发动机汽缸盖温度场测试系统设计
1绪论
1.1课题背景及意义
随着当代科学技术的发展，大量高科技不断被运用到汽车系统中去，推动着汽车工业的快速发展。由于在我们的日常生活中汽车是重要的代步工具，其性能的好坏，以及使用寿命等都直接决定汽车的好坏。因此，在汽车的设计过程中，对其发动机气缸盖温度的测试是必不可少的[1]。
在发动机使用过程中，气缸盖温度是至关重要的环节，也是个比较棘手的问题。如果温度很高，再加之发动机工作时产生很高的热量，若是气缸盖的散热效果不好，或气缸盖亏水，电子扇、节温器等元件损坏都极易造成发动机气缸盖温度过高。若不及时将这些过多热量散发掉而仍然持续高负荷驾驶，就会使活塞、活塞环、连杆等部件的强度降低，甚至变形，承受不了正常的负荷，同时也会破坏各零件间的正常间隙，使零件间不能保持正常的油膜，轻则会使发动机拉缸、拉瓦，重则还会使整个发动机损坏甚至报废[2]。本文的主要内容，就是设计出发动机气缸盖温度监测装置，并实现报警等功能，以保障发动机正常工作和不必要的损坏。
随着现代汽车的发展，尤其是对车自身的安全要求的提高，对汽车发动机气缸盖温度控制系统的需求量会大幅增加，并且技术要求也会提高。
随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。特别是近年来，温度控制已应用到人们的生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题，针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。
对发动机气缸盖温度的监控，可以避免由于发动机温度很高，使活塞、活塞环、连杆等部件的强度降低，甚至变形，承受不了正常的负荷，同时也会避免破坏各零件间的正常间隙，使零件间不能保持正常的油膜。
1.2课题研究的现状
发动机气缸盖温度过高会使得发动机停止工作，汽车也就无法正常的行驶，若是停留在高速公路及交通繁忙的路段上会给自己和他人带来很大的不便，严重的甚至会引发交通事故。如果可以在气缸盖温度过高前显示当前的气缸盖温度或者是进行报警，则会避免一些不必要的麻烦，对汽车发动机本身也起到很好的保护。
到目前为止，国内的有关汽车发动机的研究所和高校已经进行了相关的研究，但是仍没有研制出比较优良的测试途径。温度，已经成为限制发动机发展的瓶颈项目。国家有关部门积极推动着这方面的发展[3]。
1.3 课题研究的主要内容
本课题主要是要完成基于桑塔纳系列AJR型发动机气缸盖温度监控器的设计，温度传感器选用半导体二极管作为检测元件，按照系统设计功能要求，完成信号调理电路、显示电路、扫描驱动电路、报警电路等总体电路的设计及编程。
信号处理电路，把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、光强等...但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到MCU或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。
本次设计采用的是动态显示，动态显示控制的基本原理是，8051单片机依次发出段选控制字和对应哪一位LED显示器的位选控制信号，显示器逐个循环点亮。适当选择扫描速度，利用人眼“留光”效应，使得看上去好像这几位显示器同时在显示一样，而在动态扫描显示控制中，同一时刻实际上只有一位LED显示器被点亮[4]。
技术要求：
1）测温范围为－50℃～100℃，气缸盖温度超过75℃时，报警电路声光报警。
2）允许误差<±0.5℃。
3）温度可用LED数码管直读显示。
2 方案论证
要设计一个测试系统，就必须了解其测量原理，这样才可以进一步地设计系统的硬件部分和软件部分。本系统所要测量的参数主要是汽车发动机的气缸盖温度。
温度的测量方法有很多，目前主要的测量方法有：热电阻测温，热电偶测温，集成温度传感器测温，二极管测温等。
2.1 热电阻测温
热电阻测温的原理是：根据导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的性质，通过测量电阻值来表示被测对象的温度值。常用的低温电阻计有铂电阻温度计（适用范围14–900K）、铑铁电阻温度计（0.1–500K）、碳电阻温度计（0.01–100K）、玻璃碳电阻温度计（1.5–300K）等。选用铂电阻温度计测量温度。但在实验中发现，当温度在300–30K 左右时，所测温度值比较温度，而当温度低于30K 左右后，温度显示仪表上读数开始发生波动，并且随着温度的进一步下降，温度漂移越来越剧烈，已经远远超出了实验允许的误差范围，所以不适合本实验的要求[5]。
2.2 热电偶测温
热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路。由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个导体的二个执着点之间存在温差时，就会发生高电位向低电位放电现象，因而在回路中形成电流,温度差越大，电流越大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应，热电偶就是利用这一效应来工作的。
其优点是测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。而且测量范围广。常用的热电偶从-50-+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-271--+2800℃如金铁镍铬和钨-铼。还有就是构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。但是其冷端的温度不易调零，所以在很多场合的应用中有所限制[6]。
参 考 文 献
[1] 欧伟明. 数显温度计的设计与制作[M].北京：清华大学出版社,1997.
[2] 张志永，李岳林. 发动机水温数据采集系统的研究[J]. 山东内燃机：2006(1): 18-20,30.
[3] 鲁直雄，刘奕贯. 汽车电喷发动机波形分析图解[M]. 南京：江苏科学技术出版社，2006.
[4] 罗文华．汽车电控发动机传感器智能测试系统[J]．交通标准化，2004(5):87-89.
[5] 杨明筑. 冷却液温度传感器电路故障症状析[J]. 汽车维护与修理, 2002(9):5-5.
[6] 付百学 , 张立新 , 于大勇. 日产风度A32发动机冷却液温度传感器的检测[J]. 汽车与配件, 2001（30）：38-38.
[7] 袁希光.传感器技术手册[M].北京:国防工业出版社，1986.
[8] 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.
[9] 孙传友.测控系统原理与设计[M].北京:北京航空航天大学出版社，2002.
[10] 李正军.计算机测控系统设计与应用[J].第1版.北京：机械工业出版社，2004（45）:15-16.
[11] 周严. 测控系统电子技术[M].合肥：合肥科学出版社，1997.
[12] 李彦强，朱从乔，黄次浩.数字电子测试技术综述[J].海军工程大学学报,1997,5（23）:26-27.
[13] 赵志强，韩秀坤，程昌圻. 一种新的数字测温的设计及实验[J].北京理工大学学报，1998（25）.
[14] 陈来坤，朱梅林，杨胜国等. 汽车发动机电子温度调试模拟试验装置的研制[J].华中科技大学学报，2001（13）:67-69.
[15] 黄曼磊，唐嘉.测试系统的数学模型[J].哈尔滨工程大学学报，1997,7（19）:45-48.
[16] 何宏.单片机原理[M].北京：国防工业出版社，2006.
[17] 赵新民.智能仪器设计基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.
[18] 杨吉祥.智能仪器[M].南京：南京工学院出版社，1986.
[19] 孙佳琪.自动测试系统[M]. 北京：北京机械工业出版社，1988.
[20] 王俊省.微计算机检测技术及应用[M].北京：人民邮电出版社，1990.
[21] 潘新民.微型计算机与传感器技术[M].北京：人民邮电出版社，1990.
[22] 何丽明.单片机应用技术[M].上海：电子技术出版社，1989.
http://www.bysj360.com/ http://www.bysj360.com/html/2795.html http://www.bysj360.com/html/3603.html http://www.bylw520.net/ http://www.bylw520.net/html/4409.html http://www.bylw520.net/html/4400.html
