基于+C8051F单片机的路面摩擦系数测量系统的研制

Instructor: Hao Ying-ji
and storage of each sensor signal. The collection procedures using a statistical algorithm preceded a digital filtering, which improved sampling precision. The system which has a friendly interface uses the touch screen as a host computer, data receiving and calculation of the friction coefficient, velocity and other parameters, real-time display. This system realized all the predetermined function after the practical application test, whose data approached with the others, and has the advantages of simple operation, high efficiency, convenient data processing method. The system will have a good application prospect.
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论 文 题 目 ： 基 于 C8051F 单 片 机 的 路 面 摩 擦 系 数 测 量 系 统 的 研 制 专 业：机械电子工程 璐 (签 名 ) (签 名 )
硕 士 生：丁
指导教师：郝迎吉
摘
要
本 文 针 对 现 有 路 面 摩 擦 系 数 测 量 设 备 只 能 定 点 测 试 ，速 度 慢 ，效 率 低 ，测 试 结 果 受 人 为 因 素 影 响 大 等 问 题 ， 研 制 了 一 种 基 于 嵌 入 式 C8051F410 技 术 的 新 型 路 面 摩 擦 系 数 测 量 设 备 ，实 现 了 在 线 连 续 测 定 路 面 的 摩 擦 阻 力 和 转 轮 转 动 脉 冲 ，计 算 出 摩 擦 系 数 及 其 均 值 和 方 差 、运 行 速 度 、行 驶 距 离 等 数 值 ，并 实 时 显 示在触摸屏上。 论 文 叙 述 了 路 面 摩 擦 系 数 的 理 论 依 据 、系 统 方 案 设 计 、系 统 硬 件 设 计 和 软 件 设 计 四 部 分 。论 文 简 要 分 析 了 国 内 外 常 用 的 路 面 摩 擦 系 数 检 测 方 法 及 影 响 因 素 。依 据 摩 擦 系 数 测 量 原 理 ，确 定 手 推 式 路 面 摩 擦 系 数 测 量 设 备 的 结 构 ，提 出 通 过 采 集 测 试 轮 与 路 面 摩 擦 时 产 生 的 摩 擦 力 ，计 算 被 测 路 面 摩 擦 系 数 的 技 术 方 法，并确定了系统设计方案。 硬 件 电 路 设 计 利 用 C8051F410 内 部 集 成 的 A/D 、UART 、SPI 、定 时 计 数 器 等 嵌 入 式 功 能 模 块 ，设 计 了 电 源 模 块 电 路 、信 号 采 样 调 理 电 路 、数 据 存 储 电 路 、 串 行 通 信 电 路 等 芯 片 外 围 电 路 ，将 液 晶 触 摸 屏 、多 种 类 型 数 据 采 集 通 过 串 行 接 口连在了一起。其中信号调理电路设计采用差动输入，减小共模干扰的混入， 提高采样精度。 软 件 设 计 包 括 现 场 嵌 入 式 系 统 和 触 摸 屏 实 时 显 示 两 部 分 。嵌 入 式 系 统 主 要 完 成 对 各 个 传 感 器 信 号 的 采 集 与 存 储 。其 中 采 集 程 序 利 用 统 计 算 法 ，进 行 数 字 滤 波 ，提 高 采 样 精 度 。系 统 采 用 触 摸 屏 作 为 上 位 机 ，完 成 数 据 接 收 并 计 算 摩 擦 系数、速度等参数，实现实时显示，界面友好。 本 系 统 经 过 实 际 应 用 测 试 ，实 现 了 所 有 的 预 定 功 能 ，获 得 的 数 据 与 其 他 方 法 接 近 ，而 且 操 作 简 单 、效 率 高 ，便 于 进 行 数 据 处 理 ，该 应 用 系 统 具 有 较 好 的 推广应用前景。 关 键 词： 摩擦系数；单片机；触摸屏；测量系统 研究类型： 应用研究
表31手推式摩擦系数测量仪的技术指标技术指标技术参数外形尺寸长宽高不含手柄mmmmmm1000600700电源电压24持续记录时间11整机重量kg60测试轮胎气压mpa01测试轮所受的垂直压力196滑移率西安科技大学硕士学位论文表32数据范围摩擦系数平均速度mmin测试距离m1311310001000000099900表33信号记录周期摩擦系数平均速度测试距离02s1s1s表34转矩传感器参数灵敏度组桥方式应变片电阻供桥电压最大输出电压350?9v5mv表35光电式接近开关参数型号工作电压最大电流检测距离jm12ly4nkdc24v200ma120mm32测试车的工作原理由上文可知摩擦系数值受许多因素的影响它取决于路面类型和路面状轮胎构造与材料胎内气压行驶速度车轮滑移百分率等
Key words : friction coefficient ； single chip microcomputer ； touch screen ；
Measurement system
Thesis
: Application Research
目
录
目
1 绪 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1
Subject
: Development of C8051F microcontroller road friction coefficient measurement system
Specialty : cal Electronic Engineering Name : Ding Lu (Signature) (Signature) ABSTRACT
学 位 论 文 独 创 性 说 明
本 人 郑 重 声 明 ：所 呈 交 的 学 位 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 其 取 得 研 究 成 果 。尽 我 所 知 ，除 了 文 中 加 以 标 注 和 致 谢 的 地 方 外 ，论 文 中 不 包 含 其 他 人 或 集 体 已 经 公 开 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ，也 不 包 含 为 获 得 西 安 科 技 大 学 或 其 他 教 育 机 构 的 学 位 或 证 书 所 使 用 过 的 材 料 。与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 日期：
录
