畢業(yè)設計--全自動車轍測試儀控制系統(tǒng)總體方案的設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄1</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p>　　第一章 全自動車轍測試儀控制系統(tǒng)總體方案的設計5</p><p>　　1.1 車轍測試儀試驗系統(tǒng)的設計要求5</

2、p><p>　　1.2 實驗測試的前期工作5</p><p>　　1.3 測控系統(tǒng)的要求6</p><p>　　1.3.1 位移測量6</p><p>　　1.3.2 溫度測量和恒溫6</p><p>　　1.3.3 單片機和PC機的通信6</p><p>　　1.3.4 PC機的

3、控制6</p><p>　　1.4 全車轍測試儀控制原理7</p><p>　　1.5 整個測試儀功能劃分7</p><p>　　1.6 測試系統(tǒng)流程圖8</p><p>　　1.7 測試的步驟9</p><p>　　第二章 車轍實驗儀機械本體部分的簡介10</p><p>　　2.

4、1 機械主體運動方案10</p><p>　　2.2 驅動設計10</p><p>　　2.3 通風系統(tǒng)10</p><p>　　2.4 水浴11</p><p>　　2.5 試模組件11</p><p>　　2.6 外觀11</p><p>　　2.8 起吊系統(tǒng)11

5、</p><p>　　2.9 杠桿的的結構特點12</p><p>　　第三章 車轍測試儀硬件的原理，選用和外圍電路的設計13</p><p>　　3.1 前向通道的設計13</p><p>　　3.1.1 總論13</p><p>　　3.1.2 傳感器的選擇14</p><p&g

6、t;　　3.1.3 霍爾開關的選擇:16</p><p>　　3.1.4 運算放大器的選擇:17</p><p>　　3.1.5 A/D轉換器的選擇:19</p><p>　　3.2 單片機的選擇及應用:23</p><p>　　3.2.1 概述23</p><p>　　3.2.2 AT89C51

7、單片機性能介紹23</p><p>　　3.2.3 復位電路的可靠性設計24</p><p>　　3.3 單片機與PC機的串行口通信實現(xiàn)25</p><p>　　3.3.1 基本概念25</p><p>　　3.3.2 ＭＡＸ232芯片簡介26</p><p>　　3.3.3 連接器的選擇及應用26

8、</p><p>　　3.4 后向通道的設計29</p><p>　　3.4.1 概述29</p><p>　　3.4.2 光電隔離技術30</p><p>　　3.4.3 可控硅元件的工作原理及基本特性30</p><p>　　3.4.4 穩(wěn)壓電路的設計32</p><p>

9、　　第四章 車轍測試儀軟件設計34</p><p><b>　　4.1 總論34</b></p><p>　　4.2 編程語言的介紹35</p><p>　　4.2.1 單片機編程語言的選擇35</p><p>　　4.2.2 PC機編程語言的介紹37</p><p>　　4.3 單片機

10、部分的程序編制37</p><p>　　4.3.1 程序模塊劃分37</p><p>　　4.3.2 主程序部分37</p><p>　　4.3.3 數(shù)據(jù)采集部分42</p><p>　　4.3.4 數(shù)據(jù)發(fā)送部分43</p><p>　　4.3.5 數(shù)據(jù)接受部分44</p><

11、p>　　4.3.6 系統(tǒng)控制部分45</p><p>　　4.3.7 其他的一些子函數(shù)46</p><p>　　4.4 PC機部分的簡介47</p><p>　　4.4.1 軟件運行硬件和系統(tǒng)需求47</p><p>　　4.4.2 軟件界面和控制功能的介紹48</p><p><b>

12、;　　畢業(yè)設計總結52</b></p><p><b>　　參考文獻53</b></p><p><b>　　致 謝54</b></p><p><b>　　附錄55</b></p><p><b>　　前言</b></p>

13、;<p>　　從上世紀九十年代開始，中國進入了公路建設快速發(fā)展的時期，尤其是1998年中國實施積極的財政政策以來，中國公路建設投資數(shù)量之大、開工項目之多舉世矚目。從1990年到2003年的14年間，中國公路建設累計投資近2萬億元，其中僅2003年就達3715億元，創(chuàng)歷史新高。2004年1至9月，中國公路建設完成投資比去年同期又增長了26．6％。到前年底，中國公路通車總里程達181萬公里，居世界第三位，其中44％是最近14年

14、內修通的。目前已突破3萬公里，高速公路總里程位居世界第二。</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計，我國的高速公路95%以上的路面均為瀝青混凝土或改性瀝青混凝土路面。但隨著交通量的不斷增長，很多高速公路瀝青路面均呈現(xiàn)出一定的早期破壞，如開裂、泛油、剝落、車轍等現(xiàn)象，有的高速公路甚至當年通車即發(fā)生了病害，正常維修期大大提前，直接影響了車輛的運行，也增大了養(yǎng)護管理資金的投入。如果我們在施工前對瀝青的質量通過實驗進行檢測，那么將減

15、少很多意想不到的問題。</p><p>　　影響我國高速公路瀝青路面質量的因素非常多，如浸水時間過長路面面層松散、剝落、坑槽；由于瀝青混合料級配設計不合理、穩(wěn)定性差或由于基層及面層施工時壓實度不足，使輪跡帶處的面層和基層材料在行車荷載反復作用下出現(xiàn)固結變形和側向剪切位移引起車轍等。特別在夏季交通高峰期，車輛多對路面的破壞非常的明顯，所以對路面瀝青材料在高溫情況下的軟化度、穩(wěn)定度有著非常高的要求。</p>

16、;<p>　　智能車轍測試儀就是針對瀝青穩(wěn)定度測定的最新產品。智能車轍測試儀是根據(jù)交通部《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTJ052-2000)中的T0719-1993瀝青混合料車轍試驗設計。智能車轍測試儀是采用機械精加工技術，數(shù)據(jù)采集，實時控制技術的新一代的機電一體化的產品。</p><p>　　目前車轍測試儀試驗系統(tǒng)實時控制比較差，自動化水平也不高，價格比較高。我們設計的智能車轍測試儀是由

17、單片微機控制的自動化程度較高的精密測控系統(tǒng)。而且添加單片機與普通PC機之間的通訊，這樣實現(xiàn)了實驗者對數(shù)據(jù)、設備的實時的觀察，以便遇到各種情況可以實施相應的措施。在實驗過程中PC機將自動生成試樣變形量的圖表、曲線。整個系統(tǒng)的操作也非常的簡單，只要按動運行鍵，便能自動實現(xiàn)試樣壓力和位移的采樣及保持實驗儀內的溫度為恒溫。</p><p>　　車轍測試儀的軟件是基于Windows9X操作系統(tǒng)的專用測試與數(shù)據(jù)處理軟件，專門

