汽车刹车片厚度检测系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

在当今世纪，汽车在日常生活中扮演着非常重要的角色。据不完全统计，到2022年9月，中国有车家庭比例高达41.67%，这个数字很是惊人并且不断上升。从这点来看汽车在很多家庭生活中的确不可或缺，但是在给人们提供方便的同时，驾驶本身也会存在一定的风险。据一项研究调查显示，交通事故是导致人们意外身亡的主要原因之一。早期的刹车称为制动系统，单纯的利用机械装置施加反作用的力使车辆缓慢停下。从现在来看就如同自行车一样，不借助外力完全由人的力量实现制动。直到1900年，出现了鼓式制动器，通过在车轮加装制动鼓，再和摩擦片相互摩擦得到的力来逼停车辆。渐渐地人们发现其中的弊端，因为鼓式制动器是在相对密封的环境中工作，这样摩擦带来的热量以及摩擦废料无法处理，时间一长影响之后的使用效果。两年后，英国工程师研发了盘式制动器。简单的来讲就是用两个刹车盘夹住随车轮旋转的制动盘，这样避免了封闭环境，也可以随时观察磨损情况更换新配件。之后的发展也是在这两种的刹车系统的基础上改良换代。

研究之后，很容易得出一个结论。无论是哪一种型式的刹车装置都离不开磨损，当不断使用的时候，摩擦材料就会不断地损耗，一旦到达某一个厚度时，可能会不再能够有着期望的制动效果，进而导致交通事故的发生。随着社会的发展和公路建设的水平提升，对于车辆的刹车制动性能要求更高。所以随时监测制动系统性能显得格外重要，当每个车辆都能配备工作稳定准确的刹车片厚度检测系统之后，在这个问题上带来的交通事故概率将极大地降低。

在近些年，人们对车辆的研究很是深入并且范围甚广。吕寅俊[1]根据滑动变阻器为基本原则，把一个电阻固定在刹车盘上和刹车片同步变化，以此来代替刹车片的变化，再通过欧姆定律将电阻值变化转化成电压的变化，最后使用单片机设计的系统读取电压值对应表示出厚度。这种方法很简单有效，利用最简单的原理来达到最基本刹车片厚度改变的实时监测。韩贤贤[2]针对原始的刹车片厚度测量方法很复杂的问题，使用超声波探头来直接得到厚度数据，再导入处理器进行直观的数据显示。通过研究超声波探头测厚度的工作原理，再区分不同种类探头的作用场景，最后选择最适合的直探头。文献[3]针对测量使用的方法进行了拓展，采用激光测距作为厚度测量的方法。通过激光测距来得到不同时间刹车片的厚度来对车辆刹车片进行实时的监测，再通过对刹车片随时间的消耗情况进行监测预警。如果再加上无线通信模块就可以和手机进行互连，这样就可以更加方便的监测。但是从成本上来讲，这个系统想要做的很完美，对于资金的投入是很大的。文献[4]针对传感器的使用提出了独特思想，采用接触觉传感器和速度传感器作为信息采集器，通过对接触传感器动作计时，就可计算出刹车片的磨损程度，最后刹车片用未使用时的厚度减去磨损厚度就可以得出刹车片的剩余厚度。但其缺点在于系统简单，稳定性得不到保证，并且精度不高，无法应用到精度需求高的场景中。文献[5]针对测量精度问题，采用电机带动圆形旋转块，让两个凹槽互相转换从而使得文献[5]设计中的进料筒下方的刹车片进入凹槽。这样的设计可以对刹车片进行单独测量并且实现自动循环，细节方面在测量点添加了弹簧，这样测量会更加精准，总体效率也会提高。文献[6]采用了电磁变化作为测量方式，在刹车片两侧安装电磁传感器。当刹车片磨损时，其磁阻会减小，这样在磁电式传感器输出感应电动势的时候利用电磁原理将电磁变化转化为电压和电流的变化，进而在单片机内进行厚度计算，最后在液晶显示屏上显示和预警。文献[7]针对需要高精度检测的刹车片，采用将刹车片单独拿出，在提前设计好的装置内部进行检测。这种方式使得检测装置可以不考虑体积进行设计，极大的提高了使用高精度检测装置的可能。文献[8]同文献[7]一样都是在汽车刹车片出厂的时候进行检测的一种设计，不同的是文献[8]所采取的固定方式是用螺纹推杆的方式，这样只要将螺纹变密集，刻度就会变精确，并且不会有松动的情况发生。文献[9]针对实时检测的装置容易进入异物，从而使得装置损坏或者失去精度。特别的在装置外加入壳体并在壳体中加入调节器，不论是哪一边进入了异物，都会被快速清除。

