一种制动手柄未拉或未松报警系统

李曼，刘佩璇

（岭南师范学院机电工程学院，广东 湛江 524048）

前言

在日常生活中，会出现有些驾驶员停车后会忘记拉手刹的现象，导致出现溜车的情况，或者在行车过程中未松手刹，造成摩擦片磨损烧蚀，进而引起不可预知的财产损失或人员伤亡。本文设计一种制动手柄未拉或未松报警系统，以便及时提醒驾驶员在上述情况下正确拉紧或放松制动手柄，进而避免不必要的损失。

1 驻车制动未拉或未松报警系统的设计方案

1.1 系统结构组成

该系统由电源、发动机转速传感器、车速传感器、制动手柄位置传感器、报警消除按钮、LED报警灯和蜂鸣器等组成，系统结构框图如图 1。本系统通过车载电源供电，各元件之间通过电连接，制动手柄位置传感器位于制动手柄上，发动机转速传感器和车速传感器为车本体传感器，控制芯片模块、报警模块和报警消除按钮位于控制面板上。控制芯片中预设各种信号的采集、分析和报警控制程序。

控制芯片对采集到的各检测元件的信号分析进而决定是否进行报警提示，若判定在驻车状态下未拉制动手柄或者在行车过程中制动手柄未松，则对报警系统下达命令，进行声光报警，当判定驻车状态已拉制动手柄或者行车过程中制动手柄已松，报警解除。驾驶员可以通过报警消除按钮消除报警。

图1 系统结构框图

1.2 系统工作原理

控制芯片接收发动机转速传感器、车速传感器和制动手柄位置传感器传来的信号，并对信号进行分析，进而判定是否报警，例如：若判定在驻车状态下没有拉制动手柄或者在行车过程中未松手刹，则系统报警，否则不报警；驾驶员则可以通过报警消除按钮消除报警。该系统是通过报警灯和蜂鸣器进行报警。具体的，系统报警条件如下表1：

表1 系统报警条件

当发动机转速大于零时，发动机转速传感器输出为高电平，否则为低电平；当车速大于零时，车速传感器输出为高电平，否则为低电平；当制动手柄拉上时，手刹位置传感器输出为高电平，否则为低电平。 具体地，（1）当汽车行驶车速大于零且发动机转速大于零，汽车处于行驶工况下，若制动手柄未松，即符合报警条件1，系统报警；（2）当汽车处于停车工况时，制动手柄未拉，即符合报警条件2，系统报警；（3）当汽车处于怠速工况时，制动手柄为拉，即符合报警条件3，系统报警；（4）当汽车处于溜车工况时，制动手柄未拉，即符合报警条件4，系统报警。其他工况系统都不报警。另驾驶员可以通过报警消除按钮，停止系统报警。

2 系统的各部件电路

2.1 发动机转速传感器电路

发动机转速传感器选用车本体传感器，可从汽车本身电路中获取发动机转速信号， 车用发动机转速传感器有磁感应式、霍尔式等多种类型，但因为霍尔式的转速传感器具有输出电压幅值不受转速的影响、频率响应高（其响应频率高达20KHZ）、抗电磁波干扰能力强等优点，被广泛使用。如图2为一种霍尔式车速传感器电路图。

图2 霍尔式车速传感器工作电路图

2.2 车速传感器电路

车速传感器选用车本体传感器，可从汽车本身电路中获取车速信号，其有磁电式、霍尔式和光电式几种类型。如图3为磁电式车速传感器工作电路图。

图3 磁电式车速传感器工作电路图

2.3 制动手柄位置传感器电路

本系统的制动手柄位置传感器可以选用一种电容式接近开关，其测量头作为电容器的其中的一个极板，制动手柄作为另一个极板，当制动手柄移动到接近开关时，两极板间的介电常数发生改变，因此与测量头控制的电路状态也随之改变，进而控制开关的接通。制动手柄位置传感器工作电路图如下图4。

图4 制动手柄位置传感器工作电路图

2.4 控制芯片的选择

本系统可选用AT89C51芯片，该芯片价格便宜、灵活性高，其封装图如图5所示：

图5 AT89C51控制芯片的封装图

2.5 报警元件的电路

2.5.1 蜂鸣器电路

本系统选用的蜂鸣器是一种有源蜂鸣器，S8550是其使用的三极管驱动模块，所需工作电压为5V，只需输入低电平的 I/O，就可以控制蜂鸣器的大电流，进而使用蜂鸣器的报警。蜂鸣器控制电路图如图6所示。

2.5.2 报警指示灯电路

本设计采用LED报警灯，其工作原理是：将LED报警灯的阳极与电源相连，LED报警灯的阴极与单片机的 p2.1引脚相连，LED报警灯的亮与灭由单片机的输出信号高低控制。下图7为LED报警灯电路，由图可得电路中还串联一个电阻，起到分压作用。

图6 蜂鸣器电路原理图

图7 LED报警灯电路

3 系统工作过程仿真分析

为分析系统的可用性，本文采用Proteus软件对系统工作过程仿真。因Proteus软件中没有发动机转速传感器、车速传感器、手刹位置传感器，所以本电路设计用开关代替，当开关向上拨时，代表此时传感器信号处于高电平；当开关向下拨时，代表此时传感器信号处于低电平，具体系统总体电路如图8所示：

图8 系统总体仿真电路图

例如：根据报警条件 2，操作按键，将转速开关下拨，手刹按键向下拨，声光报警装置发出声光报警，此时表明当发动机熄火时，若手刹未拉，系统报警，仿真图如图9所示。

图9 报警条件2仿真结果

通过仿真分析，证明该制动手柄未拉或未松报警系统结构简单，控制可行、准确，并与车本体系统无冲突，具有较强的实用性。

3 总结

驾驶员停车后会忘记拉手刹的现象，导致出现溜车的情况，或者在行车过程中未松手刹，造成摩擦片磨损烧蚀，进而引起不可预知的财产损失或人员伤亡。本文设计一种制动手柄未拉或未松报警系统，该系统结构简单，成本低，控制可行、准确，并与车本体系统无冲突，具有较强的实用性。