MC68HC908GP32在牽引車變速箱換檔保護中的應(yīng)用

0 引言
    本公司生產(chǎn)的某車型飛機牽引車行走系統(tǒng)采用了靜液壓驅(qū)動方式：發(fā)動機直接驅(qū)動液壓柱塞泵，柱塞泵輸出的高壓油并聯(lián)驅(qū)動2個液壓柱塞馬達，馬達通過變速箱和萬向節(jié)與前、后橋連接，實現(xiàn)四輪驅(qū)動。該方案中采用的變速箱對換檔時齒輪轉(zhuǎn)速要求嚴格，駕駛員如果沒有嚴格按照使用說明操作，經(jīng)常出現(xiàn)換檔打齒情況出現(xiàn)，可能導(dǎo)致變速箱報廢。因此本設(shè)計中我們利用單片機設(shè)計該變速箱換檔保護模塊，成功解決了由于誤操作而打齒的現(xiàn)象。

1 MC68HC908GP32簡介
    MC68HC08系列微控制器是Motorola公司推出的欲全面取代MC68HC05系列微控制器的升級換代產(chǎn)品。MC68HC08在功能和特性上作了許多優(yōu)化和增強，其中三個最重要的優(yōu)化是：
    (1)采用了鎖相環(huán)技術(shù)，使得外部晶振頻率可以降到32KHz，而內(nèi)部時鐘可達32MHz，大大降低了系統(tǒng)噪聲；
    (2)應(yīng)用了Flash技術(shù)(MC68HC908系列)，使得在線編程成為可能。
    (3)在MC68HC05的基礎(chǔ)上擴充了78條指令，并大大優(yōu)化了指令集。堆棧指針由固定的8位變?yōu)楦拥?6位，使得應(yīng)用C語言成為可能。
    (4)MC68HC908GP32是MC68HC08家族中一種通用型產(chǎn)品，具有32KB內(nèi)部F1ash存貯器，可對程序加密。
    Motoro1a公司68HC08微控制器家族中的新品MC68HC908GP32，因其內(nèi)部眾多的功能模塊，豐富的指令集、強大的控制功能和高可靠性，使得其非常適合牽引車液壓系統(tǒng)的控制。

2 系統(tǒng)設(shè)計
2．1 DANA 360型2檔變速箱工作原理
    360型2檔變速箱是美國DANA公司專門為工程機械行走車輛設(shè)計，速度和扭矩滿足高性能要求。其變速原理是液壓缸帶動齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達到變速的目的。其動作是靠外部液壓源和換檔電磁閥接通來執(zhí)行，如圖l所示。該變速箱內(nèi)部集成換檔到位行程開關(guān)并可以裝配轉(zhuǎn)速傳感器。變速箱結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，但其對換檔時轉(zhuǎn)動速度要求比較高，當齒輪轉(zhuǎn)速高于某閾值時換檔會出現(xiàn)打齒現(xiàn)象。

2．2 轉(zhuǎn)速傳感器選型
    瞬時轉(zhuǎn)速測量是通過磁電式傳感器實現(xiàn)的，安裝在變速箱輸出齒輪端。轉(zhuǎn)速范圍在O～3500轉(zhuǎn)，根據(jù)齒數(shù)可以換算最后檢測頻率為O～6．3KHz。
    在此我們選用了北京波譜公司的s12型轉(zhuǎn)速傳感器。其具體技術(shù)指標如下：
    檢測距離：測試頻率0～10KHz、測量距離GAP≥2．Omm
    供電電壓：Vs=24V
    輸出波形：矩形方波，高電平約10V，低電平小于0．7V
    上電輸出：高電平
    輸出方式：NPN輸出
    由于傳感器輸出高電平約10V，為避免外部電路的異常造成傳感器內(nèi)部電路的損壞，在單片機對該信號采集之前，用光耦作了隔離處理．變速箱輸出的脈沖頻率為(0—6．3)kHz，所以所選擇的隔離光耦應(yīng)能通過lOkHz以上的脈沖信號．在此所選光耦為東芝的T12521—4，該型光耦可通過調(diào)整接收部分c極的上拉電阻來調(diào)整脈沖的通過能力．
2．3 電路設(shè)計
2．3．1 電源及單片機復(fù)位、時鐘模塊
    牽引車電源為24V，單片機工作電壓為5V，在此采用了L7812和L7805兩個三端穩(wěn)壓器進行兩級穩(wěn)壓，得到系統(tǒng)電源，并在24V和15V電源增加兩個發(fā)光二極管做為電源指示。復(fù)位、時鐘模塊采用典型電路，外部晶振采用32．768KHz時鐘，通過單片機內(nèi)部PLL鎖相環(huán)模塊，可以倍頻其總線時鐘最高達8MHz。采用低頻晶振大大降低了微控制器系統(tǒng)晶振電路的電磁干擾，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時由于鎖相環(huán)頻率合成器的輸出頻率可以用軟件設(shè)定修改，為用戶程序設(shè)計提供了更大的靈活性。

