拖拉机液压悬挂系统自动控制系统研究【19000字】【优秀机械毕业设计论文】
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拖拉机
液压
悬挂
吊挂
系统
自动控制系统
研究
钻研
优秀
优良
机械
毕业设计
论文
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份，35页，19000字左右。
任务书一份。
立题审批表一份。
答辩PPT一份。
目 录
1 绪 论 -1-
1.1引言 -1-
1.2研究背景和意义 -1-
1.2.1研究背景 -1-
1.2.2研究意义 -1-
1.3国内外研究现状分析 -3-
1.3.1国外研究现状 -3-
1.3.2国内研究现状 -4-
1.4研究内容 -5-
1.5本章小结 -7-
2 拖拉机电控液压悬挂系统设计 -8-
2.1传统拖拉机的液压悬挂系统 -8-
2.1.1液压悬挂系统组成 -8-
2.1.2液压系统类型 -9-
2.2 电控液压悬挂系统设计 -10-
2.2.1设计方案的提出 -10-
2.2.2设计方案的确定 -14-
2.3 工作机理 -14-
2.4 本章小结 -15-
3 液压回路设计和信号处理电路设计 -16-
3.1液压回路设计和硬件选型 -16-
3.1.1电控液压系统回路设计 -16-
3.1.2液压泵和分配器的选择 -17-
3.1.3小油缸的选型 -17-
3.1.4换向阀的选择 -18-
3.1.5减压阀和溢流阀的选择 -18-
3.2信号处理电路设计 -19-
3.2.1传感器的选择 -19-
3.2.2传感器信号放大电路和滤波电路设计 -22-
3.2.3光电耦合器和三极管放大电路设计 -23-
3.3控制回路设计 -23-
3.3.1 ECU特点 -23-
3.3.2 80C196KC系统设计 -24-
3.4本章小结 -25-
4 电控液压悬挂系统软件设计 -27-
4.1主程序设计 -27-
4.2 A/D转换中断程序设计 -27-
4.3本章小结 -29-
结论及展望 -30-
参考文献 -31-
附录1 -33-
附录2 -34-
附录3 -38-
致 谢 -41-
拖拉机液压悬挂系统自动控制研究
摘 要
随着新兴科学技术的不断创新，尤其是计算机技术、电子控制、人工智能、网络通讯等高新技术的迅速发展，对拖拉机工业的发展产生了很大的影响和渗透。而采用机—电—液一体化控制技术是拓宽拖拉机功能、提高其技术性能以及解决其所面临诸多技术难题的最佳选择方案，并且已经成为现代拖拉机及其配套机组的主要技术发展趋势。
本文首先介绍了传统拖拉机液压悬挂系统的组成和类型。在此基础上，选择了拖拉机半分置式液压悬系统进行设计，设计新型拖拉机电控液压悬挂系统。在原拖拉机半分置式液压悬挂机构中改进设计了自动控制系统。分别阐述了自动控制系统的组成、工作原理、土壤阻力传感器、农具提升高度传感器、主控制阀位移传感器信号的测取与处理以及单片机控制的实现。在液压油路方面，该系统用电磁换向阀控制分配器取代传统机械式的控制分配器，并设计配套油路；在控制反馈信号获取方面，系统中安装位移传感器、压力传感器和角位移传感器；同时，对拖拉机电子液压悬挂的各种耕深控制方法进行比较分析。
拖拉机电控液压悬挂控制单元设计包括硬件和软件设计.根据本系统各功能模块的具体需求，选用Intel公司MSC-96系列的80C196KC单片机设计控制器。在软件方面，完成了主程序控制程序总体流向。
关键词：拖拉机；液压悬挂系统；换向阀；自动控制
Study on Automatic Control for Hydraulic
Hitch Equipment of Tractor
Abstract
With the perpetual innovation of the emerging technology, especially the rapid development of high and new technology, such as computer technology, electronic control, artificial intelligence and network communications, the tractor industry is influenced greatly. Taking the integrated control technology of hydromechatronics is the best project for broadening tractor function, improving its technical performance and solving numerous facing technical difficulties and it has become the major technology trend of modern tractors and the supporting units.
This paper first introduces the composition and type of the traditional tractor hitch control system. Based on this, choosing the structure of semi-partition hydraulic hitch system to carry on the design and designing a new electrohydraulic hitch system. A simple structure of semi-partition hydraulic hitch equipment and constituting of automatic control system was provided. The signal of soil resistance sensor and the implement lift height sensor and the control-valve sensor were measured and managed. The system was under the control of the SCM. The traditional mechanical splitter is replaced by proportional solenoid valve and its supporting circuit. A displacement sensor, a force sensor and an angle sensor is used for gaining feedback control signal. Furthermore, The various deep-conditioning method of cultivation of tractor electrohydraulic hitch are compared and analyzed in this paper.
Control unit of tractor electrohydraulic hitch system is consisted of hardware and software systems. According to specific requirements of the system function modules, 80C196KC microcontroller of Intel Corporation MSC-96 series is selected. For the software system, we used the assembly language to finish the control system program. Its main program is used to control the overall flow of the system.
