郝金禹 张胜钢 张庆良 赵艳丽

1. 营口理工学院 电气工程学院 辽宁 营口 115014

2. 营口瀚为科技有限公司 辽宁 营口 115000

引言

由于车辆性能问题引起了越来越多的交通事故，为保证汽车安全行驶，必须要有完善的检测维修保障体系。在汽车的悬挂系统检测中，前束是一个重要的指标，且对运行安全影响重大，因此设计新型前束测量仪。

设计创新点在于根据单片机内预置的测量位置进行前轮或后轮的测量，测量值经过内部计算直接显示前后轮的前束值，也可输入轮毂直径，CPU通过公式计算后显示角度值。在内部系统中添加了蓝牙模块，可实现通过手机APP连接的方式实现通过智能终端来管理和控制本设备，再通过APP调用该车的数据库，与标准值的对比和调整，建立客户档案，实现高级管理。

1 主要内容

1.1 汽车束角的测量

前束角(Toe)：为由上方看左右两个轮胎所成的角度，束角的功用在补偿轮胎，因外倾角及路面阻力所导致向内或向外滚动的趋势[1]。

2 汽车前束测量仪的原理图设计

2.1 结构部分工作原理

机构部分采用齿条与齿轮啮合，测量长度与转动角度成正比，在转轴上加上磁铁，来感应磁编码器实现长度的数据采集，由于该编码器在多圈转动的状态下，属于相对编码器，因此在长度归零时在零点有零点标记的光电开关，来标记初始位置长度用初始长度加上增量长度来得到测量长度[2]。

2.2 系统工作原理

由MCU单元，磁编码传感器（与机械转轴中的磁铁耦合匹配），零点光电开关，LCD显示和键盘输入单元，蓝牙模块单元和电源供电单元等几个部分组成。

（1）MCU单元。采用微晶单片机STC15F2K60S2为核心控制部分。完成对磁编码器的采集运算、校正存储；对零点的记忆运算；对LCD液晶显示器的控制和显示；对键盘的采集和防抖控制；对蓝牙模块的设置管理、数据传输；对电源单元的管理和电池状态的检测等工作。内部非易失数据的存储和管理。

（2）磁编码传感器单元。磁编码芯片采用 AS5145，通过SPI接口连接到CPU上。该芯片内部采用DSP快速处理，将360

度的转角量化为12BIT的数值，通过SPI接口读出，根据《AS5145芯片的数据手册》给出的读出格式，读出0～360度对应的0～4096值。

（3） LCD显示和键盘输入单元。LCD采用段码液晶屏，采用HT1621驱动芯片。直接驱动段式LCD的笔画位，HT1621单片机一共有128个显示单元作为基础[3]，为液晶屏显示准确数据。HT1621单片机与液晶屏引脚对应连接，并且驱动芯片HT1621的4个IO口必须与单片机连接使液晶屏正常运行。键盘采用上拉电阻配合接地电容，按键键盘采用物理防抖电路，按键将输入位拉低，实现键盘输入。

（4）蓝牙模块数据传输单元。蓝牙模块采用JDY-10M，通过单片机的UART接口来年链接，波特率设置为115200。用AT指令集来设置蓝牙的网络名为“Aligner Toe”，节点地址可随机设置。在工作时采用串口 《MESH 无线控制指令》，实现APP连接控制[4]。在设计和安装中注意蓝牙天线的分布不能被金属物覆盖遮挡，以免影响到和智能终端练的距离。

（5）电源管理单元。采用DC-DC开关电源开，实现稳定的5V和3.3V供电。电源开关设计成软关断方式，内部控制自动关机功能。在开机状态下，电池电压通过MCU 的AD转换进行测量，实现电池状态检测功能和低电压报警功能。通过电源接口可实现外部充电器的充电功能。

3 程序设计

3.1 主程序设计

程序在中包括实时测量子程序，校正子程序和蓝牙配对子程序三个子单元。正常开机进入测量单元。开机的同时按住F1+F2按键进入校正子程序，开机的同时按住F3+F4按键进入蓝牙配置子程序[5]。

3.2 实时测量程序

该功能完成按部位实时测量计算，电池电压检测，结果显示，数据蓝牙传输等测量功能。

3.3 校正子程序

校正子程序完成测量尺的精度校正，并存储校正参数。参数校正后，自动关机。

3.4 蓝牙设置子程序

完成蓝牙的设置和链接，并存储链接设备的连接信息。

4 结束语

汽车前束测量仪，就是对汽车前束进行测量的专业工具，其打破了以往传统的测量方式，采用新技术、新手段用于汽车保养行业。具有适应性强，操作便捷的特性。汽车前束测量仪在使用时，仅按几个按键就能实现数据的记录和显示，相比传统的手工测量，其精度更高，并且操作更简便，极大地缩短了检测过程的工作时间。