18、配合車轍測試試驗儀使用，具有實時采集試驗數(shù)據(jù)顯示、顯示試驗曲線，存儲和處理試驗數(shù)據(jù)等功能。該軟件采用了最新且最流行的Windows軟件開發(fā)平臺Visual Basic6.0開發(fā)完成。軟件界面友好，操作簡便并且采用了最優(yōu)的數(shù)據(jù)處理和程序算法以及快速接口數(shù)據(jù)采集，軟件運行穩(wěn)定，適用與WINDOWS 98，WINDOWS 2000，WINDOWS XP系統(tǒng)，使用方便，便于掌握和操作。</p><p>　　整套全自動車轍

19、測試儀具有操作簡便，測量精度高，顯示直觀明了的優(yōu)點，適合于交通土建工程的院校、科研、施工、監(jiān)理等部門使用。</p><p>　　車轍測試儀的出現(xiàn)很好的解決了在飛速的道路建設中對路面瀝青材料質量的檢測問題，使路面質量得以很好的保證。目前瀝青材料的運用非常廣泛，因此瀝青測試技術必將繼續(xù)得到發(fā)展。在將來的測試技術中，會運用到越來越多的高新技術。</p><p><b>　　卞波 <

20、;/b></p><p><b>　　2015年4月1號</b></p><p>　　第一章 全自動車轍測試儀控制系統(tǒng)總體方案的設計</p><p>　　1.1 車轍測試儀試驗系統(tǒng)的設計要求</p><p>　　根據(jù)國家部委對路面瀝青材料的質量要求，和其測試的標準，需要在車轍測試儀的試驗箱中模擬出一個車輪在高溫天氣

21、的環(huán)境里對路面瀝青材料進行往返碾壓的真實環(huán)境，以用測試路面瀝青材料在高溫環(huán)境里的軟化度，從而確定路面材料的質量。</p><p>　　由交通部瀝青混合料車轍試驗規(guī)程（T0719－2000）可知，車轍試樣須放在恒溫室內進行，恒溫室保持溫度60±1℃，標定溫度以標準水銀溫度計（最小分度值0.1℃）上溫度為準；</p><p><b>　　主要技術指標：</b>&

22、lt;/p><p>　　車轍橡膠輪輪尺寸：Φ200×50mm</p><p>　　硬度：20°C時為84±4IRHD； 60°C時為78±2IRHD</p><p><b>　　橡膠厚度：15mm</b></p><p>　　試驗輪縱向運行速度：42±1次／min（

23、21個往復運動/分鐘）</p><p>　　試驗輪接觸壓力：0.7±0.05Mpa</p><p>　　試模內尺寸：長300 mm×寬300 mm×深50 mm</p><p>　　變形量測量范圍與精度：0～30mm；分辨率：0.01mm</p><p>　　溫度控制范圍：恒溫箱：60±1℃，試件：60

24、±0.1℃</p><p>　　主機電源：380V;數(shù)采儀電源：220V</p><p>　　1.2 實驗測試的前期工作</p><p>　?。?）試驗輪接觸壓強測定：測定在60℃時進行，在試驗臺上放置一塊50mm厚的鋼板，其上鋪一張毫米方格紙，上鋪一張新的復寫紙，以規(guī)定的700N加載后，試驗輪靜壓復寫紙，可在方格紙上得出輪壓面積，并由此求得接觸壓強。當壓

25、強不符合0.7±0.05MPa，荷載應予適當調整。</p><p>　　（2）按上面技術指標要求用輪碾成型法制作車轍試樣試塊。在實驗室或工地制備成型的車轍試件，其標準尺寸為300×300×50mm。也可從路面切割300×150×50mm的試件。</p><p>　?。?）將試件脫模按規(guī)定的方法測定密度及空隙率等各項物理指標。如經水浸，應用電

26、扇將其吹干，然后再裝回原試模中。注：為使試件與試模緊密接觸應記住四邊的方向位置不變。</p><p>　?。?）將試件連同試模一起，置于試驗溫度達到60±1℃的恒溫室中，保溫不少于5h，也不得多于24h。在試件的試驗輪不行走的部位上，用溫度傳感器測試溫度，試件溫度應穩(wěn)定在60±1℃。</p><p>　　1.3 測控系統(tǒng)的要求</p><p>　

27、　1.3.1 位移測量</p><p>　　對車轍試驗分析最直接的數(shù)據(jù)是所測得的位移量，因此系統(tǒng)中必須要有位移測量系統(tǒng)，要求單片機要有相應的通道。</p><p>　　1.3.2 溫度測量和恒溫</p><p>　　由于在整個試驗過程中始終要在恒溫條件下進行，所以就要有必要的溫度測量和控制系統(tǒng)，溫度控制是通過控制電熱絲的通斷電來實現(xiàn)的。</p>&

28、lt;p>　　1.3.3 單片機和PC機的通信</p><p>　　單片機需將許多數(shù)據(jù)傳送給PC機處理，PC機發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機控制設備的啟動與關閉，因此需要考慮單片機與PC機的通信問題。</p><p>　　1.3.4 PC機的控制</p><p>　　通過PC機的控制界面我們要控制全自動車轍測試儀的一些輔助設備，比如驅動電機，照明，風扇，鼓風機的啟動等。

29、</p><p>　　1.4 全車轍測試儀控制原理</p><p>　　車轍測試儀主要原理是通過位移傳感器對試驗樣品被車轍擠壓的變形量進行實時的試驗數(shù)據(jù)采集，并通過運算放大電路和信號處理電路，將采集所的模擬電流信號通過A/D轉換芯片轉換成單片機能夠處理的數(shù)字信號。然后由單片機將位移信號通過串行口發(fā)送給PC機。由PC機進行數(shù)據(jù)處理與分析，并在屏幕上繪制出試驗過程中試驗樣品變形的數(shù)據(jù)圖表，然后

30、進行綜合的數(shù)據(jù)分析，做出試驗分析報告，并將數(shù)據(jù)保存或者通過打印機接口打印輸出。最后發(fā)送控制信號給單片機，通過單片機P1口去控制輸出設備。</p><p>　　由于整個試驗過程需要在一個恒溫的60℃環(huán)境中進行，所以需要在車轍測試儀的試驗箱中制造一個溫度恒定的試驗環(huán)境。因此在測試儀的試驗箱中需要加裝一個恒溫控制系統(tǒng)，對試驗箱中的溫度進行實時采集和控制。</p><p>　　我們根據(jù)量程，精度，

