毕业设计（论文）-电动叉车模块化控制系统研究论文.doc

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 论 文电动叉车模块化控制系统研究学 院：专 业：姓 名：学 号：指导教师：完成时间： 16摘 要近年来，物流业随着经济的发展而加速发展，电动叉车的普及率越来越高，但是事故率也越来越高。因此，电动叉车如何安全工作便成为社会关注的主要问题。电动叉车安全工作的关键在于中央控制系统的稳定性。如何提高中央控制系统的稳定性成为各电动叉车生产商面临的首要问题。本控制微处理器采用最新推出的数字信号处理器（DSP）TMS320LF2407芯片，设计出基于DSP技术的电动叉车中央控制系统。分析了影响电动叉车纵向稳定性和横向稳定性的主要因素。根据运动学、力学和几何关系，推导出电动车工作时的临界状态公式，通过软、硬件相结合方式来控制电动叉车的稳定性，以保证电动叉车工作时的稳定性。首先，本文从电动叉车的发展意义和发展趋势介绍了本课题的研究意义和研究内容；其次，根据电动叉车的运行工况和使用要求，分析影响电动叉车的稳定性因素，总结出电动叉车各部分的控制要求；再次，根据电动叉车安全工作时须保证的操作要求、通信要求、差速要求和稳定性要求进行硬件、软件设计，以满足电动叉车工作时的安全性和稳定性。关键词：电动叉车；中央控制系统；稳定性；AbstractWith the rapid development of logistics, electric forklifts become more and more widespread while the rate of accident becomes higher in recent years. As a result, how can electric forklifts operate safer turns out to be a main problem of the society? The focal point lies in the stability of central control system when the electric forklifts works. The chief problem which the electric forklifts producers face is how to improve the stability of central control system.The control microprocessor adopts the newest (DSP)TMS320LF2407 chip, then a central control system of electric forklifts is designed based on DSP technology. The author analyses the main factors affecting vertical and lateral stability of electric forklifts trucks. According to the kinematics, mechanics and geometry, the critical state when electric forklifts work is derived, then by the way of binding software and hardware to control and guarantee the stability of electric forklifts.Firstly, the essay introduces the study value and content from the development purpose and trend of