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南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:曹啸学 号：0501510114系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计指导教师:路建萍 张少文工程师 助教 材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月 南京理工大学泰州科技学院毕业设计说明书(论文)作 者:曹啸学 号：0501510114系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化题 目:防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计路建萍 工程师张少文 助教指导者： 评阅者： 2009 年6月毕业设计说明书（论文）中文摘要在国际恐怖主义汽车炸弹等各种自杀式恐怖袭击越发猖獗的国际环境下，为了加强对海关、机场、重要政府机关进行有效的保护，迫切需要研制出一种既具有快速性又有一定抗冲撞性的电子防恐挡车器。本课题将对汽车挡车器的机械部分、控制部分及液压系统进行研究。而我的主要任务是机械方面的设计。在此设计中，选用四杆机构作为挡车器的执行机构，选用液压缸作为驱动机构，采用单片机进行控制，分为手动跟自动控制。通过对汽车挡车器的研究，发现挡车器设计中存在的不足，进而改进挡车器的设计，以便使挡车器更好地在智能化交通系统中发挥作用。关键词 挡车器 防恐 机械 单片机毕业设计说明书（论文）外文摘要Title Design of Anti-terror Electronical Board Barrier System Design of the overran Parts and Contral System AbstractInternational terrorism in a car bomb and other suicide attacks have become increasingly rampant in the international environment, in order to strengthen customs, airports, important government agencies for effective protection, the urgent need for both developed a rapid and certain anti-collision block of e-terrorism Car. This issue will block vehicle cars mechanical parts, control parts and the hydraulic system for research. And my main task is to design machinery. In this design, four institutions selected as the blocks implementation of vehicle bodies, selected as a hydraulic cylinder drive mechanism, the use of single-chip control. Automotive vehicles on the blocks study found that cars block design deficiencies, thereby improving vehicle design block in order to block cars in the intelligent device to better play its role in the transport system.Key words Car block Terrorism Machinery Single-chip 南 京 理 工 大 学毕业设计（论文）任务书系 部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：曹啸学 号：0501510114设计(论文)题目：防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计起 迄 日 期:2009年3月09日6月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:路建萍 张少文专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年2月26日任务书填写要求1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、学院（系）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生；2任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴；3任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（系）主管领导审批后方可重新填写；4任务书内有关“学院（系）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（2000级为10位数），不能只写最后2位或1位数字；5任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；6有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的：本课题拟设计一种刚性挡车器，在重点进行抗冲撞设计的同时，充分发挥计算机控制技术的优势，实现系统的自动控制。要求学生在对刚性挡车器的工作条件和功能需求作出认真分析的基础上，做好挡车器总体方案设计及机械系统的详细设计。通过这一典型机电一体化产品的开发设计，培养学生综合运用所学专业知识设计开发新产品及解决工程实际问题的能力。2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：本课题要求学生在对刚性挡车器的工作条件和功能需求作出认真分析的基础上，做好挡车器总体方案设计及机械系统的详细设计。具体内容及要求如下：（1）调查研究、查阅及翻译文献资料，撰写开题报告；（2）挡车器工作条件及功能需求分析；（3）总体方案设计与计算；（4）机械系统的详细设计；（5）文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。相关设计技术条件及要求如下：（1）路幅宽：5米；（2）极限冲击力：1000KN；（3）动作时间：10s；（4）控制核心：单片机；（5）控制方式：现场按钮控制、中央计算机集中控制、地感应智能控制。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等：（1）资料翻译译文及开题报告；（2）总体方案设计与计算；（3）机械系统总装配图、关键零部件的详细设计图；（4）毕业设计说明书及使用说明书。 4主要参考文献：1 张俊谟.单片机中级教程原理与应用M.第二版,北京:北京航空航天大学出版社,2006.2 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理M.第七版,北京:高等教育出版社,2006.3 濮良贵,纪名刚.机械设计M.