型砂强度检测系统设计说明书

毕 业 设 计题 目 型砂强度检测系统设计 学 院 机械工程学院 专 业班 级学 生学 号指导教师二一 三 年 五 月 三十 日- I -摘 要本文主要介绍一种型砂检测的实验仪器：SQS-1 型智能型砂强度试验机。SQS-1型智能型砂强度试验机、采用了手轮丝杠加荷，S 型拉压传感器和单片计算机数据处理显示器系统组成，实现了试验数据的采集、处理自动化，数据采用双排液晶显示器显示试验结果，微型打印机打印试验报告，试验数据准确可靠。该机采用一键式操作方法，具有“高强度试验” “低强度试验” “干态” “湿态” “抗拉” “抗压”“抗弯” “抗剪”八种试验模式，试验时只需选择相应模式按键既可。试验结束后既可打印试验结果，也可查询试验结果,并自动判合格与不合格，试验方法及数据依据型砂试验标准一切由单片计算机完成!SQS-1 型智能型砂强度试验机、是为型砂强度试验研制的最新型试验仪器。该机完全克服了液压式型砂强度试验机一系列缺点，如：试验结果由于是压力表显示不宜标定而且液压系统内部摩擦损失无法排除从而影响试验结果。采用液晶显示器显示试验结果，微型打印机打印试验报告，减轻了试验人员的劳动强度。该机采用一键式操作方法，既：根据用户需要做那种试验，只需按对应按键既可做出试验结果。试验结束后既可打印，又可查询。本机采用了传感器和单片计算机，实现了试验数据的采集、处理自动化，从而提高了试验数据的准确性。该仪器数据准确可靠、结果合理可靠、操作简单方便、成本低、效率高。是铸造行业型砂强度试验仪器的最佳选择。关键词：系统检测；铸造；打印机；显示器；传感器。- II -ABSTRACTThis paper mainly introduces a kind of green sand testing experiment instrument: SQS - type 1 smart sand strength tester. SQS - type 1 smart sand strength test enginery, adopted the handwheel screw add lotus, s-type pull pressure sensor and single chip computer data processing monitor system composition, realized the test data acquisition, processing automation, data with double row LCD display test results, the miniature printers print test report, test data accurate and reliable. This machine adopts a key type operation method, with high strength test low strength test dry state wet state tensile compressive bending shear eight kinds of test mode, test just choose the appropriate mode button can be. After testing can be printed test results, can also be inquires the test results, and automatic judgment qualified and the unqualified, test methods and data basis test standard molding sand by single chip computer to complete all! SQS - type 1 smart sand strength tester, is developed for sand strength test the latest test instrument. This machine completely overcome the hydraulic sand strength tester series of shortcomings, for example: test results because is the pressure gauge shows unfavorable calibration and hydraulic system internal friction loss could not be ruled out which affect test results. Adopt LCD display test results, the miniature printers print test reports and reduce the labor intensity of the experimenter. This machine adopts a key type operation method, already: according to the needs of user do that sort of test, just press buttons can be made corresponding experimental result. After testing can be printed, but also query. This machine adopts the sensor and the single chip computer, realized the test data acquisition, processing automation, thereby improving the accuracy of test data。