智能车辙测试仪控制系统设计 毕业设计论文

工程学院毕业设计论文作者学号系部机械工程机械工程机械工程机械工程专业机械制造及其自动化机械制造及其自动化机械制造及其自动化机械制造及其自动化题目智能车辙测试仪控制系统设计智能车辙测试仪控制系统设计智能车辙测试仪控制系统设计智能车辙测试仪控制系统设计指导者评阅者2005年6月南京毕业设计说明书毕业设计说明书毕业设计说明书毕业设计说明书（论文论文论文论文）中文摘要中文摘要中文摘要中文摘要智能车辙测试仪是测定沥青稳定度的新一代的机电一体化的产品，它采用了机械精加工，数据采集，自动控制等技术。本测试仪是根据交通部公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ0522000中的T07191993沥青混合料车辙试验设计。主要原理是单片机恒温控制下通过位移传感器对试验样品被车轮挤压的变形进行实时的试验数据采集，并通过运算放大电路和信号处理电路，将采集所的模拟电流信号通过A/D转换芯片转换成单片机能够处理的数字信号。然后由单片机将位移信号发送给PC机。最后由PC机屏幕上绘制出试验过程中试验样品变形的数据图表，然后进行综合的数据分析，做出试验分析报告。关键词单片机单片机单片机单片机车辙车辙车辙车辙沥青沥青沥青沥青串口通讯串口通讯串口通讯串口通讯稳定度稳定度稳定度稳定度第1页工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书毕业设计说明书毕业设计说明书毕业设计说明书（论文论文论文论文）外文摘要外文摘要外文摘要外文摘要第2页工程学院毕业设计说明书（论文）TITLETITLETITLETITLETHEEQUIPMENTSOFRUTTHEEQUIPMENTSOFRUTTHEEQUIPMENTSOFRUTTHEEQUIPMENTSOFRUTEXPERIMENTSABSABSABSABSTRACTTRACTTRACTTRACTTHEEQUIPMENTSOFINTELLIGENCERUTEXPERIMENTSISANEWMECHATRONICSPRODUCTSTOMEASURETHESTABILITYOFTHEROADASPHALTINTHEHIGHTEMPERATURETHEEQUIPMENTSUSESMACHINEHIGHPROCESSINGTECHNOLOGY，NUMERICSIGNALCOLLECTSANDAUTOMATICALLYCONTROLTECHNIQUEETCITISACCORDWITHT07191993OFTHEEXPERIMENTSRULESOFTHEHIGHWAYASPHALTANDMIXTUREOFASPHALTJTJ0522000THEMAINPRINCIPLEISUSEDTHESENSOROFDISPLACEMENTTOCOLLECTTHESIGNALUNDERCONSTANTTEMPERATURETHENUSEDA/DTRANSFORMCELL,CHANGEITTONUMERICSIGNALTHESINGLECHIPMICROCOMPUTERWOULDSENDEDTOPCPCWILLDRAWTHEGRAPHICSONTHEDISPLAYTHENITWILLANALYSISDATA,MAKEAEXPERIMENTANALYSISREPORTKEYWORDSSINGLECHIPTRACKASPHALTUMSTRINGPORTCOMMUNICATIONSTABILITY第3页工程学院毕业设计说明书（论文）目录目录目录目录目录1前言4第一章全自动车辙测试仪控制系统总体方案的设计711车辙测试仪试验系统的设计要求712实验测试的前期工作713测控系统的要求8131位移测量8132温度测量和恒温8133单片机和PC机的通信8134PC机的控制814全车辙测试仪控制原理915整个测试仪功能划分916测试系统流程图1017测试的步骤11第二章车辙实验仪机械本体部分的简介1221机械主体运动方案1222驱动设计1223通风系统1224水浴1325试模组件1326外观1328起吊系统1329杠杆的的结构特点14第三章车辙测试仪硬件的原理，选用和外围电路的设计1531前向通道的设计15311总论15312传感器的选择16313霍尔开关的选择18314运算放大器的选择19315A/D转换器的选择2132单片机的选择及应用25321概述25322AT89C51单片机性能介绍25323复位电路的可靠性设计2633单片机与PC机的串行口通信实现27331基本概念27332232芯片简介28333连接器的选择及应用2834后向通道的设计31第4页工程学院毕业设计说明书（论文）341概述31342光电隔离技术32343可控硅元件的工作原理及基本特性32344稳压电路的设计34第四章车辙测试仪软件设计3641总论3642编程语言的介绍37421单片机编程语言的选择37422PC机编程语言的介绍3943单片机部分的程序编制39431程序模块划分39432主程序部分39433数据采集部分44434数据发送部分45435数据接受部分46436系统控制部分47437其他的一些子函数4844PC机部分的简介49441软件运行硬件和系统需求49442软件界面和控制功能的介绍50毕业设计总结54参考文献55致谢56附录57前言第5页工程学院毕业设计说明书（论文）从上世纪九十年代开始，中国进入了公路建设快速发展的时期，尤其是1998年中国实施积极的财政政策以来，中国公路建设投资数量之大、开工项目之多举世瞩目。