第八版,北京:高等教育出版社,2006.4 尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书M.北京:机械工业出版社,2007.5 左建民.液压与气压传动M.北京:机械工业出版社,2007.6 梁景凯,盖玉先.机电一体化技术与系统M.北京:机械工业出版社,2007.7 张立勋,黄筱调,王亮.机电一体化系统设计M.北京:机械工业出版社,2006.8 江思敏,姚鹏翼,胡荣,等.Protel 电路设计教程M.北京:清华大学出版社，2002.9 刘朝儒,吴志军,高政一,等.机械制图M.第五版,北京:高等教育出版社，2006.10 成大先.机械设计手册(第5卷)M. 第三版.北京：化学工业出版社,2000. 毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年3月9日 3 月15 日3月16日 3 月22 日3月23日 4 月12日4月13日 5 月10日5月11日 5 月31 日6月1日 6 月7 日6月8日 6 月14 日接受毕业设计任务，熟悉毕业设计要求；查阅资料，完成外文资料翻译工作。撰写开题报告及文献综述。功能需求分析，总体方案设计与计算。机械系统设计。关键零部件详细设计。文档整理、撰写毕业设计说明书。准备论文答辩。所在专业审查意见：负责人： 年 月 日学院（系）意见：院（系）领导： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名 路建萍 张少文专业技术职 务 工程师 助教课题名称防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介目前市场上流行的挡杆类挡车器注重状态切换的快速性但忽视系统抗冲撞能力，只能作为一种意念上的关卡。在国际恐怖主义汽车炸弹等各种自杀式恐怖袭击越发猖獗的国际环境下，为了加强对海关、机场、重要政府机关进行有效的保护，迫切需要研制出一种既具有快速性又有一定抗冲撞性的电子防恐挡车器。本课题拟设定一种刚性挡车器，在重点进行抗冲撞设计的同时，充分发挥计算机控制技术的优势，实现系统的自动控制。其设计成果可望形成一种有实用价值的现代化防恐设备。课题应完成的任务和对学生的要求设汁任务：1总体方案设计与计算；2机械系统设计的装配图；3关键零件设计，并编写出相应零件的加工程序。知识要求：具备机械原理与机械零件设计、机电一体化、数控技术等专业知识，掌握AutoCAD、Pro/E等机械设计软件,有较好的结构设计的能力。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日本课题由 曹 啸 同学选定，学号： 0501510114 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。填 表 说 明1该表的填写只针对1名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由2名及2名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。2“课题性质”一栏：A产品设计；B工程技术研究；C软件开发；D研究论文或调研报告；E其它。3“课题来源”一栏：A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题；B企、事业单位委托课题；C校、院（系）级基金课题；D自拟课题。4“课题简介”一栏：主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）评语学生姓名： 曹啸 班级、学号： 0501510114 题 目： 防恐电子挡车器设计 挡车器总体及机械系统设计 综合成绩： 指导者评语：该生在对刚性挡车器的工作条件和功能需求作出认真分析的基础上，确定了挡车器的总体方案，并对机械系统的传动装置和驱动装置进行了详细设计，达到了“毕业设计（论文）任务书”的要求，具有一定的实用价值和创新性。该论文内容完整，论述详尽，计算正确，全文打印格式规范，图表符合要求，但尚存在对科研资料查阅较少，对国内外现状了解欠深入等问题。该生具备较强的独立工作能力，工作态度认真，作风严谨。建议成绩评定为优秀，同意该生提交答辩。 指导者(签字)： 2009 年 5 月 10 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 年 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会（小组）负责人(签字)： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名曹啸学 号0501510114指导教师路建萍 张少文选题情况课题名称防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定：良所在专业意见：学习态度主动认真，积极参加集中指导和问题讨论，能按进度要求完成设计任务。 负责人： 2009年 4 月1 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 曹啸 学 号： 0501510114 (用外文写)外文出处：49CFR Ch.V , Federal Motor Vehicle Safety StandardsS. DOT , 1968. 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：该译文大体正确地表达了原文意思，叙述条理清楚，语句通顺，翻译质量达到规定的要求，个别专业术语译文不够准确。 签名： 2009年 3月 18日注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文美国交通部国家公路交通安全管理标准S4.2 挡风玻璃清洗系统.S4.2.1 每辆乘用车挡风玻璃的清洗系统应符合汽车工程师协会推荐实践的J942客运汽车挡风玻璃的清洗系统。1965年11月，但参考以有效消灭模式界定在SAE的J903 ，应删去第3.1.2段中3.1汽车工程师协会推荐的实践的J942，并在地区设立按照S项汽车安全标准104号应插入取而代之。S4.2.2 每辆多用途客运、汽车、卡车和巴士必须有一个挡风玻璃的清洗系统，以满足汽车要求工程师协会推荐实践的J942。1965年11月，提到的有效地消灭模式界定汽车工程学会J903 ，第3.1.2在第3.1段汽车工程师协会推荐的做法J942应予以删除，由制造商为挡风玻璃的模式设计外部擦拭系统，表面的挡风玻璃玻璃应列入代替。 36,法国22902 ,12月2日,1971年，修订58法国13023 ,1993年3月9日,60,法国13643,3月14日，1995年63,法国5.1万,1998年9月24日液压和电动刹车系统.一.范围.本标准规定，要求液压和电服务刹车系统以及相关的停车制动系统。二.目的.这样做的目的是在正常和紧急的情况条件下保证安全的制动性能。三.应用程序.本标准适用于水力，车辆刹车以及GVWR大于3500公斤（ 7716磅）。本标准适用于水力，乘客汽车刹车的制造。2000年9月1日前，适用于水力，多用途客运车辆刹车，卡车和公共汽车与GVWR的3500公斤或更低的制造。2002年9月1日前，在选择制造商的客车制造时，多用途客车刹车汽车，卡车和公共汽车的GVWR 或少于3500公斤（ 7716英镑），2002年9月1号之前的制造可满足美国联邦机动车第135号轻型车辆制动系统安全标准。防抱死制动系统或澳大利亚统计局指定的部分服务刹车系统自动控制程度转轮的制动滑移方式：（1）遥感的速度等于车轮的自转角速度。