畢業(yè)論文-天車(chē)防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要目前很多廠礦企業(yè)車(chē)間使用的天車(chē)往往是多臺(tái)配合使用一直以來(lái)因天車(chē)碰撞發(fā)生的安全事故給國(guó)民生產(chǎn)生活造成了巨大損失的解決方案難以有效解決這一難題文將超聲波測(cè)距技術(shù)應(yīng)用于該系統(tǒng)出了一種較為可靠的方案。本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)為核心統(tǒng)的控制模塊統(tǒng)的調(diào)度，信號(hào)的處理給出相關(guān)的外圍接口電路聲波接收模塊選用CX20106作為接收器完成信號(hào)的采集處理放大電機(jī)減速模塊選用西門(mén)子MM440變頻器利用DAC0832將單片機(jī)的數(shù)字控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬控制信號(hào)然后將模擬信號(hào)輸入到變頻器中達(dá)到改變頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的利用單片機(jī)對(duì)超聲波往返時(shí)間的計(jì)算，達(dá)到測(cè)量天車(chē)距離的目的。然后使用液晶模塊顯示實(shí)時(shí)距離，并利用單片機(jī)判斷天車(chē)距離是否達(dá)到報(bào)警距離和危險(xiǎn)距離，并做出相應(yīng)的處理。本文設(shè)計(jì)的天車(chē)防碰撞系統(tǒng)技術(shù)可靠經(jīng)濟(jì)實(shí)用有很好的使用價(jià)值計(jì)功能完善，接口資源豐富，可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。關(guān)鍵詞片機(jī)；超聲波；測(cè)距；報(bào)警I

AbstractCranesareusedinmanyfactories．All，incidentsincranescollisionofTraditionalsolutionsCannoteffectivelythisInthisidentificationtechnologyhasbeenusedinproposedreliableoption．designmicrocontrollerasthecore,tosystemmodule,forscheduling,processing,theassociatedperipheralinterfacecircuit.CX20106ultrasonicreceiverasareceiver,signalprocessingmoduletheuseofdigitalcontrolmicrocontrollerthethesignalinputtheinverterthepurposeofmotorspeed.theuseofsingle-chipultrasonictimethepurposemeasuringLCD1602displaymoduleusethereal-timedistance,useofmicrocontrollerwhetherdistancefromappropriateofcraneanti-collisionreliableandeconomicalhasaverygoodvalue.theisrichsystemcandevelopment.:microcontroller；ultrasonic；range-distance；warning;II

目錄第1章緒論

.................................................................................................................................11.1天車(chē)防碰系統(tǒng)研究意義與前景

...............................................................................11.2天車(chē)防碰系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展

....................................................................................11.3任務(wù)要求第2章方案論證

2.1總方案框圖

..................................................................................................................32.2主控制模塊的選擇

.....................................................................................................32.3測(cè)距模塊的選擇

.........................................................................................................42.4顯示模塊的選擇

..........................................................................................................62.5電機(jī)調(diào)速模塊的選擇

.................................................................................................7方案確定

..............................................................................................................................12第3章硬件電路設(shè)計(jì)

.............................................................................................................133.1AT89C51主控制模塊

3.2CX20106超聲波接受模塊

......................................................................................153.3發(fā)射電路方案設(shè)計(jì)3.4系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)

3.5驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

........................................................................................................17第4章軟件設(shè)計(jì)

......................................................................................................................254.1系統(tǒng)軟件功能程序流程圖

......................................................................................254.2系統(tǒng)安全天車(chē)距離模型

...........................................................................................284.2.1系統(tǒng)安全跟車(chē)距離模型的建立

4.2.2模型中各參數(shù)的確定

第5章結(jié)論

致謝

...............................................................................................................................................34參考文獻(xiàn)

......................................................................................................................................35附錄Ⅰ

.........................................................................................................................................36附錄Ⅱ

錯(cuò)誤未義簽附錄Ⅲ

錯(cuò)誤未義簽II

第緒論1.1天車(chē)防碰系統(tǒng)研究意義與前景天車(chē)又稱(chēng)起重機(jī)、吊車(chē)，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要裝備，種類(lèi)繁多，使用量大它是一種用來(lái)起吊放下和搬運(yùn)重物的設(shè)備在工礦企業(yè)中應(yīng)用非常廣泛橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行起重小車(chē)沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行構(gòu)成矩形的工作范圍可以充分利用橋架下面的空間吊運(yùn)物料不受地面設(shè)備的阻礙隨著天車(chē)在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位越來(lái)越重要天車(chē)的使用越來(lái)越廣泛對(duì)于天車(chē)的使用管理與安全檢驗(yàn)等方面的要求也越來(lái)越嚴(yán)格，尤其是安全檢驗(yàn)方面。為此，國(guó)家專(zhuān)門(mén)頒布了《起重機(jī)安全檢驗(yàn)大綱》等規(guī)定，對(duì)起重機(jī)的安全防碰撞裝置有了更新的要求。很多廠礦企業(yè)車(chē)間使用的天車(chē)往往是多臺(tái)配合使用，以起吊大型超重的設(shè)備。在同一建筑物內(nèi)，同層、上下層、或上中下三層設(shè)置軌道運(yùn)行式起重機(jī)的情況下，由于調(diào)度不易，容易出現(xiàn)碰撞事故，造成操作人員生命威脅和財(cái)產(chǎn)損失。而且天車(chē)使用頻繁、現(xiàn)場(chǎng)灰塵大、噪音大、電磁干擾嚴(yán)重、環(huán)境惡劣，尤其是夜間操作時(shí)，視線(xiàn)昏暗，更容易出現(xiàn)生產(chǎn)事故。近年來(lái)，天車(chē)撞人致傷、致死事故屢屢發(fā)生經(jīng)分析事故發(fā)生的原因是天車(chē)自帶的安全裝置即防碰撞裝置未起作用或根本就沒(méi)有安裝防碰撞裝置所致因此研究一種安全可靠能夠穩(wěn)定運(yùn)行的天車(chē)防碰系統(tǒng)有著重要的意義。1.2天車(chē)防碰系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展天車(chē)防碰系統(tǒng)是石油、天然氣、鹽業(yè)、地礦等鉆探作業(yè)中，鉆機(jī)游動(dòng)滑車(chē)頂撞天車(chē)事故安全預(yù)防的保障系統(tǒng)隨著微電子學(xué)傳感技術(shù)自動(dòng)化控制的迅猛發(fā)展些技術(shù)已經(jīng)完全應(yīng)用于天車(chē)防碰系統(tǒng)中現(xiàn)了新一代的數(shù)顯防碰裝置。在鉆井過(guò)程中它能對(duì)鉆機(jī)游動(dòng)滑車(chē)的上升或下放過(guò)程實(shí)行直觀的高度顯示并對(duì)頂撞天車(chē)事故實(shí)施隨鉆監(jiān)測(cè)、聲光報(bào)警、自動(dòng)控制，特別在雪天、雨天、大霧天夜間等特殊情況下使司鉆可直觀方便地通過(guò)觀察顯示數(shù)據(jù)而清楚地知道此刻游動(dòng)滑車(chē)所處的距離位置。天車(chē)防碰系統(tǒng)發(fā)展分為普通型防碰系統(tǒng)和數(shù)字型防碰系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外1997年以前生產(chǎn)的天車(chē)上配備大多為普通型防碰系統(tǒng)是通過(guò)絞車(chē)滾筒軸上方的防碰肘閥(過(guò)卷閥)來(lái)控制剎車(chē)氣路。國(guó)外公司系列天車(chē)、修井機(jī)所采用的天1

車(chē)防碰系統(tǒng)(KOoMEY公司的產(chǎn)品)均屬此原理內(nèi)部分產(chǎn)品離合器控制閥的進(jìn)氣不是來(lái)自天車(chē)防碰開(kāi)關(guān)，天車(chē)防碰系統(tǒng)不起作用，離合器仍能結(jié)合進(jìn)行作業(yè)，一旦滾筒過(guò)卷剎車(chē)氣缸作用滾筒離合器不能自動(dòng)斷開(kāi)如果司鉆沒(méi)能及時(shí)關(guān)閉離合器控制閥動(dòng)力或傳動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能仍能輸入滾筒滾筒在動(dòng)力或傳動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能和剎車(chē)的共同作用下，不能保證迅速制動(dòng)。自從1997年數(shù)顯防碰天車(chē)問(wèn)世以來(lái)，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的電驅(qū)動(dòng)天車(chē)及部分機(jī)械驅(qū)動(dòng)天車(chē)配備了此套裝置是集顯示天車(chē)游動(dòng)滑車(chē)距離及防止游動(dòng)滑車(chē)碰撞天車(chē)于一身的新型控制器，能顯示游動(dòng)滑車(chē)從0.1m至鉆臺(tái)上200內(nèi)任意位置距離，具有在特定位置報(bào)警并對(duì)絞車(chē)制動(dòng)的動(dòng)能，可以大大方便司鉆的操作。該裝置由可編程控制器數(shù)顯操作盤(pán)編碼器等主要部件組成由安裝在絞車(chē)滾筒軸端的編碼器將游車(chē)大鉤的距離轉(zhuǎn)換成絞車(chē)滾筒的旋轉(zhuǎn)量再把滾筒的旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)化成脈沖輸出給可編程控制器可編程控制器通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算將編碼器送來(lái)的脈沖進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換后輸出2路信號(hào)一路送至數(shù)顯操作盤(pán)以供顯示一路輸出給天車(chē)電動(dòng)機(jī)，控制剎車(chē)動(dòng)作。普通型天車(chē)防碰系統(tǒng)根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用情況的考查工作基本正常但由于天車(chē)防碰系統(tǒng)屬于一種安全預(yù)防事故發(fā)生的裝置安全可靠很總要普通型天車(chē)防碰系統(tǒng)屬于傳統(tǒng)機(jī)械式防碰系統(tǒng)。無(wú)法顯示實(shí)時(shí)距離，設(shè)備可靠性差。已經(jīng)屬于淘汰產(chǎn)品。數(shù)顯型天車(chē)防碰系統(tǒng)數(shù)顯天車(chē)防碰系統(tǒng)以其安全可靠操作簡(jiǎn)便數(shù)據(jù)直觀等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)完全被現(xiàn)場(chǎng)使用者所認(rèn)可在近幾年現(xiàn)場(chǎng)使用情況的基礎(chǔ)上又對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)使用性能不斷趨于合理和完善從而很好的滿(mǎn)足了天車(chē)現(xiàn)場(chǎng)的需要。1.3任務(wù)要求該設(shè)計(jì)主要完成對(duì)天車(chē)距離的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警。包括傳感器與測(cè)量電路設(shè)計(jì)、報(bào)警電路設(shè)計(jì)、主機(jī)及擴(kuò)展部分設(shè)計(jì)、通信部分和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。技術(shù)要求：（1）天車(chē)行進(jìn)不能碰撞。（2）當(dāng)天車(chē)之間的距離小于米時(shí)，提出聲光報(bào)警，當(dāng)距離小2米時(shí)，切斷天車(chē)的電源并啟動(dòng)制動(dòng)裝置同時(shí)繼續(xù)報(bào)警只有當(dāng)天車(chē)啟動(dòng)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)才能重新開(kāi)啟天車(chē)。（3）距離檢測(cè)范圍：檢測(cè)精度：0.1m；當(dāng)距離小于時(shí)，控制天車(chē)減速，并以低速運(yùn)行，防止因天車(chē)高速行進(jìn)并瞬間急停造成吊鉤的擺動(dòng)。（4）