从1990年到2003年的14年间，中国公路建设累计投资近2万亿元，其中仅2003年就达3715亿元，创历史新高。2004年1至9月，中国公路建设完成投资比去年同期又增长了266。到前年底，中国公路通车总里程达181万公里，居世界第三位，其中44是最近14年内修通的。目前已突破3万公里，高速公路总里程位居世界第二。据统计，我国的高速公路95以上的路面均为沥青混凝土或改性沥青混凝土路面。但随着交通量的不断增长，很多高速公路沥青路面均呈现出一定的早期破坏，如开裂、泛油、剥落、车辙等现象，有的高速公路甚至当年通车即发生了病害，正常维修期大大提前，直接影响了车辆的运行，也增大了养护管理资金的投入。如果我们在施工前对沥青的质量通过实验进行检测，那么将减少很多意想不到的问题。影响我国高速公路沥青路面质量的因素非常多，如浸水时间过长路面面层松散、剥落、坑槽；由于沥青混合料级配设计不合理、稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足，使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起车辙等。特别在夏季交通高峰期，车辆多对路面的破坏非常的明显，所以对路面沥青材料在高温情况下的软化度、稳定度有着非常高的要求。智能车辙测试仪就是针对沥青稳定度测定的最新产品。智能车辙测试仪是根据交通部公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ0522000中的T07191993沥青混合料车辙试验设计。智能车辙测试仪是采用机械精加工技术，数据采集，实时控制技术的新一代的机电一体化的产品。目前车辙测试仪试验系统实时控制比较差，自动化水平也不高，价格比较高。我们设计的智能车辙测试仪是由单片微机控制的自动化程度较高的精密测控系统。而且添加单片机与普通PC机之间的通讯，这样实现了实验者对数据、设备的实时的观察，以便遇到各种情况可以实施相应的措施。在实验过程中PC机将自动生成试样变形量的图表、曲线。整个系统的操作也非常的简单，只要按动运行键，便能自动实现试样压力和位移的采样及保持实验仪内的温度为恒温。第6页工程学院毕业设计说明书（论文）车辙测试仪的软件是基于WINDOWS9X操作系统的专用测试与数据处理软件，专门配合车辙测试试验仪使用，具有实时采集试验数据显示、显示试验曲线，存储和处理试验数据等功能。该软件采用了最新且最流行的WINDOWS软件开发平台VISUALBASIC60开发完成。软件界面友好，操作简便并且采用了最优的数据处理和程序算法以及快速接口数据采集，软件运行稳定，适用与WINDOWS98，WINDOWS2000，WINDOWSXP系统，使用方便，便于掌握和操作。整套全自动车辙测试仪具有操作简便，测量精度高，显示直观明了的优点，适合于交通土建工程的院校、科研、施工、监理等部门使用。车辙测试仪的出现很好的解决了在飞速的道路建设中对路面沥青材料质量的检测问题，使路面质量得以很好的保证。目前沥青材料的运用非常广泛，因此沥青测试技术必将继续得到发展。在将来的测试技术中，会运用到越来越多的高新技术。2005年6月13号第7页工程学院毕业设计说明书（论文）第一章第一章第一章第一章全自动车辙测试仪控制系统总体方案的设计全自动车辙测试仪控制系统总体方案的设计全自动车辙测试仪控制系统总体方案的设计全自动车辙测试仪控制系统总体方案的设计11车辙测试仪试验系统的设计要求车辙测试仪试验系统的设计要求车辙测试仪试验系统的设计要求车辙测试仪试验系统的设计要求根据国家部委对路面沥青材料的质量要求，和其测试的标准，需要在车辙测试仪的试验箱中模拟出一个车轮在高温天气的环境里对路面沥青材料进行往返碾压的真实环境，以用测试路面沥青材料在高温环境里的软化度，从而确定路面材料的质量。由交通部沥青混合料车辙试验规程（T07192000）可知，车辙试样须放在恒温室内进行，恒温室保持温度601，标定温度以标准水银温度计（最小分度值01）上温度为准；主要技术指标车辙橡胶轮轮尺寸20050MM硬度20C时为844IRHD；60C时为782IRHD橡胶厚度15MM试验轮纵向运行速度421次MIN（21个往复运动/分钟）试验轮接触压力07005MPA试模内尺寸长300MM宽300MM深50MM变形量测量范围与精度030MM；分辨率001MM温度控制范围恒温箱601，试件6001主机电源380V数采仪电源220V12实验测试的前期实验测试的前期实验测试的前期实验测试的前期工作工作工作工作（1）试验轮接触压强测定测定在60时进行，在试验台上放置一块50MM厚的钢板，其上铺一张毫米方格纸，上铺一张新的复写纸，以规定的700N加载后，试验轮静压复写纸，可在方格纸上得出轮压面积，并由此求得接触压强。当压强不符合07005MPA，荷载应予适当调整。（2）按上面技术指标要求用轮碾成型法制作车辙试样试块。