2. 研究内容和预期目标

（1） 设计一个单片机控制器为核心的刹车片厚度检测系统；

（2） 完成功能：刹车片的厚度检测，将检测值显示在液晶屏上，当厚度低于设定值蜂鸣器报警，同时led灯常亮；

（3） 设计硬件原理图；

3. 研究的方法与步骤

本课题拟采用软硬件结合组成实际电路控制系统。主要分为以下几个部分：分析整个系统的工作特点及技术要求，根据实际需求设计硬件原理图，完成实物或半实物硬件电路。 编写软件流程图及程序代码，完成实验或半实物仿真。主要设计思路：通过usb供电模块输入直流电，对整个电路进行驱动。采集测量模块回馈的信息输入到单片机进行信息处理，输出端有显示模块，声音和灯光报警控制模块，以及设定报警值的独立按键控制模块。

设计的主要步骤：

（1） 查阅文献，了解国内外已成功设计出刹车片厚度检测系统的成功案例，单片机相关的书籍与材料，电源模块设计相关参考文献。

4. 参考文献

[1]吕寅俊. 汽车刹车片厚度检测装置设计研究[D]. 上海:东华大学,2022.

[2]韩贤贤,姚毅超,赵紫薇,等. 汽车刹车片厚度检测系统设计[J]. 林业机械与木工设备,2017,45(7):32-36.
[3]苏州健雄职业技术学院. 一种汽车刹车片厚度检测仪及工作方法:CN202111290717.0[P]. 2022-02-25.
[4]池州职业技术学院. 一种汽车刹车片厚度检测装置:CN202110805431.5[P]. 2021-11-30.
[5]重庆磊飞机械制造有限责任公司. 一种汽车刹车片厚度检测装置:CN201810910702.1[P]. 2021-04-13.
[6]山东理工大学. 磁阻式汽车刹车片厚度检测结构:CN202110024662.2[P]. 2021-03-12.
[7]杭州博云复合材料有限公司. 一种精准度高的汽车刹车片用厚度检测装置:CN202121726380.9[P]. 2022-04-05.
[8]重庆迈通充磁机电设备有限责任公司. 一种汽车刹车片厚度检测装置:CN201810910702.1[P]. 2018-12-18.
[9]重庆思钶异固汽车制动系统股份有限公司. 一种用于汽车刹车片磨损厚度检测结构:CN202121605818.8[P]. 2022-01-07.
[10]郭岩宝. 单片机原理及应用实验仿真案例教程. 北京: 中国石化出版社, 2022.
[11]冯成龙. 传感器与检测电路设计项目化教程. 北京: 机械工业出版社, 2017.12.
[12]王文成, 管丰年, 程志强. 传感器原理与工程应用. 北京: 机械工业出版社, 2021.
[13]崔岩松. 电路设计、仿真与PCB设计:从模拟电路、数字电路、射频电路、控制电路到信号完整性分析. 北京: 清华大学出版社, 2019.09.
[14]史洁. 基于Proteus的单片机1602液晶显示电路的设计[J]. 农机使用与维修,2017(12):15-17.
[15]赵亮. 跟我学51单片机（七）——LCD1602液晶显示模块[J]. 电子制作,2011(7):74-77.
[16]杨光照,许春晖,张德浩,等. 基于单片机的激光测距系统设计[J]. 中国新技术新产品,2012(10):36-37.
[17]胡腾飞,张永德,于爽. 基于AT89C52单片机的激光测距仪控制器[J]. 自动化技术与应用,2004,23(3):74-77.
[18]浙江农林大学. 用于鼓式制动器的刹车片厚度检测装置:CN202022662889.3[P]. 2021-10-08.
[19]刘刚. 单片机原理与应用:基于Keil与Proteus. 北京: 电子工业出版社, 2022.07
[20]王博. 单片机接口扩展设计与Proteus仿真:深入理解51单片机项目开发. 北京: 清华大学出版社, 2022.

5. 计划与进度安排

(1)2024-2-20～2024-3-03（2周） 查阅和总结相关背景及技术资料，进一步细化研究计划，初步提出设计方案，撰写开题报告。
(2)2024-3-06～2024-3-17（2周） 完善和优化设计方案，熟悉控制器硬件资源及编程技巧，完成器件选型。
(3)2024-3-20～2024-4-07（3周） 设计电路原理图，制订程序框图，编制控制程序。
(4)2024-4-10～2024-4-28（3周） 系统调试及改进，修正程序错误，撰写毕业设计文档初稿。
(5)2024-5-01～2024-5-19（3周） 整理毕业设计文档，完善毕业设计成果。
(6)2024-5-22～2024-5-26（1周） 提交毕业设计成果，准备答辩。