檢測(cè)目標(biāo)距離并顯示在液晶屏上；2

第方案論證2.1總方案框圖如2.1系統(tǒng)方框圖所示單片機(jī)作為主控制模塊。超聲波發(fā)生器發(fā)射超聲波，之后接收模塊接收到反饋信號(hào)。利用發(fā)射與接收的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出天車(chē)的距離，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理判斷。并進(jìn)行距離顯示。當(dāng)單片機(jī)判斷為警報(bào)距離時(shí)光報(bào)警模塊便會(huì)啟動(dòng)以提醒天車(chē)駕駛員注意同時(shí)控制模塊控制三相電機(jī)減速當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到危險(xiǎn)距離時(shí)單片機(jī)會(huì)強(qiáng)制輸出停止指令令電動(dòng)機(jī)馬上停止。從而保證了人員安全。只有距離大于危險(xiǎn)距離時(shí)，電機(jī)才能前進(jìn)。超聲波發(fā)生器超聲波接收傳感器

主控制模塊

LCD顯聲光報(bào)警模塊控制模塊電源

交流電機(jī)圖2.1系統(tǒng)方框圖2.2主控制模塊的選擇單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及其采用的半導(dǎo)體工藝之具有顯著的特點(diǎn)的性?xún)r(jià)比。大大降低了控制成本。單片機(jī)的體積小可靠性高其內(nèi)部采用總線(xiàn)式結(jié)構(gòu)減少了各芯片之間的連線(xiàn)，大大提高了單片機(jī)的可靠性和抗干擾能力，可以用于惡劣的環(huán)境下工作。單片機(jī)的控制能力強(qiáng)大能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求單片機(jī)指令系統(tǒng)中均含有豐富的轉(zhuǎn)移指令I(lǐng)/O接口指令及位處理功能單片機(jī)的邏輯控制功能均高于同一檔次的微機(jī)。因此選用單片機(jī)作為主控制器。是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能位單片機(jī)，片內(nèi)含3

4K可反復(fù)檫寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(PERONM)和隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用位中央處理器和存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，性?xún)r(jià)比高，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域2.3測(cè)距模塊的選擇本文涉及到距離的檢測(cè)?？捎?種方案供選擇。其一是激光測(cè)距，其二是超聲波測(cè)距。于題目要求的測(cè)距范圍是下因此激光的波速太快其往返時(shí)間太短，接收系統(tǒng)很難捕捉到反射信號(hào)。而且在工廠中，油污粉塵比較大。而激光的衍射能力弱激光發(fā)射器探頭極易受到油污的干擾因此不能選擇激光測(cè)距系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)多方面研究調(diào)查，選用超聲波發(fā)生器最為合適。因?yàn)槌暡ǖ牟ㄋ俾?。因?0的距離往返時(shí)間比較大。接收器更容易捕捉到反射信號(hào)。為了以超聲波作為檢測(cè)手段必須產(chǎn)生超生波和接收超聲波此我們需要設(shè)計(jì)使用超聲波發(fā)送器和接收器聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化，即在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波;而在收到回波的時(shí)候則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)防撞報(bào)警系統(tǒng)主要是利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，所以選擇超聲波方案。超聲波測(cè)距的原理一般采用渡越時(shí)間法。首先測(cè)出超聲波從發(fā)射到遇到障礙物返回所經(jīng)歷的時(shí)間乘以超聲波的速度就得到二倍的聲源與障礙物之間的距離，即S=VT.超聲波接收器使用芯片使用集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大濾波該芯片接受信號(hào)后直接進(jìn)行處理分析輸出數(shù)字信號(hào)可直接輸入單片機(jī)不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換可以大大的簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)從而降低設(shè)計(jì)成本。該題目的重點(diǎn)是距離檢測(cè)次選擇設(shè)計(jì)一個(gè)好的超聲波傳感器就顯得尤為重要。下面介紹一下壓電式傳感器的原理和設(shè)計(jì)思路。壓電式超聲波傳感器是利用壓電效應(yīng)的原理將電能和超聲波相互轉(zhuǎn)化在發(fā)射超聲波的時(shí)候，將電能轉(zhuǎn)換，發(fā)射超聲波；而在收到回波的時(shí)候，則將超聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。超聲波發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板它的兩極外加脈沖信號(hào)其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時(shí)壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振并帶動(dòng)共振板振動(dòng)，便產(chǎn)生超聲波。如果兩電極間未外加電壓當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)將壓迫壓電晶片作振4

動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了，如圖：圖2.2超聲波接收器超聲波傳感器的基本特性有頻率特性和指向特性里以課題中選用的傳感器特性為例子。圖2.3超聲波傳感器的升壓能級(jí)靈敏度如圖2.3所示是超聲波發(fā)射傳感器的升壓能級(jí)和靈敏度其中處為超聲發(fā)射傳感器的中心頻率，在40KHz處，超聲發(fā)射傳感器所產(chǎn)生的超聲機(jī)械波最強(qiáng)，也就是說(shuō)在40KHz處所產(chǎn)生的超聲聲壓能級(jí)最高。而在40KHz兩側(cè)，聲壓能級(jí)迅速衰減。因此，超聲波發(fā)射傳感器一定要使用非常接近中心頻率40KHz的交流電壓來(lái)激勵(lì)。另外超聲波接收傳感器的頻率特性與發(fā)射傳感器的頻率特性類(lèi)似曲線(xiàn)在40KHz處曲線(xiàn)最尖銳輸出電信號(hào)的幅度最大在40KHz處接收靈敏度最高。因此超聲波接收傳感器具有很好的頻率選擇特性超聲接收傳感器的頻率特性曲線(xiàn)和輸出端外接電阻R有很大關(guān)系，如很大，頻率特性是尖銳共振的，并目在這個(gè)共振頻率上靈敏度很高。如果較小，頻率特性變得光滑而具有較寬得帶寬，同時(shí)靈敏度也隨之降低。并目最大靈敏度向稍低的頻率移動(dòng)。因此，超聲接收傳感器應(yīng)與輸入阻抗高的前置放大器配合使用能有較高得接收靈敏5

度。考慮到實(shí)際工程測(cè)量要求,可以選用超聲波的頻率f=,波長(zhǎng)=0.85cm。實(shí)際的超聲波傳感器中的壓電晶片是一個(gè)小圓片以把表而上每個(gè)點(diǎn)看成一個(gè)振蕩源，輻射出一個(gè)半球而波(子波，這些子波沒(méi)有一指向性。但離開(kāi)超聲傳感器得空間某一點(diǎn)的聲壓是這些子波迭加的結(jié)果(衍射)有一指向性2.4是電路中選用的發(fā)射傳感器的指向圖。圖2.4超聲波傳感器指向特性結(jié)構(gòu)超聲傳感器的指向圖由一個(gè)主瓣和幾個(gè)副瓣構(gòu)成物理意義是度時(shí)電壓最大，角度逐漸增大時(shí)，聲壓減小。超聲傳感器的指向角一般為40到80，課題要求發(fā)射傳感器的指向角為度。綜上所述選擇恒隆達(dá)GH-311RT聲波模塊。論文基于單片機(jī)天車(chē)防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將超聲波測(cè)距系統(tǒng)和單片機(jī)結(jié)合于一體設(shè)計(jì)出一種基于AT89C51單機(jī)的天車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用軟、硬件結(jié)合的方法，具有模塊化和多用化的特點(diǎn)。2.4顯示模塊的選擇單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的顯示器件LED和LCD這兩種器件都具有成本低廉、配置靈活、與單片機(jī)接口方便的特點(diǎn)LCD每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光而不像陰極射線(xiàn)管顯示器那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高且不會(huì)閃爍。液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。而且體積小、重量輕。液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示的目的重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低。相對(duì)而言，LCD的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。因此根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求對(duì)天車(chē)距離進(jìn)行顯示選擇LCD示，且由于需要顯6