在实验室或第8页工程学院毕业设计说明书（论文）工地制备成型的车辙试件，其标准尺寸为30030050MM。也可从路面切割30015050MM的试件。（3）将试件脱模按规定的方法测定密度及空隙率等各项物理指标。如经水浸，应用电扇将其吹干，然后再装回原试模中。注为使试件与试模紧密接触应记住四边的方向位置不变。（4）将试件连同试模一起，置于试验温度达到601的恒温室中，保温不少于5H，也不得多于24H。在试件的试验轮不行走的部位上，用温度传感器测试温度，试件温度应稳定在601。13测控系统的要求测控系统的要求测控系统的要求测控系统的要求131位移测量位移测量位移测量位移测量对车辙试验分析最直接的数据是所测得的位移量，因此系统中必须要有位移测量系统，要求单片机要有相应的通道。132温度测量和温度测量和温度测量和温度测量和恒温恒温恒温恒温由于在整个试验过程中始终要在恒温条件下进行，所以就要有必要的温度测量和控制系统，温度控制是通过控制电热丝的通断电来实现的。133单片机和单片机和单片机和单片机和PCPC机的通信机的通信机的通信机的通信单片机需将许多数据传送给PC机处理，PC机发送数据给单片机控制设备的启动与关闭，因此需要考虑单片机与PC机的通信问题。134PC机的控制机的控制机的控制机的控制通过PC机的控制界面我们要控制全自动车辙测试仪的一些辅助设备，比如驱动电机，照明，风扇，鼓风机的启动等。第9页工程学院毕业设计说明书（论文）14全车辙测试仪控制原理全车辙测试仪控制原理全车辙测试仪控制原理全车辙测试仪控制原理车辙测试仪主要原理是通过位移传感器对试验样品被车辙挤压的变形量进行实时的试验数据采集，并通过运算放大电路和信号处理电路，将采集所的模拟电流信号通过A/D转换芯片转换成单片机能够处理的数字信号。然后由单片机将位移信号通过串行口发送给PC机。由PC机进行数据处理与分析，并在屏幕上绘制出试验过程中试验样品变形的数据图表，然后进行综合的数据分析，做出试验分析报告，并将数据保存或者通过打印机接口打印输出。最后发送控制信号给单片机，通过单片机P1口去控制输出设备。由于整个试验过程需要在一个恒温的60环境中进行，所以需要在车辙测试仪的试验箱中制造一个温度恒定的试验环境。因此在测试仪的试验箱中需要加装一个恒温控制系统，对试验箱中的温度进行实时采集和控制。我们根据量程，精度，适用性和经济要求最终选择直线型位移传感器和PN结型温度传感器，再通过运算放大电路，将电流信号协调到A/D转换器模拟电流输入值的范围内（05V），根据试验采集数据精度的要求和转换速度的要求，可以采用12位的A/D转换器和8位的单片机系统。由于数据采集后需及时的由单片机发送给PC机，由PC机来进行进一步的数据处理，可以绘制出位移传感器所测到的沥青材料变形数据的图表，并通过计算机与原先温度设定的值进行比较，然后由计算机做出进行加温还是不加温的结论。并可以采用电热丝对其加热，并通过鼓风机和试验箱中的风扇保证试验箱中的空气流通，从而使试验箱中温度均匀。15整个测试仪功能划分整个测试仪功能划分整个测试仪功能划分整个测试仪功能划分软件和硬件是控制系统的两大组成部分，目的是一致的为了解决问题，实现功能。现在就我们设计的课题将软件和硬件功能划分如下硬件功能为（1）测量电路包括温度和位移传感器，放大器，A/D转换及接口。（2）控制电路包括开关量输出和各种设备的驱动。（3）串行口电平转换电路把单片机输出的TTL电平转换为PC机能接收第10页工程学院毕业设计说明书（论文）的RS232电平，实现单片机和PC机的通信。（4）电源电路为系统提供稳压电源。（5）其他电路小车的定位检测，系统的急停电路。软件功能（又分为单片机部分和PC机部分）单片机部分为（1）温度，位移检测主要是实时采样。（2）控制的实现通过PC机的控制返回值去控制系统中的设备。（3）和PC机的通信实现数据的发送和接收并进行校验。PC机部分为（1）和单片机的通信实现数据的发送和接收并进行校验。（2）数据的处理处理发送过来的数据，保存并绘制曲线图进行观察。（3）控制界面由控制界面通过单片机控制系统的设备。16测试系统流程图测试系统流程图测试系统流程图测试系统流程图温度1温度2温度3位移放大器放大器放大器放大器多路选择开关A/D转换器控制I/O接口电路单片机PC机开关量通道辅助设备第11页工程学院毕业设计说明书（论文）17测试的步骤测试的步骤测试的步骤测试的步骤1将实件的实验轮不行走的部位上，粘贴一个热电耦温度计（也可以在实件制作时预先将热电藕导线埋入试验件一角），控制试件温度稳定在601。连同实模一起，置于已达到实验温度601的恒温室中，保温少于5H，也不得多于24H。在实件2将试件连同试模移置于轮辙试验台，试验轮在试件的中央部位，其行动方向须与试件碾压或行车方向一致。开动车辙变形自动记录仪，然后启动实验机。第12页工程学院毕业设计说明书（论文）第二章第二章第二章第二章车辙实验仪机械本体部分的车辙实验仪机械本体部分的车辙实验仪机械本体部分的车辙实验仪机械本体部分的简介简介简介简介21机械主体运动方案机械主体运动方案机械主体运动方案机械主体运动方案实验轮固定在杠杆上，杠杆以一端支架为支点，另一端放置重物，由起吊装置控制起吊和停止。