31、適用性和經濟要求最終選擇直線型位移傳感器和PN結型溫度傳感器，再通過運算放大電路，將電流信號協(xié)調到A/D轉換器模擬電流輸入值的范圍內（0～+5V），根據(jù)試驗采集數(shù)據(jù)精度的要求和轉換速度的要求，可以采用12位的A/D轉換器和8位的單片機系統(tǒng)。由于數(shù)據(jù)采集后需及時的由單片機發(fā)送給PC機，由PC機來進行進一步的數(shù)據(jù)處理，可以繪制出位移傳感器所測到的瀝青材料變形數(shù)據(jù)的圖表，并通過計算機與原先溫度設定的值進行比較，然后由計算機做出進行加溫還是不加

32、溫的結論。并可以采用電熱絲對其加熱，并通過鼓風機和試驗箱中的風扇保證試驗箱中的空氣流通，從而使試驗箱中溫度均勻。</p><p>　　1.5 整個測試儀功能劃分</p><p>　　軟件和硬件是控制系統(tǒng)的兩大組成部分，目的是一致的為了解決問題，實現(xiàn)功能?，F(xiàn)在就我們設計的課題將軟件和硬件功能劃分如下：</p><p><b>　　硬件功能為：</b&g

33、t;</p><p>　　測量電路：包括溫度和位移傳感器，放大器，A/D轉換及接口。</p><p>　　控制電路：包括開關量輸出和各種設備的驅動。</p><p>　　串行口電平轉換電路：把單片機輸出的TTL電平轉換為PC機能接收的RS232電平，實現(xiàn)單片機和PC機的通信。</p><p>　　電源電路：為系統(tǒng)提供穩(wěn)壓電源。</p&g

34、t;<p>　　其他電路：小車的定位檢測，系統(tǒng)的急停電路。</p><p>　　軟件功能：（又分為單片機部分和PC機部分）</p><p><b>　　單片機部分為：</b></p><p>　　溫度，位移檢測：主要是實時采樣。</p><p>　　控制的實現(xiàn)：通過PC機的控制返回值去控制系統(tǒng)中的設備。&l

35、t;/p><p>　　和PC機的通信：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收并進行校驗。</p><p><b>　　PC機部分為：</b></p><p>　　和單片機的通信：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收并進行校驗。</p><p>　　數(shù)據(jù)的處理：處理發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，保存并繪制曲線圖進行觀察。</p><p>　　控制界面

36、：由控制界面通過單片機控制系統(tǒng)的設備。</p><p>　　1.6 測試系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　1.7 測試的步驟</b></p><p>　　1.將實件的實驗輪不行走的部位上，粘貼一個熱電耦溫度計（也可以在實件制作時預先將熱電藕導線埋入試驗件一角），控制試件溫度穩(wěn)定在60℃±1℃。連同實模一起，置于已達到實驗溫度60

37、℃±1℃的恒溫室中，保溫少于5h，也不得多于24h。在實件</p><p>　　2.將試件連同試模移置于輪轍試驗臺，試驗輪在試件的中央部位，其行動方向須與試件碾壓或行車方向一致。開動車轍變形自動記錄儀，然后啟動實驗機。</p><p>　　第二章 車轍實驗儀機械本體部分的簡介</p><p>　　2.1 機械主體運動方案</p><p

38、>　　實驗輪固定在杠桿上，杠桿以一端支架為支點，另一端放置重物，由起吊裝置控制起吊和停止。實驗輪在小車上部的瀝青試模裝置上施壓并進行往復運動，達到車輪在路面上行駛的效果。小車下部裝有滑塊在導軌上做直線往復運動，兩條導軌安裝在兩具工字鋼上。</p><p><b>　　2.2 驅動設計</b></p><p>　　在進行測試時小車需在導軌上做往復運動。普通電機通

39、過減速器帶動曲柄滑塊，從而實現(xiàn)小車的往復運動。</p><p><b>　　2.3 通風系統(tǒng)</b></p><p>　　由于試驗要在一定的溫度下進行，就需要對恒溫室進行熱風循環(huán)。熱風循環(huán)充分與否直接決定試驗結果的正確性，所以通風系統(tǒng)的設計在系統(tǒng)中顯得非常重要。本設計恒溫室熱風循環(huán)采用鼓風機（離心風機），加風道（上下通風循環(huán)）。為力使恒溫室內各部分受熱均勻，在恒溫室

40、的上方加小風扇。應保證恒溫室內單位時間內的熱風流量，從而選擇適當型號的離心風機。設計離心風機放儀器下部，加熱裝置與離心風機的進風口相連接。熱風循環(huán)方式如下圖。</p><p><b>　　2.4 水浴</b></p><p>　　本設備是具有浸水試驗功能的儀器，熱水加熱直接在試驗水箱中加上加熱器完成，不另外在底部設水箱。水箱中放有溫度傳感器，用單片機監(jiān)控水溫。<

41、;/p><p><b>　　2.5 試模組件</b></p><p>　　試模是在專門的配套設備中用輪碾成型法制作車轍試樣試塊。在實驗室或工地制備成型的車轍試件，其標準尺寸為300×300×50mm。也可從路面切割300×300×50mm的試件，試模采用緊縮結構。</p><p><b>　　2.

42、6 外觀</b></p><p>　　正面、左側各開一個門，試模的放取是從左側的門，正面的門是為了觀察、打掃、和維修的方便。</p><p><b>　　2.7 傳動機構</b></p><p>　　小車的運動采用電機──減速器──雙滑塊四桿機構機構。</p><p><b>　　2.8 起吊

43、系統(tǒng)</b></p><p>　　配重采用減速器起吊。起吊要平穩(wěn)，起吊高度要方便試模的放取</p><p>　　2.9 杠桿的的結構特點</p><p>　　杠桿應該選擇合理的截面形狀，使其面積最小，以達到減輕自重和節(jié)約材料的目的。 綜合考慮到杠桿提升時的穩(wěn)定度及工作時的穩(wěn)定性，本設計采用截面形狀為回形的型鋼。</p><p>

44、　　第三章 車轍測試儀硬件的原理，選用和外圍電路的設計</p><p>　　3.1 前向通道的設計</p><p><b>　　3.1.1 總論</b></p><p>　　在測控系統(tǒng)中，總要有一些現(xiàn)場信號要輸入計算機，如溫度、壓力、開關狀態(tài)等。像這樣反映外界狀態(tài)的信息輸入通道稱為前向通道。前向通道是微機測控系統(tǒng)的重要組成部分，是連接現(xiàn)場和微

45、機的橋梁。</p><p>　　前向通道的主要作用是把各種傳感器檢測到的外界狀態(tài)轉換為單片機機能接受的數(shù)據(jù)形式送入單片機，所以前向通道也常被稱為傳感器接口通道。</p><p>　　本次畢業(yè)設計的前向通道由：1.溫度傳感器；2.位移傳感器；3.信號放大；4.A/D轉換等部分組成。具體選擇應用方案如下：</p><p>　　當輸入通道的輸入信號為較高電平時可以不必使用