示的內(nèi)容不多，所以選LCD顯示模塊。在液(LCD)方面，從選型角度，我們將常見(jiàn)液晶分為以下幾類(lèi)：段式（也稱(chēng)8字）、字符型和圖形點(diǎn)陣。常見(jiàn)段式液晶的每字為8段組成8字和一點(diǎn)能顯示數(shù)字和部分字母，如果必須顯示其它少量字符漢字和其它符號(hào)一般需要從廠家定做可以將所要顯示的字符漢字和其它符號(hào)固化在指定的位置比如計(jì)算器于段式液晶，我們提供定做業(yè)務(wù)字符型液晶顧名思義字符型液晶是用于顯示字符和數(shù)字的對(duì)于圖形和漢字的顯示方式與段式液晶無(wú)異字符型液晶一般有以下幾種分辨率8×116×116×216×420×220×440×240×4其中、2040)的意義為一行可顯示的字符(數(shù)字)數(shù)1(2、4)的意義是指顯示行數(shù)。因此綜上所述，液晶模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。LCD1602模塊可以顯示兩行，每行16個(gè)字符，采用5V電源供電，外圍電路配置簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，與有很高的性?xún)r(jià)比。因此選擇LCD1602作為顯示模塊2.5電機(jī)調(diào)速模塊的選擇在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級(jí)調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對(duì)數(shù)的多速電動(dòng)機(jī)變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無(wú)換向電動(dòng)機(jī)調(diào)速等。從調(diào)速時(shí)的能耗觀點(diǎn)來(lái)看有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種高效調(diào)速指時(shí)轉(zhuǎn)差率不變因此無(wú)轉(zhuǎn)差損耗如多速電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法（如串級(jí)調(diào)速等）。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中電磁離合器的調(diào)速方法能量損耗在離合器線(xiàn)圈中液力偶合器調(diào)速能量損耗在液力偶合器的油中一般來(lái)說(shuō)轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，如果調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。（1）變極對(duì)數(shù)調(diào)速方法這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接紅方式來(lái)改變籠型電動(dòng)機(jī)定子極對(duì)數(shù)達(dá)到調(diào)速目的，特點(diǎn)如下：具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好；無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，效率高；線(xiàn)簡(jiǎn)單、控制方便、價(jià)格低；有級(jí)調(diào)速，級(jí)差較大，不能獲得平滑調(diào)速；可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。本方法適用于不需要無(wú)級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。（2）變頻調(diào)速方法變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。7

變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)備是提供變頻電源的變頻器頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類(lèi)目前國(guó)內(nèi)大都使用交－直－交變頻器其特點(diǎn)：效率高，調(diào)速過(guò)程中沒(méi)有附加損耗；用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機(jī)；調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)高，維護(hù)檢修困難。本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場(chǎng)合。（3）串級(jí)調(diào)速方法串級(jí)調(diào)速是指繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的附加電勢(shì)來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差達(dá)到調(diào)速的目的大部分轉(zhuǎn)差功率被串入的附加電勢(shì)所吸收再利用產(chǎn)生附加的裝置把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式串級(jí)調(diào)速可分為電機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械串級(jí)調(diào)速及晶閘管串級(jí)調(diào)速形式，多采用晶閘管串級(jí)調(diào)速，其特點(diǎn)為：可將調(diào)速過(guò)程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機(jī)械上，效率較高；裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速％－％的生產(chǎn)機(jī)械上；調(diào)速裝置故障時(shí)可以切換至全速運(yùn)行，避免停產(chǎn)；晶閘管串級(jí)調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。本方法適合于風(fēng)機(jī)、水泵及軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、擠壓機(jī)上使用。（4）繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電阻使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大電動(dòng)機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。串入的電阻越大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級(jí)調(diào)速，機(jī)械特性較軟。（5）定子調(diào)壓調(diào)速方法當(dāng)改變電動(dòng)機(jī)的定子電壓時(shí)可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線(xiàn)從而獲得不同轉(zhuǎn)速由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比因此最大轉(zhuǎn)矩下降很多其調(diào)速范圍較小使一般籠型電動(dòng)機(jī)難以應(yīng)用為了擴(kuò)大調(diào)速范圍調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動(dòng)機(jī)如專(zhuān)供調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動(dòng)機(jī)或者在繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運(yùn)行范圍，當(dāng)調(diào)速在：以上的場(chǎng)合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。調(diào)壓調(diào)速的主要裝置是一個(gè)能提供電壓變化的電源目前常用的調(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為最佳。調(diào)壓調(diào)速的特點(diǎn)：調(diào)壓調(diào)速線(xiàn)路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；調(diào)壓過(guò)程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中效率較低。調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機(jī)械。（6）電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)由籠型電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)差離合器和直流勵(lì)磁電（控制器三部分組成直流勵(lì)磁電源功率較小通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成改變晶閘管的導(dǎo)通角，可以改變勵(lì)磁電流的大小。電磁轉(zhuǎn)差離合器由電樞、磁極8

和勵(lì)磁繞組三部分組成電樞和后者沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系都能自由轉(zhuǎn)動(dòng)電樞與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱(chēng)主動(dòng)部分由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)磁極用聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載軸對(duì)接稱(chēng)從動(dòng)部分當(dāng)電樞與磁極均為靜止時(shí)如勵(lì)磁繞組通以直流則沿氣隙圓周表面將形成若干對(duì)NS極性交替的磁極其磁通經(jīng)過(guò)電樞當(dāng)電樞隨拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于電樞與磁極間相對(duì)運(yùn)動(dòng)因而使電樞感應(yīng)產(chǎn)生渦流此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式變動(dòng)轉(zhuǎn)差離合器的直流勵(lì)磁電流便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)：裝置結(jié)構(gòu)及控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維修方便；速平滑、無(wú)級(jí)調(diào)速；對(duì)電網(wǎng)無(wú)諧影響；度失大、效率低。本方法適用于中、小功率，要求平滑動(dòng)、短時(shí)低速運(yùn)行的生產(chǎn)機(jī)械。（7）液力耦合器調(diào)速方法液力耦合器是一種液力傳動(dòng)裝置般由泵輪和渦輪組成們統(tǒng)稱(chēng)工作輪，放在密封殼體中。殼中充入一定量的工作液體，當(dāng)泵輪在原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于其中的液體受葉片推動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進(jìn)入渦輪時(shí)，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力使其帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)液力耦合器的動(dòng)力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)相對(duì)充液量的大小是一致的在工作過(guò)程中改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉(zhuǎn)速，作到無(wú)級(jí)調(diào)速，其特點(diǎn)為：功率適應(yīng)范圍大，可滿(mǎn)足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，使用及維修方便，且造價(jià)低；尺寸小，能容大；控制調(diào)節(jié)方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。本方法適用于風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速。改變供電電壓的頻率可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的速度控制，這就是變頻器調(diào)速現(xiàn)在變頻器在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的使用越來(lái)越廣泛這得益于變頻調(diào)速性能的提高和變頻器價(jià)格的大幅度降低。實(shí)現(xiàn)變頻器調(diào)速的關(guān)鍵因素有兩點(diǎn)一是大功率開(kāi)關(guān)器件雖然早就知道變頻器調(diào)速是交流調(diào)速中最好的方法是受限于大功率電力電子器件的實(shí)用化問(wèn)題變頻器調(diào)速直到實(shí)際年代才取得了長(zhǎng)足的發(fā)展二是微處理器的發(fā)展加上變頻控制方式的深入研究使得變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高性能、高可靠性。變頻調(diào)速的特點(diǎn)有可以使用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)可以連續(xù)調(diào)速可以通過(guò)電子回路改變相序、改變旋轉(zhuǎn)方向。其優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)電流小，可調(diào)節(jié)加減速度，電動(dòng)機(jī)可以高速化和小型化，防爆容易，保護(hù)功能齊全。變頻調(diào)速的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，原因是節(jié)能效果顯著。它應(yīng)用于機(jī)床和起重機(jī)等。變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)必須使用變頻器頻器有很多種類(lèi)型宣選擇合適的變頻器很重要。9

根據(jù)變流分類(lèi)可分為現(xiàn)在使用的變頻器主電路大多數(shù)為交-直-交電壓型變頻器，它整流器、中間電路和逆變器組成，而對(duì)逆變器的控制主要采V/f制、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制三種方式。變頻器的選擇大致分為3類(lèi)，通用型變頻器、高性能變頻器和專(zhuān)用變頻器。（1）通用型變頻器通常指配備一般控制方式的變頻器，也成簡(jiǎn)易變頻器。該類(lèi)變頻器成本較低，使用較為廣泛。（2）高性能變頻器通常指配備矢量控制功能的變頻器。該類(lèi)變頻器使得自適應(yīng)功能更加完善，用于對(duì)調(diào)速性能較高的場(chǎng)合。（3）專(zhuān)用變頻器針對(duì)某種類(lèi)型的機(jī)械而設(shè)計(jì)的變頻器，如泵、風(fēng)機(jī)用變頻器，電梯專(zhuān)用變頻器，起重機(jī)專(zhuān)用變頻器，張力控制變頻器等。綜合本設(shè)計(jì)的要求，我們選擇通用型變頻器。變頻器容量的選擇變頻器的容量一般用額定輸出電流A)、輸出容量kVA)、適用電動(dòng)機(jī)功率(kW)表示。其中，額定輸出電流為變頻器可以連續(xù)輸出的最大交流電流有效值。額定輸出電流采用變頻器驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)在異步電動(dòng)機(jī)確定后通常應(yīng)根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選擇變頻器，或者根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的電流值(最大值)來(lái)選擇變頻器。（1）連續(xù)運(yùn)行的場(chǎng)合由于變頻器供給電動(dòng)機(jī)的電流是脈動(dòng)電流脈動(dòng)值比工頻供電時(shí)的電流要大。因此須將變頻器的容量留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?。一般令變頻器的額定輸出電流（～）倍的電動(dòng)機(jī)的額定電(銘牌值)或電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行中的最大電流。（2）短時(shí)加、減速運(yùn)行的場(chǎng)合變頻器的最大輸出轉(zhuǎn)矩是由變頻器的最大輸出電流決定的一般情況下對(duì)于短時(shí)間的加減速而言變頻器允許達(dá)到額定輸出電流130%～150%(視變頻器容量有別)因此，在短時(shí)間加、減速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩也可以增大；反之如只需要較小的加、減速轉(zhuǎn)矩時(shí)，也可降低選擇變頻器的容量。由于電流的脈動(dòng)原因，此時(shí)應(yīng)將變頻器的最大輸出電流降低后再進(jìn)行選定。（3）頻繁加、減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的場(chǎng)合對(duì)于頻繁加、減速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)行曲線(xiàn)如所示。變頻器容量的選定可根據(jù)加速恒速減速等各種運(yùn)行狀態(tài)下變頻器的電流值來(lái)確定變頻器額定輸出電流IINV。10