实验轮在小车上部的沥青试模装置上施压并进行往复运动，达到车轮在路面上行驶的效果。小车下部装有滑块在导轨上做直线往复运动，两条导轨安装在两具工字钢上。22驱动设计驱动设计驱动设计驱动设计在进行测试时小车需在导轨上做往复运动。普通电机通过减速器带动曲柄滑块，从而实现小车的往复运动。23通风系统通风系统通风系统通风系统由于试验要在一定的温度下进行，就需要对恒温室进行热风循环。热风循环充分与否直接决定试验结果的正确性，所以通风系统的设计在系统中显得非常重要。本设计恒温室热风循环采用鼓风机（离心风机），加风道（上下通风实模小车加重支点图21运动结构示意位移传感器温度传感器温度传感器温度传感器第13页工程学院毕业设计说明书（论文）循环）。为力使恒温室内各部分受热均匀，在恒温室的上方加小风扇。应保证恒温室内单位时间内的热风流量，从而选择适当型号的离心风机。设计离心风机放仪器下部，加热装置与离心风机的进风口相连接。热风循环方式如下图。24水浴水浴水浴水浴本设备是具有浸水试验功能的仪器，热水加热直接在试验水箱中加上加热器完成，不另外在底部设水箱。水箱中放有温度传感器，用单片机监控水温。25试模组件试模组件试模组件试模组件试模是在专门的配套设备中用轮碾成型法制作车辙试样试块。在实验室或工地制备成型的车辙试件，其标准尺寸为30030050MM。也可从路面切割30030050MM的试件，试模采用紧缩结构。26外观外观外观外观正面、左侧各开一个门，试模的放取是从左侧的门，正面的门是为了观察、打扫、和维修的方便。27传动机构小车的运动采用电机减速器双滑块四杆机构机构。28起吊系统起吊系统起吊系统起吊系统配重采用减速器起吊。起吊要平稳，起吊高度要方便试模的放取加热装置离心风机恒温室第14页工程学院毕业设计说明书（论文）29杠杆的的结构特点杠杆的的结构特点杠杆的的结构特点杠杆的的结构特点杠杆应该选择合理的截面形状，使其面积最小，以达到减轻自重和节约材料的目的。综合考虑到杠杆提升时的稳定度及工作时的稳定性，本设计采用截面形状为回形的型钢。第15页工程学院毕业设计说明书（论文）第三章第三章第三章第三章车辙测试仪硬件的原理车辙测试仪硬件的原理车辙测试仪硬件的原理车辙测试仪硬件的原理，选用和外围电路的设计选用和外围电路的设计选用和外围电路的设计选用和外围电路的设计31前向通道的设计前向通道的设计前向通道的设计前向通道的设计311总论总论总论总论在测控系统中，总要有一些现场信号要输入计算机，如温度、压力、开关状态等。像这样反映外界状态的信息输入通道称为前向通道。前向通道是微机测控系统的重要组成部分，是连接现场和微机的桥梁。前向通道的主要作用是把各种传感器检测到的外界状态转换为单片机机能接受的数据形式送入单片机，所以前向通道也常被称为传感器接口通道。本次毕业设计的前向通道由1温度传感器；2位移传感器；3信号放大；4A/D转换等部分组成。具体选择应用方案如下当输入通道的输入信号为较高电平时可以不必使用放大器，由于本系统采用的传感器输出电平比较低因此在系统中需采用相应的放大电路，信号电压经放大后输入到A/D转换器。如果输入信号的变化速度比A/D转换速率慢得多，则可以省去S/H采样保持电路，我们设计的系统由于信号变化比较慢因此不需要采用采样保持电路。由于输入通道与强电无任何联系，故没有必要设光电隔离电路。CPUAT89C51通道选择放大器A/D转换温度、位移传感器第16页工程学院毕业设计说明书（论文）312传感器的选择传感器的选择传感器的选择传感器的选择信号将通过传感器输入单片机，因此传感器也是决定整个测试系统性能的关键环节之一。要正确选用传感器，既要明确所设计的测试系统需要什么样的传感器（系统对传感器的技术要求）；又要了解现有传感器厂家有哪些可供选择的传感器，把同类产品的指标和价格进行对比，从中挑选合乎要求的性价比高的传感器。一般选用传感器的主要依据有具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围相一致；转换精度符合整个测试系统根据总精度要求而分配给传感器的精度指标（一般应优于系统精度的十倍左右），转换速度应符合整机要求；能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如耐高温，耐高压，防腐，防震，防爆，放电磁干扰，体积小，质量轻和耗电少等；能满足用户对可靠性和可维护性的要求。（1）温度传感器的选择PN结温度传感器的原理PN结温度传感器是利用二极管的PN结正向电流和温度的关系，得到外加电压与温度的近似关系，也可以利用晶体三极管基极与发射之间的PN结的温度效应，测量温度范围为50200。PN结的正向电压VF与温度T的关系如式（31）所示式中、K、G、VGO、B均为常数；J为电流密度。当电流密度J保持不变时，PN结正向电压VF随着温度T的上升而下降，近似与线性关系。对于硅二极管，温度升高1，正向电压下降约2MV。二极管温度传感器正是利用PN结正向电压与温度关系的特性而制作的。假设集电极电流为常数，晶体二极管的基极发射极电压VBE与温度T近似于线性关系，可利用式（32）表示VFVGOGKTINJINTINB23（31）第17页工程学院毕业设计说明书（论文）式中C为常数，与PN结电流密度和工艺参数有关。