（2）信号传输方面率的车轮角轮换一个或多个控制装置解读这些信号并产生控制输出信号的反应。（3）这些传输控制信号由一个或一个以上的调制器组成，其中调整制动驱动是针对这些信号的。备份系统是指部分服务制动系统，如泵能够自动供应能源，如果一个主要动力制动来源失败，那么备份也会失败。制动功率协助单位是指装置安装在液压制动系统,降低了运营商需要努力到开动的系统，如果不能实行，它也并不妨碍运营商从车辆制动取得一个继续适用于机动力制动控制服务。制动装置是指设备安装在刹车系统，提供所需的能源开动了刹车，直接或间接的通过一个辅助装置，以运营商行动的组成调节能源的应用水平，直接控制轮指车轮而转动程度车轮滑移是等感觉到的，无论在车轮或半轴车轮传送一个或多个相应的调制器信号调整该轮的制动驱动力量。每一个调制器还可以调整制动驱动力量与其他车轮在同一轴或在同一车轴设置相同的响应信号。电动汽车是指发动机车辆采用了电马达利用电流充电蓄电池，燃料电池，或其它便携式电器的来源。目前，其中包括动力源设计，充电电池和部件。电驱动服务刹车服务手段，利用刹车电机能源开动的基础刹车。液压制动系统是指系统采用液压油作为一种媒介传递力量服务制动控制服务制动器，并有可能纳入制动功率协助单位，或刹车动力装置。间接控制是指轮车轮上不能感觉到一定程度的轮换车轮滑移，但这种调制器的防抱死制动系统能够调整其制动驱动部队响应信号从一个或更多的感觉到车轮。初始制动温度是指最热的车轴车辆的平均气温，服务刹车0.2英里内的任何刹车。轻载车重量是指： （1） 车辆与GVWR的一万磅或更少，卸下车辆重量再加400磅。（包括司机和仪器仪表）（2） 对于车辆与GVWR更大超过10,000磅。卸下车辆重量再加500磅。（包括司机和仪器仪表）（3） 家庭汽车是指机动车辆与动力，目的是提供临时住房，存在至少下列四个设施：做饭，冷藏或冰包装盒，厕所，加热和或空气调节一个饮用水供水系统包括一个水龙头和一个和一个单独的110至125伏电力电源供应器或液化天然气的供应。（4） 停车机制手段的一个由部分或子系统的驱动列车该锁的驱动器组成的。火车传输控制是放置在一个停车或其他渔具的立场和点火，关键是删除。山顶或摩擦系数的PFC手段的比率最高值制动测试车轮纵向力,同时，以垂直力发生前四轮锁死，如制动力矩是在逐步增加的。压力部分是指制动系统的组成部分，包含制动系统和控制流体和感官的流体压力。再生制动系统或苏格兰皇家银行是指电力系统是安装在一个回收电动车内，或动能消退，并使用电动机推进作为缓凝剂部分制动的电动车返回到电能推进电池或消耗电能。防滑一些手段摩擦阻力一个按照美国社会测试和材料（美国ASTM）测量路面方法。（5） 仰止制动减速是指一辆汽车从一个更高的参考速度或较低的大于零的参考速度。停止手段制止产生从应用二百磅武力在服务上制动控制在0.08秒。斯普利特服务制动系统是指制动系统组成的两个或两个以上的驱动子系统由一个单一的控制设计所控制，使一个单一的失败任何子系统（如渗漏型没有压力的组成部分水工结构子系统除外失败的住房是共同的两个或两个以上的子系统，电失败的一个电动子系统）不损害任何行动的其他子系统。（6） 刹车距离是指搭乘一辆车的制动控制该点的车辆达到的一个距离。（7） 串联轴是指一组两个或车轴放在更加密切的安排一个在后面的其他与中心相邻线车轴不超过72英寸远。（8） 变配料制动系统是指一个系统在车轴自动调整制动力量，以补偿静态车辆轮轴装货或动态车辆轮轴装货的重量转移在车轴之间的减速。车轮锁死意味着百分之百的车轮滑。五 要求.S5.1 服务刹车系统.每辆车应配备一个服务制动系统，对所有车轮都采取行动。磨损的制动的服务，应当为制度自动调整的手段给予赔偿。每辆客车和每一辆多用途客运汽车、卡车、公共汽车的GVWR的一万英镑或更少，须能会议要求S5.1.1 ,S5.1.6通过的条件下，根据测试的程序和序列规定七。每一辆校车与 GVWR大于100万英镑应能够满足要求S5.1.1通过S5.1.5的条件下。明六时，根据测试的程序和序列规定七。每辆多用途客车，卡车，公共汽车和（除一辆校车）以GVWR大于一万英镑须能会议要求 S5.1.1 ， S5.1.2 ，并在S5.1.3的条件下 。当测试按照程序，并在序中规定。如果车辆是无法实现的速度 指明S5.1.1, S5.1.2,S5.1.3,或S5.1.6,其服务刹车系统须能制止车辆从多重的五英里每小时的4至八英里每小时不到的速度达到2英里的距离内不超过相应的距离。如果车辆无法实现速度指明S5.1.4在规定的时间或距离间隔规定，应在测试的最高速度达到在规定的时间或距离指定的时间间隔内。 S5.1.1 刹车距离.（一）刹车系统须能阻止每辆有GVWR不到八千磅，每一辆校车与1 GVWR之间进行8000英镑和1万英镑的四个效力试验。（二）服务刹车系统须能停止每辆有 1GVWR之间8000磅和 1万英镑以外的校车在三个效益的试验距离和速度指定在S ，S ，并S 。（三）服务制动器须能停止每辆有GVWR更大的超过10,000磅两名效力试验的距离内指明 S和S的速度 。每一辆校车与GVWR应大于10000英镑，1996年1月12日之前生产，一九九九年三月一日，并且配备了防抱死制动系统，而不是第一个有效性检验的规定。每一辆校车与GVWR大于1万磅的制造 ,99年3月1日应能够满足要求，在通过S5.1.1S5.1.5条件下，根据测试的程序和序列规定七。S.在第一个效力试验中，车辆须能阻止30英里每小时到60英里范围内相应的距离。S.在第二成效测试中，每辆有GVWR或1万英镑以下，每所学校巴士与GVWR大于10000英镑须能阻止从30英里每小时到60英里每小时的每一辆车。如果可达到的速度在2英里而且不超过84英里，客运车或其他车辆与GVWR 10,000英镑或更少也应能停止从80英里每小时相应的范围内距离，在第三个有效性检验车辆须能阻止轻载车辆的重量从60英里范围内相应的距离。 在第四成效测试中，车辆重GVWR 10,000英镑或更少，须能阻止来自30到60英里每小时相应的范围内的距离，如果速度达到2英里且不超过84英里，轿车或其他车辆的 GVWR少于10,000磅或更少，也应能阻止从80英里每小时内指定的相的距离。如果速度达到2英里而且不低于99英里。对于一个电动车，速度达到2英里决定与电池的充电状态不少于百分之九十五。S5.1.2 部分失效.S 车辆制造一个刹车服务系统，一旦发生破裂或泄漏，系统将失效。这是常见的两个或两个以上的子系统，余下的部分的服务制动系统应继续操作。S 在车辆无法制造分离与制动系统服务时，在任何一个泄漏故障类型的组成部分中，车辆的服务制动系统应为经营服务制动控制，能阻止连续10次从60英里范围内相应的距离。附件2：外文原文（复印件）6 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：曹啸学 号：0501510114专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计指 导 教 师:路建萍 张少文 2009年 3月 22日开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇科技论文的信息量，一般一本参考书最多相当于三篇科技论文的信息量（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 本文归纳了智能交通系统(ITs)中最基本、也是最重要的防恐电子挡车器部分的研究技术。介绍了设计课题研究的意义；阐述了目前挡车器机械系统的几种设计技术，其中包括四杆机构的原理及应用，伺服驱动系统以及液压驱动，最后总结了应用在高档住宅内的挡车器的控制系统的硬件及软件设计。