MC68HC908GP32在牽引車變速箱換檔保護(hù)中的應(yīng)用

0 引言
    本公司生產(chǎn)的某車型飛機(jī)牽引車行走系統(tǒng)采用了靜液壓驅(qū)動(dòng)方式：發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)液壓柱塞泵，柱塞泵輸出的高壓油并聯(lián)驅(qū)動(dòng)2個(gè)液壓柱塞馬達(dá)，馬達(dá)通過(guò)變速箱和萬(wàn)向節(jié)與前、后橋連接，實(shí)現(xiàn)四輪驅(qū)動(dòng)。該方案中采用的變速箱對(duì)換檔時(shí)齒輪轉(zhuǎn)速要求嚴(yán)格，駕駛員如果沒(méi)有嚴(yán)格按照使用說(shuō)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(bào)廢。因此本設(shè)計(jì)中我們利用單片機(jī)設(shè)計(jì)該變速箱換檔保護(hù)模塊，成功解決了由于誤操作而打齒的現(xiàn)象。

1 MC68HC908GP32簡(jiǎn)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(jí)換代產(chǎn)品。MC68HC08在功能和特性上作了許多優(yōu)化和增強(qiáng)，其中三個(gè)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(shí)鐘可達(dá)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(kuò)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?dòng)的16位，使得應(yīng)用C語(yǔ)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(duì)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(qiáng)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(jì)
2．1 DANA 360型2檔變速箱工作原理
    360型2檔變速箱是美國(guó)DANA公司專門為工程機(jī)械行走車輛設(shè)計(jì)，速度和扭矩滿足高性能要求。其變速原理是液壓缸帶動(dòng)齒輪嚙合位置，改變傳動(dòng)比，從而達(dá)到變速的目的。其動(dòng)作是靠外部液壓源和換檔電磁閥接通來(lái)執(zhí)行，如圖l所示。該變速箱內(nèi)部集成換檔到位行程開(kāi)關(guān)并可以裝配轉(zhuǎn)速傳感器。變速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，但其對(duì)換檔時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度要求比較高，當(dāng)齒輪轉(zhuǎn)速高于某閾值時(shí)換檔會(huì)出現(xiàn)打齒現(xiàn)象。

2．2 轉(zhuǎn)速傳感器選型
    瞬時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量是通過(guò)磁電式傳感器實(shí)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(cè)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(biāo)如下：
    檢測(cè)距離：測(cè)試頻率0～10KHz、測(cè)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(jī)對(duì)該信號(hào)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(guò)lOkHz以上的脈沖信號(hào)．在此所選光耦為東芝的T12521—4，該型光耦可通過(guò)調(diào)整接收部分c極的上拉電阻來(lái)調(diào)整脈沖的通過(guò)能力．
2．3 電路設(shè)計(jì)
2．3．1 電源及單片機(jī)復(fù)位、時(shí)鐘模塊
    牽引車電源為24V，單片機(jī)工作電壓為5V，在此采用了L7812和L7805兩個(gè)三端穩(wěn)壓器進(jìn)行兩級(jí)穩(wěn)壓，得到系統(tǒng)電源，并在24V和15V電源增加兩個(gè)發(fā)光二極管做為電源指示。復(fù)位、時(shí)鐘模塊采用典型電路，外部晶振采用32．768KHz時(shí)鐘，通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部PLL鎖相環(huán)模塊，可以倍頻其總線時(shí)鐘最高達(dá)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(shí)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(jì)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(jì)具體10分配如表1所示：[!--empirenews.page--]

表中信號(hào)形式DI代表開(kāi)關(guān)量輸入，PI代表頻率輸入，D0代表開(kāi)關(guān)量輸出。
    輸入采用光電耦合器TLP521-4進(jìn)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(dòng)光電耦合器TL2250，TLP250光耦可直接驅(qū)動(dòng)小功率N通道MOSFET IRF740，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)繼電器和蜂鳴器。繼電器觸點(diǎn)作為控制信號(hào)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(jì)
    本單片機(jī)控制系統(tǒng)工作過(guò)程如下：當(dāng)扳動(dòng)高檔或低檔開(kāi)關(guān)，檢測(cè)當(dāng)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(méi)有超出設(shè)定閾值則高檔或低檔電磁鐵得電，換檔油缸動(dòng)作直到換檔位置，此時(shí)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，關(guān)閉電磁鐵電源，換檔完畢。
    當(dāng)轉(zhuǎn)速為O或超出設(shè)定閾值，則蜂鳴器報(bào)警，系統(tǒng)循環(huán)掃描轉(zhuǎn)速輸入，直到轉(zhuǎn)速不為O且沒(méi)有超出設(shè)定閾值，取消報(bào)警，高檔或低檔電磁鐵得電，換檔油缸動(dòng)作直到換檔位置，此時(shí)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)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(cè)量是通過(guò)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的。在MC68HC908GP32中，T0和T1是具有加1功能的定時(shí)器／計(jì)數(shù)器。在通道的I／0引腳上輸入外接信號(hào)，輸入捕捉功能就能用來(lái)監(jiān)測(cè)該輸入信號(hào)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(dāng)一個(gè)傳感器脈沖到達(dá)單片機(jī)的T1腳時(shí)，立即申請(qǐng)中斷把單片機(jī)相應(yīng)內(nèi)部RAM計(jì)數(shù)值加1。初始化T0為定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為500ms產(chǎn)生一次中斷，讀取單片機(jī)計(jì)數(shù)RAM并清零。程序原理框圖如圖6所示：

3 結(jié)束語(yǔ)
    通過(guò)對(duì)硬件軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變速箱轉(zhuǎn)速在線檢測(cè)，并實(shí)時(shí)變速箱換檔智能保護(hù)。設(shè)計(jì)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(jī)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(guò)調(diào)試，已經(jīng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，希望能夠?qū)ψx者有所裨益。