2．3．2 輸入及輸出模塊
    輸入輸出設(shè)計具體10分配如表1所示：

表中信號形式DI代表開關(guān)量輸入，PI代表頻率輸入，D0代表開關(guān)量輸出。
    輸入采用光電耦合器TLP521-4進行了隔離處理，并在輸入端增加LED作為指示燈，如圖3所示。輸出IO驅(qū)動光電耦合器TL2250，TLP250光耦可直接驅(qū)動小功率N通道MOSFET IRF740，進而驅(qū)動繼電器和蜂鳴器。繼電器觸點作為控制信號直接輸出給高、低檔電磁鐵，如圖4所示。圖3輸入部分 圖4輸出部分

2．4 軟件設(shè)計
    本單片機控制系統(tǒng)工作過程如下：當扳動高檔或低檔開關(guān)，檢測當前變速箱輸出轉(zhuǎn)速，判斷轉(zhuǎn)速是否超出設(shè)定閾值，轉(zhuǎn)速不為0且沒有超出設(shè)定閾值則高檔或低檔電磁鐵得電，換檔油缸動作直到換檔位置，此時行程開關(guān)動作，關(guān)閉電磁鐵電源，換檔完畢。
    當轉(zhuǎn)速為O或超出設(shè)定閾值，則蜂鳴器報警，系統(tǒng)循環(huán)掃描轉(zhuǎn)速輸入，直到轉(zhuǎn)速不為O且沒有超出設(shè)定閾值，取消報警，高檔或低檔電磁鐵得電，換檔油缸動作直到換檔位置，此時行程開關(guān)動作，關(guān)閉電磁鐵電源，換檔完畢。主程序原理如圖5所示。

轉(zhuǎn)速測量是通過定時器／計數(shù)器來實現(xiàn)計數(shù)功能的。在MC68HC908GP32中，T0和T1是具有加1功能的定時器／計數(shù)器。在通道的I／0引腳上輸入外接信號，輸入捕捉功能就能用來監(jiān)測該輸入信號的跳變。初始化Tl允許輸入捕捉中斷，設(shè)定輸入捕捉中斷設(shè)置為上降沿邊沿觸發(fā)方式，每當一個傳感器脈沖到達單片機的T1腳時，立即申請中斷把單片機相應(yīng)內(nèi)部RAM計數(shù)值加1。初始化T0為定時器，定時時間為500ms產(chǎn)生一次中斷，讀取單片機計數(shù)RAM并清零。程序原理框圖如圖6所示：

3 結(jié)束語
    通過對硬件軟件的設(shè)計，實現(xiàn)對變速箱轉(zhuǎn)速在線檢測，并實時變速箱換檔智能保護。設(shè)計中充分利用了MC68HC908GP32豐富的片上資源和優(yōu)越的編程、控制性能，集機電液一體化技術(shù)與智能儀表技術(shù)于一體。本文給出的控制方案經(jīng)過調(diào)試，已經(jīng)能夠平穩(wěn)運行，希望能夠?qū)ψx者有所裨益。