electric forklifts; Secondly, according to the working condition and requirements of the electric forklifts, the author analyses the factors affecting the stability and concludes control requirements of different components of the electric forklifts hardly, the author designs software and hardware in accordance with the requirements of operation, communications, differential and stability to satisfy security and stability. Key words：electric forklift；central control system；Stability 目录引言1第一章 电动叉车分类及其发展趋势11.1 叉车的分类及特点11.2 电动叉车的未来发展趋势3第二章 电动叉车中央控制系统的控制要求32.1 电动叉车中央控制系统的操作要求42.2 电动叉车中央控制系统的通信要求42.3 电动叉车转弯时的差速要求42.4 电动叉车中央系统的稳定性要求5第三章 电动叉车中央控制系统的硬件设计53.1 系统硬件的总体设计及工作原理53.2 主控微处理器介绍63.3 电源模块硬件介绍73.4 普通I/O口控制电路介绍93.5 A/D信号采集模块设计9第四章 电动叉车中央控制系统软件设计104.1系统监控模块104.2 数据采集模块114.3 CAN通信模块124.4 电动叉车纵向稳定性模块134.5 电动叉车横向稳定性模块13结论14致谢15参考文献16引言2008年，我国GDP为4.222万亿美元，流通领域的增加值仅占8.1，美国、日本和英国等发达国家大大高十这一比例。不难看出我国物流业与国外发达国家的差距，但从另一角度看也说明了我国的物流业存在着巨大潜力和发展空间。被誉为“搬运之神”的叉车作为物流领域中的主要设备，必将获得一个巨大的发展空间。从叉车本身性能对比来看，近年来中国叉车的销量年增幅均超过30%，远高于我国GDP的增长速度，内燃叉车仍然是国内叉车市场消费的主要增长点。然而，同等载荷能力的电动叉车相对内燃叉车，虽然存在电瓶更换、充电以及维护技术要求较高等困惑，但从长期的使用情况来看，从当前叉车生产企业的技术水平及服务质量等角度出发，电动叉车的使用和维护成本相对比内燃叉车而言很具优势。此外，电动叉车的电动转向系统，加速控制系统，液压控制系统以及刹车系统都由电信号来控制，操作控制简便、灵活，使得操作人员的操作强度要相对内燃叉车轻很多，极大程度上降低了操作人员的劳动强度，对十提高工作效率及工作准确性有非常大的帮助；并且越来越多的室内操作对内燃叉车尾气的排放要求越来越高，部分地区已出台相应操作规范在一定程度上限制内燃叉车在室内的使用，相比较内燃叉车，低噪音、无尾气排放的、可靠性更高、更清洁的电动叉车的优势得到了越来越多具有环保意识企业的青睐，电动叉车取代内燃叉车是大势所趋。从国内外的行业发展形式来看，电动叉车的出现为缓解全球范围内的能源危机作出了贡献。作为电动车的一个分支，电动叉车是应该纳入新能源汽车范围来考虑的，利国利民的新能源项目。直流电动叉车作为当前主流的电动叉车实现形式，直流电机驱动控制系统的性能，直接影响电动叉车整车的生产效率，操作安全性，舒适性。随着直流电动叉车在叉车市场中所占份额的不断攀升，必将引领一轮新的叉车技术革命，给用户带来更高的生产效率、更低的叉车使用成本和更舒适的驾驶体验。可以预见得到，电动叉车的进步与革新对促进我国环保事业、汽车工业以及国民经济的可持续发展具有重大的意义，电动叉车的发展将会对社会的发展产生深远的意义。