額定輸出電壓變頻器的輸出電壓按電動(dòng)機(jī)的額定電壓選定。在我國(guó)低壓電動(dòng)機(jī)多數(shù)為380V可選用400V列變頻器應(yīng)當(dāng)注意變頻器的工作電壓是按曲線(xiàn)變化的。變頻器規(guī)格表中給出的輸出電壓是變頻器的可能最大輸出電壓，即基頻下的輸出電壓。輸出頻率變頻器的最高輸出頻率根據(jù)機(jī)種不同而有很大不同120、240或更高Hz/60Hz的變頻器以在額定速度以下范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)為目的，大容量通用變頻器幾乎都屬于此類(lèi)。最高輸出頻率超過(guò)工頻的變頻器多為小容量。在50Hz/60Hz以上區(qū)域，由于輸出電壓不變，為恒功率特性，要注意在高速區(qū)轉(zhuǎn)矩的減小。例如，車(chē)床根據(jù)工件的直徑和材料改變速度，在恒功率的范圍內(nèi)使用；在輕載時(shí)采用高速可以提高生產(chǎn)率，但需注意不要超過(guò)電動(dòng)機(jī)和負(fù)載的允許最高速度?？紤]到以上各點(diǎn)據(jù)變頻器的使用目的所確定的最高輸出頻率來(lái)選擇變頻器。變頻器內(nèi)部產(chǎn)生的熱量大考慮到散熱的經(jīng)濟(jì)性除小容量變頻器外幾乎都是開(kāi)啟式結(jié)構(gòu)，采用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。變頻器設(shè)置場(chǎng)所在室外或周?chē)h(huán)境惡劣時(shí)，最好裝在獨(dú)立盤(pán)上，采用具有冷卻熱交換裝置的全封閉式結(jié)構(gòu)。對(duì)于小容量變頻器在粉塵油霧多的環(huán)境或者棉絨多的紡織廠也可采用全封閉式結(jié)構(gòu)。變頻器容量的選擇歸根結(jié)底是對(duì)其額定電流的選擇的原則是變頻器的額定電流一定要大于拖動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的最大電流。由于本設(shè)計(jì)是驅(qū)動(dòng)單一的電機(jī)以變頻器的額定電流選擇為電動(dòng)機(jī)的額定電流的1.倍即可。綜上所述減速控制模塊選用西門(mén)子MM440變頻器作為速控制模塊因?yàn)樽冾l控制是目前最簡(jiǎn)單有效的交流電機(jī)速度控制方法以實(shí)現(xiàn)高性能高可靠性的控制。只要將單片機(jī)的數(shù)字控制型號(hào)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入到變頻器中就可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。因?yàn)镈AC0832微處理器完全兼容。具有8為分辨率。其價(jià)格便宜、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。因此數(shù)模轉(zhuǎn)換選用了DAC0832芯片。由于電機(jī)需要根據(jù)單片機(jī)的判斷工作，電機(jī)為高壓設(shè)備，為了防止高壓電進(jìn)入燒壞單片機(jī)因此電機(jī)的真反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)需要做光電隔離選用TCP571作為光電隔離。11

方案確定綜上所述，本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)天車(chē)防撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是利用超聲波的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，將超聲波測(cè)距系統(tǒng)和單片機(jī)結(jié)合于一體，使用作為超聲波接收模塊作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片液晶顯示模塊。利用變頻器西門(mén)子MM440進(jìn)行點(diǎn)擊調(diào)速。12

第硬件電路設(shè)計(jì)3.1AT89C51主控制模塊本系統(tǒng)中所用到的主要芯片有單片機(jī)DAC0832、。

AT89C51、是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能位單片機(jī)，片內(nèi)含4K可反復(fù)檫寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器(PERONM)和隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用位中央處理器和存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大，性?xún)r(jià)比高，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[3]。與產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容，4K字節(jié)可重檫寫(xiě)Flash閃速存儲(chǔ)器，1000次檫寫(xiě)周期，全靜態(tài)操作：，三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器節(jié)內(nèi)部RAM32可編程I/O線(xiàn)，個(gè)16定時(shí)/計(jì)數(shù)器，個(gè)中斷源，可編程串行通道，低功耗空閑和掉電模式。的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示圖3.1AT89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖所示該模塊選用單片機(jī)作為主控模塊，利用液晶顯示實(shí)時(shí)距離。鈕復(fù)位按鈕S2為電機(jī)前進(jìn)按鈕電機(jī)后退按鈕。13

口接發(fā)光二極管用于危險(xiǎn)距離警示。P2.6接蜂鳴器報(bào)警器。報(bào)警系統(tǒng)將在單片機(jī)檢測(cè)到危險(xiǎn)距離時(shí)啟動(dòng)。此時(shí)口輸出高電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器通電。X1\X2引腳外接晶振。P0口作為輸出口時(shí)必須外外接上拉電阻才能有高電平輸出。VCC

1K

1K

1K

1K

1K

1K1K1K

Rx

VDDVQR/W

RET

VCC

DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7VCC

7K

7K

P3.0/RXDXD

_EAALE

7K

VCC

LEDALEDE

VCC

ILEVCC

DI0

XTAL2XTAL1

DI1DI2DI3VCC

Y112M

BELL

DI4DI5DI6LED

DI7

DGNDVCC圖3.2AT89C51控制電路圖中D是采樣頻率為八位D/A轉(zhuǎn)換器件DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)

TitleB

資料:芯片有兩級(jí)輸入寄存器D具備雙緩沖單緩沖和直通三種輸

File:

H:\入方式，以便適于各種電路的需要如要求多D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線(xiàn)性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)這個(gè)供功能。運(yùn)放的反饋電阻可通過(guò)RFB端引用片內(nèi)固有電阻，海可以外接。當(dāng)高電平控制調(diào)速數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入到M進(jìn)行電機(jī)減速只要二進(jìn)制數(shù)據(jù)送到DAC0832的數(shù)據(jù)口,會(huì)自動(dòng)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為相應(yīng)的電壓。但電壓輸出一般不可能達(dá)到基準(zhǔn)。電.要想達(dá)到基準(zhǔn)電壓則要提高運(yùn)放的電壓。當(dāng)基準(zhǔn)為負(fù)是,只要提高運(yùn)放的正電壓就可以使輸出達(dá)到基準(zhǔn)電壓了，當(dāng)基準(zhǔn)為正是,則提高運(yùn)放的負(fù)電壓，一般的運(yùn)放提高兩伏就可以了。其他模塊將在具體模塊介紹中詳細(xì)說(shuō)明。14

ffff3.2CX20106超聲波接受模塊如圖3.3所示使用集成電路對(duì)接收探頭受到的信號(hào)進(jìn)行放大。其總放大增益80db以下是的引腳接法。1：超聲信號(hào)輸入端，該腳的輸入阻抗約為Ω。2腳腳與地之間連接RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)們是負(fù)反饋串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成部分，改變它們的數(shù)值能改變前置放大器的增益和頻率特性電R40或減將使負(fù)反饋量增大，放大倍數(shù)下降，反之則放大倍數(shù)增大。但的改變會(huì)影響到頻率特性般在實(shí)際使用中不必改動(dòng)用參數(shù)為Ωμ。3該腳與地之間連接檢波電容電容量大為平均值檢波瞬間相應(yīng)靈敏度低；若容量小，則為峰值檢波，瞬間相應(yīng)靈敏度高，但檢波輸出的脈沖寬度變動(dòng)大，易造成誤動(dòng)作，選用參數(shù)為3.3μfI

CGA

C

G

CR

C

O

CR

XC345+C

C

R

C

R

k+

R

k

圖3.3CX20106超聲波信號(hào)接收塊4：接地端。5：該腳與電源間接入一個(gè)電阻，用以設(shè)置帶通濾波器的中心頻f0，阻值越大，中心頻率越低。取Ω時(shí)，≈6：該腳與地之間接一個(gè)積分電容，標(biāo)準(zhǔn)值為，如果該電容取得太大，會(huì)使探測(cè)距離變短。7：遙控命令輸出端，它是集電極開(kāi)路輸出方式，因此該引腳必須接上一個(gè)上拉電阻到電源端，推薦阻值22k，沒(méi)有接受信號(hào)是該端輸出為高電平，有信號(hào)時(shí)則產(chǎn)生下降。8：電源正極，4.5～5V15

