專利名稱：一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛的制動鼓溫度測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線傳輸?shù)闹?動鼓溫度測量裝置。
背景技術(shù)：
目前我國使用的貨車及其他大中型車輛普遍采用鼓式制動器進(jìn)行制動，我
國國土幅員遼闊，地形復(fù)雜，整個國土面積的75%處于山區(qū)或丘陵。統(tǒng)計數(shù)據(jù) 表明，我國山區(qū)公路里程長，坡度大，每年由制動失效導(dǎo)致的車禍不計其數(shù)。 研究表明，制動鼓的溫度過高是造成制動鼓失效的主要原因，因此，在車輛的 運(yùn)行過程中需要實時的監(jiān)測制動鼓的實時溫度值，但由于制動鼓在車輛運(yùn)動時 隨著車輪一起轉(zhuǎn)動，這導(dǎo)致對制動鼓的溫度測量十分不便。
此外，在科學(xué)研究領(lǐng)域，制動鼓溫度上升模型是近年來研究的熱點(diǎn)，制動 鼓溫度上升模型建立的基礎(chǔ)是制動鼓工作時所記錄的溫度數(shù)據(jù)。由于制動鼓結(jié)
構(gòu)的特殊性，其溫度測量一般采用的以下兩種方法第一種是測量制動蹄的溫 度間接代替制動鼓溫度，制動鼓工作時，制動蹄和制動鼓相互摩擦產(chǎn)生摩擦力， 在滿足一定的實驗誤差條件下可以認(rèn)為制動蹄的溫度近似的和制動鼓溫度相 似；另外一種測量方法是將制動鼓拆卸下來，在專門的實驗臺架上采用紅外測 溫的方式進(jìn)行。在實際道路測試中，目前還沒有能夠直接測量制動鼓溫度的裝 置和方法。
為了保證能夠得到制動鼓在實際使用時的真實溫度，為駕駛員提供實時的溫度值數(shù)據(jù)，在制動鼓溫度測量領(lǐng)域亟需一種能夠在車輛實際運(yùn)行時，直接測 量制動溫度的裝置，以保證行車安全和為建立制動鼓的溫度上升模型提供準(zhǔn)確 的溫度數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，能夠在 車輛實際運(yùn)行時直接測量制動鼓溫度，同時能夠保證制動鼓溫度測量的準(zhǔn)確性 和測量實時性的要求。
為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下 一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，其特征在于，包括 溫度測量與發(fā)送單元，設(shè)置在制動鼓上，測量制動鼓溫度，并無線傳輸溫 度數(shù)據(jù)；
數(shù)據(jù)接收和處理單元，接收上述溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。 本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于
所述溫度測量與發(fā)送單元包括依次電連接的熱電偶、熱電偶處理模塊、 發(fā)射用單片機(jī)、無線發(fā)射模塊；在發(fā)射用單片機(jī)的控制下，熱電偶信號處理模 塊將接收的熱電偶輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)，無線發(fā)射模塊發(fā)送所述溫 度數(shù)據(jù)；
所述數(shù)據(jù)接收和處理單元包括依次電連接的無線接收模塊、接收用單片 機(jī)、計算機(jī)；在接收用單片機(jī)的控制下，無線接收模塊接收溫度數(shù)據(jù)，計算機(jī) 保存和顯示溫度數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的更具體特點(diǎn)在于-
所述熱電偶是K型熱電偶。
所述熱電偶信號處理模塊采用MAX6675芯片。所述發(fā)射用單片機(jī)和接收用單片機(jī)均采用AT89C2051。所述無線發(fā)射模塊和無線接收模塊均采用nRF2401芯片。本發(fā)明的基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，包括溫度測量與發(fā)送單元、數(shù)據(jù)接收和處理單元；通過無線傳輸實現(xiàn)了測量與顯示的分離，從而實現(xiàn)了在車輛實際運(yùn)行時直接測量制動鼓溫度的目的。本發(fā)明測量裝置得數(shù)據(jù)處理主要由單片機(jī)和計算機(jī)自動完成，操作簡單，而且測量結(jié)果直觀、可靠；可以廣泛應(yīng)用于各種型號車輛的制動鼓的溫度測量。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1為本實施例的溫度測量與發(fā)送單元的框架示意圖。圖2為本實施例的溫度測量與發(fā)送單元的電路圖。圖3為本實施例的測量數(shù)據(jù)接收和處理單元的框架示意圖。圖4為本實施例的測量數(shù)據(jù)接收和處理單元的電路圖。