This instrument data accurate and reliable, the result is reasonable and reliable, easy to operate, low cost and high efficiency. Is casting sand strength test instrument industry best choice. Key words：System testing; Casting; Printer; Display; Sensors. - III -目 录摘 要 .iABSTRACT.ii1 前言 .11.1 选题的背景和意义 .11.2 国内外研究现状、水平及存在的问题 .21.3 本课题的主要内容与目标、研究成果及创新之处 .32 机械部分设计 .52.1 试验设备和方法 .52.1.1 仪器功能以及原理 .52.1.2 型砂试样的制备 .62.1.3 砂样加载变形过程中的试验特征曲线及分析 .62.2 滑动螺旋传动的设计计算 . 72.2.1 耐磨性的计算 .72.2.2 丝母螺纹牙的强度计算 .82.2.3 丝杆的稳定性校核 .92.2.4 轴承的选择 .92.2.5 键的选择 .103 电路部分设计 .123.1 计算机控制系统的分类、组成及特点 .123.1.1 计算机控制系统的分类 .123.1.2 计算机控制系统的组成 .123.1.3 计算机控制系统的特点 .133.2 单片机选型及功能说明 .133.2.1 单片机介绍 .133.2.2 时钟振荡器 .153.2.3ICL7109 功能简介 .163.3 字符点阵系列液晶显示模块 .183.4 传感器的选择 .19- IV -4 结论.20参考文献.21致谢.22附录. . . . .23- 1 -1 前言1.1 选题的背景和意义近年来，随着铸造生产自动化程度的提高和对铸件产品质量要求的提高，型砂性能控制变得越来越重要，在砂型铸造生产中，尤其在粘土砂湿型铸造中，型砂的性能对铸件质量、铸造废品率有明显影响。为了生产出稳定的、高质量的型砂，型砂制备工部必须配备与生产规模和造型方式相适应的型砂检测和控制手段。现代的型砂质量控制发展方向是以预防性控制理论为基础，运用计算机技术，进行整个砂处理工部的系统控制，它采用预防性补加,智能化加料调整，并能进行测试、监控和故障处理。目前,在型砂在线控制技术研究开发领域，已有的几个概念和原理在不断的完善和发展。首先,在检测项目上，从单一的水分指标发展到了以紧实率为主的几个性能参数的综合；在检测方法上，从早期的筛法到轮压法，发展到模仿“三锤试样”的气压法。而检测装置也是随着检测项目和方法及机电一体化技术的发展在日新月异。在型砂的在线控制方法上，由于电子计算机技术的广泛应用。预防性控制和整个砂处理生产线的综合控制不断成熟和完善。现代国内外普遍认为：为使造型用型砂达到最佳性能指标,紧实率是最重要的控制指标之一，加水量是达到目标值的调节手段。紧实率不仅能反映型砂的湿强度和韧性，同时还能反映型砂的水分含量以及混碾的柔和程度和回性优劣等。它是与水分、材料配比、强度、透气性等性能参数均有关的一个综合参数。传统的型砂水分直接控制方法中，若造型系统砂铁比波动及加料不准等，将带来回收砂中各种成分含量的波动而造成型砂性能有较大变化。故检测在线型砂的紧实率，比检测水分更能有效地控制型砂的性能 1。1.2 国内外研究现状、水平及存在的问题国外有关型砂性能在线检测和控制装置有各种形式。90 年代，美国 Hartly 公司生产的型砂性能在线检测机，直接安装在混砂机的出砂皮带机上，自动取样并不断地检查型砂的紧实率和湿压强度等参数,然后控制下一盘型砂的加水量，B&P 公司的混砂单元配有该套装置。瑞士 GF 公司新近推出的 Multicontrol 型型砂多性能综合控制系统，以及德国 Birich 公司生产的 Rotocontrol 型在线检测控制装置等均是采用气压传动，模仿实验室检测动作，快速检测型砂的紧实率、湿压强度、劈裂强度等参数，从而控制加水量。日本早坂理工推出的型砂性能快速检测装置“一把抓” ，可在 40s 内测出型砂的紧实率、透气性、砂温、含水量、湿压强度等五项参数，并用计算机分析计算，反馈到混砂单元，去调查下一盘型砂的加水量和加料量。日本的新东、冰岛等公司也有类似的产品。近年来,国内的东南大学、华南理工大学等进行了型砂多性能快速检测装置的研- 2 -究。清华大学、湖北机电设计院等进行了微机控制型砂在线紧实率和水分检测装置的研究。青岛铸机厂和青岛第四铸机厂等在开发型砂性能检测装置方面作了大量的工作。济南铸造锻压机械研究所也进行了 C131 型型砂性能控制仪的开发研究工作，其结果不太理想。目前,济南铸锻所在借鉴国外技术的基础上，自行研究开发了 CB型型砂紧实率在线检测控制装置和自动加水装置，通过对型砂紧实率的检测来控制加水量的多少，从而保证型砂性能的稳定。1.3 本课题的主要内容与目标、研究手段及创新之处1.3.1 主要内容与目标1.确定主机结构、夹具的选用，电气部分力值传感器的选用。