第一章 电动叉车分类及其发展趋势1.1 叉车的分类及特点叉车在企业的物流系统中承担着非常重要的角色，广泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等国民经济各部门，是机械化、电气化的装卸、堆垛和短距离运输的高效设备。在未来的很长一段时间内，不断实现功能创新，自动化及电气化程度越来越高的叉车，将占据运输领域的霸主地位。叉车按照其提供动力方式的不同，总体上可以分为内燃叉车和电动叉车两大类。电动叉车与内燃叉车的优劣如表1-1所示。表1-1电动叉车与内燃叉车优缺表由表1-1可以看出，相对于内燃叉车而言，电动叉车产品无论从经济性、安全性还是从操作舒适性等方面出发，电动叉车的独特的优势，更能满足社会发展的需要，同时，不断进步的电动车用动力电池技术，使得新式车用动力电池产品不断上市，更是弥补了电动车辆续驶里程及连续工作时间短的弊端，使得电动车辆可以在全方位与内燃车一较高低。不同动力核心的电动叉车产品特性的对比如表1-2所示。表1-2 DC、AC、DC-AC电动叉车特性的比较可见，对于电动叉车产品而言，不同动力核心的电动叉车产品各有利弊。交流电动叉车所采用的交流调速驱动控制系统的技术还不十分的成熟，而国内更是处于起步阶段，并且大部分电机需要从国外进口，同时为配合交流驱动控制技术，对位置传感器及处理器芯片的能力均提出了较高的要求，而无形中增加了交流电动叉车的整车成本。经过以上的分析，可以得出这样的结论，在当前的社会环境及技术条件下，直流电动叉车无论从技术的成熟度、耐用性等方面考虑，还是从经济性等方面考虑，都要优于其他类型的电动叉车产品。通过实验研究对现有的直流电动叉车进行相应的改进与完善，以更低的成本来实现更高的工作效率，是一件很具有实际意思的工程实践活动。1.2 电动叉车的未来发展趋势当前国内外有部分研发团体和生产厂家提出“通过科技进步推动交流系统取代直流系统，实现叉车动力系统的升级，让叉车跨过直流动力系统的时代”。然而，纵观国内外电动叉车的行业发展现状，对于交流电机为动力核心的交流电动叉车来讲，偏高的生产成本、复杂的控制技术以及需要大量进口的电机，甚至驱动控制系统的电磁兼容性等，均是横卧在电动叉车交直流产品更替面前的不可忽视的，严峻的技术及经济问题。从国内市场对电动叉车的需求上来看，由于国内电动叉车的使用范围及其广泛，用户层次多样，当前现有产品的价格极易获得用户的接收与青睐，总体上电动叉车的需求量持续旺盛增长，同时，直流电动叉车拥有一个相当高的市场占有度及使用的保有量。因此，与其放弃对产品成熟度较高的直流电动叉车深入开发、完善、研究，而转向交流电动叉车的生产，一方面由于技术的问题，交流电动叉车的工作效率、安全性、可靠性并不能够得到有效的保证；另一方面，从价格等角度考虑，交流电动叉车产品不能在短期内获得用户的认可。所谓“远水不能解近渴”，火爆的市场可能会因为这种不成熟的转型而陷入低迷，因此，交流电动叉车取代直流电动叉车当前只能是一个口号，它的真正实现需要以科技的进步、观念的改变为依托。相反的，加大对当前较为成熟的直流电动叉车产品的深入研究与完善，则是更为理智，更为市场的健康发展及国家经济负责的表现，此外，从技术层面考虑，当前的电动叉车产品也颇具完善与改进的空间。所以，在未来相当长的一段时间内，直流电动叉车仍将是叉车市场的“大哥大”，把满足用户需求，节约能量、提高可靠性、降低使用和维护成本、提高操作舒适性将成为电动叉车的发展方向，对市场形势进行正确的认识与把握会促使更为清洁、高效、安全的，具有新技术特点的直流电动叉车产品尽快投放市场，叉车业的必然迎来一个新的发展机遇。第二章 电动叉车中央控制系统的控制要求顾名思义，电动叉车中央控制系统是整车的核心部件，它控制着整车的运行情况。它的性能好坏直接影响着整车的工作效率和事故率。