汽车专业教学车辆运行工况监控系统的设计

冒兴峰

（南通理工学院 汽车工程学院，江苏 南通 226002）

汽车专业教学车辆运行工况监控系统的设计

冒兴峰

（南通理工学院 汽车工程学院，江苏 南通 226002）

汽车专业教学车辆运行工况监控系统主要用于对教学车辆运行过程中各项参数的监测，对保障车辆技术状况、预防事故发生有着重要意义。文章研究了该系统的作用、技术指标及结构设计。

车辆；工况；监测；系统

实验实训是应用型本科人才培养的重要环节，实验实训设备技术状况的好坏直接影响着师生人身安全、设备安全及课堂教学效果。在车辆工程、汽车服务工程等专业的课程体系中，涉及教学车辆的实验实训项目较多。教学车辆一般不经过公安交通管理机关的定期车辆检验，不定时进行维护保养，在工作过程中时常需要模拟各种极端工况运行，重复操作频率较高，且经常带病运行。如何有效监测教学车辆的运行工况，保障车辆技术状况，并对危险状态进行预警、记录，正成为汽车专业教学、管理人员研究的课题。

1 系统作用分析

汽车专业教学车辆运行工况监控系统的功能类似于市面上安装于客货车上的“黑匣子”。常见客货车用“黑匣子”可实现车辆定位跟踪、运行轨迹记录、超速报警与记录、疲劳驾驶报警等功能，对车辆运行工况参数监测的较少。本系统侧重于对车辆运行中关键运行参数的监测。主要有以下作用：

（1）有利于加强教学车辆的管理。教学车辆用于实验实训，使用时需模拟各种运行工况并设置故障，常带病运行，因此检查、维护与修理应有别于常规车辆。如坚持“定期检测、强制维护、视情修理”这一我国现行的车辆维修制度，将难以保障车辆具有良好的技术状况。本系统实时监测运行时的关键参数，记录异常数据，为教学车辆开展视情检查、维护和修理提供依据，可节省人力、物力、财力，用时也将提高车辆技术状况，保障实验实训的用车要求。

（2）有利于预防安全事故的发生。实验实训环节因参与师生较多，如车辆发生异常状况，极易造成安全事故。如柴油车高压油泵出现问题，易导致油门失控，发动机超转速运转，在造成发动机损坏的同时，极易给师生带来安全威胁。本系统可对运行中异常数据进行预警，提醒相关人员及时采取处理措施，预防安全事故的发生。

2 系统技术指标分析

根据教学车辆的工作特点及教学、管理人员的要求，本课题提出该系统的技术指标应包括以下方面：①能动态实时监测车辆运行中的各项信息，包括蓄电池电压、发动机转速、车速、机油压力、摩擦片温度、轮胎压力等；②能采集各项工况信息，并进行处理分析；③能将车辆运行参数进行显示，并对超过预设报警值的参数通过蜂鸣声等方式进行提醒；④可对运行参数进行实时记录；⑤可在外置电源亏电情况下，依靠自身供电继续工作；⑥断电后数据可有效保存；⑦能有效存储7天的运行数据；⑧造价低廉。

3 系统结构设计

根据以上技术指标，同时结合所需实现的功能要求，进行结构方案设计，该系统主要由以下部分组成：信息采集模块、中央控制模块、数据存储模块、数据输出模块、时钟电路、看门狗和电源监测模块、数据处理软件系统等。

