供了兩個(gè)接口函數(shù)：getmsg()函數(shù)一直等待到有消息時(shí)返回消息值；imgetch()函數(shù)立即返回按鍵值，這是為了某些地方使用上的靈活而設(shè)置的。 有了這個(gè)消息搜集模塊后，主任務(wù)執(zhí)行的大部分時(shí)間就會(huì)停留在getmsg()函數(shù)內(nèi)等待消息，當(dāng)有按鍵命令時(shí)返回消息值，主任務(wù)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。 主任務(wù)處理消息可以設(shè)計(jì)成如下結(jié)構(gòu)： while(1) //消息循環(huán) { switch(getmsg()) //消息分類(lèi)處理 { case MSG_K_STOP: //“手剎駐?！卑存I消息處理 … break; case MSG_K_RUN: //“松剎行走”按鍵消息處理 … break; case … } } 6.3 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)任務(wù)的軟件設(shè)計(jì) 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)成一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)，由定時(shí)器0中斷處理函數(shù)每16毫秒調(diào)用一次。其他模塊可以調(diào)用函數(shù)setdegree()設(shè)置需要轉(zhuǎn)到的角度，然后由轉(zhuǎn)向任務(wù)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)到所指定的角度，在轉(zhuǎn)向期間，單片機(jī)可以做其他的事情；其他模塊還可以調(diào)用getnowdegree()取得當(dāng)前轉(zhuǎn)到的角度。 按鍵輸入電信號(hào) 單片機(jī)控制系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng) 制動(dòng)活塞轉(zhuǎn)到預(yù)定位置 是否達(dá)到預(yù)定位置？ Y N 圖18 電機(jī)制動(dòng)控制流程圖 Fig 18 Motor control flow chart 6.4 本章小結(jié) 本章中介紹了系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)思路和程序框架。軟件是一個(gè)智能系統(tǒng)的靈魂，軟件設(shè)計(jì)的好壞直接決定著系統(tǒng)智能化的程度和系統(tǒng)功能的完善程度。 有一些功能用硬件可以實(shí)現(xiàn)，用軟件也同樣可以實(shí)現(xiàn)，只是所花費(fèi)的代價(jià)有所不同，往往用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)更為靈活一點(diǎn)。 一個(gè)系統(tǒng)追求的目標(biāo)應(yīng)該是用盡可能簡(jiǎn)單的軟件和硬件實(shí)現(xiàn)盡可能多、盡可能完善可靠的功能。 7 結(jié)論 本設(shè)計(jì)基本完成了題目要求的各項(xiàng)功能，包括解決現(xiàn)有技術(shù)中存在手剎是否到位無(wú)法做出提示，新人會(huì)誤以為車(chē)輛已處于正常停車(chē)狀態(tài)，形成安全隱患的問(wèn)題；提供一種能夠?qū)κ謩x自動(dòng)到位檢測(cè)裝置，以及設(shè)計(jì)一種手剎助力裝置輔助手剎操作，提高手剎操作效率，使手剎操作更方便。 采用單片機(jī)控制硬件電路結(jié)構(gòu)，以及軟件上的多任務(wù)結(jié)構(gòu)可以使系統(tǒng)同時(shí)去做多件事情，提高了CPU的利用率和系統(tǒng)的靈活性。本設(shè)計(jì)所采用的手剎到位檢測(cè)技術(shù)方案是：汽車(chē)手剎檢測(cè)裝置由電源電路供電，包括設(shè)置在手剎處的手剎位置傳感器、應(yīng)力應(yīng)變傳感器、主控制器，主控制器的輸出端與汽車(chē)駐車(chē)顯示燈及提醒蜂鳴器連接。當(dāng)手剎拉上時(shí)，剎車(chē)卡鉗夾住輪轂產(chǎn)生一定應(yīng)力，觸發(fā)應(yīng)力應(yīng)變傳感器傳輸信號(hào)至主控制器，輸出控制信號(hào)控制汽車(chē)顯示燈“紅燈（駐停）”亮，同時(shí)發(fā)出“嘀——嘀”長(zhǎng)程提示聲，提示剎車(chē)已拉上；當(dāng)手剎釋放時(shí)觸發(fā)紅外位置傳感器，傳輸至主控制器，由主控制器輸出控制信號(hào)控制汽車(chē)顯示燈“綠燈（行駛）”亮，同時(shí)發(fā)出“嘀嘀滴”短程提示聲，提示剎車(chē)已松開(kāi)。采用紅外位置傳感器和應(yīng)力傳感器保證了只有手剎完全到位的時(shí)候才會(huì)發(fā)出相應(yīng)提示。 本設(shè)計(jì)所采用的手剎助力裝置設(shè)計(jì)方案是：采用按鍵輸入控制信號(hào)至主控制器，再采用單片機(jī)控制電機(jī)技術(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，推出制動(dòng)活塞，使得剎車(chē)卡鉗卡死輪轂達(dá)到助力剎停駐車(chē)的效果。本設(shè)計(jì)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性能好，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。 