当中央控制系统运行不良时，将造成一定的财产损失，更甚者将造成生命危险。因此，对电动叉车中央控制系统的控制要求比较高。具体要求有如下几点。2.1 电动叉车中央控制系统的操作要求电动叉车中央控制系统工作时的操作要求：能正确反应驾驶员的操作指令，并能快速、准确的执行驾驶员动作，同时又能阻止其误动作。这就要求中央控制系统必须操作既简单、方便又能够正确、迅速响应驾驶员操作动作的人机界面。首先，电动叉车中央控制系统必须保证电动叉车在安全状态下才允许启动。本课题中设有：座位、油量、电源、电锁门和手刹等状态开关量，利用这些状态开关量来保证电动叉车处于正常、安全状态下才允许启动，这就防止了受外界的干扰而误启动。其次，电动叉车中央控制系统必须保证电动叉车的基本操作能够安全，协调的工作。电动叉车的工况比较复杂，要实现的动作有：前进、后退、上升、下降、前倾、后倾等。本课题中要求各个操作开关能够协调、安全地工作，而且按钮之间须具备互锁的功能。当发生故障时，能够自动产生故障代码并发出警报。2.2 电动叉车中央控制系统的通信要求电动叉车的稳定性要求中央控制系统能够快速、准确地分析各个运行参数，并把符合工况的运行参数输送给各个执行部件，同时还要协调各个功能模块稳定工作。这就要求有一个能够快速、抗干扰强、功能强大却结构简单的通信模块。本课题中利用TMS320LF2407数字信号处理器自带的CAN模块实现通信功能。2.3 电动叉车转弯时的差速要求本课题中选用的电动叉车是三轮叉车，后轮是转向轮，左右两轮是行驶轮如2.1所示。电动叉车的转向轮和行驶轮在行驶过程时一直保持着一定的关系：v=w*R（其中：v为线速度，w为角速度，R为转弯半径）。在同辆电动叉车中，各点的角速度w是相同的，但是转弯半径R不同，转弯半径R为各轮中心到转向中心的距离。当电动叉车的转向轮以直线行驶即没有转向时，转弯半径R为无穷大，转向中心O在无穷远，即左右两轮的速度大小相等、方向相同；当转向轮有一定转向角时，根据几何关系：转向中心O是左右两轮的连心线与转向轮中心线的交点，随着转向角增大，转向中心O越来越靠进O1点。当转向中心O在B点外时，左右两轮以相同的方向行驶；当转向中心O落在B点内时，左右两轮以相反的方向行驶；O1是转向角达到最大转角90时对应的转向中心即为原地转弯中心，此时两轮以大小相等方向相反行驶。2.4 电动叉车中央系统的稳定性要求电动叉车的稳定性是指电动叉车进行装卸作业和在各种道路上行驶时抵抗倾覆的能力，可分为纵向稳定性和横向稳定性。纵向稳定性是指电动叉车抵抗围绕车轴纵向倾翻的能力。横向稳定性是指电动叉车抵抗侧翻和侧滑的能力。电动叉车的纵向稳定性主要受货叉升降和门架倾斜的影响，因为当货叉装载重物且升降速度或者门架倾斜速度较快时，此时重心位置发生轴向变化，再加上因运动而产生的惯性力，就有可能导致电动叉车发生纵向倾翻。电动叉车的横向稳定性主要是电动叉车转弯时，由于离心力的作用,特别是在坡道上行驶转弯或全速带载行驶转弯时,重心位置发生横向变化而导致横向倾翻。因此，保证电动叉车工作时的安全性，就必须保证电动叉车不同工况下均具有抵抗倾覆的能力。纵向稳定性控制和横向稳定性控制都是保证电动叉车稳定性的前提。因为电动叉车出厂时已经对于载重量、爬坡度和门架倾斜角度做了限制，所以对货物的升降和门架倾斜的控制就成为满足其纵向稳定性首要条件。相对纵向稳定性而言，横向稳定性比较难控制：因为横向稳定性受电动叉车的行驶速度和转向角两者的影响，所以电动叉车的横向稳定性是随着转向角和速度的变化而变化的。因此，为了保证电动叉车能够在较为稳定情况下工作，本系统主要是在保证纵向稳定性的前提下，改善、提高电动叉车的横向稳定性。第三章 电动叉车中央控制系统的硬件设计3.1 系统硬件的总体设计及工作原理电动叉车中央控制系统主要由主控微处理器、电源模块、A/D采样模块、普通数字量开关模块、CAN通信模块、CPLD可编程模块和电磁阀电流保护模块等组成。图3.1为本课题电动叉车中央控制系统的框架图，具体硬件电路图见附录A。