汽车发动机冷却液智能监测系统硬件设计*

陈聪，田专，王耿之，佟佳颖，魏丹

汽车发动机冷却液智能监测系统硬件设计*

陈聪，田专，王耿之，佟佳颖，魏丹

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121001）

为了实现发动机冷却液有效监测，保证车辆的行驶安全。文章建立单片机智能监测系统，通过选择合理的硬件构建系统测试部分，实现了冷却液的实时的动态监测。因此，此系统的设计对于避免了由于行车过程中冷却液温度过高造成的安全隐患，具有很好的实际应用价值。

冷却液；单片机；硬件；动态监测

前言

目前电子控制技术及嵌入式系统的普及应用，为汽车智能化和自动化发展起到十分重要的作用。而在冷却系统方面的体现就是通过采集的信号，建立适当的模型和处理机制，一方面自动控制散热强度，一方面提醒用户当前冷却系统的状况，及时养护冷却系统或更换冷却液[1]。因此，在这样前提下，选择合理的硬件结构实现冷却液的智能化监测至关重要，对于保证行车安全具有重要的现实意义。

1 系统控制策略论证

闭环控制是根据控制对象输出反馈来进行校正的控制方式，它是在测量出实际与计划发生偏差时，按定额或标准来进行纠正的。闭环控制，从输出量变化取出控制信号作为比较量反馈给输入端控制输入量[2]，一般这个取出量和输入量相位相反，所以叫负反馈控制，自动控制通常是闭环控制。因此，本系统采用的时闭环控制策略。

2 硬件选择

2.1 控制模块选用

选用STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，STC12C5 A60S2单片机是低功耗、超高速、超强抗干扰、新一代的8051单片机[3]，它的指令代码完全兼容传统8051，但是它的运行速度是传统8051单片机8-12倍。其内部不仅集成了MAX810专用的复位电路，而且新添加了2路脉宽调制PWM和8路高速10位A/D转换等功能。适合用于电机控制，强干的扰场合，鉴于其以上特点作为控制核心更加适合。

2.2 温度传感器选用

选用DS18B20作为温度采集模块的核心元件，因为DS18B20是数字集成式的温度传感器，它能够直接输出数字温度信号给单片机进行处理。所以在测温时并不需要使用AD转换模块进行数据的模数转换，这极大的简化了电路的连接。并且DS18B20温度的测量精度要高于热敏电阻。以此作为测温传感器更加适合。

2.3 显示器件的选用

OLED液晶显示屏，即有机发光二极管。OLED具备有结构简单、反应速度快、颜色对比度高、可以不需背光源自发光、屏幕轻薄和视角广等特点[4]。OLED屏幕现在被许多公司争先恐后研究并应用与新一代手机屏幕。它可以清晰的显示数字、图形、还可以显示汉字。有着很多LCD屏幕无法比拟的特点，用其作为显示装置更加适合。

2.4 电机驱动芯片的选用

ULN2003是一个大电流的驱动阵列，经常用在单片机、PLC等控制电路之中，他可以直接驱动继电器等负载[5]。在输入5VTTL的情况下，它的输出的电流能达到500mA，输出电压可达50V。由七个硅NPN达林顿管构成的ULN2003其中的每一对达林顿管都串联着2.7K的基极电阻。它与TTL和CMOS电路都可以相连在5V的工作电压下。自身能够处理需要标准逻辑缓冲器处理的数据。ULN2003有着驱动负载能力强、工作电压高、电流增益高、温度范围宽的一些优点，经常被使用在高速大功率驱动的装置，作为系统驱动芯片更加符合要求。

2.5 颜色传感器的选用

TCS3200是2009年TAO公司推出的TCS230色彩传感器升级版，具有相同的大光感应动态范围，还有一些额外的改进。TCS3200有功电流仅为1.4mA，这将延长便携式设备的电池寿命[6]。此外TCS3200增加了一项新功能，允许断电操作具有高阻抗输出。这允许多个设备共享一个共同的输出引脚，一次只有一个器件上电。TAOS提供了两个较低增益版本，允许更明亮的光照应用。

因为TCS3200在设计上的一系列更新优化，同时仍包含TCS230数字兼容接口，不需要A/D转换的特性，在这里选用更适合。

2.6 液位传感器的选用

水位传感器Water Sensor是一款简单易用、小巧轻便、性价比较高的水位、水滴识别与检测传感器。

实际上，考虑到汽车行驶过程中的颠簸，冷却液的不断震荡，PP浮球式传感器更容易误触误报，而水位传感器Water Sensor则可以通过分时采样避免液面震荡带来的误差，此外通过A/D转换，水位传感器采集的水位信息更为真实准确，选用这款传感器更加有效的保证测量的准确性。

3 结论

最终确定以单片机STC12C5A60S2作为整个硬件系统的主控芯片，显示模块采用OLED液晶显示屏，通过连接至单片机P2.8~P3.0口进行显示环境的温度和风扇的运行状态。温度采集模块选用的DS18B20温度传感器，通过连接至单片机P2.0口进行准确的温度测量。采用L298N的电机驱动模块，通过连接单片机的P2.1~P2.3口可有效稳定的控制直流电机。以TSC3200颜色传感器作为颜色采集模块，通过连接至2.4-2.7口可有效采集颜色信号。以水位传感器Water Sensor作为液位传感器，通过最小系统板集成的A/D模块连接在1.0口采集水位信号，从而通过硬件能有效的实现温度有效监测。

[1] 朱彩帆.发动机冷却系统匹配设计与性能优化[D].江苏大学,2017: 48-55.

[2] 孔民. 汽车发动机冷却系统故障诊断及维修关键技术研究[J].内燃机与配件,2018,(01):134-135.

[3] 董鹏.发动机冷却液温度控制系统设计及开发[D].吉林大学,2017: 60-68.

[4] 曹琼.单片机编程模块化设计[J].安徽电子信息职业技术学院学报, 2017,16(03):51-53+63.

[5] 宋世彦.单片机控制DS18B20测温要点剖析[J].现代职业教育, 2016,(14):83.

[6] 殷留留,韩森,王芳,等.基于L298N的直流电机调速系统的设计与应用[J].信息技术,2017,(06):104-106+111.

Hardware design of intelligent monitoring system for automobile engine coolant*

Chen Chong, Tian Zhuan, Wang Gengzhi, Tong Jiaying, Wei Dan

( Automobile & Traffic Engineering College, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001 )

In order to realize the effective monitoring of engine coolant and ensure the driving safety of vehicles. In this paper, a single-chip microcomputer intelligent monitoring system is established, and the real-time dynamic monitoring of the coolant is realized by selecting reasonable hardware to build the system test part. Therefore, the design of this system has a good practical application value for avoiding the hidden danger caused by the high temperature of the coolant in the driving process.

Coolant; Single-chip; Hardware; Dynamic monitoring

V317.3

B

1671-7988(2019)24-133-02

V317.3

B

1671-7988(2019)24-133-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.043

陈聪，就读于辽宁工业大学汽车与交通工程学院。

2019年辽宁省/辽宁工业大学大学生创新创业项目（201910154038汽车发动机冷却液智能监测系统的设计与开发）。