Key words: Tractor; Hydraulic hitch system; Change valve; Automatic control
本科生毕业论文（设计）任务书
学院（系）： 机电学院 专业班级： 机制083 学生： 申林 学号： 08108063
论文（设计）题目 拖拉机液压悬挂系统自动控制系统研究
指导教师 陈军 职称 教授 从事专业 农业机械化
研究目标及内容：（不少于300字）
通过拖拉机液压悬挂系统自动控制系统研究，进一步阐述了自动控制系统的组成、工作原理、土壤阻力传感器、农具提升高度传感器、主控制阀位移传感器信号的测取与处理以及单片机控制的实现。控制系统试验，表明拖拉机液压悬挂系统的自动控制是有效的。同时将农业机械装备技术融合现代液压技术、传感器技术、微电子技术和单片机控制技术，可极大地提高液压悬挂系统操作的舒适性和简捷性，准确、快速地使用和调节液压悬挂系统，可提高生产率和作业质量。
内容：液压悬挂机构 换向阀 传感器 油缸 自动控制 等内容。液压悬挂系统：由原液压悬挂系统的油泵、分配器、液压油缸、提升臂、拉杆和弹簧等组成。主要完成液压油路的控制，以完成农具的提升、中立、下降过程 。控制系统：由电磁换向阀、减压阀、小油缸、控制面板等组成。主要完成控制信号的输入，并由三位四通电磁换向阀和小油缸，完成分配器主阀移动位置的控制信号检测与处理系统：由位移传感器、压力传感器、提升轴转角传感器、放大电路、CPU等组成，主要完成土壤阻力、农具提升高度和主阀位移量的信号检测与数据处理。
基本要求：
1.查阅文献不少于20篇，外文文献不少于5篇；
2.完成设计说明书；
3.完成系统仿真。
进度安排
序号 预期论文（设计）进度 起 止 日 期
1 论文前期准备 2011.11.1-2011.11.15
2 查找相关资料 2011.11.16-2011.12.30
3 论文起草 2012.1.2-2012.4.1
4 毕业论文整理 2012.4.2-2012.5.15
5 最后审核 2012.5.16-2012.6.8
6 毕业答辩 2012.6.11-2012.6.12
- 内容简介：
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100- 125 马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统研究杨? 坤( 江苏悦达盐城拖拉机制造有限公司, 江苏 盐城? 224007)摘要: 通过对国内外大马力轮式拖拉机液压悬挂系统的技术现状及多年来对公司拖拉机产品的研究, 提出了大马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统的模糊控制策略和控制器研究方案。同时针对国内大马力轮式拖拉机的技术现状以及与国外同类产品的差距, 考虑市场的接受程度和技术进步的渐进性, 提出了黄海金马 100- 125 马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统研究的方向, 建立液压悬挂系统电子控制的基本平台, 实现大马力轮式拖拉机液压悬挂系统电子控制的基本功能。关键词: 电控; 悬挂; 拖拉机中图分类号:TH137. 9 ? ? 文献标识码:A? ? 文章编号:1672- 1616(2011)17- 0077- 04? ? 多年来, 笔者走访了 60 个国家和地区的拖拉机市场, 对世界市场的拖拉机产品和市场需求进行了认真的分析研究, 同时对江苏悦达盐城拖拉机有限公司( 以下简称本公司) 以及国内大马力轮式拖拉机产品的技术进行了比较细致的分析。大马力轮式拖拉机将是我国及世界主要农业大国市场的主导产品和发展趋势。只有解决了液压悬挂的稳定性, 实现大马力轮式拖拉机对液压悬挂的多功能要求才能实现我国大马力轮式拖拉机替代进口并走向世界。为实现大马力轮式拖拉机与多台农田作业机械挂接, 实行复式作业。1 ? 黄海金马 100- 125 马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统研究 1农机具的控制功能包括: 阻力控制、 位置控制、力位综合控制、 压力控制、 牵引滑移率控制; 除了由驾驶员在驾驶室内控制以外, 还具有外部控制功能; 具有农具运输减振阻尼装置; 具有前后悬挂系统交替控制功能。系统具有自我诊断功能。电控液压悬挂系统的布置方案如图 1 所示。在大量市场调研的基础上, 拟选择德国 BoschRexroth 公司的拖拉机电控系统对黄海金马 100-125 轮式拖拉机的液压悬挂系统进行改造, 主要部件包括:HER 23 OC 后液压悬挂系统的电磁控制阀、 HER 5 前液压悬挂系统的电磁控制阀、 控制面板、 位置传感器、 力传感器、 角度传感器、 速度传感1? 前悬挂位置传感器; 2? 前悬挂控制阀; 3? 后悬挂控制阀;4? 后悬挂控制面板; 5? 前悬挂控制面板; 6? 位置传感器; 7?电子控制单元; 8? 外部控制器; 9? 提升油缸; 10? 牵引力传感器; 11? 驱动轮转速传感器;12? 雷达速度传感器; 13? 液压泵;14? 压力传感器图 1? 电控液压悬挂系统的布置方案器、 压力传感器、 雷达传感器、 HER D 控制单元、HER D 线束。2 ? 拖拉机电控液压悬挂系统的模糊控制研究拖拉机作业工况非常复杂, 对农机具的控制要求也多种多样, 选择合适的控制策略, 对液压悬挂系统进行有效地控制是电液悬挂系统研究的重要内容。笔者研究了拖拉机电液悬挂系统模糊控制器的设计方法, 建立了模糊推理系统, 利用 MAT?LAB 对悬挂系统分别进行了模糊控制和 PID 控制收稿日期: 2011- 06- 15作者简介: 杨? 坤( 1969- ) , 男, 江苏盐城人, 江苏悦达盐城拖拉机制造有限公司高级工程师, 硕士, 主要从事农业机械的研究与推广工作,尤其对轮式拖拉机及其配套机具有深入的研究。77?应用研究? ? 杨? 坤? 100- 125 马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统研究仿真, 研究结果表明, 模糊控制策略比传统的 PID控制更能满足拖拉机悬挂系统的控制性能要求。2. 1? 液压悬挂模糊控制工作原理 2电控液压悬挂系统( 考虑耕作阻力、 耕深、 滑转率) 是一个具有本质非线性参数事变的大惯性系统, 具有较大的随机干扰, 要取得好的控制效果, 必须采用非线性控制策略。液压悬挂模糊控制工作原理如图 2 所示。图 2? 液压悬挂模糊控制工作原理2. 2? 