46、放大器，由于本系統(tǒng)采用的傳感器輸出電平比較低因此在系統(tǒng)中需采用相應的放大電路，信號電壓經放大后輸入到A/D轉換器。</p><p>　　如果輸入信號的變化速度比A/D轉換速率慢得多，則可以省去S/H采樣保持電路，我們設計的系統(tǒng)由于信號變化比較慢因此不需要采用采樣保持電路。</p><p>　　由于輸入通道與強電無任何聯(lián)系，故沒有必要設光電隔離電路。</p><p>

47、　　3.1.2 傳感器的選擇</p><p>　　信號將通過傳感器輸入單片機，因此傳感器也是決定整個測試系統(tǒng)性能的關鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，既要明確所設計的測試系統(tǒng)需要什么樣的傳感器（系統(tǒng)對傳感器的技術要求）；又要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器，把同類產品的指標和價格進行對比，從中挑選合乎要求的性價比高的傳感器。</p><p>　　一般選用傳感器的主要依據(jù)有：具有將被測

48、量轉換為后續(xù)電路可用電量的功能，轉換范圍與被測量實際變化范圍相一致；轉換精度符合整個測試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標（一般應優(yōu)于系統(tǒng)精度的十倍左右），轉換速度應符合整機要求；能滿足被測介質和使用環(huán)境的特殊要求，如耐高溫，耐高壓，防腐，防震，防爆，放電磁干擾，體積小，質量輕和耗電少等；能滿足用戶對可靠性和可維護性的要求。</p><p>　?。?） 溫度傳感器的選擇:</p><p

49、>　　P-N結溫度傳感器的原理：</p><p>　　P-N結溫度傳感器是利用二極管的PN結正向電流和溫度的關系，得到外加電壓與溫度的近似關系，也可以利用晶體三極管基極與發(fā)射之間的PN結的溫度效應，測量溫度范圍為-50~200℃。</p><p>　　PN結的正向電壓VF與溫度T的關系如式（3-1）所示</p><p>　　式中、K、g、Vg、B均為常數(shù)；J為

50、電流密度。</p><p>　　當電流密度J保持不變時，PN結正向電壓VF隨著溫度T的上升而下降，近似與線性關系。對于硅二極管，溫度升高1℃，正向電壓下降約2mV。二極管溫度傳感器正是利用PN結正向電壓與溫度關系的特性而制作的。</p><p>　　假設集電極電流為常數(shù)，晶體二極管的基極-發(fā)射極電壓VBE與溫度T近似于線性關系，可利用式（3-2）表示</p><p>

51、;　　式中C為常數(shù)，與PN結電流密度和工藝參數(shù)有關。</p><p>　　利用這種關系，可以將晶體三極管用作溫度傳感器。但要求晶體三極管的V誤差在3%以內，在使用中還可以通過調節(jié)集電流以減小V的誤差。</p><p>　　考慮到測量范圍、測量精度、價格等情況，在本設計中使用P-N結溫度傳感器。感溫探頭采用一只硅三極管9013，把它接成二極管形式。硅晶體管發(fā)射結電壓的溫度系數(shù)約為-2.5mV

52、/℃，即溫度每上升1度，發(fā)射結電壓會下降2.5mV。</p><p>　　由P-N結的原理，我們可用P-N結作為溫度傳感器，精度要求能滿足，價格也便宜，因此我們在這次設計中我們選用9013。</p><p>　?。?） 位移傳感器的選擇:</p><p>　　位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，

53、霍爾式位移傳感器。</p><p>　　根據(jù)全自動車轍測試儀測量范圍要求（0—30mm）和精度要求（0.1mm），我們決定選用浙江省洞頭縣光電開關廠生產的VLS30-8。我們選用的VLS30-8是電感式位移傳感器。</p><p>　　該位移傳感器是一種屬于金屬感應的線性器件，接通電源后，在開關的感應面將產生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振

54、蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。該位移傳感器具有無滑動觸點，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下。</p><p>　　位移傳感器VLS30-8的參考數(shù)據(jù)表：</p><p>　　圖 位移傳感器的機械原理圖：</p><p><b>　　輸出特性曲線：</b><

55、;/p><p>　　從上面的分析我們知道該傳感器性能優(yōu)良，價格適中，符合我們系統(tǒng)設計的要求。</p><p>　　3.1.3 霍爾開關的選擇:</p><p>　　當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢U，其表達式為</p><p><b>

56、　　U=K·I·B/d</b></p><p>　　其中K為霍爾系數(shù)，I為薄片中通過的電流，B為外加磁場（洛倫慈力Lorrentz）的磁感應強度，d是薄片的厚度。</p><p>　　由此可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關系。</p><p>　　霍爾開關屬于這種有源磁電轉換器件，它是在霍爾效應原理的基礎上，利

57、用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號轉換成實際應用中的電信號，同時又具備工業(yè)場合實際應用易操作和可靠性的要求。</p><p>　　霍爾開關的輸入端是以磁感應強度B來表征的，當B值達到一定的程度（如B1）時，霍爾開關內部的觸發(fā)器翻轉，霍爾開關的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉。輸出端一般采用晶體管輸出，和接近開關類似有NPN、PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號輸出之分。</p>

58、<p>　　霍爾開關具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點，內部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作?；魻栭_關可應用于接近開關，壓力開關，里程表等，作為一種新型的電器配件。</p><p>　　圖 內部原理圖 圖 輸入/輸出的轉移特性</p><p>　　3.1.4 運算放大器的選擇:</p><p&g

59、t;　　放大器是用來把傳感器送來的信號從毫伏電平按比例的放大到典型的模/數(shù)轉換器輸入電平（如滿刻度為10V），可選用一個具有適當閉環(huán)增益的放大器。如果信號源的信號幅值相差懸殊，可采用增益可控的可編程序放大器，它的閉環(huán)增益由計算機控制。</p><p>　　我們在本畢業(yè)設計中選用的運放為LM358，LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電

60、源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。</p><p>　　LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。</p><p><b>　　特性：</b></p><p><b>　　內部頻率補償 </b></

61、p><p>　　直流電壓增益高(約100dB) </p><p>　　單位增益頻帶寬(約1MHz) </p><p>　　電源電壓范圍寬：單電源(3—30V)；雙電源(±1.5一±15V) </p><p>　　低功耗電流，適合于電池供電 </p><p><b>　　低輸入偏流 </

62、b></p><p>　　低輸入失調電壓和失調電流 </p><p>　　共模輸入電壓范圍寬，包括接地 </p><p>　　差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 </p><p>　　綜上，可以得出車轍測試儀的測溫電路與測位移電路如下圖所示：</p><p>　　3.1.5 A/D轉換器的選擇:</p&