论 .......................................................................................................... 1 课 题 研 究 的 目 的 及 意 义 ..................................................................... 1 国 内 外 研 究 现 状 分 析 ......................................................................... 1 本 课 题 研 究 的 主 要 内 容 ..................................................................... 3 本 章 小 结 ........................................................................................... 3 路 面 摩 擦 系 数 测 量 的 影 响 因 素 .......................................................... 4 2.1.1 行 车 速 度 ................................................................................... 4 2.1.2 轮 胎 因 素 ................................................................................... 4 2.1.3 路 面 因 素 ................................................................................... 5
学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书
本 人 完 全 了 解 学 校 有 关 保 护 知 识 产 权 的 规 定 ，即 ：研 究 生 在 校 攻 读 学 位 期 间 论 文 工 作 的 知 识 产 权 单 位 属 于 西 安 科 技 大 学 。学 校 有 权 保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 。本 人 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。学 校 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ，可 以 采 用 影 印 、缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。同 时 本 人 保 证 ，毕 业 后 结 合 学 位 论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。
For the problem of the existing road friction coefficient measuring device can only fixed-point testing,slow speed,low efficiency, the test result is affected by the human factors issues, the subject developed a new road friction coefficient measurement device which based on embedded C8051F410 technology, realized the on-line continuous measurement of road surface friction resistance and the wheel rotating pulse, calculate the frictional coefficient and the mean and variance, running speed, distance traveled, numerical, and real time displayed on the touch screen. This subject describes the surface friction coefficient theory, system design, system hardware design and software design of four parts. This paper briefly analyses the road friction coefficient testing method commonly used at home and abroad and influence factors on friction coefficient. Based on the friction coefficient measurement principle, determine the hand pushing type road friction coefficient measuring device structure, proposed acquisition the friction which test wheel and the road surface friction generated, calculation of the measured surface friction coefficient method, and determine the design scheme of the system The hardware circuit concludes power module circuit design, signal sampling circuit, a data storage circuit, serial communication circuit chip peripheral circuit is designed of module using C8051F410 internal integrated A / D, UART, SPI, timing counter embedded , which realizes gather the LCD touch screen and the multiple types of data collection through serial interface together. The design of signal conditioning circuit adopts a differential input, reducing the common mode interference in, improve the precision of sampling. Software design consists two parts of on-site embedded system and a touch screen display. The lower position machine procedure mainly compete acquisition