电控液压悬挂模糊控制器的建立2. 2. 1? 分析系统的特点与输入输出变量液压悬挂力位综合控制采用耕深、 牵引力和滑转率作为输入参数, 模糊控制器分别以耕深偏差、 牵引力偏差、 滑转率偏差及其偏差变化率为输入变量,以电液比例阀的输入电压为输出变量。此处, 模糊控制器采用双输入单输出的控制方式, 仅考虑耕深参数, 以耕深的偏差 e及偏差变化率de为输入变量,电流 ui为输出变量为例进行研究, 详见图 3所示。图 3? 模糊规则编辑器2. 2. 2? 变量的模糊化取 e, de, ui的论域均为 - 6 6 , 分别离散化为负大( NB) 、 负中( NM) 、 负小( NS) 、 零( ZR) 、 正小( PS) 、 正中( PM) 、 正大( PB) 。考虑到实际论域不在 - 6 6 范围内, 甚至实际论域并不为对称区间, 如: 对于实际论域为 ab 的变量, 可以采用变换 y =12b - a( x -a+ b2)式将其转换为论域为- 6 6 的变量, 而实际论域为- m m 的变量, 可通过比例系数 k =6m转换到 - 6 6 。2. 2. 3? 模糊推理系统的建立结合 GUI 模糊控制器推理系统采用默认的Mamdani 型系统, 以 e, de 为输入, ui为输出。a. 模糊集的确立。隶属度函数的选择, 对控制效果影响较大, 根据不同的误差精度要求, 选择不同分辨率的隶属度函数, 对液压悬挂系统来说, 拖拉机的工作环境较为复杂, 路面不平度及土壤密度变化较大, 因此, 液压悬挂系统对隶属度函数的分辨率要求不高, 以耕深为参数的输入输出变量均采用了高斯型隶属度函数, 其输入输出变量的隶属度函数如图 4 所示。图 4?e(de, ui) 的隶属度函数b. 模糊规则和模糊关系的确定。电控液压悬挂系统的模糊推理规则表 1。表 1? 模糊推理控制规则NBNMNSZRPSPMPBNBPBPBPBPBPMPMPSNMPBPBPMPMPSPSZRNSPMPMPMPSPSZRZRZRPMPSPSZRNSNSNMPSZRZRNSNSNMNMNMPMZRNSNSNMNMNBNBPSNSNMNMNBNBNBNB? ? 经模糊化的输入根据模糊规则即可得到模糊的输出, 模糊的输出经过中心法或二分法等反模糊化决策得到精确的输出, 显示了整个推理过程, 当改变几个变量的输入值, 系统可以立即得到新的输出值, 当输入变量 e 为- 1. 98, 变量 de 为- 1. 58时, 输出变量 ui为 3. 42。打开曲面观测器( 如图 5所示) 可得到输入输出变量的模糊关系曲面, 如图782011年 9月 ? 中国制造业信息化? 第 40 卷? 第 17 期6所示。图 5? 规则观测器图 6? 输入输出变量的隶属度关系2. 3? 仿真分析与实验 3由某型号拖拉机的结构参数以及电磁比例阀的特性, 通过比例系数 ke, kd和 ku建立耕深变化量与模糊控制器之间联系, 并且由拖拉机液压悬挂的结构得到液压悬挂系统位调节的传递函数为二阶系 统:H ( s)=10?31s2+ 0. 62s + 0. 28。使 用MATLAB 命令, 即可由比例系数 ke, kd和 ku、 模糊控制器以及传递函数, 构造拖拉机液压悬挂系统的 MAT LAB/ Simulink 模糊控制仿真模型。在对拖拉机液压悬挂系统位调节系统仿真时,将矩形脉冲信号叠加在设定预定耕深的阶跃信号上, 预定耕深为 0. 26m。矩形脉冲信号幅值为- 0?1m, 脉冲宽度为 3s, 如图 7 所示。由模糊控制器控制的位调节系统的模拟响应曲线。由仿真结果可见, 对于预定耕深的阶跃信号, 系统在 2s 左右达到预先设定耕深; 对于脉冲干扰信号, 系统经 6s后再回至指定耕深 0. 26m。图 7? 脉冲信号? ?由图 8 可看出, 位调节系统过渡平稳, 响应时间较快, 没有超调量。此外, 还对系统进行了传统的 PID 控制仿真, 仿真结果如图 9所示。图 8? 耕深响应曲线由图 9 可知: PID 控制超调量较大, 当工作条件大幅度变化时, 经典的 PID 控制是难以调整的。图 9? PID 控制仿真曲线而以模糊控制器为基础的控制策略能在较短的时间内使系统稳定, 并且模糊控制对过程控制参79?应用研究? ? 杨? 坤? 100- 125 马力轮式拖拉机电控液压悬挂系统研究数改变不灵敏, 这说明模糊控制本质上是非线性的, 并且对于对象的参数变化适应性强, 即鲁棒性较好。因此, 相对于 PID 控制, 模糊控制更能提高液压悬挂系统的作业性能。通过对黄海金马 1254 型大功率轮式拖拉机进行实验, 电液控制系统采用 EHR23 OC 电液比例阀、 感应式位移传感器、 HER- B 电子控制单元, 将设计的控制方案嵌入到控制系统, 进行田间试验。实验表明, 耕作犁在自重作用下能顺利入土, 并在较短的时间内达到预定的耕深, 耕深较均匀, 误差能够控制在 2cm 之内, 符合耕深的控制要求。3 ? 结束语对液压悬挂系统模糊控制器的建立, 特别是对模糊推理系统的建立进行了说明, 包括输入输出变量的选取、 变量的模糊化、 隶属度函数的选择及模糊规则的确定, 通过模糊规则观测器及曲面观测器表明所建立的模糊控制器能够较好地涵盖论域, 避免出现失控现象。与传统的 PID 控制相对比, 模糊控制策略不仅趋于稳定的时间较短, 响应曲线的振幅也相对较小。模糊控制策略比传统的 PID 控制更能满足系统的性能要求。参考文献: 1 ? 谭?, 谢? 斌, 鄂卓茂. 拖拉机作业机组电液悬挂控制系统的研制 J . 中国农业大学学报, 2002, 7( 6) : 64- 67.2 ? 楼顺天, 胡昌华, 张 ? 伟. 基于 MATLAB 的系统分析与设计? 模糊系统 M . 西安: 西安电子科技大学出版社,2001: 15- 30. 3 ? 鲍一丹, 吴国桢, 程文祥. 拖拉机耕深自动监控系统的动态辩识 J . 