图3.1中央控制系统框架图主控制微处理器芯片根据电动叉车数字量开关信息和传感器采集到的信号，有加速踏板角度传感器信号、转向轮角度传感器信号、重量传感器信号和倾斜角度传感器信号等等,通过对信号量进行分析、比较、处理，综合最基本的参数，产生理想的输出，并传送给相应的执行机构，将相互独立的各部分功能有机地结合起来，从而提高了系统之间的协调性和优化性。这样子就可以保证电动叉车灵活、迅速地按照驾驶员的操作正确地工作，缩短工作时间，从而提高工作效率。3.2 主控微处理器介绍根据系统功能的需要，选用Texas Instruments（以下简称TI）公司最新推出的32位定点控制器的TMS320LF2407数字信号处理器，是目前在控制领域最先进的处理器之一。该数字信号处理器是基于TMS320CC2XXX内核的定点数字信号处理器，主要特性如下：采用高性能静态CMOS技术：供电电压只有3.3V，减小了控制器的功耗。l 指令周期缩只有33ns（30MHZ），提高了控制器的实时控制能力。l 具有高达32K字的FLASH程序存储器和1.5K字的数据/程序RAM，544字双口RAM（DARAM）和2K字的单口RAM（SARM）。l 两个事件管理器模块EVA和EVB：两个16位通用定时器；8个16位的脉宽调制（PWM）通道；3个捕获单元；片内光电编码器接口电路；16通道A/D转换器。l 可扩展总共192K字空间的外部存储器（LF2407）：64K字程序存储器空间；64K字数据存储器空间；64K字I/O寻址空间。l 10位A/D转换器最小转换时间为500ns：实现外部传感器的采集信号。l 控制器局域网络（CAN）2.0B模块：实现电动叉车中央控制系统和电机控制系统的通信功能。l 高达40个可单独编程或利用的通用输入/输出引脚（GPIO）：实现电动叉车的多种工况操作按钮。l 5个外部中断（两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）。现代电动叉车的设计趋向于模块化设计，各个功能模块之间采用CAN总线来传递信息，把数据汇总到中央控制模块或者从中央控制模块传输到其他执行模块，所以中央控制模块类似于电动叉车的大脑。中央控制模块需根据各传感器采集回来的信号在最短的时间内计算出电动叉车在不同工况下的运行参数，判断出电动叉车工作的稳定性和安全性，同时根据计算结果做出最适合、最优的电机运行方案和控制方案，即要保证电动叉车安全、可靠地运行，还需要考虑驾驶员的舒适性。电动叉车对其可靠性、稳定性、灵敏度和计算精度、速度的要求较高，又因为DSP具有可控性高、稳定性好、抗干扰性能好、自适应算法、大规模集成等优点，所以DSP控制芯片成为电动叉车控制的首选芯片。3.3 电源模块硬件介绍因为电动叉车工作时的电源是由蓄电池提供，但是蓄电池随着使用时间的加长，电压会发生相应地变化，所以电动叉车上的实际输入电源是变化的直流电源。同时因为传感器、芯片、电磁阀的供入电源要求不同，所以需要有48V、15V、5V、3.3V的直流电源。其中48V电源可以由蓄电池直接供给，3.3V电源建立在5V直流电流基础上转换而得到的。本课题设计电源的要求如下：（1）输入电源：直流电源3675V；（2）输出电源：直流电源15V（500mA）和5V(1.5A)；（3）总输出功率为15W；该电源模块以5V输出作为主输出，15V输出在5V基础上获得的。输入电源为直流电源3675V，经过整流管D33，再通过E2和PC11构成输入端滤波器。对于15V输出电路：经变压器变压后，PC6和R62相串联后再和输出整流管D50相并联，能抑制阻尼振荡。经过多个电容：E3、E9和PC26起动滤波的作用，再经过KIA7815实现稳定直流15V输出，最后再经过E5和PC27两次滤波，以保证其输出的稳定性。对于5V输出电路：其输出电路和15V输出电路相似的，不同的是在最终输出时增设反馈电路。