利用这种关系，可以将晶体三极管用作温度传感器。但要求晶体三极管的VBE误差在3以内，在使用中还可以通过调节集电流以减小VBE的误差。考虑到测量范围、测量精度、价格等情况，在本设计中使用PN结温度传感器。感温探头采用一只硅三极管9013，把它接成二极管形式。硅晶体管发射结电压的温度系数约为25MV/，即温度每上升1度，发射结电压会下降25MV。由PN结的原理，我们可用PN结作为温度传感器，精度要求能满足，价格也便宜，因此我们在这次设计中我们选用9013。（2）位移传感器的选择位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。根据全自动车辙测试仪测量范围要求（030MM）和精度要求（01MM），我们决定选用浙江省洞头县光电开关厂生产的VLS308。我们选用的VLS308是电感式位移传感器。该位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。该位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘型号工作电压静态功耗输出电流输出电压线性距离重复精度VLS3081530VDC05W5MA010VDC440MM15响应时间环境温度环境湿度灵敏调节输出形式驱动形式使用寿命5MS257595RH（25时）具备双态通用运放驱动10000HVBE127VCT32第18页工程学院毕业设计说明书（论文）等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。位移传感器VLS308的参考数据表图位移传感器的机械原理图输出特性曲线从上面的分析我们知道该传感器性能优良，价格适中，符合我们系统设计的要求。313霍尔开关霍尔开关霍尔开关霍尔开关的选择的选择的选择的选择当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为UKIB/D其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力LORRENTZ）的磁感应强度，D是薄片的厚度。由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。第19页工程学院毕业设计说明书（论文）霍尔开关属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。图内部原理图图输入/输出的转移特性314运算放大器的选择运算放大器的选择运算放大器的选择运算放大器的选择放大器是用来把传感器送来的信号从毫伏电平按比例的放大到典型的模/数转换器输入电平（如满刻度为10V），可选用一个具有适当闭环增益的放大器。如果信号源的信号幅值相差悬殊，可采用增益可控的可编程序放大器，它的闭环增益由计算机控制。我们在本毕业设计中选用的运放为LM358，LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。第20页工程学院毕业设计说明书（论文）LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。特性内部频率补偿直流电压增益高约100DB单位增益频带宽约1MHZ电源电压范围宽单电源330V；双电源15一15V低功耗电流，适合于电池供电低输入偏流低输入失调电压和失调电流共模输入电压范围宽，包括接地差模输入电压范围宽，等于电源电压范围综上，可以得出车辙测试仪的测温电路与测位移电路如下图所示R120KR220KR3100KR4100K32184ALM35832184ALM358D9013W25KW15KR5500KR6500K5V5V温温温温123温温温温温温第21页工程学院毕业设计说明书（论文）VCCCCC位位调调调调25VLM336RRRRRRRVCC1模模模调模2模模模调模3GND4位位位位位VCC位位温温温温48231UALM358315A/D转换器的选择转换器的选择转换器的选择转换器的选择在单片机的实时控制和智能仪表等应用系统中，被控制或被测量对象的有关参量往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、速度等物理量，这些模拟量必须转换成数字量后才能输入到计算机进行处理。计算机处理的结果，也常常需要转换为模拟信号，驱动相应的执行机构，实现对被控对象的控制。若输入是非电的模拟信号，还需要通过传感器转换成电信号并加以放大。实现模拟量变换成数字量的过程称为“量化”，也称为模/数转换。实现模/数转换的设备称为模数转换器（A/D），A/D转换器是将连续变化的模拟信号转换为数值上等效的数字信号。尽管A/D转换器的种类很多，但目前广泛应用的主要有三种类型逐次比较型、双积分型二种。逐次逼近法A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中，是最常用的A/D转换器件。双积分A/D转换器，具有精度高、抗干扰性好、价格低廉等优点，但转换速度慢，近几年来在微机应用领域中也得到广泛应用。