浙江大学学报, 1995, 21( 3) : 261- 264.Development of Electro- hydraulic Control Suspension Systemfor 100- 125 Horsepower TractorYANG Kun( Jiangsu Yueda Yancheng T ractor Manufacture Ltd. Co. , Jiangsu Yancheng, 224007, China)Abstract:Based on the current design and technology of powerful tractor suspension system, it proposes thefuzzy control strategy and controller design project of tractor? s electro- hydraulic suspension system, analyzesthe difference between the products and technology of domestic and advanced foreign country, presents thedevelopment direction of electro- hydraulic control suspension system for 100- 125 horsepower tractor,builds the platform of electro- hydraulic suspension control, realizes the basic function of powerful tractor? selectro- hydraulic suspension system.Key words:Electro- Control; Susoension; T ractor( 上接第 76 页) 6 ? Xie J, Denny P. Galvanized steel joined with lasers J. WeldingJournal, 2001, 80( 6) : 59- 61. 7 ? Loredo A, Martin B, H Andrzejewski, et al. Numerical supportfor laser welding of zinc- coated sheets process development J .Applied Surface Science, 2002, 195( 1- 4) : 297- 303. 8 ? 熊建钢, 胡伦骥, 刘建华. 镀锌板激光焊接工艺及锌行为研究 J . 激光技术, 1998, 22( 1) : 26- 28. 9 ? Irving B. Laser beam welding shifts into high gearJ . WeldingJournal, 1997, 76( 11) : 35- 40. 10 Emmelmann I C. Robotic laser welding in the automotive indus?try J . Welding & M etal Fabrication, 1997, 65( 33) : 7- 8. 11 Graf T, Staufer H. Laser- hybrid welding drives VW improve?ments J . Welding Journal, 2003, 82( 1) : 43- 47.Effects of Laser Welding on the Mechanical Properties and FracturalMorphologies of Galvanized Steel PlatesNI Tao1, TU Yan1, LU Jin- zhong2, ZHANG Lei2, ZHANG Yong- kang2( 1. COSCO ( Nantong) Shipyard Ltd. Co. , Jiangsu Nantong, 226006, China)( 2. Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang, 212013, China)Abstract: It applies fiber laser to weld the galvanized steel plates in the sea equipment and automobile indus?try. Based on the measurement of the hardness of the base metal, heated zone and welded joint in galvanizedsteel, it analyzes the tensile properties and fractural morphologies of the welded joints. The results show thatthe strength and hardness of the laser welded joints are higher than the base metal. The low carbon marten?sitic structure appeares in the weld, and its hardness is smaller than that in HAZ.Key words:Optical Fiber Laser; Welding; Galvanized Steel Plate; Tensile Property; Micro- structure802011年 9月 ? 中国制造业信息化? 第 40 卷? 第 17 期 59Force Measuring and Weighing Technology Force Transducer KAZ Special Features 5 kN to 400 kN Accuracy class 0,2 Ultimate overload 300 40 Reference temperature Compensated temperature range Environmental protection (EN 60529) C C 23 -20 . . . .+60 IP 65 Sensitivity (=S) Zero balance Recommended excitation voltage Input resistance Output resistance Insulation resistance mV/V %S VDC 1,000 0,01 0,0 0,03 10 38030 3523 5 109 Nonlinearity1) Hysteresis 1) Temperature effect on zero/10K Temperature effect on output/10K %S %S %S %S 0,5 / 0,2 0,2 / 0,1 0,2 / 0,1 0,2 / 0,1 Appliances for Installation and Mounting FEGH Caution: Never apply any torque to the sensor. Torque will destroy the measuring system. Rated load E F G H Rod end bearing KAZ 5kN approx. 