利用典型的光耦反馈电路来保证5V电源的稳定输出。反馈电路主要由TL431精密稳压源、光电耦合器PC817和DPA424芯片组成。TL431精密稳压源在这里构成外部误差放大器，再与光电耦合器组成隔离式反馈电路，利用DPA424改变占空比，从而保证稳定输出5V电压。整个电源模块的电路设计框架图如图3.2所示：图3.2电源电路设计框架图其反馈电路工作原理如下：R151为欠电压值和过电压值的设计电阻。当负载发生瞬间变化时，R151还能自动减少占空比，防止磁饱和。磁复位电路由稳压管ZD1和电容PC8组成，在功率MOSFET截止时，将高频变压器磁复位。稳压管ZD1可将漏极电压钳制在安全范围内，当负荷发生瞬间变化或输出过冲时可限制漏极电压的升高。PC8和R63相串联，再与输出整流管D52相并联，起到抑制阻尼振荡的作用。其中整流管D52和D33均采用肖特基二极管31DQ10。DPA424S芯片工作时所需的控制能量由辅助绕组提供。调节信号通过光耦合器PC817从次绕组反馈回来。当控制环路出现故障或输出短路时，DPA424能自动启动。R159和R160为采样电阻，输出电压经过R159和R160分压后，与精密稳压器TL431中2.5V基准电压进行比较，从而产生误差，再通过光电耦合器控制DPA424的占空比，对输出电压进行调节，以保证5V电压的稳定输出。R158、PC31和PC32构成启动电路，避免在刚接通电源时输出电压发生过冲现象。刚上电时，因为PC31和PC32两端的压降不能突变，所以使能TL431不工作。随着整流滤波器的输出电压的提高并通过R158给PC31和PC32充电，使其上的电压不断升高，TL431才转入正常工作。3.4 普通I/O口控制电路介绍电动叉车的操作比较复杂，有行走、升降、倾斜等基本操纵开关和座位、油量等辅助保护开关，总共有18个基本操纵数字量开关，而且各开关量既独立又相互联系。本课题中对电动叉车数字量开关信号的处理采用阻容保护方式，其电路图如图3.3所示：图3.3数字量开关电路图图3.3中左边的电阻和电容构成了阻容保护电路，起到了滤波、抗干扰的作用；开关二极管D85单向流动，起到限制方向的作用；电阻R82起到限制电流的作用；反向器74HC14对输入信号进行波形整形,对干扰信号有一定的抑制作用,以标准的TTL电平形式输出。这样子就把电动叉车数字开关量的工作状态以标准TTL电平形式送给主控微处理器。3.5 A/D信号采集模块设计数据采集和转换系统从一个或几个信号源中采集模拟信号，并把这些模拟信号转换为数字信号，以便输入计算机。对一个模拟信号转换为数字信号所要求的基本部件有：（1）模拟多路转换器和信号调节器；（2）采样/保持放大器；（3）模拟/数字（A/D）转换器；（4）通道控制电路；因为系统硬件选用的主控微处理器TMS320LF2407内部置有模数转换模块（ADC），其具有以下特性：l 带内置采样/保持（S/H）的10位模数转换模块ADC。l 多达16个的模拟输入通道（ADCIN0ADCIN15）。l 两个独立的最多可选择个模拟转换通道的排序器（SEQ1和SEQ2）可以独立工作在双排序器模式，或者级连之后工作在一个最多可选择16个模拟转换通道的排序器模式。l 在给定的排序方式下，4个排序控制器（CHSELT0RESULT15）用来存储转换结果。由于主控微处理器TMS320LF2407具有这些特点，使得A/D信号采集模块大大简化。第四章 电动叉车中央控制系统软件设计软件是微机系统的神经中枢，整个系统都是在软件的控制下进行协调工作的。在设计微机控制系统时，除了系统硬件以外，主要的工作就是如何根据实际需要设计应用程序。系统控制能力的优劣很大程度取决于软件，控制软件不但要具有灵活性、可靠性和通用性，而且还要具有很好的实时性。本系统中采集与测控模块由中央控制系统完成，执行电机的转速控制由电机控制模块实现。系统工作时，电机控制系统根据中央控制系统传送的命令和数据：设定电动叉车在不同的工况下工作，通过检测电动叉车各工况参数并进行处理分析，同时向电机控制模块发送转速目标值。