选择A/D转换器件主要是从速度、精度和价格上考虑。由速度、精度和价格等因素，在本毕业设计中使用逐次比较型常用的AD574A。（1）A/D转换的原理逐次比较转换的基本原理是用一个计量单位使连续量整量化（简称量化），即用计量单位与连续量比较，把连续量变为计量单位的整数倍，略去小于计量第22页工程学院毕业设计说明书（论文）单位的连续量部分。这样所得到的整数量即为数字量。显然，计量单位越小，量化的误差也越小。可见，逐次比较式的转换原理即“逐次比较”。图31为一个N位逐次比较式A/D转换器的原理图。它由N位寄存器、D/A转换器、比较器和控制逻辑等部分组成。N位寄存器哟用来存放N位二进制数码。当模拟量VX送入比较器后，启动信号通道控制逻辑电路启动A/D转换。首先，置N位寄存器最高位（DN1）为“1”，其余位清“0”，N位寄存寄存器的内容经D/A转换后得到整个量程一半的模拟电压VN与输入电压VX比较。若VXVN,则保留DN11若VX60关电热丝开电热丝小车复位接受程序返回A/D转换第41页工程学院毕业设计说明书（论文）0电平触发方式，0INT/1INT管脚上低电平可引起中断。NIE0、IE1外部中断0、1请求标志位。当外部中断0、1依据触发方式满足条件，产生中断请求时由硬件置位（IE0/IE11）。当CPU响应中断时由硬件清除（IE0/IE10）。NTF0、TF1定时器/计数器0、1（T/C0、T/C1）溢出中断请求标志。当T/C0、1计数溢出由硬件清除（TF0/TF11）。当CPU响应中断时由硬件清除（TF0/TF10）。NTR0，TR1T/C0、1启动控制位。1启动计数0停止计数在本程序中根据以上控制位可确定TCON0X01，即外部中断0、1触发方式为下降沿触发，其他个位清0。（2）串行口控制寄存器SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0、SM1串行口工作方式控制位，具体工作见下表SM0SM1工作方式说明波特率00方式0同步移位寄存器OSCF/1201方式110位异步收发由定时器控制10方式211位异步收发OSCF/32或OSCF/6411方式311位异步收发由定时器控制NSM2多机通讯控制位（方式2，3）1只接受到第9位（RB8）为1，RI才置位。0接受到字符RI就置位。NREN串行口接受允许位。1允许串行口接受0禁止串行口接受NTB8方式2和方式3时，为发送的第9位数据，也可以做奇偶校验位NRB8方式2和方式3时，为接受的第9位数据，方式1时，为接受的停止位第42页工程学院毕业设计说明书（论文）NTI发送中断标志。由硬件置位，必须软件清0NRI发送中断标志。由硬件置位，必须软件清0在本程序中SCON0XD8，即串行口工作方式3，11位异步收发波特率由定时器控制，其他控制位清0。（3）电源控制寄存器PCONSMODGF1GF0PDIDLNSMOD串行口波特率加倍位1方式1、3波特绿定时器1溢出率/16；方式2波特率为OSCF/32。0方式1，3波特率定时器1溢出率/32；方式2波特率为OSCF/64。NGF0、GF1两个通用标志位。PD、IDLCHMOS器件的低功率控制位。我们在本程序中PCON0X00，设置SMOD串行口波特率倍增位为0。（4）T/C的方式控制寄存器TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0NC/T计数器或定时器选择位。1为计数器0为定时器NGATE门控制信号。1T/C的启动受到双重控制，即要求TR0/TR1和0INT/1INT同时为高。0T/C的启动仅受TR0或TR1控制。NM1和M0工作方式选择位。四种工作方式，由M1M0的四种组合状态确定，具体见下表。M1M0方式功能000为13位定时器/计数器，TL存低5位，TH存高8位011为16位定时器/计数器102常数自动装入的8位定时器/计数器113仅适用于T/C0，两个8位定时器/计数器第43页工程学院毕业设计说明书（论文）在本程序中TMOD0X21，即定时器1工作在方式2,定时器0工作在方式，T/C的启动仅受TR0或TR1控制。（5）中断允许寄存器IEEAET2ESET1EX1ET0EX0NEX1，EX0外部中断0，1的中断允许位。1外部中断0，1开中断。0外部中断0，1关中断NET0，ET1定时器/计数器0，1（T/C0，T/C1）溢出中断允许位。1T/C0，T/C1开中断。0T/C0，T/C1关中断NES串行口中断允许位1串行口开中断。0串行口关中断NET2定时器/计数器2（T/C2）溢出中断允许位。1T/C2开中断。0T/C2关中断NEACPU开/关中断控制位1CPU开中断。0CPU关中断我们在本程序设置IE0X83，允许T/C0和外部中断0开放中断，其余位都关闭中断。（6）中断优先级控制器IPPSPT1PX1PT0PX0NPX1，PX0外部中断0，1中断优先控制位。1高优先级。0低优先级NPT0，PT1定时器/计数器0，1（T/C0，T/C1）中断优先控制位。1高优先级。0低优先级NES串行口中断优先控制位1高优先级。0低优先级我们在本设计中由于急停设为最优先处理的事件，所以将急停设为最高中断即IP0X01，其他都为同一优先级。