拖拉机动力与传动控制单片机系统的设计

安徽农业大学学报,1999,26(2):237-240
Jou rnal of A nhu i A gricu ltu ral U n iversity
拖拉机动力与传动控制
单片机系统的设计α
李相平　尹念东　崔鸿远
(中国农业大学车辆工程学院,北京100083)
摘　要　介绍了拖拉机动力与传动控制单片机系统的结构原理,给出了主程序、制动油门控制、键盘监控中断程序流程。

该系统硬件设计合理、简单,软件则强调了抗干扰与容错
设计。

关键词　单片机　测控　硬件　程序
分类号　S219102
拖拉机的作业性质决定了其运行速度较慢,作业工况复杂,能源消耗量大。

要使拖拉机作业时整车获得最佳的燃料经济性、动力性匹配和低的污染物排放,使车辆变速快且连续平稳以提高作业质量,实现巡航控制以减轻操作强度,就必须实现拖拉机动力与传动系统的自动化(自动变速)。

随着汽车自动变速技术的迅速发展,在拖拉机和其他车辆上推广自动变速技术成为当前业内普遍关注的问题。

自动变速装置包括液压传动、液力传动、电控机械传动、CV T(机械式无级自动变速)、电机传动等形式,分为无级变速和有级变速两类。

液力传动、CV T、电机传动等自动变速技术性能优良,但存在着传动效率低、结构复杂、制造维修成本高等不足,而电子控制自动操纵的机械变速器具有机械变速器传动效率高、简单、制造成本低的优点,在对拖拉机进行技术更新时,是一个易于被人们所接受的实用方案。

对于汽车用自动变速装置,我国从80年代后期开始研制,但一直处于低级阶段,还停留在实验室、试验台上。

1993年,吉林工业大学研制的电子控制气动操纵机械式变速器走出实验室首次在汽车上进行实用性研究,目前,由陕西汽车齿轮厂和吉林工业大学汽车系联合研制的6JZ90T型电子控制的自动操纵机械变速器,也即将进行路试。

据我们资料查询所知,目前在国内研制、开发拖拉机用电子控制机械式自动变速器仅刚刚起步。

“拖拉机动力与传动控制单片机系统的设计”是中国农业大学211工程项目“拖拉机机组作业仿真实验系统”的子课题,目的是实现拖拉机电控机械式自动变速器的单片机监控。

1　系统的主要功能
完成对发动机油门位置、发动机水温、油温、油压、离合器状态、变速器档位状态、
α
农具状态、发动机转速、变速箱第 、 轴转速、制动器状态、起动开关、停车开关、换档规律、熄火开关等模拟、脉冲开关量的采集、变换放大、储存、运算和处理,从而对油门、离合器、变速器实现按最优经济性与动力性匹配的自动控制。

具体功能是:(1)自动检测与显示:对发动机转速、水(油)温度、油压、离合器、油门、变速器当前工作状况进行检测与显示。

(2)自动控制:变速器自动控制(升档、降档、空档)、离合器控制(普通、微速起步、二次离合)、油门控制、巡航控制、安全应急制动控制、H SA 控制。

2　系统硬件
系统硬件框图见图1。

图1　系统硬件框图
F igu re 1　T he system hardw are b lock diagram 单片机主机采用M CS -51系列80318位机,具有价格低、品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点,为单片机主流机型。

ROM 扩展采用
16K 的EPROM 27128芯片;RAM 扩展采用8K 的2764芯片。

键盘与显示接口采用In tel 8279,8279是专用键盘显示器接口芯片,能对显示器进行自动扫描,能识别键盘键号,不考虑键盘的去抖动程序等。

由16键键盘、8位8段L ED 显示器构成键盘与显示系统。

A D 转换采用ADC 0809芯片,为了能实现8路模拟信号的分时采集,片内设置了8路模拟选通开关以及相应的通道锁存与译码电路。

转换后的数据送入三态输出数据锁存器。

ADC 0809芯片不可调误差为±1L S
B ,转换时间为100Λs 。

采用In tel 8259A 扩展了8个中断源,8259可通过编程设定或更改的工作方式,CPU 响应中断时,8259A 能提供中断入口地址,而使CPU 转向相应的中断处理程序。