由于中央控制系统软件的设计直接影响对电动叉车实施电子控制所能达到的性能，进而影响整个系统采集的效率。因此中央控制系统软件设计是十分关键的。实际的应用程序主要由一个主程序（包括若干个功能模块）和多个子程序（包括中断）构成，每一程序模块都能完成某一明确的任务，实现某个具体的功能。采用这种模块化软件设计具有以下优点：（1）单个模块结构功能单一，因而易于编写、调试和修改；（2）便于分工，可由多个程序员同时编写、调试，缩短研发周期；（3）程序可读性好，方便功能扩展和版本升级；（4）程序的修改性好，可进行局部修改，其它部分可以相对保持不变；（5）使用频繁的子程序可以汇骗成子程序库，便于多个模块调用；考虑到控制系统的实时性要求很强，本系统的程序都是在TDS510-USB2.0仿真器、代码编程器CCS3.3的环境中编制，主要由系统监控模块、数据采集模块、动作功能实现模块和通信模块组成。4.1系统监控模块微机化测控系统软件按其功能可分为两部分：管理整个系统正常工作的监控程序和执行所要求任务的功能程序。因为整个测控系统是在监控程序的控制下进行工作，所以监控程序的设计是软件的核心问题。监控程序的主要作用是及时地响应来自系统、仪器和各中断服务请求，有效地管理系统软、硬件及人机、机机联系设计以实现信息交换或控制的目的，并在系统出现故障时，提供相应的处理。它的功能主要取决于测控系统的组成及规模，以及系统的硬件配备与功能。本系统中央控制系统监控模块主要由监控主程序、初始化管理、时钟管理、实时中断管理模块、通信模块和显示模块（因工作量关系尚未完成）组成，其组成框图如图4.1所示。图4.1中央控制系统监控模块组成框图监控主程序是整个监控模块的主线，上电复位后首先进入监控主程序。监控主程序引导测控系统进入正常运行，并协调各部分软件、硬件有条不紊地工作。除了初始化外，监控主程序把其余部分联接起来，构成一个无限循环圈，监控系统的所有功能都在这一循环圈中周而复始地或有选择执行。为了能及时处理各种可能事件，提高实时处理能力，所有的微机测控系统几乎都具有中断功能即允许被控过程的某一状态或实时时钟或键操作中断正在进行的指令，转而处理该过程的实时问题。当这一中断指令处理完成后，再返回执行原来的指令。本系统实时中断管理主要有：ADC中断管理、实时时钟管理和CAN通信中断管理。其中，ADC中断主要是对外部电动叉车操作功能产生的中断进行管理；实时时钟管理主要是对中央控制系统工作时序基准进行管理；CAN通信中断主要是对中央控制系统和电机控制系统进行通信时的管理。时钟管理是微机化测控系统中不可缺少的组成部分，广泛采用软件与硬件相结合的方法产生定时，主要作为定时器使用。本系统中时钟管理的任务主要是在时钟初始化时对各定时器设置时间、计时方式和在响应时钟中断过程中检测定时器时间结束与否，并相应决定是否产生软件标志位或执行某个功能。4.2 数据采集模块本系统中对电动叉车实施电控时，数据采集主要包含数字量开关的采集和传感器模拟量的采集。其中数字量开关的采集是在主程序里面完成的，而传感器模拟量的采集是在中断程序里面完成的。数字量开关程序的扫描方法保证了系统在正常工作下工作而且可以减少相应的程序执行时间。当系统状态量不正常时，驾驶员操纵电动叉车的执行开关无效，就防止了驾驶员的误操作；同时当系统状态量不正常时，程序将不会再往下执行，就节省了扫描执行开关的程序时间。为了提高系统的可靠性，仅靠硬件抗干扰是不够的，还需进一步借助于软件措施来增强抗干扰。软件抗干扰技术是当系统受到干扰后使系统恢复正常运行或输入信号受干扰后去伪求真的一种辅助方法。因为软件设计灵活，节省硬件资源，所以软件抗干扰技术越来越引起人们的重视，特别当电动叉车的工作环境较恶劣时，所以本系统中多处融入软件抗干扰技术，如采取数字滤波的方法和软件冗余技术的应用。