第44页工程学院毕业设计说明书（论文）433数据采集部分数据采集部分数据采集部分数据采集部分数据采集程序每次要进行四次A/D转换，由74LS153选择3个温度和1个位移通道中的一个模拟量输入到AD574，将P36和P37清0于是CE置位芯片允许工作，由硬件可知AD574的启动、高8位和低4位的地址分别为0XFF7C、0XFF7F、0XFF7D。采集到的数据将分为3个高4位为0的数据发送。四次全部转换结束后调数据转换子程序，再将采集到的数据发送给PC机显示。UINTAD574/启动A/D转换/UNSIGNEDINTDATAIUNSIGNEDINTDATAJUNSIGNEDINTDATAKR0W0P111P121ADCOM0/启动转换/K2FORI0I4启动转换1结束存放数据1启动转换2结束存放数据2启动转换3结束存放数据3启动转换4结束存放数据4启动A/D转换返回第45页工程学院毕业设计说明书（论文）/采集A/D转换的高八位中的前四位存入数组/SENDBUFK1ADHI/P1口值的情况赋给控制位/SUMSENDBUF1FORI2I60关电热丝开电热丝数据发送程序启动测试程序启动小车第48页工程学院毕业设计说明书（论文）SUMDATABUF00DATABUF01DATABUF10IFSUM/32458P140/判断温度是否大于60/ELSEP141/启动电热丝/SENDDATA/关闭电热丝/437其他的一些子函数其他的一些子函数其他的一些子函数其他的一些子函数每次系统启动时，能保证小车在起始位置。VOIDRESET/小车复位程序/WHILEP130P151/延时等待触到限位开关/P150/曲柄滑块机构电机停止/在测试过程中难免会出现一些紧急情况，能及时的关闭系统来解决这些紧急情况。SOSINTERRUPT0USING3/外部中断实现紧急情况下所有设备的停止/P140/关电热丝/P150/关曲柄电机/P170/关风扇/STARTUP/等待重新启动系统/在系统运行过程中用定时中断来与PC机实时通讯，以便实验人员对整个系统可以随时开始测试、保温或停止。其中P14、P15、P16、P17控制的设备分别为电热丝、曲柄滑块电机、照明和风扇。BLACKOUTINTERRUPT1USING2/定时中断，使用3号寄存器组，接受PC指令/第49页工程学院毕业设计说明书（论文）RECEIVE/调用接受程序/SWITCHRECEIVEBUF1CASE1STOP/停止外部设备/BREAKCASE2STRAT/开始测试/BREAKCASE3KEEP/开始保温/BREAKDEFAULTBREAK44PC机部分的机部分的机部分的机部分的简介简介简介简介441软件运行硬件和系统需求软件运行硬件和系统需求软件运行硬件和系统需求软件运行硬件和系统需求为运行“车辙测试仪软件”，必须在计算机上安装相应的硬件和软件系统。这些系统要求包括MICROSOFTWINDOWS98、WINDOWS2000、WINDOWSXP操作系统。80586或更高微处理器。至少需要5MB的硬盘空间。定时中断数据接受程序分析数据测试程序系统停止关风扇关曲柄电机关照明保温程序第50页工程学院毕业设计说明书（论文）一个串行接口，COM1或COM2。MICROSOFTWINDOWS支持的VGA或分辨率更高的监视器。16MB以上RAM。鼠标或其它定点设备。COMS能识别2000年442软件界面和控制功能的介绍软件界面和控制功能的介绍软件界面和控制功能的介绍软件界面和控制功能的介绍（1）试验参数设置界面这是一个为试验人员做好各项试验登记所设计的界面，它可以为试验提供详细而又便捷试验各项记录环境，为今后试验数据的管理和查阅提供了非常大的方便。也为试验的进行，记录下了各项指标，为试验数据的分析提供了参考。此界面一共分为下拉菜单、工具条、系统参数控制、试验记录表、试验参数表。其中“下拉菜单”、“工具条”、“系统参数控制”主要是用来试验软件自带的各项功能之用，完全的迎合WINDOWS的操作界面，使得界面更具有亲和第51页工程学院毕业设计说明书（论文）力。而“下拉菜单”中包括了“工具条”和“系统参数控制”的功能，其功能是更为全面和广泛。而“工具条”和“系统参数控制”为操作者提供了一个更为人性化、更为便捷的控制环境。使这套软件更为易于上手与操作。控制按钮“新建”和下拉菜单“新建试验（N）”可以创建一个新的试验，试验编号将自动生成一个未使用过的编号。控制按钮“保存”和下拉菜单“保存试验记录（S）”可以保存新建的试验记录。如果在填写试验记录时，或是刚刚保存试验记录过后，发现试验记录填写的错误。则可以按动“重置”按钮或是下拉菜单“重置设置（R）”，从而可以立即更改试验记录。而控制按钮“ENG”则可以实现在中文与英文之间的转换（本软件采用多种语言可互相转换的操作界面。能够根据操作人员来自不同的国家，在多种语言间进行转换。从而可以适应当今日趋国际话的要求。）控制按钮“历史”和下拉菜单“查看历史试验记录（V）”可以用来调用曾经做过的试验记录。如果按动“密码确认”按钮，将会弹出“系统登陆”对话框（如图）。如果需要更改密码，可以点击“更改密码”按钮，便会弹出密码修改对话框。在实验参数界面中，绘制数据图表框图的可以通过“系统参数控制”中的滑块来进行调整，位移显示的范围是540MM；时间显示的范围是6090分钟。