圖5為本實施例中熱電偶在在制動鼓上的安裝示意圖，圖中501-制動鼓;
502-制動蹄；503-熱電偶。
具體實施例方式
參照圖l，溫度測量與發(fā)送單元固定在制動鼓上，它包括K型熱電偶，采
用MAX6675芯片的熱電偶信號處理模塊，發(fā)射用單片機(jī)采用AT89C2051，采用nRF2401芯片的無線發(fā)射模塊和電源。熱電偶通過螺釘與制動鼓內(nèi)表面連接，熱電偶的兩個信號輸出端分別與MAX6675的輸入引腳2、引腳3連接，MAX6675芯片、nRF2401芯片與AT89C2051單片機(jī)之間依次采用三線制模擬串口的形式連接。
參考圖2，溫度測量與發(fā)射單元中，熱電偶信號處理模塊的MAX6675芯片采用三線制模擬串口與AT89C2051發(fā)射用單片機(jī)進(jìn)行通訊，其中熱電偶的5腳與發(fā)射用單片機(jī)的8腳連接，6腳與發(fā)射用單片機(jī)的3腳連接，7腳與發(fā)射用單片機(jī)的2腳連接，此外，MAX6675芯片的4腳接5V電源，2、 3腳連接K型熱電偶的兩個信號輸出端。發(fā)射用單片機(jī)AT89C2051與無線發(fā)射模塊nRF2401芯片通訊，nRF2401芯片的1腳與發(fā)射用單片機(jī)的18腳連接，2腳與發(fā)射用單片機(jī)的14腳連接，4腳與發(fā)射用單片機(jī)的1腳連接，5腳與發(fā)射用單片機(jī)的11腳連接，9腳與發(fā)射用單片機(jī)的12腳連接，8腳與發(fā)射用單片機(jī)的7腳連接。此外，nRF2401的12腳接3. 3V電源，6， 7腳均接地。
參照圖3 ，測量數(shù)據(jù)接收和處理單元獨(dú)立設(shè)置，它包括:采用另 一個nRF2401芯片的無線接收模塊，發(fā)射用單片機(jī)采用另一個AT89C2051， MAX232串口電平轉(zhuǎn)換芯片與計算機(jī)。nRF2401芯片與發(fā)射用單片機(jī)之間采用三線制模擬串口的形式連接，計算機(jī)與單片機(jī)之間通過MAX232芯片進(jìn)行串行通訊。
參考圖4，測量數(shù)據(jù)接收和處理單元中，nRF2401芯片采用三線制模擬串口與AT89C2051發(fā)射用單片機(jī)通訊。nRF2401的1腳與發(fā)射用單片機(jī)的Pl. 7腳連接，3腳與發(fā)射用單片機(jī)的Pl. 2腳連接，7腳與發(fā)射用單片機(jī)的Pl. 1腳連接，9腳與發(fā)射用單片機(jī)的Pl. 0腳連接，8腳與發(fā)射用單片機(jī)的P3. 4腳連接，10腳與發(fā)射用單片機(jī)的P3. 7腳連接；發(fā)射用單片機(jī)的P3. 2腳通過電容C5接地，XTAL1引腳通過電容C6接地，P3.2腳與XTAL1引腳之間連接晶振Y1。此外，nRF2401的2腳接3. 3V電源，11、 12腳均接地。為了發(fā)射用單片機(jī)與計算機(jī)通訊，MAX232的11腳與發(fā)射用單片機(jī)的RXD腳連接，13腳與發(fā)射用單片機(jī)的XTAL2腳連接，MAX232的12、 14腳通過串口的形式與計算機(jī)連接。
參考圖5，在制動鼓501的外表面向里開一個直徑比熱電偶503直徑大0. 5mm左右的小孔，然后將熱電偶503從該小孔向制動鼓501內(nèi)表面垂直旋轉(zhuǎn)進(jìn)去，使得熱電偶的前端剛好達(dá)到制動鼓501的內(nèi)表面，保證熱電偶的接觸點(diǎn) 要靠近摩擦面，但是不能裸露出來與制動蹄502相接觸，此外，熱電偶503的 電極需要絕緣良好。
本實施例中，制動鼓溫度測量、數(shù)據(jù)傳輸和處理過程說明如下
(1) 安裝熱電偶參照圖5安裝熱電偶。
(2) 采集熱電偶的電壓信號熱電偶正常工作時，在輸出端輸出一個毫伏級
的電壓信號，這個電壓信號隨著溫度的變化而變化。在大多數(shù)采用熱電偶的測 量系統(tǒng)里，對于這個毫伏電壓信號一般需要經(jīng)過放大，去噪，溫度補(bǔ)償，線性 校正，模數(shù)轉(zhuǎn)換過程才能得到溫度值，通常這樣的系統(tǒng)原理復(fù)雜，電路元器件 多，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，不適合在制動鼓這種復(fù)雜系統(tǒng)里面使用，系統(tǒng)中設(shè)計采
用了MAX6675芯片來采集熱電偶的信號，該芯片體積小，處理速度快，適合在 制動鼓測量系統(tǒng)中使用。熱電偶由兩個接頭輸出電壓信號，將這兩個接頭分別 接入MAX6675的T+和T-引腳(3、 2引腳)后AX6675將采集到熱電偶輸出的電
壓信號。