（1）信息采集模块。信息采集模块主要对车辆运行工况信息进行采集，并将各种物理量转化为电信号，传送至中央控制模块，由多个传感器组成。①发动机转速传感器。该传感器用于监测发动机转速信息，当转速超过限值，如柴油发动机发生“飞车”时，可及时传送数据信号，用于报警。该传感器采用霍尔式，能将发动机的转速信息转变为数字脉冲信号，直接输入至单片机的I/O接口，由单片机对信号进行处理。②车速传感器。该传感器用于监测车辆的行驶速度，可用于判定车辆是否超速行驶。该传感器亦采用霍尔式，将车速信息转变为数字信号，传送至单片机I/O接口，再由单片机对信号进行处理。③机油压力传感器。该传感器用于监测发动机润滑油道内机油压力状况，可用于判定发动机内润滑状况是否正常。采用开关式，可随机油压力的变化，实现通断变化。通过设计一开关接口电路，将此开关信号转换为高低电平信号，传送至单片机进行信号处理。④摩擦片温度传感器。该传感器用于监测车辆制动系统摩擦片温度情况，可用于判定制动系统工作是否正常，对摩擦片过热进行预警，防止制动失效。采用非接触式红外测温传感器模块，实时采集摩擦片的红外辐射信号，通过信号处理专用集成芯片进行信号放大、A/D转换，传送至单片机并进行信号处理。⑤轮胎压力传感器。该传感器用于监测轮胎气压状况，信号用于判定轮胎是否气压不足或者气压过大。该传感器采用压敏电阻式，可根据轮胎内压力的大小，实现输出电压值的变化，通过A/D转换器转换为数字信号送至单片机I/O接口进行处理。

（2）数据输出模块。①显示输出。系统采用LCD点阵液晶显示屏，通过与单片机连接，实现监测值的显示输出。各项信息滚动循环，便于相关人员进行实时观察。②声音输出。对相关监测项目设定安全限值，当过程中出现异常数据时，触发蜂鸣器，提醒相关人员进行及时处理。

（3）时钟电路。系统的技术指标要求能实时记录车辆的运行状况，因此系统需要采用时钟电路。可采用单片机内定时器，通过编程，获取时钟信息。但此方法较复杂，且车辆运行时，干扰较大，易导致单片机频繁复位，影响系统的可靠性与准确性。因此，本系统设计了专门的时钟电路，以保障系统的准确、可靠运行。

（4）看门狗。车辆运行中，电磁场等干扰源较多，易造成单片机工作不稳定，甚至使整个系统出现死机。为克服这一现象，本系统中添加看门狗电路，对单片机运行状态进行实时监测。

（5）电源监测模块。系统工作过程中，若意外断电，易造成重要数据丢失。特别是当车辆发生事故时，若重要数据丢失，这将为后续调查造成困难。系统技术要求中提出断电后数据能有效保存，而系统断电往往是随机的，因此，该系统中还需一套电源监测模块，在断电瞬间接通自身电源，对重要数据进行保存。

（6）数据存储模块。系统技术要求提出应能有效存储7天的运行数据。系统采用MCS-51单片机，该单片机芯片外扩展数据存储器时，具有64KB的存储器地址空间，这对于技术要求而言是远远不足的,本系统外部存储扩展至512KB。

（7）中央控制模块。本系统选用AT89C51这一低电压、高性能的微处理器作为控制单元，该元件与系统选用的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

（8）数据处理软件。数据处理软件主要用于接收下位机采集的数据，并进行统计分析。系统可以提供曲线、图表等直观的形式来反映教学车辆的运行情况，同时，系统还可提供数据查询等功能，便于相关人员从各个细节全面监测车辆运行状况。

4 结语

本课题所开发的系统，具有体积小、功耗低、价格低廉等特点。在实际使用、测试过程中运行稳定、工作可靠，满足了教学、管理者对于车辆技术状况实时监控等要求。

［1］黄立梅，陈彤.一种基于安卓蓝牙和OBD接口的车辆监测与控制方法［J］.汽车实用技术，2016，（4）.

［2］廖军.基于GPS的车辆监管系统应用方案［J］.交通标准化，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

本文系南通理工学院2015年度校级科研项目“汽车专业教学车辆监控管理装置的设计与研究”（编号：科研2015013）的科研成果。

冒兴峰（1986-），男，江苏南通人，汽车维修高技技师，二手车评估师，讲师，主要研究方向：汽车电控。