系统需要和单片机通过串口通信，串口号可以通过属性选择按钮“串口选择”或下拉菜单中的“串口选择”来控制。在做完所有的试验参数记录，并保存过后，点击“开始试验”按钮。便可第52页工程学院毕业设计说明书（论文）进入试验实时控制系统界面。（2）试验系统在每次启动“试验系统”窗口后，软件会自动按照系统的设定打开通讯串口，并进行串口通讯的自我检测。如果未检测到试验设备，则会发送错误报告，提醒你打开试验设备。所以，每次开始试验前必须先启动试验设备，带其稳定运行后，再启动试验实时控制系统界面。同试验参数登记窗口相同，试验系统窗口界面也同样拥有WINDOWS风格的下拉菜单和工具条。其中控制按钮“新建”和下拉菜单“新建试验（N）”和试验参数登记窗口中的按钮类似，可以创建一个新的试验。窗口会自动转换到试验参数登记窗口中去。而按钮“打开”可以打开以往的试验记录和数据。按钮“保存”和下拉菜单中的“保存试验数据（S）”的作用是相同的，可以将当前试验所记录的沥青材料的变形曲线保存到“试验数据试验数据DATA”文件中去。以后可以通过下拉菜单中的“加载试验数据（L）”重新的显示出来。“试验准备”按钮的作用使用来启动实验前的24小时预热。“启动”按钮启动曲柄滑块机构的驱动电机，经过一段延时程序，等驱动电机运行平稳后，启动A/D转换，进行数据采集。并将采集所的数据经过数据处理，在屏幕上绘制出来。“结束”按钮则是控制试验的结束。这些按钮的功能，同样可以在下拉菜单中实现。并且启动的快捷键为F2，停止的快捷键为F4。同过下拉菜单中“显示系统设定（V）”来设定系统的显示精度。单片机实时的将温度、位移等数据以数据包的形式不停的发送到PC机，其中也包括单片机P1口的电平信号。这样方便PC机显示个设备的运行情况。如右图橙色表示设备未运行，绿色为设备运行。在按动“试验准备”按钮后，试验界面会自动弹出预热界面，并提示操作者是否需要打开照明系统，然后询问是否开始预热。最后会出现预热界面，如图第53页工程学院毕业设计说明书（论文）可以通过“控制设定温度”按钮来更系统设定温度的高低。“已经行时间”的文本框和“正在进行预热”的进度条可以显示给系统加热的进程。第54页工程学院毕业设计说明书（论文）毕业设计总结毕业设计总结毕业设计总结毕业设计总结毕业设计是教学环节中必不可少的重要组成部分，目的是使我们综合运用大学四年以来所学的理论知识，拓展创新，使理论和实践相结合，提高自身独立分析问题及解决问题的能力，它与其他的教学环节相配合，相辅相成，是其他的教学环节无法替代的。它为我们将来走上工作岗位奠定了坚实的基础。就我们设计的全自动车辙测试仪而言它具有十分广泛的应用前景，车辙测试仪试验系统是沥青稳定度测定系列最新产品。采用机械精加工技术、数字信号采集与控制技术开发的新一代机电一体化的恒温式沥青混合料实验设备，用于公路工程中沥青混合料动稳定度（车辙）试验。随着我国道路基础建设的进一步发展，对道路的量和质地要求越来越高。由于现在的路面大多采用沥青混合料，所以对沥青材料的检测就显得至关重要。目前国内市场上的车辙测试仪试验系统的自动化水平还不高，实时性也不够理想。我们所设计的全自动车辙测试在设计上也尽可能增加系统的自动化水平，减少了人为因素的干扰。市场上有些将实时控制部分放到PC机上处理，这样大大的降低了系统的实时性。我们设计的测试仪则将实时控制部分有单片机处理，这样减少了像数据传送等不必要的环节。在控制方面采用单片机和PC机相连的实时控制系统，由PC机上的VB界面来显示和控制实验过程，有操作方便，界面友好等特点。单片机主要实行数据采集和实时控制等功能，在测量、控制系统中采用单片机控制能简化电路，增加功能，提高精度和可靠性，是实现自动化的大势所趋。由于时间有限在我们的控制部分还存在一些不足之处，比如功能还不够多，考虑的实际情况也太理想化，需要今后的进一步改进。第55页工程学院毕业设计说明书（论文）参考文献参考文献参考文献参考文献1、何立民主编单片机应用技术选编（1）北京航空航天大学出版社19932、马忠梅籍顺心等编著单片机的C语言应用程序设计（修订版）北京航空航天大学出版社，1998103、徐泳龙主编单片机原理及应用机械工业出版社20014、孔峰庄继东等主编微机控制技术重庆大学出版社200385、王福瑞等编著单片微机测控系统设计大全北京航空航天大学出版社199936、张建民等编著机电一体化系统设计（第二版）高等教育出版社20017、何希才编著传感器及其应用电路电子工业出版社20018、王彦平任延群等编著PROTEL99电路设计指南清华大学出版社20009、吴道悌主编非电量电测技术（第二版）西安交通大学出版社2000910、中华人民共和国交通部公路工程沥青及沥青混合料试验规程北京人民交通出版社，200011、李华MCS51系列单片机实用接口技术，199312、王栋VISUALBASIC程序设计实用教程清华大学出版社，2002113、PETERNORTONPETERNORTON教你学VISUALBASIC6浙江科学技术出版社199714、黄淼云VISUALBASIC控件高手北京希望电子出版社第56页工程学院毕业设计说明书（论文）致致致致谢谢谢谢在这忙碌的三个月中最累的一定不只是我们，还