(3) 處理熱電偶輸出的電壓信號正常運(yùn)行時，AT89C2051發(fā)射用單片機(jī)發(fā) 出控制指令，啟動MAX6675采集熱電偶輸出的電壓信號，然后由MAX6675將所 采集到的信號在內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這個過程包含了熱電偶冷端補(bǔ)償，信號去噪， 電壓放大，線性校正，A/D轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換完成以后將得到一個12位二進(jìn)制的 溫度數(shù)據(jù)，溫度的分辨率是0.25i:。轉(zhuǎn)換完成以后由MAX6675向發(fā)射用單片機(jī) 發(fā)出轉(zhuǎn)換完成信號，然后發(fā)射用單片機(jī)將以串行通訊的形式采集這個12位的溫 溫度數(shù)據(jù)。
通常所講的溫度數(shù)據(jù)都是采用十進(jìn)值表示，發(fā)射用單片機(jī)采集到12位二進(jìn) 制的溫度發(fā)射用后在內(nèi)部按照一定的轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到十進(jìn)制的溫度發(fā)射用。從MAX6675采集熱電偶的電壓信號到發(fā)射用單片機(jī)得到十進(jìn)制的溫度數(shù) 據(jù)，這個過程所耗費(fèi)的時間不到0.2秒，因此，該裝置的溫度采集頻率最高能 達(dá)到5次/秒。本實施例中，MAX6675的選擇使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變得簡單，成本大大降 低，更重要的是其很大程度上減少了溫度測量模塊的體積，重量以及耗電量。
(4) 無線發(fā)射溫度數(shù)據(jù)AT89C2051發(fā)射用單片機(jī)得到十進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)后 對數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，控制程序中定義數(shù)據(jù)包包含了地址校驗碼和匹配校驗碼。 由于空間中存在無線電波的干擾，因為在接收端接收的數(shù)據(jù)包就有可能不是由 溫度測量與發(fā)射單元所發(fā)射出去的，這樣就會使接收端受到錯誤的數(shù)據(jù)，干擾 系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，在數(shù)據(jù)打包時，首先在數(shù)據(jù)前加入地址校驗碼，然后 在數(shù)據(jù)后加入匹配校驗碼(CRC)，這兩個校驗碼和溫度數(shù)據(jù)一起被封裝成一個 數(shù)據(jù)包發(fā)送到nRF2401中，nRF2401接收數(shù)據(jù)包完成之后將返回一個接收完成 信號，發(fā)射用單片機(jī)收到此信號以后將啟動數(shù)據(jù)包發(fā)射程序，以433Mhz的頻率 將數(shù)據(jù)包向周圍空間發(fā)射。nRF2401的發(fā)射過程采用2.4G無線通訊協(xié)議，發(fā)射 時，首先發(fā)射一個數(shù)據(jù)包標(biāo)志信號，接下來是地址校驗碼、溫度數(shù)據(jù)，然后是 匹配校驗碼，最后是數(shù)據(jù)包接收標(biāo)志。控制程序中對nRF2401采用射頻控制， 系統(tǒng)的發(fā)射速度快，正常使用時能夠達(dá)到lM/s。
(5) 無線接收溫度數(shù)據(jù)在測量數(shù)據(jù)接收和處理單元中，啟動接收用單片機(jī)
時，首先對接收端的nRF2401進(jìn)行初始化，這個初始化過程包含了接收模式設(shè)
定，接收數(shù)據(jù)時的地址校驗碼，匹配校驗碼設(shè)定等。初始化完成之后nRF2401
進(jìn)入到接收模式監(jiān)測周圍空間存在的數(shù)據(jù)包。
nRF2401接收到周圍空間存在的數(shù)據(jù)包后，首先去掉數(shù)據(jù)包開始和結(jié)束標(biāo)
志，接下來對地址校驗碼進(jìn)行校驗，發(fā)射端所發(fā)射的數(shù)據(jù)包中包含了一個地址 校驗碼和匹配校驗碼，在接收端由接收用單片機(jī)給nRF2401也設(shè)定了一個地址校驗碼和匹配校驗碼，這兩個校驗碼完全一樣，因此，nRF2401對接收到的數(shù) 據(jù)包首先進(jìn)行地址校驗，如果地址不正確則丟棄該數(shù)據(jù)包重新接收，如果正確 則繼續(xù)校驗匹配校驗碼。匹配校驗碼如果不正確該數(shù)據(jù)包依然被丟棄，只有在 匹配校驗碼正確的前提下才將該數(shù)據(jù)包接收。對于校驗正確的數(shù)據(jù)包，控制程 序?qū)⑷コ刂沸ｒ灤a和匹配校驗碼，然后將這個溫度數(shù)據(jù)返回給接收用單片機(jī)。
(6) 接收用單片機(jī)與計算機(jī)串口傳輸溫度數(shù)據(jù):測量得到的溫度數(shù)據(jù)需要保 存到計算機(jī)中供研究人員使用，因此，需要將接收用單片機(jī)所采集到的溫度數(shù) 據(jù)發(fā)送到計算機(jī)中，這個過程采用RS-232串行通訊的形式完成。單片機(jī)的控制 程序中，當(dāng)接收到一個數(shù)據(jù)值后控制程序?qū)影l(fā)送程序?qū)囟戎迪蛴嬎銠C(jī)中 發(fā)送。