3.3發(fā)射電路方案設(shè)計(jì)單片機(jī)與超聲波發(fā)生器之間接入一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路如圖所示在單片機(jī)的一個(gè)輸出口接一個(gè)非門(mén)而后接入由4個(gè)非門(mén)兩兩并聯(lián)的電路由于非門(mén)是有源器件，這樣就使得輸入倍頻電路的信號(hào)能量大大提高，起到驅(qū)動(dòng)電路的功能

。圖3.4超聲波發(fā)射模塊3.4系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)使用作為顯示模塊。顯示天車(chē)的實(shí)時(shí)距離具有一下特點(diǎn)：圖3.5LCD1602模塊圖3.6中為電源地為電電源為輸入指令輸入據(jù)控制，R/W為讀寫(xiě)指令控制腳為1時(shí)讀取信息下降沿時(shí)執(zhí)行指令線(xiàn)DB0~DB7接單片機(jī)口。3條控制線(xiàn)分別接P2.2口。電阻Rx用來(lái)改變16

顯示屏的對(duì)比度，Rx為5K的電位器。圖3.6LCD1602顯示模塊3.5驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)利用D/A轉(zhuǎn)換DAC0832，把單片機(jī)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。然后將該模擬信號(hào)輸入西門(mén)子MM440頻器中。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)三相電機(jī)的速度控制。DAC0832系列產(chǎn)品包括DAC0830、DAC0831、，它們可以完全相互代替。它由8輸入鎖存器、位寄存器、位轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路，為20腳雙列直插式封裝結(jié)構(gòu)。DAC0832是采用工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器。旨在直接與8048，，Z80及其他通用的微型處理器進(jìn)行相接。存儲(chǔ)的硅鉻R-2R阻梯形網(wǎng)絡(luò)將參考電流分開(kāi)，并為電路提供合適的溫度處理特性（全范圍最大線(xiàn)性溫度誤差的0.05%）。電路利用CMOS電流開(kāi)關(guān)和控制邏輯來(lái)取得最少的電能損耗和最小的輸出泄露電流誤差。特殊的電路也能提供TTL邏輯輸入電壓的水平兼容。芯片選擇（低電平工作）與合可使發(fā)揮作用。線(xiàn)性誤差I(lǐng)LE:數(shù)據(jù)輸入允許鎖存信號(hào)引腳（高電平有效），與一起選通輸入寄存器。WR1:輸入寄存器寫(xiě)選通信號(hào)當(dāng)為高電平時(shí)入鎖存器的數(shù)據(jù)開(kāi)始鎖存，當(dāng)ILE為高電平，同時(shí)和WR1為低電平，輸入鎖存器數(shù)據(jù)更新。WR2:寫(xiě)選通信號(hào)（低電平有效）。這個(gè)信號(hào)和邏輯組合，使輸入寄存器的8數(shù)據(jù)打入寄存器并開(kāi)始轉(zhuǎn)換。傳送控制輸入線(xiàn)，低電平有效，使WR2作。17

所適合所適合的模擬輸入電壓。其他引腳功能：DI0-DI7:數(shù)據(jù)輸入端，是最低信號(hào)輸入位（LSB，DI7是最高信號(hào)位（MSBIOUT1：電流輸出1端。當(dāng)數(shù)模轉(zhuǎn)換鎖存器全或全時(shí)，IOUT1最大值。IOUT2:DAC電流輸出2端。IOUT2是一個(gè)持續(xù)的負(fù)IOUT1，或IOUT1+IOUT2=常數(shù)（固定參考電壓的滿(mǎn)幅值）。反饋電阻。反饋電阻為IC芯片提供并聯(lián)反饋電阻，外部運(yùn)算放大器是用來(lái)數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供輸出電壓。這個(gè)片內(nèi)電阻應(yīng)始終使用（而不是外部電阻器），因?yàn)樗c所用的芯片的-介變電阻匹配并跟蹤這些電阻溫度。輸入?yún)⒖茧妷?。這種輸入將外部精密電壓源與內(nèi)部R-2R階梯電阻連接起來(lái)。VREF的選擇范圍可以是10V到-這也是四象限乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器VCC:數(shù)字電源電壓。是整個(gè)部分的電源供應(yīng)引腳VCC可接5V到15V直流電壓。運(yùn)行時(shí)的最佳電壓是15V。：10號(hào)引腳必須與地相連，使IOUT1和IOUT2作為電流輸出開(kāi)關(guān)，10引腳與地的任何誤差將會(huì)導(dǎo)致如下的線(xiàn)性變化：VOS+5VVref-

+

Vout

-圖3.7DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路圖所示為利用運(yùn)算放大器組成模擬電壓輸出電路。經(jīng)過(guò)第一個(gè)放大器輸出為單極性模擬電壓輸出電壓為。再利用另一個(gè)放大器，把電壓放大2。從而匹配西門(mén)子MM440模擬電壓輸入范圍。改變供電電壓的頻率可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的速度控制，這就是變頻器調(diào)速現(xiàn)在變頻器在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的使用越來(lái)越廣泛這得益于變頻調(diào)速性能的提高和變頻器價(jià)格的大幅度降低。18

實(shí)現(xiàn)變頻器調(diào)速的關(guān)鍵因素有兩點(diǎn)一是大功率開(kāi)關(guān)器件雖然早就知道變頻器調(diào)速是交流調(diào)速中最好的方法是受限于大功率電力電子器件的實(shí)用化問(wèn)題變頻器調(diào)速直到實(shí)際年代才取得了長(zhǎng)足的發(fā)展二是微處理器的發(fā)展加上變頻控制方式的深入研究使得變頻控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高性能、高可靠性。變頻調(diào)速的特點(diǎn)有可以使用標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)可以連續(xù)調(diào)速可以通過(guò)電子回路改變相序、改變旋轉(zhuǎn)方向。其優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)電流小，可調(diào)節(jié)加減速度，電動(dòng)機(jī)可以高速化和小型化，防爆容易，保護(hù)功能齊全。變頻調(diào)速的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，原因是節(jié)能效果顯著。它應(yīng)用于機(jī)床和起重機(jī)等。變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)必須使用變頻器頻器有很多種類(lèi)型選擇合適的變頻器很重要。根據(jù)變流分類(lèi)可分為現(xiàn)在使用的變頻器主電路大多數(shù)為交-直-交電壓型變頻器，它整流器、中間電路和逆變器組成，而對(duì)逆變器的控制主要采V/f制、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制三種方式。變頻器的組成方框圖如圖3.8所。R

流

間路

變

UVT

W制圖3.8變頻器的組成方框圖圖3.8中整流器由VD1VD6組成三相整流橋們將三相380V頻交流電整流成直流。中間電路包括濾波電路、限流電路和制動(dòng)電路三部分。1、濾波電整流電路輸出的整流電壓是脈動(dòng)的直流電壓必須加以濾波圖中的濾波電容的主要作用就是對(duì)整流電壓進(jìn)行濾波，另外，它在整流器與逆變器之間起去藕作用，以消除相互干擾。值得指出的是一個(gè)大容量電容器，這樣可使加于負(fù)載上的電壓值不受負(fù)載變動(dòng)的影響基本保持恒定通常稱(chēng)這樣的變頻器為電壓型變頻器電壓型變頻器逆變電壓波形為方波而電流的波形經(jīng)電動(dòng)機(jī)繞組感性負(fù)載濾波后接近于正弦波如果將濾波電路的元件改為電感這樣可使加于逆變器的電流值穩(wěn)定不變所以輸出電流基本不受負(fù)載影響通常稱(chēng)這樣的變頻器為電流型變頻器電流型變頻器逆變電流波形為方波而電壓的波形經(jīng)電動(dòng)機(jī)繞組感性負(fù)載的濾波后接近于正弦波。2、限流電19

在電壓型變頻器的二極管整流電路中，由于在接通電源時(shí)，濾波電CF的充電電流很大，該電流過(guò)大時(shí)能使三相整流橋損壞，還可能形成對(duì)電網(wǎng)的干擾，影響同一電源系統(tǒng)的其他裝置正常工作。為了限制濾波電容CF充電電流，在變頻器開(kāi)始接通電源的一段時(shí)間內(nèi)，電路串入限流電阻RL，當(dāng)濾波電容充電到一定程度時(shí)將SL閉合，將RL短接。3、制動(dòng)電制動(dòng)電路包括制動(dòng)電阻和制動(dòng)控制管1制動(dòng)電阻RB電動(dòng)機(jī)在降速時(shí)處于再生制動(dòng)狀態(tài)回饋到直流電路中的能量將使電壓UD不斷上升，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)。因此需要將這部分能量消耗掉，使UD保持在允許的范圍內(nèi)，制動(dòng)電阻RB就是用來(lái)消耗這部分能量的。2）制動(dòng)控VB。制動(dòng)控制管一般由功率晶體（或）及其驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成，其作用是控制流經(jīng)的放電電流。圖3.9變頻器結(jié)構(gòu)圖逆變器的基本作用是將直流變成交流是變頻器的核心部分它一般由逆變橋、續(xù)流電路和緩沖電路組成。1）逆變橋～V6組成三相逆變橋，V1～V6工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，V1～V6導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通，V1～V6截止時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。V1～V6交替通斷，將整流后的直流電壓變成交流電壓用的逆變管有可關(guān)斷晶閘GTO電力場(chǎng)效應(yīng)（絕緣柵雙極晶體（IGBT和智能功率模（IPM）等。20

