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1、鼓式制动器温度红外监测预警系统设计摘要：汽车的制动系统是影响汽车安全性最主要因素之一，我国的货运汽车 普遍采用鼓式制动器。当汽车以较高速度紧急制动时，制动鼓温度会迅速升高， 其摩擦力矩会明显下降，出现制动鼓的热衰退现象，严重时会使制动完全失效或 制动鼓破裂飞出，导致车毁人亡的惨剧发生。本文分析了鼓式制动器的结构和制 动器温升过高的影响，提出一种基于红外温度传感器和单片机的大型重载货车制 动鼓温度监测报警系统。关键词：单片机；鼓式制动器；温度实时监测；无线传输1. 引言近年来，随着载重货车向着“高速”、“重载”的趋势发展，车辆对制动性 能的要求也越来越高。鼓式制动器也叫块式制动器，其主要依靠制动
2、块压紧制动 鼓来完成制动。凭借制动力大小使车轮减速，或在最短的距离内停车，以确保车 辆的行驶安全。制动器温度升高对车辆的制动性能有着显著影响，重载车辆动能 较大，在长距离下坡路段行驶时制动器的温度较高，通常会达到500-600C甚至 更高。在这种情况下，制动器的摩擦系数随之降低，大幅度增加了车辆出现制动 失灵情况的几率。因此，针对大型运输车辆刹车鼓温度在线检测是非常重要的， 可以有效的检测刹车鼓的情况，降低由于刹车鼓损伤造成的严重交通事故率。2. 系统设计鼓式制动器温度红外监测预警系统采用模块化设计来保证硬件的可靠性、高 效运行性和可维护性。本系统主要包括数据采集模块、单片机控制模块、蓝牙传
3、输模块、显示模块、GPRS模块、报警模块及降温模块等。整个系统采用数字式红 外温度传感器芯片对刹车鼓温度进行检测，通过蓝牙将温度数据传递至单片机控 制模块，经过单片机对数据的分析处理，最终在驾驶员处的进行显示，使得货车 司机能够实时了解刹车鼓温度，从而进行及时的应对措施，并通过远距离无线传输模块将货车的状态上报至货车监控中心，便于货车监控中心对车辆状态及性能 进行评估。系统总体框图如图 1 所示。GPRSfEWi乩加悅块|眸训擁城|人体纤申卜傑 测槪模块图 1 系统总体框图（1）单片机控制模块设计单片机控制模块的功能是将采集的温度信息进行分析处理，并将此数据与安 全值进行比较，当温度超过上限时
4、将此报警信息发送至报警模块，并产生降温信 号送至降温模块，启动降温模块对刹车鼓进行降温，保证刹车鼓的正常工作状态 此模块采用 STC51 单片机为核心，配以晶振电路和复位电路。（2）数据采集模块设计 红外温度传感器模块红外辐射的物理本质是热辐射。物体的温度越高，辐射出来的红外线越多， 红外辐射的能量就越强。将红外传感器与单片机进行连接，由传感器经过算法将 辐射强度转化为电信号，将测量得到的刹车鼓温度值传递给单片机。 湿度传感器模块湿度传感器用来检测降温模块前后的湿度和环境湿度等情况。若降温后的湿 度较大则会加快制动鼓的生锈，减少其使用寿命；若在冬天行驶，湿度较大则会 导致制动鼓发生变形。此模块
5、通过杜邦线从继电器板上引出至刹车鼓附近，并不 直接接在继电器板上，以获得更加准确的数据。 人体红外探测器模块人体红外探测器采用 HC-SR501 模块，该模块的工作原理简单，会在有效范 围内感应到人体的存在。当检测到有人时，输出高电平并延时一段时间；反之， 则输出低电平。本设计采用 3.3V 对该模块进行供电。若红外传感器检测不到司 机，则在一小时后将电源断开，实现更节能的效果。（3）蓝牙模块及 GPRS 模块蓝牙模块的作用是采用无线通信方式将实时采集的温度进行发送和接收，以 实现驾驶员端显示屏的显示。本模块选用 HC-05 模块，与 51 单片机相连，以串 口形式进行通信。GPRS模块选用S
6、IM800模块，在制动器温度过高时开始将此温度变化通过无 线通信方式远距离上传至货车监控中心，监控中心依据此数据对车辆状况、路段 状况、驾驶人员习惯等情况进行分析和测评。（4）显示模块及报警模块设计显示模块采用液晶显示屏进行显示，将制动器温度进行实时显示，提醒驾驶 人员注意制动器的温度变化，及时调整驾驶方式，保证车辆行驶安全。当制动器温度过高时，通过报警模块进行声光报警，从而引起驾驶人员注意 及时调整驾驶方案。（5）降温模块设计为了有效降低货车在下长坡时制动鼓频繁制动后的高温，降温模块选用外置 冷却的方案对制动系统进行外部冷却。其主要作用是冷却摩擦片与制动鼓的工作 表面，不易将冷却水直接喷洒在
7、温度较高的摩擦片上，而且摩擦片有可能会因为 受热不均导致内部受力问题，严重时甚至开裂，极大地影响行车安全，所以只能 采用间接冷却的方式，对制动鼓外表面降温来降低整个制动器的温度。6）继电器控制模块设计继电器控制模块主要针对系统内的各模块电源控制，继电器控制控制模块需 要实现的功能及设计思路是：控制器安装在每个模块工作电源处，继电器与电源 的电力线路串联，以此来控制电源的电力通断，在汽车工作后统一给系统通电。3. 结语本系统将红外温度传感器装在制动鼓内，通过无线传输方式将数据进行显示 当汽车在行驶时，系统能实时地把制动鼓的温度显示在驾驶位的仪表台上，让驾 驶员实时掌握制动鼓的温度情况。若检测到的
8、温度超过预先设定的温度上限值时 系统就会通过声光报警的方式告知驾驶员，驾驶员知道后尽快把车停在安全的位 置，等制动鼓温度下降以后再继续行驶。本系统采用直观的方式实时告知驾驶员制动鼓的温度，这对减少因制动系统 温度过高出现故障而导致意外发生起到很好的效果, 有效避免了由于驾驶员的错 误驾驶习惯及误操作而导致货车在长下坡路段因制动器失效而引起的重大交通事 故，保障了人员的生命财产及车辆的安全，具有较强的经济技术效益并对社会的 交通安全起到一定的促进作用。参考文献1 李富明大型重载货车制动鼓温度实时监测系统研究D 广州：广州大 学,2018.2 李乃斌汽车鼓式制动器制动温度监测与制动效能测试研究D 昆明： 昆明理工大学,2017.3 国俭.载货汽车制动器温度监测及预警系统研究D 长春：吉林大学,2014.4 杨东宇鼓式制动器热分析及冷却装置研究D 哈尔滨：哈尔滨工业大学,2011.5 陈红良一种基于蓝牙传输的温度检测系统J 浙江万里学院学报.2011(4):75-77.6 范文基于无线带式输送机温度检测装置设计J 山东煤炭科 技,2019(1):146-149.基金项目：2021 年度大学生创新创业训练计划省级项目鼓式制动器实时温 度红外监测预警系统