关键词 挡车器 防恐 智能 机械 1 设计课题研究的意义近年来，交通运输事业发展迅速，将电子信息技术引入，便产生了智能交通系统(ITS一InielligentTransportationSystem)。ITS是将先进的信息处理技术、数据通信技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效综合运用于整个运输管理体系，从而建立起大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高速的运输综合管理系统。目前市场上流行的挡杆类挡车器注重状态切换的快速性但忽视系统抗冲撞能力，只能作为一种意念上的关卡。在国际恐怖主义汽车炸弹等各种自杀式恐怖袭击越发猖獗的国际环境下，为了加强对海关、机场、重要政府机关进行有效的保护，迫切需要研制出一种既具有快速性又有一定抗冲撞性的电子防恐挡车器 轨道交通列车的质量大、惯性大,而轮轨间摩擦力较小,故在线路末端设置挡车器等防设备是一项十分必要的被动性安全措施1。 2 挡车器机械系统的设计技术2.1 四杆机构（1）曲柄摇杆机构铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个为曲柄，另一个为摇杆，则称其为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，若以曲柄为原动件时，可将曲柄的连续运动转变为摇杆的往复摆动；若以摇杆为原动件时，可将摇杆的摆动转变为曲柄的整周运动。如图1所示的雷达天线俯仰搜索机构。图1 雷达天线俯仰搜索机构（2）曲柄滑块机构 曲柄滑块机构是由四杆机构的基本形式演化而来的。机构的演化，不仅是为了满足运动方面的要求，还往往是为了改善受力状况以及满足结构上的需要。如图2所示的自卸卡车车厢的举升机构ABC为例，其中摇杆3为油缸，用压力油推动活塞使车厢翻转。图2 自卸卡车车厢的举升机构（3）死点当连杆与从动曲柄共线时，机构的传动角为零，这时主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，因此出现了不能使构件转动的顶死现象，机构的这种位置称为死点。为了使机构能够顺利地通过死点而正常运转，必须采取适当的措施，如可采用将两组以上的相同机构组合使用，而使各组机构的死点相互错开排列的方法，也可采用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用闯过死点，等等。（4）平面四杆机构的设计方法（a）作图法：对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了。用作图法进行设计，就是利用各铰链之间相对运动的关系，通过作图确定各铰链的位置，从而定出各杆的长度。（b）解析法：首先建立包含机构各尺度参数和运动变量在内的解析式，然后根据已知的运动变量求机构的尺度参数2，3。2.2 伺服驱动系统2.2.1 步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点广泛应用于各种开环控制现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。步进电机的特点如下： （1）一般步进电机的精度为步进角的30%-80%，且不累积。 （2）步进电机外表温度在80-90完全正常。 （3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 （4）当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频越高,反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率或速度的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 （5）步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声4，5。2.2.2 直流伺服电机（1）工作原理：通过电刷和换向器的共同作用，使得同磁极下的导体边流过的电流方向不变，导体 受力方向不变，进而产生方向恒定的电磁转矩，使电机连续转动。（2） 直流伺服电机的特点如下：（a）稳定性好。直流伺服电机具有下垂的机械性，能在较宽的调速范围内稳定运行。（b）可控性好。直流伺服电机具有线性的调节特性，能使转速正比于控制电压的大小；转向取决于控制电压的极性；控制电压为零时，转子惯性很小，能立即停止。（c）响应迅速。直流伺服电机具有较大的起动转矩和较小的转动惯量，在控制信号增加、减小或消失的瞬间，直流伺服电机能快速起动、快速增速、快速减速和快速停止。（d）控制功率低，损耗小。（e）转矩大。直流伺服电机广泛应用在宽调速系统和精确位置控制系统中，其输出功率一般为1600W，也有达数千瓦。电压有6V、9V、12V、24V、27V、48V、110V、220V等。转速可达15001600r/min6 8。2.2.3 交流伺服电机(1) 工作原理：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。（2）交流伺服电机的特点（a）无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。（b）定子绕组散热比较方便。（c）惯量小，易于提高系统的快速性。（d）适应于高速大力矩工作状态。（e）同功率下有较小的体积和重量9，10。2.3 液压驱动（1）工作原理液压缓冲器由一个能储存大容量液压油的缸体,一个具有气室和油室的主活塞和缸头组成。主活塞的气室和油室之间有一个隔离活塞,分隔氮气和液压油,当缸头受到撞击以后,主活塞被撞入缸筒体,将缸筒内的液压油通过阻尼孔压入主活塞的油室内,并隔离推动游动活塞向油缸头方向运动,使得气室内的氮气受压缩呈高压气体。主活塞的复位是靠高压氮气的压力推动隔离活塞将油室内的液压油推回缸体内。此外,该液压缓冲器可根据要求的吸收能量的不同,有多种规格可以选用。（2）液压驱动的优点液压缓冲挡车器不仅可有很高的制动力,而且对车辆的损害降至最低,由于制动力均匀,故能对车辆起到一定的保护作用11，12 。3 挡车器控制系统的设计技术3.1 硬件系统的设计技术以AB公司Micrologix1000用PLC所设计的自动挡车器为例：(l)高速公路通行自动收费系统的硬件由入/出口车道设备组成。沁出口车道由自动挡车器，感应线圈检测器，显示器，交通灯，终端设备等组成。(2)挡车器与门卫计算机间的接口电路包括检测电路、监测电路、控制电路、保护电路和外围接口电路，挡车器的硬件控制系统如图3所示13。图3 挡车器的硬件控制系统3.2 软件系统的设计AB公司Micrologix1000用PLC所设计的自动挡车器根据其功能画出其系统流程图如图4所示。在升杆和落杆的过程中,若出现故障则进行故障报警输出,报警指示灯亮。在进行软件编程之前,应该进行I/O变量的分配14。 图4 挡车器的系统流程图4 结语本文所研制的是一个既具有经济性又有可靠性的汽车挡车装置，系统功能全，操作简便，运行稳定、可靠，进行了稳定可靠的硬件设计同时也进行了软件的设计。在当今不断发生暴力恐怖等恶劣的条件环境下，进一步研究处理好挡车器, 研究开发出新型的防恐电子挡车器已是燃眉之急。鉴与在目前常见的挡车器的结构与特点上，造出新的挡车器，在功能上更强大，在结构外观上更加突出。为建立更和谐的社会献出一份力量15。 参 考 文 献1 何立民.单片机应用系统设计M.北京: 北京航空航天大学出版社,1992.2 尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书M.北京:机械工业出版社,2007.3 任静.