数字滤波，即通过一定的计算程序，对采样的数据进行某种处理，从而消除或减弱外界干扰的影响，提高测量的可靠性和精度。数字滤波的方法主要有限幅滤波、算术平均滤波、去极值平均滤波、移动平均滤波、中位值滤波、低通滤波、复合滤波。采用数字滤波具有以下优点：（1）节省硬件成本。数字滤波只需一个滤波程序，不必添加硬件，而且一个滤波程序可使用多次和多通道使用，无需每个通道专设一个滤波器，因此大大节省硬件成本。（2）可靠稳定。软件滤波不像硬件需要阻抗匹配，且硬件更容易产生故障。（3）功能强。数字滤波可以对高频或低频的信号进行滤波，这是模拟滤波器难以实现的，而且数字滤波方法比较多。（4）方便灵活。只要适当改变软件滤波程序的运行参数，即可方便改变滤波功能。根据软件编写的难易和需要，本课题采用算术平均滤波的方法对模拟输入信号进行数字滤波以实现软件抗干扰功能，把转换排序器的16通道分成四组，即每组模数通道同时由四个转换通道进行转换，再取其平均值。另外，软件设计中也采用了重复检测法的时间冗余技术进行滤波，例如系统中数字量开关的检测程序。时间冗余技术是通过消耗时间资源达到纠错目的。输入信号的干扰是叠加在有效电平信号上的系列离散尖脉冲，作用时间很短。当控制系统存在输入干扰，又不能用硬件加以有效抑制时，可以采用软件重复检测的方法，达到“去伪求真”的目的。具体的做法就是：对接口中的输入数据信息进行延时多次检测，若检测结果完全一致，则是真的输入信号；若相邻的检测内容不一致，或多次检测结果不一致，则是为伪输入信号。4.3 CAN通信模块CAN通信管理模块用来完成中央控制系统和左行走电机控制模块、右行走电机控制模块、油泵模块、显示模块之间的数据传输功能。因此构成一点对多点的CAN通信结构。对本系统应用来说，CAN通信模块主要包含CAN通信初始化、通信协议设计、通信实现等问题。由于中央控制系统要和多个子系统进行通信，因此系统选用点对多点的通信方式。系统工作时，双方通信没有硬件握手协议，握手协议主要由软件来实现。进行通信时，上位机首先主动发命令于下位机，下位机在收到帧信息后根据相应的命令执行相应动作或发送相应命令代码及帧信息于上位机。具体传送过程是这样实现的：利用远程帧请求信息时，当节点A向节点B发送一个远程帧时，如果B节点中的远程帧信息与节点A有相同的标识符，节点B将作出应答，并发送相应的数据帧到总线上，此时配置成接收方式的邮箱只要标识符相同时都可以作为远程帧的接收邮箱；利用数据帧请求信息时，利用发送邮箱设置好模块标识符，把数据信息送到目标设备上，等待另一方邮箱标识符相匹配接收邮箱接收。4.4 电动叉车纵向稳定性模块保证电动叉车纵向稳定性的前提就是适当地控制货叉升降和门架倾斜。货叉升降和门架倾斜都是通过电磁阀分别控制液压系统来实现，对应的液压缸分别为：提升油缸和倾斜油缸。提升油缸的作用：辅助电动叉车的货叉平稳的起升和下降。电动叉车在货物升降过程中，提升油缸保证货物的平稳上升和平稳下降，限制其上升和下降的速度，当系统某个油路突然爆裂时，起升油缸内的防爆阀运行加剧，限制油缸下降的速度，并能缓慢平稳的下降。倾斜油缸的作用：控制电动叉车门架的前倾和后倾，保证j电动叉车能顺利地完成装载货物和卸载。因此，对货叉升降和门架倾斜的控制即利用电磁阀对提升油缸和倾斜油缸的控制。根据货叉升降稳定性的控制要求，对其实现稳定性的控制方案如下：（1）控制油泵的转速。当货叉处于上升状态时，根据位置开关限制油泵的转速从而实现控制升降速度的作用。当货物处于低位置时，则油泵高速运行即快速上升；当货物处于高位置时，则油泵低速运行即缓慢上升。（2）改变电磁阀占空比。当货叉处于下降状态时，虽然升降操纵杆可以机械式控制下降速度，但是由于货物自身的重力作用会导致货物急剧下降，会引起较大的冲击力。为了防止这种现象的发生，通过改变电磁阀占空比来控制回油路油量从而起到控制下降速度的作用。4.5 电动叉车横向稳定性模块根据电动叉车横向稳定性的理论分析可知：电动叉车的行驶稳定性主要受转向角和行走速度的影