63、gt;<p>　　在單片機的實時控制和智能儀表等應用系統(tǒng)中，被控制或被測量對象的有關參量往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度等物理量，這些模擬量必須轉換成數(shù)字量后才能輸入到計算機進行處理。計算機處理的結果，也常常需要轉換為模擬信號，驅動相應的執(zhí)行機構，實現(xiàn)對被控對象的控制。若輸入是非電的模擬信號，還需要通過傳感器轉換成電信號并加以放大。實現(xiàn)模擬量變換成數(shù)字量的過程稱為“量化”，也稱為模/數(shù)轉換。實現(xiàn)模/數(shù)轉

64、換的設備稱為模數(shù)轉換器（A/D），A/D轉換器是將連續(xù)變化的模擬信號轉換為數(shù)值上等效的數(shù)字信號。</p><p>　　盡管A/D轉換器的種類很多，但目前廣泛應用的主要有三種類型：逐次比較型、雙積分型二種。逐次逼近法A/D轉換器，在精度、速度和價格上都適中，是最常用的A/D轉換器件。雙積分A/D轉換器，具有精度高、抗干擾性好、價格低廉等優(yōu)點，但轉換速度慢，近幾年來在微機應用領域中也得到廣泛應用。選擇A/D轉換器件主

65、要是從速度、精度和價格上考慮。</p><p>　　由速度、精度和價格等因素，在本畢業(yè)設計中使用逐次比較型常用的AD574A。</p><p>　?。?） A/D轉換的原理</p><p>　　逐次比較轉換的基本原理是用一個計量單位使連續(xù)量整量化（簡稱量化），即用計量單位與連續(xù)量比較，把連續(xù)量變?yōu)橛嬃繂挝坏恼麛?shù)倍，略去小于計量單位的連續(xù)量部分。這樣所得到的整數(shù)量即為

66、數(shù)字量。顯然，計量單位越小，量化的誤差也越小。</p><p>　　可見，逐次比較式的轉換原理即“逐次比較”。圖3-1為一個N位逐次比較式A/D轉換器的原理圖。</p><p>　　它由N位寄存器、D/A轉換器、比較器和控制邏輯等部分組成。N位寄存器喲用來存放N位二進制數(shù)碼。當模擬量VX送入比較器后，啟動信號通道控制邏輯電路啟動A/D轉換。首先，置N位寄存器最高位（DN-1）為“1”，其余

67、位清“0”，N位寄存寄存器的內容經D/A轉換后得到整個量程一半的模擬電壓VN與輸入電壓VX比較。若VX>VN,則保留DN-1=1;若VX<VN，則DN-1位清0。然后，控制邏輯使寄存器下一位（DN-2）置“1”，與上次的結果一起經D/A轉換后與VX比較，重復上述過程，直到判斷出D0位取1還是0為止，此時控制邏輯電路發(fā)出轉換結束信號EOC。這樣經過N次比較后，N位寄存器的內容就是轉換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)，在輸出允許信號OE有效的條件

68、下，此值經輸出緩沖器讀出。整個轉換過程就是一個逐次比較逼近的過程。</p><p>　　（2） AD574A的特點和性能參數(shù)</p><p>　　12位逐次逼近ADC，可選擇工作于12位，也可以工作于8位</p><p>　　具有可控三態(tài)輸出緩沖器。數(shù)字邏輯輸入輸出電平為TTL電平。</p><p>　　12位數(shù)據(jù)可以一次讀出，也可以分兩次讀

69、出，便于與8位或16位微機相連。</p><p>　　具有+10.000V內部電壓基準源，其最大誤差為+1.2%,并可輸出1.5mA電流。</p><p>　　內部具有有時鐘產生電路，不需外部接線。</p><p>　　通過改變外部接線，可以單極性也可雙極性模擬量輸入。單極性時，滿量程為0V～+10V和0V～+20V，從不同引腳輸入。同樣，雙極性輸入時，滿量程為0V

70、～±5V和0V～±10V從不同引腳輸入。</p><p>　　輸出碼制：單極性輸入時，輸出數(shù)字量為原碼。雙極性輸入時，輸出為偏移二進制碼。</p><p>　　（3） AD574A的管腳功能</p><p>　　AD574A型號為28腳DIP封裝，各引腳功能如下：</p><p>　　DB11～DB0（腳16～腳27）：1

71、2位數(shù)據(jù)輸出線。DB11為最高位，DB0為最底位，它們可由控制邏輯器決定是輸出數(shù)據(jù)還是對外高阻抗。</p><p>　　12/（數(shù)據(jù)模式選擇）：輸入，當此引腳為高電平時，12位數(shù)據(jù)并行輸出；當此腳為底電平時，與引腳A0配合，把12位數(shù)據(jù)分兩次輸出。應該注意，此腳不與TTL兼容，若要求此腳高電平，則應接腳1，若要求此腳為低電平，應接腳15。</p><p>　　A0（字節(jié)地址/短周期）：此腳

72、有兩個功能。一個功能是決定轉換結果是12位還是8位數(shù)據(jù)，與其他控制輸入腳配合，若A0=0，結果12位；若A0=1（高電平）結果是8位。另一個功能是決定輸出數(shù)據(jù)是高8位還是低4位，與其他控制輸入配合，若A0=0，輸出高8位；若A0=1，輸出低4位。</p><p>　?。ㄐ酒x擇）：當=0時，本AD574被選中，否則本AD574A不進行任何操作。</p><p>　　R/（讀/轉換選擇）：當

73、R/=1時，允許讀出結果，當R/=0時，允許A/D轉換。</p><p>　　CE（芯片啟動）：當CE=1時，也許轉換或讀取結果，到底是轉換還是讀取結果與R/有關。</p><p>　　STS（狀態(tài)信號）：STS=1表示進行A/D轉換，STS=0表示轉換結束。</p><p>　　EEFOUT：+10V基準電壓輸出。</p><p>　　EE

74、FIN（基準電壓輸出）：只有由此引腳把從“EEFOUT”腳輸出的基準電壓引入到AD574A內部的12DAC（AD565），才能進行正常的A/D轉換。</p><p>　　BIP OFF（雙極性補償）：此引腳適當連接，可實現(xiàn)單極性或雙極性輸出。</p><p>　　10VIN（10V量程模擬信號輸入端）：對單極性信號為10V量程的模擬信號的輸入端，對雙極性信號為±5V模擬信號輸入腳

75、。</p><p>　　20VIN（20V量程輸入端）：對單極性信號為20V量程的模擬信號的輸入端，對雙極性信號為±1V模擬信號輸入腳。</p><p>　　DG（數(shù)字地）：各數(shù)字電路（譯碼器、門電路、觸發(fā)器等）及“+5V”電源的地。</p><p>　　AG（模擬地）：各模擬器件（放大器、比較器、多路開關、采樣保持器等）及“+15V”和“-15V”的地。