131 approx. 159 10 28 GKI 10 KAZ 10kN approx. 148 approx. 180 12 32 GKI 12 KAZ 30kN approx. 214 approx. 264 20 50 GKI 20 KAZ 60kN approx. 350 approx. 410 25 60 GKI 25 KAZ 4t approx. 230 approx. 308 35 78 GIHR-K 35 DO KAZ 6,3t approx. 262 approx. 356 40 94 GIHR-K 40 DO KAZ 10t approx. 310 approx. 426 50 116 GIHR-K 50 DO KAZ 16t approx. 420 approx. 584 70 154 GIHR-K 70 DO KAZ 25t approx. 554 approx. 780 90 206 GIHR-K 90 DO KAZ 25t approx. 394 approx. 534 60 130 GIHR-K 60 DO KAZ 40t approx. 502 approx. 692 80 176 GIHR-K 80 DO Type code / Order example KAZ / 10kN / 0,5 Accessories / Options Type Codel Description Cable extension XKC 042 Cable extension m Connector male XKC 044.01 Connector male, mounted to sensor body, 5 pin XKC 046.03 Connecting cable 5m Rod end bearing GKI respectively GIHR-K see KAZ-variant Recommended switching amplifiers / electronics Type code Notes Strain gauge switching amplifier BS 805.01 Supply voltage 10 - 30VDC Analogue output 4 20mA 2 set points 230VAC/6A Environmental protection IP 65 Strain gauge Interface DI 301DP.21 Supply voltage 10 30VDC Digital output PROFIBUS DP 2 set points 42V/0,1A Environmental protection IP65 Data sheet KAZ Subject to technical changes 05/2006A.S.T. Angewandte SYSTEM-TECHNIK GmbH Dresden Tel +49 (0)351/ 44 55 491 www.ast.de 总第 72期 光 电 技 术 应 用 Series No. 722003 年第 4 期 ELECTRO- OPTIC TECHNOLOGY APPLICATION No. 4, 200380C196KC 单片机的应用设计赵 宏, 逄志刚( 哈尔滨广播器材有限责任公司, 黑龙江 哈尔滨 150046)摘 要: 本文利用 80C196KC 单片机的独有特性, 辅以外设电路, 成功地实现了对发射机的各种参数的采集, 实时监控, 具有结构简单, 抗干扰性强, 便于维修等优点。关键词: 单片机; 软件定时器; A/ D 转换器; 液晶显示屏; C 语言中图分类号: TP368. 2 文献标识码: AApplication Design of 80C 196KC Monolithic ComputerZHAO Hong, PANG Zhi- gang Abstract:By applying unigue characteristic of 80C 196KC monolithic computer and ausiliary external cir -cuit, the data collection from the transmitter and real- time monitoring are a chieved successfully. T he u -nit has the many advantages, such as simple structure, anti- interference, easy maw mainterance and soon.Key words: monolithic computer; softwaretimer; A/ D converter; liquid crystal monitor; C language1 引言现有的中波广播发射机的逻辑控制系统集成度较低, 控制系统复杂繁琐, 维护起来十分困难。而单片机 80C196KC 具有集成度高, 控制简单, 维护简便, 充分地解决了上述困难, 提高了广播发射机的抗干拢性能和可维修性。2 硬件电路的设计为了简化电路, 降低功耗, 增强性能, 提高工作效率和可靠性, 本系统的核心部分芯片采用80C196KC 单片机; 外围器件采用 8155 芯片作为扩展 I/ O 接口。各种数据的终端显示是采用240 128 点阵的 LCD 液晶屏上实现的。随着现代技术的不断发展, Intel 公司的微控制器 80C196 已经发展了四代, 而 80C196KC单片机是其第三代产品, 它采用 16 位操作方式,时钟频率可达 20Mhz, 速度比现在国内用得较多的 MCS51 系列快的多; 同时, 它增强了外设事物服务器, 提高了相应外设中断的运行速度,增强了 A/ D 转换器的性能( 10 位/ 8路) 。80C196KC 单片机自带一个逐次逼近型的10位 A/ D 转换器, 共有 8 个通道。其输入引脚是与 P0. 0 P0. 7 共享的 ACH0 ACH7。发射机的一些模拟量如: 入射功率、 反射功率、 电流、电压等, 可直接接入其输入端, 无需再增加 A/ D转换器。系统中的接口芯片 8155 芯片, 共用三片。