參考文獻(xiàn) [1] 趙娟.手剎操縱機(jī)構(gòu)大總成失效與溜車(chē)現(xiàn)象探析[J].企業(yè)科技與發(fā)展.2010:51-53； [2] 黃俊平.機(jī)動(dòng)車(chē)坡道駐車(chē)制動(dòng)效能檢驗(yàn)的現(xiàn)狀與探新[J].價(jià)值工程.2011:52-54； [3] 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本設(shè)計(jì)能夠順利完成，還承蒙XXX老師以及身邊的很多同學(xué)的指導(dǎo)和幫助?；厥走@期間來(lái)閱讀文獻(xiàn)、收集資料、學(xué)習(xí)應(yīng)用軟件、構(gòu)思方案、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，XXX老師給予了悉心的指導(dǎo)，最重要的是給了我解決問(wèn)題的思路和方法，本論文是在XXX的指導(dǎo)下修改完成。在此，我要對(duì)老師的細(xì)心幫助和指導(dǎo)表示由衷的感謝。在這段時(shí)間里，我從XXXX身上學(xué)到的不僅是許多的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，更感受到他工作中的兢兢業(yè)業(yè)，生活中的平易近人。此外，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和忘我的工作精神更值得我去學(xué)習(xí)。在此，我對(duì)XXXX老師表示最真摯的感謝！ 感謝評(píng)閱老師百忙之中抽出時(shí)間對(duì)本論文進(jìn)行了評(píng)閱！ 另外，我要對(duì)提供了大量資料和幫助的同學(xué)表示感謝，尤其是對(duì)XXXX和XXXX同學(xué)表示感謝，你們給了我莫大的靈感和鼓舞，才讓我得以成功完成整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)。 附錄 附錄1：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序 附錄2：系統(tǒng)PCB板電路圖 附錄3：系統(tǒng)硬件電路總圖  附錄1 單片機(jī)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序 *************電機(jī)正轉(zhuǎn)***************** 　　JB 00H,LOOP0 　　JB 01H,LOOP1 　　JB 02H,LOOP2 　　JB 03H,LOOP3 　　JB 04H,LOOP4 　　JB 05H,LOOP5 　　JB 06H,LOOP6 　　JB 07H,LOOP7 　　LOOP0: MOV P1,#0D0H 　　MOV 20H,#02H 　　MOV 21H,#40H 　　AJMP QUIT 　　LOOP1: MOV P1,#090H 　　MOV 20H,#04H 　　MOV 21H,#20H 　　AJMP QUIT 　　LOOP2: MOV P1,#0B0H 　　MOV 20H,#08H 　　MOV 21H,#10H 　　AJMP QUIT 　　LOOP3: MOV P1,#030H 　　MOV 20H,#10H 　　MOV 21H,#08H 　　AJMP QUIT 　　LOOP4: MOV P1 ,#070H 　　MOV 20H,#20H 　　MOV 21H,#04H 　　AJMP QUIT 　　LOOP5: MOV P1,#060H 　　MOV 20H,#40H 　　MOV 21H,#02H 　　AJMP QUIT 　　LOOP6: MOV P1,#0E0H 　　MOV 20H,#80H 　　MOV 21H,#01H 　　AJMP QUIT 　　LOOP7: MOV P1,#0C0H 　　MOV 20H,#01H 　　MOV 21H,#80H 　　AJMP QUIT 　　;***************電機(jī)反轉(zhuǎn)***************** 　　FAN: JB 08H,LOOQ0 　　JB 09H,LOOQ1 　　JB 0AH,LOOQ2 　　JB 0BH,LOOQ3 　　JB 0CH,LOOQ4 　　JB 0DH,LOOQ5 　　JB 0EH,LOOQ6 　　JB 0FH,LOOQ7 　　LOOQ0: MOV P1,#0A0H 　　MOV 21H,#02H 　　MOV 20H,#40H 　　AJMP QUIT 　　LOOQ1: MOV P1,#0E0H 　　MOV 21H,#04H 　　MOV 20H,#20H 　　AJMP QUIT 　　LOOQ2: MOV P1,#0C0H 　　MOV 21H,#08H 　　MOV 20H,#10H 　　AJMP QUIT 　　LOOQ3: MOV P1,#0D0H 　　MOV 21H,#10H 　　MOV 20H,#08H 　　AJMP QUIT 　　LOOQ4: MOV P1,#050H 　　MOV 21H,#20H 　　MOV 20H,#04H 　　AJMP QUIT 　　LOOQ5: MOV P1,#070H 　　MOV 21H,#40H 　　MOV 20H,#02H 　　AJMP QUIT 　　LOOQ6: MOV P1,#030H 　　MOV 21H,#80H 　　MOV 20H,#01H 　　AJMP QUIT 　　LOOQ7: MOV P1,#0B0H 　　MOV 21H,#01H 　　MOV 20H,#80H 　　QUIT: RETI 　　END 附錄2