76、</p><p>　　VLOG：邏輯電路供電輸入端，+5V。</p><p>　　VCC：正供電引腳，VCC=+12V～+15V.</p><p>　　VEE：負供電引腳，VEE=+12V～+15V.</p><p>　　3.2 單片機的選擇及應用:</p><p><b>　　3.2.1 概述</

77、b></p><p>　　單片機的選擇，通常選擇可靠性高，集成度高，有開發(fā)工具，自己熟悉的微處理芯片。從字長，運算速度，指令系統(tǒng)和中斷功能，以及外圍接口芯片的配套來看，選用AT89C51單片機作為系統(tǒng)控制核心是比較合適的，完全能夠滿足系統(tǒng)的性能要求且使用方便，價格適中。</p><p>　　從字長來看，單片微處理器的字長取決于并行數(shù)據(jù)總線的數(shù)目。通常使用4位、8位或16位的單片微處理

78、器，4位字長的單片微處理器一般設計成簡單的控制器。8位單片微處理器則設計成既可用于數(shù)據(jù)處理，也可用于控制。用于數(shù)據(jù)處理時，可進行雙倍精度或三倍精度運算。16位的運算精度適合于大多數(shù)的數(shù)據(jù)處理工作，因此，16位微處理器大多用于復雜的數(shù)據(jù)處理和控制。由于8位單片微處理器適用范圍廣，價格也不高，能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的需要，所以被目前多數(shù)單片機系統(tǒng)所廣泛應用。由于我們所設計的控制系統(tǒng)沒有很復雜的數(shù)據(jù)處理部分，采用8位單片微處理器就足夠了。</

79、p><p>　　3.2.2 AT89C51單片機性能介紹</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS的8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相

80、兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p>　　·與MCS-51兼容 </p><p>　　·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 </p>&l

81、t;p>　　壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　數(shù)據(jù)保留時間：10年</p><p>　　·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz</p><p>　　·三級程序存儲器鎖定</p><p>　　·128*8位內部RAM</p><p>　　·32可編程I/O線</p&

82、gt;<p>　　·兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　·5個中斷源 </b></p><p><b>　　·可編程串行通道</b></p><p>　　·低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　·片內振蕩器和時鐘

83、電路</p><p>　　3.2.3 復位電路的可靠性設計</p><p>　　(1) 影響單片機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的因素</p><p>　　影響單片機系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的因素可大體分為外因和內因兩部分</p><p><b>　　1. 外因</b></p><p>　　射頻干擾，它是以空間電磁場的形

84、式傳遞，在機器內部的（導體引線或零件引腳）感生出相應的干擾，可通過電磁屏蔽和合理的布線/器件布局衰減該類干擾；電源線或電源內部產生的干擾，它是通過電源線或電源內的部件耦合或直接傳導?？赏ㄟ^電源濾波，隔離等措施來衰減該類干擾。</p><p><b>　　2. 內因</b></p><p>　　振蕩源的穩(wěn)定性，主要由起振時間，頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決定，起振時間可由電

85、路參數(shù)整定，穩(wěn)定度受振蕩器類型，溫度和電壓等參數(shù)影響；</p><p>　　(2)復位電路的可靠性設計</p><p>　　復位是單片機的初始化操作。MCS-51單片機復位后，PC初始話為0000H，單片機從0000H地址單元開始執(zhí)行程序。要實現(xiàn)單片機可靠復位，必須使RST/VPD引腳保持兩個周期以上的高電平，一般上電復位時間需要大于10ms。CPU在第二個機器周期內執(zhí)行內部復位操作，只要

86、RST引腳保持高電平，單片機將保持復位狀態(tài)。復位有效期為ALE及輸出高電平信號。</p><p>　　復位以后，P0～P3口輸出高電平信號，堆棧指針SP初始化為07H，但不能影響內部RAM的狀態(tài)。RST//VPD引腳的復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種工作方式，如圖所示。上電自動復位是利用外部復位電路的RC充電</p><p><b>　　來實現(xiàn)的。</b>&l

87、t;/p><p>　　按鍵手動復位又分為電平方式和脈沖方式兩種。按鍵電平復位是通過使RST/VPD引腳經電阻與電源VCC接通實現(xiàn)的；按鍵脈沖復位是利用RC微分電路產生的正脈沖實現(xiàn)的。復位電路的參數(shù)選取應使的復位高電平的持續(xù)時間大于兩個機器周期。</p><p>　　3.3 單片機與PC機的串行口通信實現(xiàn)</p><p>　　3.3.1 基本概念</p>

88、<p>　?。遥?232Ｃ是美國電子工業(yè)協(xié)會(ＥＩＡ)正式公布的,在異步串行通信中應用最廣的標準總線。該標準適用于ＤＣＥ和ＤＴＥ間的串行二進制通信,最高數(shù)據(jù)傳送速率可達19.2ｋｂｐｓ,最長傳送電纜可達15米。ＲＳ-232Ｃ標準定義了25根引線,對于一般的雙向通信,只需使用串行輸入ＲＸＤ,串行輸出ＴＸＤ和地線ＧＮＤ ＲＳ-232Ｃ標準的電平采用負邏輯,規(guī)定+3Ｖ～+15Ｖ之間的任意電平為邏輯“0”電平,-3Ｖ～-15Ｖ之間的任

89、意電平為邏輯“1”電平,與ＴＴＬ和ＣＭＯＳ電平是不同的 在接口電路和計算機接口芯片中大都為ＴＴＬ或ＣＭＯＳ電平,所以在通信時,必須進行電平轉換,以便與ＲＳ-232Ｃ標準的電平匹配 ＭＡＸ232芯片可以完成電平轉換這一工作。</p><p>　　串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上,以每次一個二進制位移動的。它的優(yōu)點是只需一對傳輸線進行傳送信息,因此其成本低,適用于遠距離通信;它的缺點

90、是傳送速度低。</p><p>　　串行通信有異步通信和同步通信兩種基本通信方式 同步通信適用于傳送速度高的情況,其硬件復雜。而異步通信應用于傳送速度在50到19200波特之間。是比較常用的傳送方式 在異步通信中,數(shù)據(jù)是一幀一幀傳送的,每一串行幀的數(shù)據(jù)格式由一位起始位,5～8位的數(shù)據(jù)位,一位奇偶校驗位(可省略)和一位停止位四部分組成 在串行通信前,發(fā)送方和接收方要約定具體的數(shù)據(jù)格式和波特率(通信協(xié)議)。</