單片機(jī)的工作電壓為5V，在傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)時，數(shù)字1代表5V，數(shù)字0 代表0V，而計算機(jī)的工作電壓為12V,數(shù)字1在計算機(jī)中代表12V，數(shù)字0代 表0V。單片機(jī)在與計算機(jī)進(jìn)行通訊時，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊恢滦?，需要有?個中間站來完成電平轉(zhuǎn)換，因此，本實施例采用了MAX232來完成這個過程。
計算機(jī)中的數(shù)據(jù)接收程序通過計算機(jī)的RS-232接口接收來自接受用單片 機(jī)的溫度數(shù)據(jù)，將接收到的溫度數(shù)據(jù)保存到計算機(jī)內(nèi)存中供數(shù)據(jù)處理程序使用。
(7) 計算機(jī)處理溫度數(shù)據(jù)計算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理程序采集保存在計算機(jī)內(nèi) 存中的溫度數(shù)據(jù)，然后將所采集到的溫度數(shù)據(jù)在監(jiān)控窗口中實時顯示，實現(xiàn)了 對制動鼓溫度的實時監(jiān)測。另一方面，對于接收到的溫度數(shù)據(jù)，控制程序?qū)?照接收數(shù)據(jù)的時間將這些數(shù)據(jù)保存到計算機(jī)硬盤中。開始接收時，控制程序在 硬盤中創(chuàng)建一個電子表格，在接收溫度值時，將所接收到的溫度值和接收時間 自動寫入到該表格中。接收完成以后保存該表格，以供后續(xù)研究使用，如制動 鼓溫度上升模型的建立等。
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權(quán)利要求
1、一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，其特征在于，包括溫度測量與發(fā)送單元，設(shè)置在制動鼓上，測量制動鼓溫度，并無線傳輸溫度數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收和處理單元，接收上述溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，其特 征在于，所述溫度測量與發(fā)送單元包括依次電連接的熱電偶、熱電偶處理模塊、 發(fā)射用單片機(jī)、無線發(fā)射模塊；在發(fā)射用單片機(jī)的控制下，熱電偶信號處理模塊將接收的熱電偶輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)，無線發(fā)射模塊發(fā)送所述溫度數(shù)據(jù)；所述數(shù)據(jù)接收和處理單元包括依次電連接的無線接收模塊、接收用單片 機(jī)、計算機(jī)；在接收用單片機(jī)的控制下，無線接收模塊接收溫度數(shù)據(jù)，計算機(jī) 保存和顯示溫度數(shù)據(jù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，其特 征在于，所述熱電偶是K型熱電偶。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，其特 征在于，所述熱電偶信號處理模塊采用MAX6675芯片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，其特 征在于，所述發(fā)射用單片機(jī)和接收用單片機(jī)均采用AT89C2051。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，其特 征在于，所述無線發(fā)射模塊和無線接收模塊均采用nRF2401芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及車輛的制動鼓溫度測量領(lǐng)域，公開了一種基于無線傳輸?shù)闹苿庸臏囟葴y量裝置，它包括溫度測量與發(fā)送單元，設(shè)置在制動鼓上，測量制動鼓溫度，并無線傳輸溫度數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)接收和處理單元，接收上述溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示。
文檔編號G01K7/02GK101476945SQ200910020858
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者銳 付, 暢 王, 偉 袁, 郭應(yīng)時 申請人:長安大學(xué)