各自的特點(diǎn)如下：可關(guān)斷晶閘管）的優(yōu)點(diǎn)是電壓、電流容量較大，目前其電壓可達(dá)到電流可達(dá)到6000A多應(yīng)用于大功率高壓變頻器其缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)功率大，驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；關(guān)斷控制易失敗，工作頻率不夠高，一般在10KHz以下。電力場(chǎng)效應(yīng)（MOSFET屬于電壓驅(qū)動(dòng)型器件輸入阻抗高驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單開(kāi)關(guān)速度快開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)500KHz以上的缺點(diǎn)是電流容量小，耐壓低。絕緣柵雙極晶體管IGBT）的輸出特性好，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，一般可達(dá)以上，通態(tài)壓降比，輸入阻抗高，耐壓、耐流能力比高，最大電流可達(dá)1800A，最高電壓可達(dá)4500V。目前在中小容量變頻器電路中，IGBT的應(yīng)用處于絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。智能功率模塊（IPM）是將大功率開(kāi)關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)路、保護(hù)電路、檢測(cè)電路集成在同一個(gè)模塊內(nèi)種功率集成模塊特別適應(yīng)逆變器高頻化發(fā)展方向的需要，而且由于高度集成化，結(jié)構(gòu)緊湊，避免了由于分布參數(shù)、保護(hù)延遲所帶來(lái)的一系列技術(shù)難題。目前一般采用作為功率開(kāi)關(guān)器件，構(gòu)成一相或三相逆變器的專(zhuān)用功能模塊，在中小容量變頻器中廣泛應(yīng)用。（2）續(xù)流電路續(xù)流電路由反向并聯(lián)在六個(gè)逆變管的六個(gè)續(xù)流二極管VD7～VD12成流二極管主要有以下功能：1）由于電機(jī)是一種感性負(fù)載，在導(dǎo)通的橋臂開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電流不可能降為零，此時(shí)由與其并聯(lián)的二極管進(jìn)行續(xù)流，將其能量返回直流電源。2）當(dāng)電機(jī)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，～VD12為再生電流返回直流電源提供通道。（3）緩沖電路緩沖電路由R01～，～VD06,～C06組成。當(dāng)逆變管～V6每次由導(dǎo)通狀態(tài)切換至截止?fàn)顟B(tài)的關(guān)斷瞬間，集電極和發(fā)射極（即C、）之間的電壓UCE很快地由0V升至直流電壓這過(guò)高的電壓增長(zhǎng)率會(huì)導(dǎo)致逆變管損壞。C01～的作用就是減少電壓增長(zhǎng)率。當(dāng)逆變管V1～每次由截止?fàn)顟B(tài)切換到導(dǎo)通狀態(tài)的瞬間，C06上所充的電壓將向V1～V6放電。該放電電流的初始值是很大的，R06的作用就是減小C01～的放電電流。而VD01～接入后，在V1～的關(guān)斷過(guò)程中，使R01～起作用。而在V1～V6的接通過(guò)程中又迫使C06的放電電流流經(jīng)。2、逆變?cè)妷盒腿鄻蚴侥孀冸娐返幕竟ぷ鞣绞绞菍?dǎo)通方式，即每個(gè)橋臂的21

導(dǎo)電角度為1800同一組上下兩個(gè)橋臂的2逆變管交替導(dǎo)電6個(gè)逆變管每隔600發(fā)導(dǎo)通一次相鄰兩相的逆變管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)間互差一個(gè)周期共換相6，對(duì)應(yīng)6不同的工作狀態(tài)。從上述分析可以看出，通過(guò)6個(gè)開(kāi)關(guān)的交替工作可以得到一個(gè)三相交流電，只要調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的通斷速度就可調(diào)節(jié)交流電頻率，當(dāng)然交流電的幅值可通過(guò)調(diào)節(jié)UD的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)。變頻器選擇的方式分為控制和矢量控制據(jù)實(shí)際情況我們選擇了控制方法因?yàn)楫惒诫姍C(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)由電源頻率和對(duì)數(shù)決定所以改變頻率就可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速但是頻率改變時(shí)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部阻抗也改變僅改變頻率會(huì)產(chǎn)生有弱勵(lì)磁引起的轉(zhuǎn)矩不足或由過(guò)勵(lì)磁引起的飽磁現(xiàn)象電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)和效率下降。V/F控制方式是這樣一種控制方式，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定在較廣泛的范圍內(nèi)調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率不下降是V/F控制是一種開(kāi)環(huán)控制不能確地控制轉(zhuǎn)速路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單比較經(jīng)濟(jì)化此設(shè)計(jì)并不要求非常精確的控制轉(zhuǎn)速因此選擇西門(mén)子公司的MM440變頻器，作為控制電機(jī)用的變頻器。L2

VouL2AINI-AINI+門(mén)DIN

DINUV

vM圖電驅(qū)動(dòng)電路如圖3.10所示使用西門(mén)子MM440變頻器實(shí)現(xiàn)正反向運(yùn)行調(diào)速功能根據(jù)功能要求首先要對(duì)變頻器進(jìn)行調(diào)試根據(jù)控制要求選擇合適的運(yùn)行方式如線(xiàn)V/F制傳感器適量控制等設(shè)定值信號(hào)源選擇模擬輸入DAC0832進(jìn)行模擬量輸入選擇控制端的功能將變頻器DIN1DIN2分別設(shè)置為正轉(zhuǎn)運(yùn)行和反向運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行時(shí)單片機(jī)發(fā)出數(shù)字調(diào)速信號(hào)，經(jīng)DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換22

后，把模擬信號(hào)輸入到西門(mén)子MM440頻器中，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。

圖3.11電機(jī)熱保護(hù)模塊如圖3.11示MICROMASTER有一個(gè)完善的的集成方案用于電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)。它有許多電動(dòng)機(jī)有效保護(hù)的可能性，但同時(shí)應(yīng)確保電機(jī)高的利用率。該改進(jìn)方案的基本原理是檢測(cè)臨界熱狀態(tài)輸出報(bào)警和初始的適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)利用對(duì)臨界狀態(tài)的響應(yīng)可以將傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行在熱功率限值并避免在所有情況下的立即斷開(kāi)(傳動(dòng)變頻器脫扣)。

DIN

DINA

圖3.12電機(jī)控制開(kāi)關(guān)電路如圖3.12所示，變頻器DIN1正轉(zhuǎn)DIN2為反轉(zhuǎn)控制。當(dāng)發(fā)生信號(hào)時(shí)，電磁開(kāi)關(guān)閉合DIN1生高電平從而控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)P1.1口發(fā)生信號(hào)時(shí)，電磁開(kāi)關(guān)閉合，DIN2產(chǎn)生高電平從而控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到報(bào)警距離時(shí)單片機(jī)會(huì)輸出調(diào)速數(shù)字信號(hào)該數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)23

D/A轉(zhuǎn)換后輸入到MM440中。從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)降速。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到危險(xiǎn)距離是，P1.0口強(qiáng)制停止信號(hào)輸出，同時(shí)P1.1口啟動(dòng)反轉(zhuǎn)信號(hào)，從而達(dá)到立刻停車(chē)。只有當(dāng)檢測(cè)距離大于危險(xiǎn)距離時(shí)，才會(huì)重新輸出信號(hào)。24

第軟件設(shè)計(jì)軟件編程是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)不可或缺的組成部分。秉承結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)程序具有良好的模塊性可修改性和可移植性所有程序均結(jié)合硬件電路板卡進(jìn)行了調(diào)試系統(tǒng)預(yù)設(shè)的各項(xiàng)功能均能實(shí)現(xiàn)程序的控制功能應(yīng)通過(guò)以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn):4.1系統(tǒng)軟件功能程序流程圖開(kāi)始程序使單片機(jī)顯示等芯片初始化。執(zhí)行超聲發(fā)射程序，同時(shí)計(jì)時(shí)程序啟動(dòng)。當(dāng)接收模塊接收到信號(hào)時(shí)，向單片機(jī)輸出高電平。同時(shí)計(jì)時(shí)程序停止，獲得超聲波往返時(shí)間t單片機(jī)計(jì)算出距離0.5td。然后調(diào)用比較子程序進(jìn)行判斷比較。開(kāi)始定時(shí)器和單片機(jī)初始化超聲發(fā)射程序計(jì)時(shí)程序啟動(dòng)接收模塊程序計(jì)時(shí)程序停止0.5時(shí)乘以波速計(jì)算距離d處理子程序圖4.1主程序流程圖25

判斷子程序先判斷單片機(jī)計(jì)算的距離d與的關(guān)系。當(dāng)時(shí)為安全距離直接調(diào)用顯示子程序顯示當(dāng)前距離d并返回時(shí)為警告距離，啟動(dòng)燈光報(bào)警用以警示天車(chē)司機(jī)，調(diào)用顯示模塊顯示當(dāng)前距離d，然單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)減速。當(dāng)時(shí)為危險(xiǎn)距離，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，調(diào)用顯示子程序用以顯示實(shí)時(shí)距離d控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)制動(dòng)，繼續(xù)判斷直到實(shí)時(shí)距離大于2m安全距離時(shí)才能解除制動(dòng)與報(bào)警。處理子程序入口N實(shí)測(cè)距離d<2mYN啟動(dòng)危險(xiǎn)聲光報(bào)警