91、p><p>　　ＰＣ機采用可編程串行異步通信控制器8250來實現(xiàn)異步串行通信 通過對8250的初始化編程,可以控制串行數(shù)據(jù)傳送格式和速度。在ＰＣ機中一般有兩個標準ＲＳ-232Ｃ串行接口ＣＯＭ1和ＣＯＭ2。ＭＣＳ-51系列單片機片內含有一個全雙工的串行接口,通過編程也可實現(xiàn)串行通信功能。</p><p>　　3.3.2 ＭＡＸ232芯片簡介</p><p>　　ＭＡＸ2

92、32芯片是ＭＡＸＩＭ公司生產的低功耗、單電源雙ＲＳ232發(fā)送/接收器 適用于各種ＥＩＡ-232Ｅ和Ｖ.28/Ｖ.24的通信接口 ＭＡＸ232芯片內部有一個電源電壓變換器,可以把輸入的+5Ｖ電源變換成ＲＳ-232Ｃ輸出電平所需±10Ｖ電壓,所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5Ｖ電源就可以 </p><p>　　ＭＡＸ232的引腳Ｔ1ＩＮ、Ｔ2ＩＮ、Ｒ1ＯＵＴ、Ｒ2ＯＵＴ為接ＴＴＬ/ＣＭＯＳ電平的

93、引腳 引腳Ｔ1ＯＵＴ、Ｔ2ＯＵＴ、Ｒ1ＩＮ、Ｒ2ＩＮ為接ＲＳ-232Ｃ電平的引腳 因此ＴＴＬ/ＣＭＯＳ電平的Ｔ1ＩＮ、Ｔ2ＩＮ引腳應接ＭＣＳ-51的串行發(fā)送引腳ＴＸＤ;Ｒ1ＯＵＴ、Ｒ2ＯＵＴ應接ＭＣＳ-51的串行接收引腳ＲＸＤ 與之對應的ＲＳ-232Ｃ電平的Ｔ1ＯＵＴ、Ｔ2ＯＵＴ應接ＰＣ機的接收端ＲＤ;Ｒ1ＩＮ、Ｒ2ＩＮ應接ＰＣ機的發(fā)送端ＴＤ。</p><p>　　3.3.3 連接器的選擇及應用</p&g

94、t;<p>　　由于RS-232C標準只規(guī)定了采用一對物理連接器，但對連接器本身的物理特性沒有任何定義，因而出現(xiàn)了DB-25、DB-15和DB-9等各種類型的連接器,其引腳的定義也各不想同，使用時應特別注意。在實際應用中DB-25和DB-9這兩種連接器使用較多。</p><p><b>　　如圖：</b></p><p>　　我們在本畢業(yè)設計中選用DB-

95、9，所以以下只介紹了DB-9的端號的意義。</p><p>　　（1）聯(lián)絡控制信號線：</p><p>　　6.DSR (DCE→DTE)數(shù)據(jù)裝置準備好（Data set ready-DSR)——有效時（ON）狀態(tài)，表明MODEM處于可以使用的狀態(tài)。</p><p>　　4.DTR (DTE→DCE)數(shù)據(jù)終端準備好(Data set ready-DTR)——有效

96、時（ON）狀態(tài)，表明數(shù)據(jù)終端可以使用。</p><p>　　這兩個信號有時連到電源上，一上電就立即有效。這兩個設備狀態(tài)信號有效，只表示設備本身可用，并不說明通信鏈路可以開始進行通信了，能否開始進行通信要由下面的控制信號決定。</p><p>　　8．RTS （DTE→DCE）請求發(fā)送(Request to send-RTS)——用來表示DTE請求DCE發(fā)送數(shù)據(jù)，即當終端要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使該信

97、號有效（ON狀態(tài)），向MODEM請求發(fā)送。它用來控制MODEM是否要進入發(fā)送狀態(tài)。</p><p>　　9．CTS （DCE→DTE） 允許發(fā)送（清除發(fā)送，表示DCE已經切換到準備接受）（Clear to send-CTS）——用來表示DCE準備好接收DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)，是對請求發(fā)送信號RTS的響應信號。當MODEM已準備好接收終端傳來的數(shù)據(jù)，并向前發(fā)送時，使該信號有效，通知終端開始沿發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD發(fā)送數(shù)據(jù)。&l

98、t;/p><p>　　這對RTS/CTS請求應答聯(lián)絡信號是用于半雙工MODEM系統(tǒng)中發(fā)送方式和接收方式之間的切換。在全雙工系統(tǒng)中，因配置雙向通道，故不需要RTS/CTS聯(lián)絡信號，使其變高。</p><p>　　1．DCD （DCE→DTE）接收線信號檢出(Received Line detection-RLSD)——用來表示DCE已接通通信鏈路，告知DTE準備接收數(shù)據(jù)。當本地的MODEM收到由

99、通信鏈路另一端（遠地）的MODEM送來的載波信號時，使RLSD信號有效，通知終端準備接收，并且由MODEM將接收下來的載波信號解調成數(shù)字兩數(shù)據(jù)后，沿接收數(shù)據(jù)線RxD送到終端。此線也叫做數(shù)據(jù)載波檢出(Data Carrier dectection-DCD)線。</p><p>　　9.RI （DCE→DTE）振鈴指示(Ringing-RI)——當MODEM收到交換臺送來的振鈴呼叫信號時，使該信號有效（ON狀態(tài)），通

100、知終端，已被呼叫。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)發(fā)送與接收線：</p><p>　　3.TxD （DTE→DCE）發(fā)送數(shù)據(jù)(Transmitted data-TxD)——通過TxD終端將串行數(shù)據(jù)發(fā)送到MODEM，(DTE→DCE)。</p><p>　　2．RxD （DCE→DTE）接收數(shù)據(jù)(Received data-RxD)——通過RxD線終端接收從MODEM

101、發(fā)來的串行數(shù)據(jù)，(DCE→DTE)。</p><p><b>　?。?）地線</b></p><p>　　5．SG 有兩根線SG、PG——信號地和保護地信號線，無方向。</p><p>　　上述控制信號線何時有效，何時無效的順序表示了接口信號的傳送過程。例如，只有當DSR和DTR都處于有效（ON）狀態(tài)時，才能在DTE和DCE之間進行傳送操作。若

102、DTE要發(fā)送數(shù)據(jù)，則預先將DTR線置成有效(ON)狀態(tài)，等CTS線上收到有效(ON)狀態(tài)的回答后，才能在TxD線上發(fā)送串行數(shù)據(jù)。這種順序的規(guī)定對半雙工的通信線路特別有用，因為半雙工的通信才能確定DCE已由接收方向改為發(fā)送方向，這時線路才能開始發(fā)送。</p><p>　　2個數(shù)據(jù)信號：發(fā)送TXD；接收RXD。</p><p>　　1個信號地線：SG。</p><p>