D A 转换采用了2片DA C 0832芯片。

0832可采用单缓冲方式连接,也可以采用双缓冲方式连接,以实现多路模拟信号同步输出的目的。

采用了In tel 8255扩展I O 口,扩展了24个I O 口,加上8031的P 1口,共有32个I O 口供系统控制输出用。

832安徽农业大学学报1999年
利用8031串行通讯口与上位机进行通讯。

在硬件电路设计时,考虑到了系统修改、扩展的方便,ROM 、RAM 、I O 口、中断口都留有余地。

3　系统软件
由于拖拉机在使用中条件恶劣,在软件设计中考虑了抗干扰措施以及容错设计。

数字信号输入采用了程序判断滤波、算术平均滤波程序,CPU 编程采用了指令冗余、软件陷井等措施,有上电自检程序,程序运行监视系统(W A TCHDO G )、人机界面容错设计等。

键盘监控程序、油门控制、制动控制采用中断方式,其中制动控制优先级最高、油门控制中断优先级次之,键盘中断优先级较低。

主程序、油门中断、制动中断和键盘中断程序流程图如图2、图3、图4、图5所示。

其他程序如A D 转换程序、显示程序、滤波程序、控制程序等由于篇幅关系,不再一一介绍。

图2　主程序流程
F igu re 2　M ain p rogram
flow chart 图3　油门控制中断程序流程F igu re 3　Con tro l of th ro ttle in ter 2rup t p rogram flow chart 图4　制动中断程序流程F igu re 4　Con tro l of b rake in ter 2rup t p rogram flow chart
在键盘监控程序中,有发动、起步、巡航控制、停车、H SA 控制、熄火等功能键。

监控程序一般由“输入键盘信息—分析—执行”这几个环节组成。

如果不加容错设计,就会出现只要操作者给了命令,系统就如实执行的情况,人在频繁的操作过程中,难免不出现几次错误操作,这就可能会引起严重后果。

采取容错设计后,系统能对操作者的命令进行分析,合理的就执行,不合理的就拒绝执行,并给出错误所在信息。

该系统的命令键都进行了容错设计,执行任务子程序也进行了容错设计。

例如,拖拉机正常工作时,按起步键是不起作用的。

我们的研究工作是初步的,关于拖拉机自动变速的控制机理、控制规律、传感器的93226卷2期李相平等　拖拉机动力与传动控制单片机系统的设计　
选择与设计、单片机前后通道的防干扰措施都需作进一步的试验与研究。

图5　键盘中断监控程序流程
F igu r 5　W atch of key bo rad in terrup t p rogram flow chart
参　考　文　献
1　乌・谢费尔特等著1陈励志等译1未来的汽车技术1北京:人民交通出版社,19972　葛安林1车辆自动变速理论与设计1北京:机械工业出版社,1993
3　黄才明1电子控制自动操纵机械变速器1电子技术,1996,(1):15～17
4　何立民编著1M CS -51系列单片机应用系统设计1北京:北京航空航天大学出版社,19905　周航慈著1单片机应用程序设计技术1北京:北京航空航天大学出版社,1991
D esign of Single 2Ch i p M icrocom p u ter System abou t M easu ring and Con tro lling In strum en t of T racto r’s Pow er &T ran s m issi on
L i X iangp ing Y in N iandong Cu i Hongyuan
(V eh icle Engineering Co llege ,Ch ina A gricu ltu ral U n iversity ,Bejing 100083)
Abstract It is one of the m o st attractive techno logy u sing Single 2Ch i p M icrocom 2p u ter system to con tro l tracto r’s m echan ical tran s m issi on au tom atically and to attain best m atch ing of veh icle pow er and fuel econom y .T he p ap er in troduces in detail abou t the design of Single 2Ch i p M icrocom p u ter system including its hardw ares ,softw ares and m ain p rogram .T he hardw are design is si m p le and reasonab le ,and the softw are em p ha 2sizes ab ility of an ti 2in terference and fau lt 2to lerance .
Key words Single 2Ch i p M icrocom p u ter M easu re and con tro l H ardw are P ro 2gram 042安徽农业大学学报1999年。