它采集发射机传来的各种故障指示如: 风机故障、 振荡器故障、 过压、 过流等等; 同时, 还提供了键盘扫描接口。整个系统备有辅助电路, 通过 74LS138 译码后输出片选信号, 分别选中 3 个 8155 芯片和液晶屏。此时键盘作为人对系统状态进行干预和数据输入最常见的外部设备发挥了作用。本控制系统的键盘除了/ 复位0键直接接单片机的收稿日期: 2003- 08- 27作者简介: 赵宏( 1968- ) , 女, 哈尔滨人, 工程师, 毕业于哈尔滨电工学院, 研究方向为中波广播发射机控制, 数字幅相调制广播发射机研制以及 ERP 网络信息化企业管理。)53)图 1 硬件电路框图高速输入 HIS. 0 引脚外, 其余按键采用了矩阵式键盘结构; 在软件设计中, 利用单片机的/ 软件定时器0功能对键盘进行扫描; 而数据输出显示用的液晶显示器是由 240 128 点阵构成的LCD液晶屏; 其模块采用 T6963C 图形处理器,自带字符发生器。但是, 对于汉字的显示, 只能根据需要造字, 一般采用 16 16 点阵的字模, 造好的汉字要固化到 ROM 中以备使用。硬件电路框图如图 1 所示:3 软件设计汇编语言虽然是单片机最基本的语言, 它对各个单元寄存器可以直接操作, 使用灵活, 但编程效率低, 调试和修改更加困难; 而 C 语言是具有高级语言特征的结构化语言, 移植性好, 便于理解和维护, 并且编程效率高, 是很好的高级语言, 因此, 本系统采用 C 语言进行软件设计。整个系统的软件主要包括初始化模块, 主程序模块, 键盘扫描模块, 采样滤波模块和显示模块等。各模块的主要功能:#初始化模块主要对有关的位变量、 计数器、定时器等进行清零或复位操作。同时预置变量和显示缓冲区的初值, 为系统启动运行做好准备工作。#主程序模块是整个系统的总控制程序, 负责系统的控制和各子程序的调用。#键盘扫描模块主要是动态扫描各个键, 一旦发现某个键闭合, 就对该键进行识别和处理。#采样滤波模块主要是通过数字滤波技术,以扫描方式, 分时采集电流、 电压、 功率等信号。下面是部分模块的 C 语言程序A/ D 转换程序:# pragma interrupt ( ADConvlnt= 1) / * A/ D 转换结束中断* /void ADConvlnt( )unsigned int temp;temp= adresult;temp = 6;if( ( ( ADBuffer CurrentADNum - temp) 20) +( ( temp- ADBuffer CurrentADNum ) 20) )ADBuffer CurrentADNum = temp; / / 放入原始数据区/ / 调用计算并存入目标数据区的程序, 目标)54)总第 72 期 光 电 技 术 应 用 数据上ASC码CalFormat( ADBuffer CurrentADNum , Co -efArr CurrentADNum ) ;CurrentADNum+ + ;if( CurrentADNum= = ADTOTALNUM) CurrentADNum= 0x00;if( CurrentADNum ADUSECHNUM) PCD8155PortB& = 0x7f;asmnop; nop; nop; nop; ; / / Delay( 100) ;adcommand= CurrentADNum;else if( CurrentADNum ADTOTALNUM) PCD8155PortB| = 0x80;asmnop; nop; nop; nop; ; / / Delay( 100) ;adcommand=CurrentADNum-ADUSECHNUM;hoscommand= 0x0f; / / 使用定时器 1 作为时间基准, 启动时不产生中断hsotime= timer1+ 65000; / /以软件定时器为基础的键盘处理程序:# pragma interrupt( SoftTimeInt= 5) / * 软件定时器中断* /void SoftTimeInt ( )KeyCode= TestKey( ) ;If( TestKey( ) ! = 0) / / 等键释放Delay( 130) ;Switch( KeyCode) Case 0x10: if( keystatus! = 0) if( keydis 0) asmnop; nop; nop; ; PowerCon- = 9; If ( PowerCon 0) asmnop; nop; nop; ; PowerCon= 0; else asm nop; nop; nop; ; PowerCon= 0; asmnop; nop; nop; ; P1| = 0x20; ioport1= p1; sendPowerCon( ) ; Delay( 5) ; P1& = 0xdf; ioport1= p1; break; case 0x02: 。 。 。 。 break; case 0x08: 。 。 。 。 break;( 下转第 60 页)55) 赵宏等: 80C196KC 单片机的应用设计 2003. 2能性减小。在这种态势下, 舰艇如果顺风航行,风将把箔条幕向舰艇航行的方向吹, 将使对抗维持在稳定的态势下, 舰艇能较长时间处于箔条幕的有效保护范围内, 无疑这将提高对抗的成功概率; 舰艇如果逆风航行, 风将把箔条幕吹离舰艇,如果舰艇此时实施真确机动, 那么舰艇冲出箔条幕的可能性也会变小。所以综合来看, 当导弹从舷角 130 b 170b来袭时, 风向风速对干扰效果的影响不是很大, 箔条幕干扰成功的概率较大, 这种态势对箔条幕对抗来说是一种有利的对抗态势。4 结论通过对箔条幕干扰成功条件的判断及箔条幕有效保护范围的分析、 计算, 本文对影响箔条幕干扰效果的诸多因素分别进行了仿真模拟和数据的初步分析, 得出了一些使用原则仅供参考。需要指出的是, 箔条幕的实际干扰效果应与舰船航向、 机动方向、 导弹来袭方位、 风向风速、箔条幕布放方式等因素的综合作用有关, 在各种因素的综合作用下的干扰效果还有待于进一步的仿真研究和靶场试验验证。参考文献1 孙国桢. 海军电子对抗作战使用 M . 大连: 海军大连舰艇学院, 1998, 26 31.2 曹志耀.计算机作战模拟系统设计原理 M . 北京: 解放军出版社, 1999, 37 43.3 林象平. 雷达对抗原理 M . 西安: 西北电讯工程学院出版社, 1985, 29 36.4 杨飞, 王晓英. 舰载箔条诱饵布局投放及其干扰效果评估仿真分析 J . 光电对抗与无源干扰, 2000( 3).