實(shí)測(cè)距離

d<5mY調(diào)用顯示子程序

啟動(dòng)燈光報(bào)警

調(diào)用顯示子程序自動(dòng)制動(dòng)調(diào)用顯示子程序

返回是否安全

電機(jī)減速N

Y報(bào)警解除

返回圖4.2處理子程序流程圖返回26

開(kāi)始延時(shí)12個(gè)鐘周期功能設(shè)置查詢(xún)忙標(biāo)志N清顯示

Y查詢(xún)忙標(biāo)志N設(shè)置輸入模式

Y查詢(xún)忙標(biāo)志N打開(kāi)顯示返回

Y圖4.3液晶顯示初始化子程序程圖27

tb1tb14.2系統(tǒng)安全天車(chē)距離模型如何保持合適的車(chē)間距離是天車(chē)行駛過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題間距過(guò)大則會(huì)生產(chǎn)效率低下間距過(guò)小則天車(chē)行駛時(shí)發(fā)生交通事故的可能性增大駕駛員通常是按照自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷自車(chē)行駛的安全狀態(tài)當(dāng)感覺(jué)危險(xiǎn)存在時(shí)通常采用降低車(chē)速或者改變行駛方向的方法來(lái)避免危險(xiǎn)情況的發(fā)生這種對(duì)行車(chē)安全狀況的判斷往往并不夠準(zhǔn)確天車(chē)防碰撞系統(tǒng)作為天車(chē)駕駛的輔助系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)建立相對(duì)比較合理的安全跟車(chē)距離模型準(zhǔn)確判斷前方目標(biāo)物潛在的危險(xiǎn)性程度既保證天車(chē)行駛的安全性，又保持良好工作效率，即盡可能保持理想的安全間距。天車(chē)安全行車(chē)間距的確定與天車(chē)的制動(dòng)距離有著十分密切的聯(lián)系對(duì)天車(chē)制動(dòng)過(guò)程的分析，得出天車(chē)制動(dòng)距離的計(jì)算公式如下：tv2dt)02amaxd：制動(dòng)距，單位為v0：天車(chē)制動(dòng)刻的初速度，單位為

t

hum

：駕駛員反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間，即駕駛員發(fā)現(xiàn)情況并做出決定，以及將右腳從加速踏板移到制動(dòng)踏板所需的時(shí)間，單位為s：制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，即消除制動(dòng)踏板間隙，消除各種鉸鏈、軸承間隙以及制動(dòng)摩擦片完全貼在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)上所需的時(shí)間，單位為t

s

:制動(dòng)減速度增長(zhǎng)時(shí)間，制動(dòng)力從0增到最大所需的時(shí)間，單位為

max

:天車(chē)的最大制動(dòng)減速度，單位為4.2.1根據(jù)行車(chē)過(guò)程的實(shí)際狀況把前目標(biāo)車(chē)分為三種運(yùn)行狀態(tài)即靜止?fàn)顟B(tài)減速狀態(tài)以及勻速或加速狀態(tài)，分別介紹如下:前車(chē)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)兩車(chē)間的最危險(xiǎn)時(shí)刻是自車(chē)停止且與障礙物相隔最近的時(shí)刻如圖2-2所示為了保證此刻車(chē)的絕對(duì)安全設(shè)定自車(chē)停止時(shí)，兩車(chē)間還存在一定的安全間距d0(單位:m)，則危險(xiǎn)報(bào)警距離db(單位:m)為tvd(t)12a1

0

注:其它參數(shù)與式中相同符號(hào)參數(shù)的定義一致，下同。提醒報(bào)警距離dw，是在危險(xiǎn)報(bào)警距離的基礎(chǔ)上，慮了自車(chē)在駕駛員反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)行駛的距離，所以，其計(jì)算公式如下28

xbrel2rlxxbrel2rlxdv(s22a

即*tw1

hum

前車(chē)勻速或加速運(yùn)動(dòng)當(dāng)前車(chē)做勻速或加速運(yùn)動(dòng)時(shí)車(chē)間的最危險(xiǎn)時(shí)刻是后車(chē)的速度減小至與前車(chē)同速時(shí)，如圖4.4示。如果在兩車(chē)速度相等的時(shí)刻還沒(méi)有發(fā)生碰撞事故，之后就不再可能發(fā)生碰撞事故了因?yàn)樽钗ｋU(xiǎn)時(shí)刻以后前車(chē)?yán)^續(xù)保持勻速或加速圖4.4前車(chē)勻速或加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的t-v前車(chē)運(yùn)動(dòng)而后車(chē)仍在做減速運(yùn)動(dòng)兩車(chē)間距將變得起來(lái)越大因此只需保證兩車(chē)速度相等時(shí)不發(fā)生碰撞，整個(gè)過(guò)程就能保證絕對(duì)安全。t22(ts)12aa11式中：前車(chē)的速度，單位為：兩車(chē)間的相對(duì)速度，單位為m/s提醒報(bào)警距d，的計(jì)算公式如下：w

0

dtrel

hum

t21rel2aa1

上面的公式是建立在前車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上如果前車(chē)做加速運(yùn)動(dòng)而模型仍采用上面所列出的公式不僅更能保證自車(chē)行駛的安全性而且有利于模型數(shù)學(xué)計(jì)算的簡(jiǎn)化。3)前車(chē)減速運(yùn)動(dòng)或前車(chē)減速停止把前后兩車(chē)可能的行駛狀態(tài)分為三種情況進(jìn)行討論：29

（1）前車(chē)先停止，自車(chē)后停止圖4.5前車(chē)勻減速先停止時(shí)的t-v圖4.5表明，兩車(chē)間的最危險(xiǎn)時(shí)刻為自車(chē)停止的時(shí)刻。（2）自車(chē)和前車(chē)同時(shí)停止圖4.6前后兩車(chē)減速同時(shí)停止時(shí)t-v圖4.6表明，兩車(chē)間的最危險(xiǎn)時(shí)刻為自車(chē)或前車(chē)停止的時(shí)刻。圖中t：自s1車(chē)停止時(shí)刻;：前車(chē)停止時(shí)刻。s2（3）自車(chē)先停，前車(chē)后停圖4.7自行減速先停止時(shí)t-v如圖4.7所示車(chē)間的最危險(xiǎn)時(shí)刻本應(yīng)為自車(chē)減速到與前車(chē)速度相同的時(shí)30

22刻，但是，在能保證絕對(duì)安全的條件下，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，把最危險(xiǎn)時(shí)刻確定為前車(chē)停止的時(shí)刻在這三種情況下前車(chē)均制動(dòng)至停止自車(chē)也從某一速度采取制動(dòng)至停止。所以，這三種情況在計(jì)算方法上均可簡(jiǎn)化為同一種，如圖2-8所示。該狀況下的危險(xiǎn)報(bào)警距離的計(jì)算如下vd22aa

tvtvrel

式中:a：前車(chē)的最大減速度，數(shù)值與自車(chē)最大減速度相同，單位為/2。提醒報(bào)警距的計(jì)算公式如下：w即：

(twhum

tvv)x21*wbhum

0

4.2.2自車(chē)速v由轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得，相對(duì)速由毫米波雷達(dá)測(cè)得，根據(jù)公式1rel可計(jì)算出前車(chē)的速v模型中的其他參數(shù)aa1設(shè)置如下：（1值的確定

（4.2.10）、tt的具體sx

a值的大小對(duì)安全跟車(chē)距離模型中提醒報(bào)警距離和危險(xiǎn)報(bào)警距離的計(jì)算有很大的影響天車(chē)制動(dòng)減速度隨輪胎類(lèi)型天車(chē)的裝載情況和路面附著條件的不同而不同實(shí)時(shí)檢測(cè)自車(chē)的附著系數(shù)會(huì)使計(jì)算更精確但目前國(guó)內(nèi)外均處于理論探討的階段還沒(méi)有研制出性能優(yōu)越的車(chē)載實(shí)時(shí)測(cè)量工具在實(shí)際的行車(chē)過(guò)程中前車(chē)為主動(dòng)制動(dòng)后車(chē)為被動(dòng)制動(dòng)后車(chē)制動(dòng)的減速度一般會(huì)大于前車(chē)制動(dòng)的減速度在設(shè)計(jì)天車(chē)制動(dòng)時(shí)對(duì)天車(chē)最大制動(dòng)性能的要求是相同的制動(dòng)減速度主要取決于附著系數(shù)。（2t

tt值的確定st

是駕駛員發(fā)現(xiàn)情況，意識(shí)到要制動(dòng)，一并把腳從油門(mén)踏板移到制動(dòng)踏板上所需的時(shí)間即駕駛員的反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間駕駛員反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間的準(zhǔn)確性對(duì)系統(tǒng)模型非常重要若反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間選取過(guò)長(zhǎng)則提醒報(bào)警距離的計(jì)算值偏大會(huì)造成過(guò)多的虛報(bào)警，使駕駛員對(duì)顯示系統(tǒng)產(chǎn)生厭煩感;若反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間選取過(guò)短，則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的安全保障能力下降不能完全避免事故的發(fā)生由于駕駛員個(gè)體年齡性別情緒和反應(yīng)能力等生理心理素質(zhì)因人而異因時(shí)而異加上車(chē)速、31

relrel目標(biāo)物的大小狀態(tài)等多種外在因素的影響駕駛員反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間是一個(gè)很不確定的值。大量的實(shí)驗(yàn)資料表明，駕駛員的反應(yīng)動(dòng)作時(shí)間一般為—1.0s，本系統(tǒng)t

