MC68HC908GP32在牵引车变速箱换档保护中的应用

0 引言
    本公司生产的某车型飞机牵引车行走系统采用了静液压驱动方式：发动机直接驱动液压柱塞泵，柱塞泵输出的高压油并联驱动2个液压柱塞马达，马达通过变速箱和万向节与前、后桥连接，实现四轮驱动。该方案中采用的变速箱对换档时齿轮转速要求严格，驾驶员如果没有严格按照使用说明操作，经常出现换档打齿情况出现，可能导致变速箱报废。因此本设计中我们利用单片机设计该变速箱换档保护模块，成功解决了由于误操作而打齿的现象。

1 MC68HC908GP32简介
    MC68HC08系列微控制器是Motorola公司推出的欲全面取代MC68HC05系列微控制器的升级换代产品。MC68HC08在功能和特性上作了许多优化和增强，其中三个最重要的优化是：
    (1)采用了锁相环技术，使得外部晶振频率可以降到32KHz，而内部时钟可达32MHz，大大降低了系统噪声；
    (2)应用了Flash技术(MC68HC908系列)，使得在线编程成为可能。
    (3)在MC68HC05的基础上扩充了78条指令，并大大优化了指令集。堆栈指针由固定的8位变为浮动的16位，使得应用C语言成为可能。
    (4)MC68HC908GP32是MC68HC08家族中一种通用型产品，具有32KB内部F1ash存贮器，可对程序加密。
    Motoro1a公司68HC08微控制器家族中的新品MC68HC908GP32，因其内部众多的功能模块，丰富的指令集、强大的控制功能和高可靠性，使得其非常适合牵引车液压系统的控制。

2 系统设计
2．1 DANA 360型2档变速箱工作原理
    360型2档变速箱是美国DANA公司专门为工程机械行走车辆设计，速度和扭矩满足高性能要求。其变速原理是液压缸带动齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。其动作是靠外部液压源和换档电磁阀接通来执行，如图l所示。该变速箱内部集成换档到位行程开关并可以装配转速传感器。变速箱结构简单，可靠性高，但其对换档时转动速度要求比较高，当齿轮转速高于某阈值时换档会出现打齿现象。

2．2 转速传感器选型
    瞬时转速测量是通过磁电式传感器实现的，安装在变速箱输出齿轮端。转速范围在O～3500转，根据齿数可以换算最后检测频率为O～6．3KHz。
    在此我们选用了北京波谱公司的s12型转速传感器。其具体技术指标如下：
    检测距离：测试频率0～10KHz、测量距离GAP≥2．Omm
    供电电压：Vs=24V
    输出波形：矩形方波，高电平约10V，低电平小于0．7V
    上电输出：高电平
    输出方式：NPN输出
    由于传感器输出高电平约10V，为避免外部电路的异常造成传感器内部电路的损坏，在单片机对该信号采集之前，用光耦作了隔离处理．变速箱输出的脉冲频率为(0—6．3)kHz，所以所选择的隔离光耦应能通过lOkHz以上的脉冲信号．在此所选光耦为东芝的T12521—4，该型光耦可通过调整接收部分c极的上拉电阻来调整脉冲的通过能力．
2．3 电路设计
2．3．1 电源及单片机复位、时钟模块
    牵引车电源为24V，单片机工作电压为5V，在此采用了L7812和L7805两个三端稳压器进行两级稳压，得到系统电源，并在24V和15V电源增加两个发光二极管做为电源指示。复位、时钟模块采用典型电路，外部晶振采用32．768KHz时钟，通过单片机内部PLL锁相环模块，可以倍频其总线时钟最高达8MHz。采用低频晶振大大降低了微控制器系统晶振电路的电磁干扰，提高了系统的可靠性，同时由于锁相环频率合成器的输出频率可以用软件设定修改，为用户程序设计提供了更大的灵活性。

2．3．2 输入及输出模块
    输入输出设计具体10分配如表1所示：

表中信号形式DI代表开关量输入，PI代表频率输入，D0代表开关量输出。
    输入采用光电耦合器TLP521-4进行了隔离处理，并在输入端增加LED作为指示灯，如图3所示。输出IO驱动光电耦合器TL2250，TLP250光耦可直接驱动小功率N通道MOSFET IRF740，进而驱动继电器和蜂鸣器。继电器触点作为控制信号直接输出给高、低档电磁铁，如图4所示。图3输入部分 图4输出部分

2．4 软件设计
    本单片机控制系统工作过程如下：当扳动高档或低档开关，检测当前变速箱输出转速，判断转速是否超出设定阈值，转速不为0且没有超出设定阈值则高档或低档电磁铁得电，换档油缸动作直到换档位置，此时行程开关动作，关闭电磁铁电源，换档完毕。
    当转速为O或超出设定阈值，则蜂鸣器报警，系统循环扫描转速输入，直到转速不为O且没有超出设定阈值，取消报警，高档或低档电磁铁得电，换档油缸动作直到换档位置，此时行程开关动作，关闭电磁铁电源，换档完毕。主程序原理如图5所示。

转速测量是通过定时器／计数器来实现计数功能的。在MC68HC908GP32中，T0和T1是具有加1功能的定时器／计数器。在通道的I／0引脚上输入外接信号，输入捕捉功能就能用来监测该输入信号的跳变。初始化Tl允许输入捕捉中断，设定输入捕捉中断设置为上降沿边沿触发方式，每当一个传感器脉冲到达单片机的T1脚时，立即申请中断把单片机相应内部RAM计数值加1。初始化T0为定时器，定时时间为500ms产生一次中断，读取单片机计数RAM并清零。程序原理框图如图6所示：

3 结束语
    通过对硬件软件的设计，实现对变速箱转速在线检测，并实时变速箱换档智能保护。设计中充分利用了MC68HC908GP32丰富的片上资源和优越的编程、控制性能，集机电液一体化技术与智能仪表技术于一体。本文给出的控制方案经过调试，已经能够平稳运行，希望能够对读者有所裨益。