关于地铁轨道设计中涉及多专业问题的思考J.都市快轨交通, 2005.4 丁伟雄,杨定安,宋晓光.步进电机的控制原理及其单片机控制实现J.煤矿机械,2005. 5 苏平.单片机原理与接口技术M.北京:电子工业出版社,2003.6 李伯成.微型计算机嵌入式系统设计M.西安:西安电子科技大学出版社,2004.7 胡汉才单片机原理及其接口技术M.北京:清华大学出版社,1996.8 庞青山.论大学学科组织及其特色J.高等理科教育,2005.9 谭建成.电机控制专用集成电路M.北京:机械工业出版社,1997.10 张琛.直流无刷电动机原理及应用M.北京:机械工业出版社,1996.11 陈隆昌.控制电机M.西安:西安电子科技大学出版社,2005,58-62.12 何希才.电动机控制电路应用实例M.北京:中国电力出版社,2005.13 黄继昌.电子元器应用手册M.北京:人民邮电出版社,2004.14 徐正和,蒋毓成.城市轨道交通线路终端防护设备DDCQ2型滑移式缓冲挡车器J.城市轨道交通研究,2000.15 上海地铁建设公司,上海铁路站场调速中心,上海铁路城市轨道交通设计研究院.地下铁道液压缓冲挡车器研制报告R,2003. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题设计一种刚性挡车器，在重点进行抗冲撞设计的同时，充分发挥计算机控制技术的优势，实现系统的自动控制。在对刚性挡车器的工作条件和功能需求作出认真分析的基础上，做好挡车器总体方案设计及机械系统的详细设计。相关设计技术条件及要求如下：（1）路幅宽：5米；（2）极限冲击力：1000KN；（3）动作时间：10s；（4）控制核心：单片机；（5）控制方式：现场按钮控制、中央计算机集中控制、地感应智能控制。在做挡车器机械系统的设计时，现初步选用四杆机构，并采用做图法来设计此四杆机构，因为它能使其直观，简单，快捷。在做驱动系统的设计时，现初步选用步进电机和斜坡减速器，因为步进电机具有自锁功能，这对挡车器来说是很重要的，此外，步进电机每转一周都有固定的步数，从理论上说其步距误差不会累计，它在市场上的价格也比较便宜。在挡车器的控制系统设计方面则采用单片机技术，因为它使用寿命长，性能稳定可靠，抗干扰性好，可扩展性好。它还具有强大的功能，性价比也很好。上述就是我在设计防恐电子挡车器所采用的初步研究手段。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：该生通过阅读与本课题相关的参考文献，进行了一定的总结，撰写的本文献综述能够反映“防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计”的课题背景以及相关知识，论文撰写较通顺，符合规范，达到了撰写文献综述要求和目的，为毕业设计后期分析打下了良好的基础。2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：“防恐电子挡车器设计挡车器总体及机械系统设计”这一课题的深度、广度及工作量均适中，合适学生在毕业设计期间完成，希望该生能独立的进行挡车器总体及机械系统设计的研究，完成课题的要求，撰写毕业论文，达到进行科研训练和本科毕业设计的要求。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日11 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 I 页 共 II 页目 录1 绪论.11.1 电子挡车器的现状 .11.2 本课题研究的意义 .21.3 本课题的主要任务 .31.3.1 设计条件及要求.31.3.2 知识要求.41.3.3 设汁任务.42 防恐电子挡车器总体的设计.52.1 机械部分 .52.1.1 机械部分的基本要求.52.1.2 四杆机构的选用.52.1.3 平面四杆机构的确定方法 作图法.62.1.4 液压传动的优缺点.62.2 控制部分 .82.2.1 硬件系统的设计 .82.2.2 软件系统的设计.113 机械部分的详细设计.153.1 拟定机构方案 .153.2 钢板的强度校核.173.2.1 板的受力分析.173.2.2 板的厚度校核.183.2.3 板的剪切强度校核.183.2.4 板的拉伸强度校核.193.3 杆的强度校核 .193.4 销的强度校核 .204 液压缸的设计.234.1 确定液压系统方案 .234.2 负载分析 .234.3 初选工作压力 .244.4 计算液压缸的主要尺寸 .244.5 液压缸其他尺寸的确定 .264.6 液压缸参数的校核 .26 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 II 页 共 II页4.6.1 活塞杆直径强度校验.264.6.2 缸体壁厚强度校核.27结束语.28致谢.29参考文献.30 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 1 页 共 30 页1 1 绪论绪论1.11.1 电子挡车器的现状电子挡车器的现状汽车挡车控制系统的研制智能交通系统的思想在 60 年代就被提出来了，并提出了一些探索性项目。从 80 年代开始智能交通系统受到广泛的重视。欧洲、日本、美以及澳大利亚等相继启动了以智能交通系统为目标的研究的开发项目。目前，一些相对成熟的智能交通系统项在得到推广应用，发展很快。发达国家正在完善各种已建立的局部智能交通系统，并连入国家整体网络，大力发展智能交通系统基础建设。近两年的应用热点和发展趋势为信息技术； GPS 应用技术；电子收费系统；高速公路商业化。我国对智能交通系统的研究，开发处于起步阶段，应用项目很少，但己经认识到发展智能交通系统的意义，相关部门开展了一系列的工作。但我国智能交通技术的研究开发和应用的实质性工作仍然比较薄弱，在先进车辆控制技术方面，国内汽车企业目前无力关注并给予研究开发资助，在国家极少的科研资助下开展了一些理论性的或仿真性的研究工作。随着社会生产力的发展，科学技术的不断进步，我国的交通运输业也发生了日新月异的变化，各大高速公路如雨后春笋般地兴建，因此给电子挡车器的要求也越来越高。如今在公路、桥梁、隧道、停车场收费站甚至在高级住宅小区、机场、体育场和集会场都安装了栏杆机。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 2 页 共 30 页图 1.1 住宅区栏杆式自动挡车器目前市场上有各式各样的挡车器。就切换的速度上看有：高速挡车器，动作时间一般为 1.2S2S；中速挡车器，动作的时间一般为 2.5S3S；低速挡车器，动作时间一般为 4.5S 以上。就外形来看，有直臂型，主要用于公路收费站、停车场、住宅、机关及学校等；曲臂型，主要用于受高度限制的区域；栏栅型，外形很优美，主要用于海关等防止从杆下通过的场所。就控制方式来看，有：手动控制，遥控控制和通讯控制。就机械传动上分有：液压传动，这种传动结构简单、传动快、声音轻，但维护成本高，栏杆不宜太长，撞击后损坏率高,停电后的释放简单；皮带传动，这种传动成本低,但易拉伸磨损,声音响,传输平衡稳定性较差,要日常维护；减速箱传动，此种传动成本略低,机械结构复杂,机件多,调节维护复杂；复合一体化传动，此种传动电机和减速机构一体，根据不同的杆长选择不同的电机，无须调节减速机构，停电处理只需钥匙柄，卫生方便。图 1.2 栅栏式挡车器得益于切换的快速性以及外形的美观，挡杆类的挡车器应用得非常广泛，但是，各收费站使用的直杆类道闸，对违章司机形同虚设，车辆冲卡现象相当严重。更有甚者，撞伤、撞死执情人员，也时有发生。严重威胁收费站工作人员的人身安全，造成征费工作困难，直接影响我国公路事业的发展1。