；t是制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間與天車(chē)采用的制動(dòng)結(jié)構(gòu)及制動(dòng)方式有關(guān)據(jù)資料顯示液x壓制動(dòng)的小車(chē)的協(xié)調(diào)時(shí)間是所以t=0.1St為制動(dòng)減速度的增長(zhǎng)時(shí)間，xs一般選取數(shù)值0.2S（3）絕對(duì)安全距d的確定0為了保證絕對(duì)安全自車(chē)從采取制動(dòng)至完全停止后兩車(chē)之間應(yīng)保持一定的安全間，該值選取的越大，系統(tǒng)的虛警率越;選取的越小，系統(tǒng)的安全保0障能力越小。對(duì)不同駕駛員的駕駛風(fēng)格進(jìn)行分析表明，謹(jǐn)慎型駕駛員希望d值0較大，果敢型駕駛員則希d值較小。國(guó)內(nèi)外的資料一般選取為2—5米，為了0保證系統(tǒng)的安全性，本系統(tǒng)取最大值5米。綜上所述，把相關(guān)參數(shù)代入公式得到的危險(xiǎn)報(bào)警距離計(jì)算公式如下：前車(chē)靜止時(shí)：

b

v20.21

（）前車(chē)勻速或者加速運(yùn)動(dòng)時(shí)：b

v2rel0.22

（4.2.12）前車(chē)減速運(yùn)動(dòng)時(shí)：

(2v)rel1v)rel

（4.2.13）提醒報(bào)警距離計(jì)算公式如下前車(chē)靜止或減速運(yùn)動(dòng)時(shí)：

wb

（4.2.14）2)前車(chē)勻速或者加速運(yùn)動(dòng)時(shí)：

wb

rel

（4.2.15）32

第結(jié)論本文針對(duì)國(guó)內(nèi)天車(chē)碰撞事故頻繁發(fā)生的客觀現(xiàn)實(shí)合考慮了天車(chē)間的實(shí)際行車(chē)狀況、系統(tǒng)信號(hào)的測(cè)量方案、系統(tǒng)測(cè)量誤差、系統(tǒng)功能的進(jìn)一步完善、系統(tǒng)可靠性及抗干擾能力等方面在參考各類(lèi)研究和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)該系統(tǒng)做了設(shè)計(jì)和改進(jìn)，總結(jié)如下:(1)根據(jù)兩天車(chē)間的各種實(shí)際運(yùn)行狀況，采用了兩天車(chē)間的提醒刻和最危險(xiǎn)時(shí)刻這一概念，建立了比較實(shí)用、簡(jiǎn)單的安全跟車(chē)距離模型。(2)根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)和安全跟車(chē)距離模型的需要，對(duì)車(chē)間實(shí)際距離的測(cè)量方案進(jìn)行了分析定采用超聲波傳感器測(cè)量?jī)商燔?chē)間的實(shí)際間距從理論上分析了各種信號(hào)測(cè)量方案所造成的誤差為提高實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)測(cè)量精度及系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的指導(dǎo)依據(jù)。(3)分析了目前天車(chē)電子控制單元的實(shí)際應(yīng)用情況，確定選用8位微處理器完全能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，達(dá)到系統(tǒng)所要求的精度和實(shí)時(shí)性能。(4)本系統(tǒng)把信息采集、信息處理與安全狀態(tài)報(bào)警提示分開(kāi)成信息采集單元和主控制單元兩部分息采集單元負(fù)責(zé)對(duì)兩天車(chē)間的實(shí)際距離主控制單元負(fù)責(zé)對(duì)各種信息的處理?yè)?jù)相應(yīng)的安全天車(chē)距離模型計(jì)算危險(xiǎn)報(bào)警距離和提醒報(bào)警距離確定天車(chē)行駛的安全狀況并以相應(yīng)的報(bào)警方式提醒駕駛員采取必要的措施。本系統(tǒng)軟件采用語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)。秉承結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)程序具有良好的實(shí)時(shí)性、模塊性、可修改性和可移植性。(6)通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，邏輯報(bào)警功能基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求33

致謝時(shí)光荏苒，日月如梭。四年的學(xué)習(xí)時(shí)光轉(zhuǎn)瞬即過(guò)，在學(xué)習(xí)和課題研究期間，我得到了指導(dǎo)教師藍(lán)和慧老師的大力支持和認(rèn)真指導(dǎo)。藍(lán)老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及忘我的工作熱情對(duì)我的一生都將有著深遠(yuǎn)的影響老師為我們創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)氛圍提供了大量的實(shí)踐機(jī)會(huì)正是在這種環(huán)境下我才能夠順利完成學(xué)位論文。此外，讀書(shū)期間，使我們受益的不僅僅是藍(lán)老師廣博的知識(shí)，豐富的經(jīng)驗(yàn)，更為重要的是藍(lán)老師在為人，為師，以及科研中的態(tài)度。在為人方面，我懂得了做人要積極樂(lè)觀，正直，樂(lè)于助人；為師方面，不遺余力、無(wú)私奉獻(xiàn)；科研中，要嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、腳踏實(shí)地。這些在我以后的工作和生活中將是我所要努力做到的。在論文撰寫(xiě)期間要感謝許多讓我分享他們寶貴經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的老師及同學(xué)們。他們是遼寧工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院鄭海英老師、劉春玲老師、張艷老師等。他們?yōu)槲艺撐牡耐瓿商岢隽嗽S多寶貴建議里還需要感謝和我一起學(xué)習(xí)的測(cè)控技術(shù)與儀器07級(jí)全體同學(xué)，和他們?cè)谒哪甑墓餐嗵幹?，在生活和學(xué)習(xí)上進(jìn)行廣泛的交流讓我度過(guò)了人生中最愉快和最充實(shí)的歲月他們營(yíng)造出活躍的科研氣氛及融洽的同學(xué)情誼，使我能在一種寬松且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)沫h(huán)境中順利完成學(xué)業(yè)。因水平所限本文在某些方面難免存在不足衷心感謝各位老師專(zhuān)家批評(píng)指正。謝謝。34

22參考文獻(xiàn)[1]童詩(shī)白華成英編擬電子技術(shù)基礎(chǔ)四版）高等教育出版社，[2]潘永雄《新編單片機(jī)原理與應(yīng)用》第三版西安電子科技大學(xué)出版社，[3]賀樂(lè)廳智能運(yùn)輸系統(tǒng)---基于毫米波雷達(dá)的天車(chē)防撞技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究[D].南京：東南大學(xué).2003[4]徐杰，杜文，孫宏跟隨車(chē)安全距離的分析[交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，[5]陳光武，侯德藻，李曉霞高速公路實(shí)用安全車(chē)計(jì)算模人類(lèi)工效學(xué)2001[6]曾誠(chéng).車(chē)輪胎路面摩擦系數(shù)的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)[D]西安:長(zhǎng)安大學(xué).[7]蔡希堯.雷達(dá)系統(tǒng)概[M].北京:科技出版社1983.[8]李華編著.MCS-51列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社.[9]曾誠(chéng).基于CAN-BUS的汽車(chē)防撞報(bào)警系統(tǒng)控制單元的研究開(kāi)[D].安：長(zhǎng)安大學(xué).2004[10]唐鵝程.鄒久朋IC串行總線(xiàn)原理及其在單片機(jī)接口中的實(shí)[界電子元器件2003[11]趙負(fù)圖.新型傳感器集成電路應(yīng)用手冊(cè)下).人民郵電出版社200909[12]于洋測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社20099月[13]紀(jì)宗南．單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)輸入通道器件分冊(cè)（2版京航空航天大學(xué)出版社．20056[14]趙新民，王祁編著.智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(第版).哈爾濱工業(yè)大出版社,2008年月[15]康維新傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].中國(guó)輕工出版社,2009年月[16]鄔寬明單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)—數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊(cè).北京航空航天大學(xué)出版社,2005[17]楊治節(jié)．單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編．中國(guó)人民大學(xué)出版社，北京科海電子出版社，20091[18]史健芳智能儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社，[19]comunication&controlin，[J].，[20]Chris,electricpowerdistributionBrunsw-ick,Books,200735

iif:yttrr--x:lii:ltfrfIIIIIIIIttffx/IIVTTT/////XXViif:yttrr--x:lii:ltfrfIIIIIIIIttffx/IIVTTT/////XXVtIIIIIMI附錄Ⅰ

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一種新的五相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)發(fā)T.S.維拉孔和薩馬拉納亞克摘要本文詳細(xì)地介紹了一種新的五相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路這種新的驅(qū)動(dòng)電路是由商業(yè)上現(xiàn)成的，廉價(jià)的，標(biāo)準(zhǔn)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)搭建，它能實(shí)現(xiàn)由內(nèi)部電流回路驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)速度和位置控制經(jīng)證明這種驅(qū)動(dòng)電路能推廣到任何更多相數(shù)的奇數(shù)相的步進(jìn)電機(jī)。這種驅(qū)動(dòng)電路具有速度控制和方向控制，包括全步、半步、順時(shí)針、逆時(shí)針控制模式。一、述在大多數(shù)機(jī)器人和自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中各種各樣步進(jìn)電機(jī)都被廣泛應(yīng)用來(lái)得到需要的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)電機(jī)倍受人們青睞是因?yàn)樗恍枰l繁的維護(hù)并能在苛刻的環(huán)境中運(yùn)行進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的選擇要根據(jù)具體應(yīng)用中需要的效果來(lái)決定。市場(chǎng)上最常見(jiàn)的是兩相和四相步進(jìn)電機(jī)?？墒牵瑢?shí)際應(yīng)用中要求高精度，低噪聲和低震動(dòng)，因此五相步進(jìn)電機(jī)得以應(yīng)用因?yàn)椴骄嘟禽^小五相步進(jìn)電機(jī)有較高的分辨率較低的震動(dòng)和良好的加速與減速特性因此確保設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路能使步進(jìn)電機(jī)充分發(fā)揮這些優(yōu)點(diǎn)非常重要。因?yàn)樵跈C(jī)器人應(yīng)用中是很少見(jiàn)得類(lèi)型，而且結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，很難找到它們的驅(qū)動(dòng)IC，只能專(zhuān)門(mén)定做。結(jié)果致五相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)品異常昂貴。用普通步進(jìn)電機(jī)如二相與四相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制IC