(上接第 55 页) hsocommand= 0x 18; / / 使用定时器 1 作为时间基准hsotime= timer 1+ 24000;4 抗干扰措施#硬件抗干扰: 将模拟地与数字地分开, 大电流地单独引至接地点, 印制板地线足够宽, 并且尽量减少尖端干扰。#软件抗干扰措施: 采用数字滤波技术抑制干扰。设置软件陷阱防止程序/ 跑飞0。设置软件/ 看门狗0解决死循环。采用软件冗余技术。参考文献1 程军. Intel 80C196 单片机应用实践与 C 语言开发 M . 北京: 北京航空航天大学出版社, 19992 孙涵芳. Intel16 位单片机 M . 北京: 北京航空航天大学出版社, 1999(上接第 70 页)参数作为设计变量, 其他参数则作常量处理。实践证明, 最优化设计是保证产品具有优良的性能, 减轻自重或体积的一种有效方法。对弹簧的优化设计更为如此, 不但可使设计者从大量的烦琐和重复的计算工作中解脱出来, 而且可得到优秀的设计产品。参考文献1 刘惟信. 机械优化设计 M . 北京: 清华大学出版社, 19942 王步瀛, 陈庾梅, 吴琦. 现代机械设计方法综述 M . 北京: 高等教育出版社, 19853 机械设计手册 M . 北京: 化学工业出版社,19824 许镇宇, 朱景梓, 郑林庆. 机械零件 M . 北京: 人民教育出版社, 1981)60)总第 72 期 光 电 技 术 应 用 8279芯片片为8279引脚图8279采用单5V电源供电，40脚封装。 DB0DB7:双向数据总线，用来传送8279与CPU之间的数据和命令。 CLK:时钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。 RESET:复位输入线，8279复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹型式，程序 时钟前置分频器被置为31,RESET信号为高电平有效。 CS:片选输入线，低电平有效，单片机在CS端为低时可以对8279读/写操作。 A0:缓冲器低位地址，当A0为高电平时，表示数据总线上为命令或状态， 当为低电平时，表示数据总线上为数据。 RD:读信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。 WR:写信号输入线，低电平有效，将缓立器读出,将数据从外部数据总线写入8279的缓冲器。 RL2- 1 40 -VCC RL3- 2 39 -RL 1 CLK- 3 38 -RL 0 IRQ- 4 37 -CNTL/STB RL4- 5 36 -SHIFT RL5- 6 35 -SL 3 RL6- 7 34 -SL 2 RL7- 8 33 -SL 1 RESRT- 9 32 -SL 0 RD- 10 31 -OUT B0 WR- 11 30 -OUT B1 DB0- 12 29 -OUT B2 DB1- 13 28 -OUT B3 DB2- 14 27 -OUT A0 DB3- 15 26 -OUT A1 DB4- 16 25 -OUT A2 DB5- 17 24 -OUT A3 DB6- 18 23 -BD DB7- 19 22 -CS VSS- 20 21 -A0 IRQ:中断请求输出线，高电平有效，在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM中有数据时， 此中断线变为高电平，在FIFO/传感器RAM每次读出时，中断线就下降为低电平，若在RAM 中还有信息，则此线重又变为高电平。在传感器工作方式中， 每当探测到传感器信号变 化时，中断线就变为高电平。 SL0SL3:扫描线，用来扫描按键开关，传感器阵列和显示数字， 这些可被编程或被译码。 RL0RL7:回送线，经过按键或传感器开关与扫描线联接， 这些回送线内部设置有上拉电 路，使之保持为高电平，只有当一个按闭合时，对应的返回线变为低电平；无按键闭合时， 均保持高电平。 SHIFT:换位功能，当有开关闭合时被拉为低电平，没有按下SHIFT开关时，SHIFT输入端保 持高电平，在键盘扫描方式中，按键一闭合，按键位置和换位输入状态一起被存贮起来。 CNTL/STB:当CNTL/STB开关闭合时将其拉到低电平，否则始终保持高电平， 对于键盘输入 方式，此线用作控制输入端，当键被按下时，按键位置就和控制输入状态一起被存贮起来， 在选通输入方式中，作选通用，把数据存入FIFO RAM中。 OUTA3OUTA0及OUTB3OUTB0:显示输出A口及B口，这两个口是164切换的数字显示。这 两个端口可被独立控制，也可看成一个8位端口。 BD:空格显示,此输出端信号用于在数字转换时将显示空格或者用显示空格命令控制其显示 空格字符。 VCC:+5V电源输入线。 VSS:地线输入线。 8279的编程方法 1.8279可按其功能分为:键盘功能块;显示功能块;控制功能块;与CPU接口功能块控制功能块包括 控制和定时寄存器,定时和控制,扫描计数器三部分,它主要用来控制键盘和显示功能块工作. :控制和定时寄存器:用于存贮来自CPU的编程命令,CPU对8279编程以确定键盘与显示器工作 方式和其它工作条件时,先把命令控制数据放到数据总线上,然后使A0=1,WR=0CS=0,并在WR 上升沿把命令键存在控制和定时寄存器中,并经译码,建立适当的功能. :定时和控制:它含基本的定时计数器,第一个计数器是一个分频系数为2-31的前置定时器, 分频系数可由程序预置,使内部频率为100KHz,从而能给出5.1ms键盘扫描时间和10.3ms反 跳时间,其它计数器将此基本频率分频后,提供适当的按键扫描.行扫描.键盘阵列扫描.以 及显示器扫描次数. :扫描计数器:扫描计数器有两种工作方式,在编码工作方式时,计数器提供一种二进制计数, 通过管脚SL0-SL3输出后经外部译码才能提供给键盘和显示器的扫描作用,在译码工作方式 时,扫描计数器对最低二位进行译码,SL0-SL3输出4选1的译码信号,作为显示器和键盘的译 码扫描. :键盘功能块包括:返回缓冲器,键盘反跳及控制,8x8 FIFO传感器RAM,FIFO/传感器RAM状态. 2.返回缓冲器与键盘反跳及控制 8条返回线被返回缓冲器缓冲,在键盘工作方式中,这几条线被逐个检测,以找出该行键中闭合 的键,如果反跳电路测知某键闭合,则它等待10.3ms,然后重核此键是否仍然闭合,如果仍闭合, 那么该键在矩阵中的行列地址以及SHIFT和CNTL的状态一起被送到FIFORAM中,其在FIFO RAM中 的数据格式如下: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CNTL SHIFT SCAN RET URN 数据格式中,最高位CNTL,次高位为SHIFT状态,D5-D3来自扫描计数器,D2-D0来自返回计数器, 扫描线计数器和回扫线计数器的值分别反映出被按下键的行.