1.21.2 本课题研究的意义本课题研究的意义 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 3 页 共 30 页近年来，交通运输事业发展迅速，将电子信息技术引入，便产生了智能交通系统(ITS 一 InielligentTransportationSystem)。ITS 是将先进的信息处理技术、数据通信技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效综合运用于整个运输管理体系，从而建立起大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高速的运输综合管理系统。目前市场上流行的挡杆类挡车器注重状态切换的快速性但忽视系统抗冲撞能力，只能作为一种意念上的关卡。在国际恐怖主义汽车炸弹等各种自杀式恐怖袭击越发猖獗的国际环境下，为了加强对海关、机场、重要政府机关进行有效的保护，迫切需要研制出一种既具有快速性又有一定抗冲撞性的电子防恐挡车器。 电子防恐挡车器正可以解决当前的恐怖冲卡现象，适用于公路、桥梁、隧道、停车场、企事业单位、旅游区道口、车辆通行管理领域和收费出入口。电子挡车器的控制系统采用计算机控制，系统集成度高，逻辑功能强，具备高度智能化。系统控制设计有多种运行模式供用户选用；有与自动控制系统、环路感应器、报警器、车辆计数器的连接的专用接口；用户可通过选择不同的运行模式，通过不同的搭配组合，灵活组成人工控制、半自动控制、智能控制等各种不同类型的控制管理系统。本课题将对汽车挡车器的机械部分、控制部分和保护环节进行研究。其目的是通过对汽车挡车器的研究，发现挡车器设计中存在的不足，进而改进挡车器的设计，以便使挡车器更好地在智能化交通系统中发挥作用。由于该设计具有广阔的应用领域，并且通过研究可以学习到许多相关知识，在当今讲求竞争，讲求效率与效益的时代，本课题就具有了较高的研究价值1。1.31.3 本课题的主要任务本课题的主要任务本课题拟设定一种刚性挡车器，在重点进行抗冲撞设计的同时，充分发挥计算机控制技术的优势，实现系统的自动控制。其设计成果可望形成一种有实用价值的现代化防恐设备。1.3.1 设计条件及要求（1）路幅宽：5 米；（2）极限冲击力：1000KN；（3）动作时间：10s； 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 4 页 共 30 页（4）控制核心：单片机；（5）控制方式：现场按钮控制、中央计算机集中控制、地感应智能控制1.3.2 知识要求具备机械原理与机械零件设计、机电一体化、数控技术等专业知识，掌握AutoCAD、Pro/E 等机械设计软件,有较好的结构设计的能力。1.3.3 设汁任务（1）总体方案设计与计算；（2）机械系统设计的装配图；（3）关键零件设计及液压系统的设计。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 5 页 共 30 页2 2 防恐电子挡车器总体的设计防恐电子挡车器总体的设计2.12.1 机械部分机械部分2.1.1 机械部分的基本要求机械部分是直接阻挡车冲击的部分，因此，必须具有以下基本要求：（1）空间上足够的大。挡车板在路的横向和高度方向能够阻挡住车。（2）强度足够。当车以高速冲撞挡车板时，产生巨大的冲击力，整个系统必须具有足够的强度来承受巨大的剪切应力，挤压应力以及弯曲应力。（3）运动过程中不能干涉。为了便于整个系统的装拆，我们尽量的要减小坑的体积，尤其是坑的深度，但是不能导致系统在工作中出现干涉，如杆碰到坑的壁面，液压缸和杆相互阻挡等导致系统强烈震动甚至不能运动。（4）结构尽量简单。此系统主要是满足刚度要求，对灵敏性要求和精密性要求不高。减小结构的复杂性，可以提高系统的刚性，降低成本。（5）重量尽量小。尽量的减小系统的重量，可以减小启动液压系统的负荷，减小成本，便于装拆2。2.1.2 四杆机构的选用（1）曲柄摇杆机构铰链四杆机构的两个连架杆中，若一个为曲柄，另一个为摇杆，则称其为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，若以曲柄为原动件时，可将曲柄的连续运动转变为摇杆的往复摆动；若以摇杆为原动件时，可将摇杆的摆动转变为曲柄的整周运动。如图2.1所示的雷达天线俯仰搜索机构。.图2.1 雷达天线俯仰搜索机构 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 6 页 共 30 页（2）曲柄滑块机构曲柄滑块机构是由四杆机构的基本形式演化而来的。机构的演化，不仅是为了满足运动方面的要求，还往往是为了改善受力状况以及满足结构上的需要。如图2.2所示的自卸卡车车厢的举升机构ABC为例，其中摇杆3为油缸，用压力油推动活塞使车厢翻转。图2.2 自卸卡车车厢的举升机构本设计的挡车器机械部分与上述两例的原理相似，采用四杆机构作为机械部分2 3。2.1.3 平面四杆机构的确定方法 作图法对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了。用作图法进行设计，就是利用各铰链之间相对运动的关系，通过作图确定各铰链的位置，从而定出各杆的长度。作图法有直观，简单，快捷的优点。在本设计中我们采用这种方法3。2.1.4 液压传动的优缺点（1）优点（a）传动平稳。在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。（b）质量轻体积小。液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 7 页 共 30 页功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的 1m3 挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了 1t。（c）承载能力大。液压传动易于获得很大的力和转矩， 因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵和万吨水压机等。（d）容易实现无级调速。在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级调速，并且调速范围很大，可达 2000：1，很容易获得极低的速度。（e）易于实现过载保护。液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。（f）液压元件能够自动润滑。由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。（g）容易实现复杂的动作。采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。（h）简化机构。采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。（i）便于实现自动化。液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。（j）便于实现“三化”。液压元件易于实现系列比、标准化和通用化。也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本。（2）缺点（a）液压元件制造精度要求高。由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。（b）实现定比传动困难。液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。