103、<b>　　6個控制信號：</b></p><p>　　下面是是單片機和PC機通訊的原理圖：</p><p>　　3.4 后向通道的設計</p><p><b>　　3.4.1 概述</b></p><p>　　在單片機控制系統(tǒng)中，主要功能之一是控制被控對象使其按照一定的規(guī)律進行工作，因此必需要有

104、后向通道，即經過控制運算處理后對被控對象的輸出通道。后向通道是直接控制各種被控對象的，被控對象要求的控制信號主要有開關量信號、模擬量信號和頻率信號三種，因此后向通道也就主要包括開關量輸出、模擬量輸出和頻率信號輸出三大部分。</p><p>　　我們主要用到了開關量輸出部分，傳感器信號經過單片機和PC機控制運算處理后從后向通道以開關量信號輸出，從而控制電機的啟4動和停止，風扇是否啟動，電熱絲的加熱與否等。但是計算機

105、的I/O口輸出功率有限，輸出電流大多是毫安級的，無法直接驅動功率負載，因此開關量輸出必須經過功率放大?？垢蓴_也是開關量輸出電路不可或缺的部分，在實用開關量輸出接口電路中，大都把抗干擾和功率驅動統(tǒng)一考慮，構成隔離驅動電路。我們采用了光電隔離的驅動電路。</p><p>　　3.4.2 光電隔離技術</p><p>　　在開關量通道中，最常用的器件是光電隔離器，幾乎所有的功率輸出電路都能采用

106、，光電隔離電路不僅可以抗干擾，而且還具有電平轉換功能。光電隔離器的種類繁多，常有的發(fā)光二級管/光敏三級管、發(fā)光二級管/光敏復合晶體管、發(fā)光二極管/光觸發(fā)可控硅等。</p><p>　　光電隔離器件是通過光電的轉換實現(xiàn)對輸出設備的控制，使控制與被控制對象間無電氣聯(lián)系，起到了隔離作用。隔離電壓與光電隔離器的結構形式有關。雙列直插式塑料封裝形式一般為2500V左右，陶瓷封裝形式一般為5000—10000V。不同型號的光

107、電隔離器其輸入電流也不同，一般為10mA左右。其輸出電流的大小將決定控制輸出外設的能力，一般負載電流比較小的外設可由光電隔離器直接帶動，若負載電流要求比較大時可在輸出端加驅動。</p><p>　　在輸出鎖存器與負載之間，通常要加驅動電路，以獲得必要的電流、電壓和功率。由于一般抗干擾源的輸出阻抗較高，即使用較高的抗干擾電壓，能提供的電流很小。光電耦合器是電流驅動器件，需要有足夠大的電流，才能使其導通。因此，光電耦

108、合器能有效地將輸入信號線中的干擾與控制器內部電路隔離開。</p><p>　　需要提及的是利用光電隔離時，被隔離的通道兩端必須單獨使用各自的電源。輸入和輸出通道不能共地，否則將從地線上引入干擾。</p><p>　　根據(jù)我們設計的車轍測試控制系統(tǒng)的控制方案，需要通過微機系統(tǒng)直接控制的有：曲柄滑塊驅動電機、加熱系統(tǒng)電熱絲、鼓風機、風扇、照明系統(tǒng)。因此需要在本設計中使用光電隔離電路。</

109、p><p>　　3.4.3 可控硅元件的工作原理及基本特性</p><p><b>　　(1)工作原理</b></p><p>　　可控硅是P1N1P2N2四層三端結構元件，共有三個PN結，分析原理時，可以把它看作由一個PNP管和一個NPN管所組成，其等效圖解如圖所示。</p><p>　　當陽極A加上正向電壓時，BG1和

110、BG2管均處于放大狀態(tài)。此時，如果從控制極G輸入一個正向觸發(fā)信號，BG2便有基流Ib2流過，經BG2放大，其集電極電流ic2=β2ib2。因為BG2的集電極直接與BG1的基極相連，所以Ib1=Iic2。此時，電流Ic2再經BG1放大，于是BG1的集電極電流ic1=β1*Ib1=β1*β2*Ib2。這個電流又流回到BG2的基極，表成正反饋，使ib2不斷增大，如此正向饋循環(huán)的結果，兩個管子的電流劇增，可控硅使飽和導通。</p>

111、<p>　　由于BG1和BG2所構成的正反饋作用，所以一旦可控硅導通后，即使控制極G的電流消失了，可控硅仍然能夠維持導通狀態(tài)，由于觸發(fā)信號只起觸發(fā)作用，沒有關斷功能，所以這種可控硅是不可關斷的。</p><p>　　由于可控硅只有導通和關斷兩種工作狀態(tài)，所以它具有開關特性，這種特性需要一定的條件才能轉化。</p><p><b>　?。?）基本伏安特性</b&g

112、t;</p><p>　　圖 可控硅基本伏安特性：</p><p>　　在觸發(fā)導通時控制極G上加入正向電壓，因J3正偏，P2區(qū)的空穴時入N2區(qū)，N2區(qū)的電子進入P2區(qū)，形成觸發(fā)電流IGT。在可控硅的內部正反饋作用的基礎上，加上IGT的作用，使可控硅提前導通，導致圖3的伏安特性OA段左移，IGT越大，特性左移越快。</p><p>　　圖 陽極和控制極均加正向電壓&

113、lt;/p><p>　　3.4.4 穩(wěn)壓電路的設計</p><p>　　穩(wěn)壓輸出電源是單片機系統(tǒng)中一個重要的模塊，它對單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定起著至關重要的作用。穩(wěn)壓器在近十多年發(fā)展很快，目前國內外已發(fā)展到幾百個品種。按電路的工作方式分，有線性集成穩(wěn)壓器和開關式集成穩(wěn)壓器。按電路的結構形式分，有單片式集成穩(wěn)壓器和組合式集成穩(wěn)壓器。按管腳的連接方式分，有三端式集成穩(wěn)壓器和多端式集成穩(wěn)壓器。按制造工藝分

114、，有半導體集成穩(wěn)壓器、薄膜混合集成穩(wěn)壓器和厚膜混合集成穩(wěn)壓器。按輸出電壓可分為固定式和可調式兩種。</p><p>　　我們在車轍測試中選用的三端固定式集成穩(wěn)壓器。此類穩(wěn)壓器有三個引出端：輸入端、輸出端和公共端。根據(jù)其輸出電壓極性可分為固定正輸出集成穩(wěn)壓器（CW78系列）和固定負輸出集成穩(wěn)壓器（CW79系列）。根據(jù)輸出電流的大小又可分為CW78XX型（表示輸出電流為1.5A）、CW78MXX型（表示輸出電流為0.