列的值,如果在传感器阵列中, 返回线上的数据直接进入传感器RAM中相应于阵列中正被扫中的那行,这样每个开关位置就直 接反映为一个传感器RAM的位置. :FIFO/传感器RAM 一个8x8 RAM,在键盘方式和选通方式中它是一个先入先出(FIFO)存贮器,每一条新的信息顺次 写入,然后又按写入顺序读出,在传感器阵列扫描方式时,存贮器作为传感器RAM,这时RAM中的 各行存着传感器阵列中相应行的状态. :FIF0/传感器RAM状态 在键盘或选通方式中,FIFO状态跟踪FIFO中字符数量注意它是满还是空,写入或读出过多 均被认作出错,当FIFO非空时,状态逻辑提供一个中断申请IRQ信号,在传感器阵列扫描方式中, 若测知某一传感器变化时,IRQ则为有效高电平.FIFO状态字的低3位表示FIFO中的字符数,F表 示FIFORAM已满;O(over mn)表示越限错误,即试图向已满的FIFO送另一字符;U(Under done) 表示取空错误,即试图读取已空的FIFO.S/F有两种含义:在传感器扫描方式时,S/F表示在传感 器RAM中至少包含了一个传感器闭合指示,在特殊错误方式时S/F位是出错标志,用来指示是否 发生了多路同时闭合错误,Du位表示由于 CLEAR DISPLAY或CLEAR ALL命令尚末完成其消除操 作而使显示RAM尚不可用. 3.显示功能块包括:显示寄存器,16X8显示RAM,显示地址寄存器. :显示RAM和显示寄存器 8279内部有16X8的显示RAM,通过显示寄存器和两个四位端口0UT A0-3,0UT BO-3来刷新显示, 显示器可以是白炽灯,也可以是8段数码管,显示RAM可以是16X8的形式,也可以构成两个16x4 的RAM形式,显示RAM可由CPU进行读写,被读写的RAM字节地址由显示地址寄存器指示. :显示地址寄存器保存当前CPU读或写的那个RAM地址,以及正显示着的那两个4位半字节的地址, 读写地址由CPU命令编程,也可置为每次读写后地址自动加1的工作方式,在设置了正确的工作 方式后,显示RAM可直接由CPU读出,半字节A和半字节B地址自动由8279更新,以适应由CPU送入 的数据,A和B半字节可独立送入,也可作为一个字送入,随CPU所设置的工作方式而定 3.I/O 接口功能块 8279通过数据缓冲器与I/O控制,使8279与CPU系统总线接口,I/O控制部分用CS.A0.RD和WR四条 线控制CPU与8279之间的数据交换,数据缓冲器是数据交换的双向通道,控制信号与数据交换间 的逻辑关系见下表: CS A0 WR RD 1 0 CPU从8279读状态 0 1 0 1 CPU向8279写状态 1 0 CPU从8279读数据 0 0 1 CPU向8279写数据 1 X X X 数据缓冲器输出呈三态 x为任意数(0或1) 8279的操作 由前所述,8279可适应各种键盘和显示器的不同工作方式,这是由于8279内的各功能块的工作 是可程控的,用户可根据自己的要求,利用向8279写命令字的方法对8279的工作方式等进行编 程,从上表可见,只要同时使CS=0 WR=0A0=1,则可向8279写命令字,并在wR的上升沿把命令打入 8279. 对CPU而言,8279只有两个口地址,一个用于读写命令和状态(CS=0,A0=1),一个用于读写数据 (CS=0,A0=0)但用于编程命令字却有多种,在8279中用于区别各种不同命令字的方法是命令字 代码的高3位(D7,D6,D5,)编码而低5位是命令字的真正内容 1.8279的编程命令 a.键盘/显示器方式设置 最高位 最低位 命令代码 0 0 0 D D K K K 其中DD为显示方式,KKK为键盘方式 DD 00 8个8位字符显示-左端传入 01 16个8位字符显示-左端送入 10 8个8位字符显示-右端送入 11 16个8位字符显示-右端送入 所谓左端送入是显示器根据用户送的先后,从左端一位开始,向右逐位排列,到最右端一位之 后,下一位再从最左端显示,在这种显示方式中,显示器的每个显示管和8279中的显示RAM单 元一一对应,RAM中的O地址对应最左面的显示字符,而15号单元对应最右端的显示字符 而右端送入方式是电子计算器中常用的显示方式,第一个送入的数在最右端的显示字符上, 而以后每送 入一个新数,显示先左移一位然后把送入的数仍放在最右端显示字符上. K K K 0 0 0 编码扫描键盘-2键连锁 0 0 1 译码扫描键盘-2键连锁 0 1 0 编码扫描键盘-N键巡回 0 1 1 译码扫描键盘-N键巡回 1 0 0 编码扫描传感器阵列 1 0 1 译码扫描传感器阵列 1 1 0 选通输入,编码显示扫描 1 1 1 选通输入,译码显示扫描 其中2键连锁和N键巡回是8279对键盘中被按下键的两种处理方式,编码扫描和译码扫描是 SL0-SL3 对链盘和显示器的两种扫描形式. b.程序时钟 命令代码 0 0 1 P P P P P 此命令确定定时和控制中的前置定标器的分频系数,代码PPPPP可形成2-31的数,前置定标器 可对外部时钟分频,以得到内部基频,选基频为100KHZ,可得到前面规定的扫描和反跳时间, 则分频系数为;外部时钟100KHZ复位脉冲过后若无代码送入则自动为31. c.读FIF0/传感器RAM 命令代码:0 1 0 AI X A A A X=任意 此命令用于确定CPU读操作的对象是8279中的FIF0/传感器 RAM,并确定8个 RAM 字节中哪一 个被读,其中 AAA表示CPU要读的行,AI为自动加1特征位,在键盘扫描方式中这两者互不相干, 对随后的每次读取8279都按照数据第一次进入的FIF0的同一顺序自动送出数据,所有随后发 生的读,都是读自FIFO,直到写入新命令为止. 在传感器阵列方式中,AAA选择传感器RAM 8行中的一行若AI=1,则下一次读取便读自传感器 RAM中的下一行. d.读显示器RAM 命令代码:0 1 1 AI A A A A CPU对8279写此命令,则确定了 CPU 以显示器 RAM为数据源进行读操作,其中AAAA为显示器 RAM的地址,AI 为自动加1特征位,若AI=1,则每读一行RAM之后,行地址自动加1 e.写显示器RAM 命令代码: 1 0 0 AI A A A A CPU向827
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