（c）油液受温度的影响。由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 8 页 共 30 页温或低温的环境下工作。（d）不适宜远距离输送动力。由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。（e）油液中混入空气易影响工作性能。油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。（f）油液容易污染。油液污染后，会影响系统工作的可靠性。（g）发生故障不易检查和排除8。2.22.2 控制部分控制部分2.2.1 硬件系统的设计（1）单片机的基本结构随着大规模集成电路技术的发展，可以将 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输入/输出（I/O）接口电路等主要计算机部件，集成在一块电路芯片上。这样所组成的芯片级的微型计算机称为单片微型计算机。本系统选用的是MCS51 系列的 89C51。如图 2.3 所示振荡器和时序电路程序存储器(4KB)数据存储器(256KB)89C51CUP两个16位定时器/计数器中断控制总线扩展控制器并行可编程和I/O可编程串行口外部中断内部中断控制(数据/地址)外时钟源外部事件计数P0P1P2P3RIDTID单片机的基本组成结构图 2.3 单片机的基本组成结构 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 9 页 共 30 页（2）电气与单片机控制系统电气与单片机控制系统的总体框架如下图 3.2 所示。主要包括 89C51 单片机主控制系统，输入部分包括：抬板、落板与停板按键开关，红灯、绿灯与雾灯按键开关，前后地感应按键开关，上、下限位开关，前后地感应模块控制拔码开关，抬板、落板最大时限设置拔码开关，定时自动落板设置拔码开关；输出部分包括：电机的开停，抬板、落板及停板，红灯、绿灯及雾灯，脉冲记数器。89C51单片机系统抬板,落板,停板开关红灯,绿灯,雾灯开关前,后地感应开关上,下限位开关抬板,落板,停板红灯,绿灯,雾灯电机开停控制脉冲计数器抬板,落板最大限时设置定时自动抬板设置前,后地感应模块抬落设置反向功率放大报警器图 2.4 基本设计图此电气与单片机系统的主要特点：（a）采用单片机控制，简化了电路，提高了可靠性。（b）内含线圈检测器，仅需在车道上布埋线圈，即可实现车辆的自动检测与挡板的自动控制。（c）无触点光电开关，可靠耐用。（d）可外加车辆计数器。（e）防控装置，保护车辆与挡板1114。（3）中断系统中断：程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行， 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 10 页 共 30 页使其转向为处理外部或内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务程序后，CPU 继续原来被打断的程序，这样的过程称为中断过程。外部中断触发方式：电平触发方式，低电平有效；跳变触发方式，电平发生由高到低时触发。这两种触发方式可以设置 TCON 寄存器中的和中1INT0INT断触发申请触发方式控制位来选择：设置 IT1、IT0=0，选择电平触发方式；设置、，选择跳变触发方式。1INT0INT中断优先级：几个中断源同时申请中断时，或者 CPU 正在处理某外部事件时，又有另一外部事件申请中断，CPU 必须区分哪个中断源更重要，从而确定优先处理谁的能力1114。（4） 80C51、87C51 及 89C51 型单片机的比较80C51、87C51 及 89C51 型单片机的特性比较如下表：表 2.1 单片机的特性比较 型号 特性 80C5187C5189C51ROM4K4K（EPROM）4K（PROM）2ERAM128K128K128KROM（片内、片外）64K64K64KRAM（片内、片外）64K64K64K16 位 C/T222并行 I/O 口323232串行 I/O 口111中断口556最高时钟频率12MHz12MHz24MHz80C51 单片机的程序在做单片机时写入，一次性固化，用户不能改写；在87C51 中为 4KB 的可编程、可改写的只读存储器是 EPROM；在 89C51 中为 4KB 的可骗程、可改写的只读存储器是PROM；而 80C31 不设片内程序存储器，使用2E时必须由片外扩展。89C51 单片机是 80C51 含PROM 的产品，是当前最新的一种电擦写的 8 位2E单片机，与 80C51 系列完全兼容，这种单片机有两级或三级程序存储器的保密系统，用于保护 E2PROM 中的程序，以防止非法拷贝，其片内的闪速存储器的编程和擦除完全用电实现，另外 89C51 单片机还可用智能法进行编程，可使每个 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 11 页 共 30 页字节编程的时间由 50MS 减少到 4MS，速度快、效率高；其片内有 4KB 的 PEROM代码存储器阵列，有低电压编程和高电压编程（12V）两种模式，低电压编程状态为用户在系统中编程 89C51 提拱了一个方便的途径，而高电压编程（12V）模式与一般常规 FLASH 或 EPROM 编程兼容。由上可知，用电可擦除型的 ROM 给用户还来了更大的方便，特别是应用系统的现场调试，而且目前的市场体格已经下降得很快，所以被广泛采用。所以本次选用 89C51 单片机较优12。2.2.2 软件系统的设计（1）软件主程序的描述主程序的流程见图 2.4 所示。从流程图可以看出，整个程序分为输入数据的扫描程序和数据的处理程序两部分，系统上电或复位之后，经系统初始化，首先判断 P1 口的状态：若为 FFH，继续扫描输入数据；若不为 FFH，则转入数据的处理程序。程序开始后首先进行程序的初始化，初始化主要完成的内容有：（a）输出端口；（b）示器的初始值；（c）断 0、外部中断 1、定时/计数器 T0 的初始化：外部中断 0、外部中断 1 的中断优先级设置为最高，并且设为边沿触发方式；设定定时/计数器 T0每 50ms 中断一次，其工作方式为 1，则需要作如下的计算：振荡器的频率 f=12MHzosc方式 1 计数器长度 L=16，=65536162定时时间 t=50ms=s31050定时常数 TC=65536-50000=1553612105010126553612236tfoscL定时常数 TC 转换成二进制数 TCB=11110010110000所以 TCH=3CH，TCL=0B0H由于与定时器 T1 无关，故 M0=1，M1=0，C/T=0，GATE=0 不用门控控制字为#01H（2）输入数据的扫描程序 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 12 页 共 30 页抬板开关、落板开关、停板开关、红灯开关、绿灯开关、雾灯开关、前地感应开关与后地感应开关是与 P1 口连接的，当其中一个开关闭合时，则其对应的 P1 口的位将会变成低电平。扫描 P1 口的状态来判断是否有键按下，如果 P1口的各位都是高电平则说明此时没有键盘按下，就又返回不断地扫描 P1 口的状态，直到有键按下即 P1 口不全是高电平时才会转到数据处理程序当中来。（3） 数据处理程序此程序是整个软件系统主要的构成部分。如果进入了数据处理程序，首先需判断是哪个键被按下了。如果是红灯开关、绿灯开关或雾灯开关中之一闭合了，就会转移到相应的处理子程序当中去，处理完后又回到输入数据扫描程序当中来。每按一次各灯开关，相应灯的状态是由亮变熄或由熄变亮这样交替亮熄。设定这样的控制各灯的开关键是用来检测各灯是否正常的。如果有前地感应或后地感应信号时，说明有车就在检测区内，为了保证车辆及挡车器的安全，会执行落板的动作，执行完落板后又会回到数据扫描程序当中来，如果停用前或后地感应模块时，程序会跳到下一个处理程序去，并且只要有前或后地感应输入时且这种模块有效程序就不会执行抬板和停板的，这样就保证了整个控制过程的安全。设定这种模块是给挡车器增添了智能化，这种模块用户也可能过相应的拔码开关来选择开启或关闭的13。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 13 页 共 30 页开始初始化有键按下吗？是落板键吗？是抬板键吗？是后地感应信号吗？是前地感应信号吗？是停板键吗？是红灯开关吗？是绿灯开关吗？是雾灯开关吗？板位最高处吗？清最低点标志抬板亮红灯设抬板计数清落板计数板位最低处吗？清最高点标志落板设落板计数清抬板计数停板清抬板计数清落板计数交替亮熄绿灯交替亮熄红灯交替亮熄雾灯清等待抬板计数置等待抬板计数清等待抬板计数清等待抬板计数开此功能吗?开此功能吗?清等待抬板计数YYNYNYNYNYYNNNNYYYNNY亮红灯YNN图 2.5 流程图 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 14 页 共 30 页板在抬起或落下的过程中会一直亮红灯的，只有当挡板下落到地面时才会亮绿灯，以显示安全通过。程序中设置了最高标志和最低标志两个标志位。在抬板开始执行时会设置一个抬板计数值，并清除落板计数值、等待抬板计数值有最低标志；左落板开始时会设置落板计数值及等待抬板计数值，并清除抬板计数值和最高标志位；在执行停板时会清除这三个计数值。 软件设计对于以单片机为微控核心的智能控制系统具有十分重要的作用，本设计通过模块化、结构化设计，结合被测信号的特点，通过软件计时，合理安排各个模块程序，使其分模块合理、及时、准确监测、保护、显示和通讯等，利用软件的快速处理能力实现对干扰信号的滤波，节约了硬件开销，降低了控制系统的成本，达到了既定的功能要求14。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 15 页 共 30 页3 3 机械部分的详细设计机械部分的详细设计3.13.1 拟定机构方案拟定机构方案根据任务书要求并结合实际，初步拟定如下四个方案：方案一：如图3.1所示此方案采用液压缸直接驱动，结构简单。但因液压缸直接承受负载，对液压缸强度、精度要求过高。 图3.1 方案一方案二：如图3.2所示此方案液压缸不直接承受负载，所受阻力较小，方案结构紧凑，满足设计要求。但此方案传动角较小，不利于机构运动。图 3.2 方案二 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 16 页 共 30 页方案三：如图3.3所示此方案结构简单，传动角较大，易于机构运动，各杆位置构成直角三角形，结构稳定。但尺寸较大，超过空间要求。图 3.3 方案三方案四：如图3.4所示此方案结构紧凑，满足空间要求。液压缸不直接承受负载，负载阻力小。各杆位置得当，满足刚度要求。机构传动角为450，利于机构运动。故采用此方案。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 17 页 共 30 页图 3.4 方案四3.23.2 钢板的强度校核钢板的强度校核3.2.1 板的受力分析如图3.5所示.图3.5 机构受力分析由静力平衡方程060sin45sin00DCFDGFMBCD代入数据得0233 . 2222106BCF解得 N6107 . 0BCF以板的左端为坐标原点，选取坐标系如图 3.6 所示 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 18 页 共 30 页图 3.6 机构弯矩图3.2.2 板的厚度校核由图 3.6 解得最大弯矩N mmaxM4610213 . 0107 . 0CGBCLF抗弯截面系数62bhW 式中 b 为截面宽度，h 为截面高度（即本设计中板的厚度，初取为 0.2m）代入数据解得235 0.20.03m6W根据弯矩强度条件4maxmax621 107 120MPa0.03 10MMPaW故所取板的厚度 0.2m 满足强度要求4。3.2.3 板的剪切强度校核根据剪切强度条件AFs 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 19 页 共 30 页式中为截面上的内力（即剪力） ，。A 为截面面积。sF045sin FFs代入数据解得MPa4071. 4101 . 05 . 1221066MPa故板满足剪切强度要求4。3.2.4 板的拉伸强度校核根据拉伸强度条件AFN式中为拉伸力，。A 为截面面积，NF0030sin45sinBCNFFFbhA 代入数据解得MPa10006. 1102 . 0521107 . 02210666MPa故板满足拉伸强度要求4。3.33.3 杆的强度校核杆的强度校核如图 3.7 受力分析可知，AB 杆所受压力大小即为（本设计采用 3 组BCF31四杆机构）图 3.7 AB 杆的受力分析A 为截面面积，其中 d 为截面的半径 600mm。24dA 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 20 页 共 30 页由公式MPa16083. 0)10600(47 . 03143131232MPadFAFBCBC故 AB 杆的强度满足要求。BC 杆的受力分析如图 3.8 所示，其所受压力与 AB 杆相同，且 AB 杆的半径与 BC 杆相同，故 BC 杆所受的压缩强度与 AB 杆完全相同。即 AB 杆也满足强度要求45。图 3.8 BC 杆的受力分析3.43.4 销的强度校核销的强度校核由图 3.9 所示受力分析可知，机构中最大的力为 DF 杆所受的拉力N06sin450.7 10CDFF根据剪切强度条件AFs式中为截面上的内力（即剪切力） ，NsF61035. 021CDsFF 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 21 页 共 30 页图 3.9 机构受力分析而本设计采用三组四杆机构，故单组杆上的剪切力N，如下图 3.10 所示。A 为截面面积,661012. 031035. 03ssFFm 。32321096. 1)1050(44dA2 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 22 页 共 30 页图 3.10 销的受力分析代入数据解得MPa120611096. 112. 03MPaAFs故板满足剪切强度要求6。 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 23 页 共 30 页4 4 液压缸的设计液压缸的设计4.14.1 确定液压系统方案确定液压系统方案根据条件及实际计算采用如图 4.1 系统方案图 4.1 液压系统4.24.2 负载分析负载分析由图 4.2 解得N660106 . 023107 . 060sinBCLFF因为本系统采用 3 个液压缸，故单个液压缸承受的负载为 本本科科毕毕业业设设计计说说明明书书（论论文文） 第 24 页 共 30 页N61102 . 03LFF图 4.2 机构受力分析4.34.3 初选工作压力初选工作压力初选液压缸工作压力，参考液压传动表 10.3-1，结合本液压系统实际情况，初选系统压力为 18MPa7。1P4.4