2.绘制型砂强度试验机机械装配图和相关零件图纸，并设计出电器原理图。3.编写设计说明书依据国家行业标准，采用手动加载方式，设计出一种能满足标准要求的，检测型砂强度的试验仪器。机械部分包括主机的结构，夹具的选用等等；电气部分包括力值传感器的选用，相关参数输入，试验方法的选择以及实测力值显示、结果的计算和查询等等。主要技术指标如下：最大试验力：2500N示值误差：从 2500N 的 20%开始，每点力值的1%有效实验空间：不小于 200mm该课题研究要求在原有铸砂性能测试仪的基础上，利用先进的传感器技术，计算机技术开发研制出一台以89C52单片机系统进行控制的新型的智能化铸砂强度测试仪。该测试仪不仅能够独立的完成测试，而且可以通过串口通讯装置，由计算机控制进行操作。在该测试仪上可以对砂样进行抗压、抗剪、抗拉等多项测试，测试出反映铸砂本质属性的几项性能参数，分别是抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗拉强度。该测试仪要求测试精度高，测值稳定，可靠性高，开拓铸砂性能检测的新领域。该方案针对原测试仪的不足之处，进行了重新的系统电路设计和更完善的软件编程，使该测试仪朝产品化更进了一步，并且该方案通过系统实验研究了紧实率和膨润土含量对各项铸砂性能参数数值的影响。 本次设计采用了手轮丝杠加荷，S 型拉压传感器和单片计算机数据处理显示器系统组成，通过设计构想实现试验数据的采集、处理的自动化，数据结果采用液晶显示器显示试验结果，微型打印机打印试验报告。1.3.2 研究手段首先，收集各方面关于型砂强度试验机行业及其加工设备的有关文献，包括书- 3 -籍、期刊、论文和市场上关于这方面设备的生产单位、设备技术参数。通过了解这些知识，对国内外型砂强度试验机的发展、生产设备制造技术条件、研究水平和未来发展趋势由一个具体详细的了解。通过学习目前已有的有关设备的构成、工作原理、技术参数等知识，对型砂强度试验机系统设计有一个初步的构思。然后，充分考虑设计条件、环境、实用性、加工精度要求等设计要求，进行充分反复对比目前市面上各种设备的方案之后，进行独立的构思，选择较优方案并适当进行改进与创新，最后进行设计计算各种参数，并画出图形。1.3.2 创新之处型砂强度试验机将计算机智能控制、电气控制技术、合理的机械装置融为一体，自动化程度高，具有精确的测试性能。- 4 -2 机械部分设计2.1 试验设备和方法2.1.1 仪器功能以及原理SQS-1 型智能型砂强度试验机、采用了手轮丝杠加荷，S 型拉压传感器和单片计算机数据处理显示器系统组成，实现了试验数据的采集、处理自动化，数据采用双排液晶显示器显示试验结果，微型打印机打印试验报告，试验数据准确可靠。该机采用一键式操作方法，具有“高强度试验” “低强度试验” “干态” “湿态” “抗拉”“抗压” “抗弯” “抗剪”八种试验模式，试验时只需选择相应模式按键既可。试验结束后既可打印试验结果，也可查询试验结果,并自动判合格与不合格，试验方法及数据依据型砂试验标准一切由单片计算机完成! 该机结构合理、数据准确可靠、操作简单方便。是铸造行业型砂强度试验的最佳仪器。试验时，将标准砂样装夹于接头与垫块间，然后平稳加载。利用手动旋转手轮带动丝母做水平方向上的转动，并由丝母通过螺旋传动变换成丝杆的推力，使丝杆做垂直方向的运动并带动压力传感器上下移动，而压力传感器与丝杆直接联接，丝母每转动一周，丝杆就前移一个螺距，将力经过压力传感器和接头施加到砂样上，从而实现砂样加载。由压力传感器对砂样的应力进行监测，所采集的模拟量信号 4经放大处理后送入单片机系统。在抗压测试时，用压力传感器来测试被测砂样的受力状态，再通过单片机系统即可测到砂样的试验特性曲线及有关型砂的性能参数。SQS-1 型智能铸砂强度试验机是为铸砂强度试验研制的最新型的试验仪器，它包括砂样夹持机械加载装置及单片机系统两大部分。加载装置包括手轮、带有外螺纹的丝杆以及丝母组成。作为传动件，要求保证螺旋副的传动精度、效率和磨损寿命等。传动螺纹为最常用的梯形螺纹，牙型为等腰梯形，牙型角 ，内外螺纹以锥面贴紧不易松动。砂样夹持装置由30罩、接头以及垫块组成。2.1.2 型砂试样的制备在湿铸砂配制中,原砂采用内蒙古大林标准砂,标号为 NBS55/100。粘土采用黑山钙基膨润土,加入量为原砂的 10%。混砂工艺为:原砂+膨润土 干混 4min 加入适量的水 湿混 8min 出碾。混好的型砂用 6.35mm 的筛网过筛后,装入密封的塑料袋中回性存放 12h 以上。试验前，将回性过的铸砂再用 6.35mm 的筛网过筛,使型- 5 -砂松散均匀,并将铸砂紧实率 5控制在 45%左右。试验时, 铸砂放在塑料袋中保存,以防水分挥发。采用 AFS 标准制样机制取 的标准三锤砂样,砂样高度为m50,重量误差小于 0.5g。抗拉试验中,所测铸砂为树脂砂,其组成为:100%m1.05原砂+1%树脂+0.6%磷酸,试样制成 字形标准砂样,抗拉强度 6为经 24h 硬化后的强度。 （引用）2.1.3 砂样加载变形过程中的试验特征曲线及分析抗压以及松弛过程中测试所用的砂样均为标准三锤砂样 7，抗拉过程中测试用标准“ ”字形砂样，与传统测试方法中所用的标准砂样十分类似。而抗剪装置 8及测试方法和传统的抗剪测试方法完全不同了，抗剪装置及测试方法改用了竖直砂筒型标准三锤试样进行测试。图 2-1 是砂样进行抗压加载过程测试过程中所测得的应力应变特征曲线，从曲线的 OA 段可以看出应力应变成线性关系变化,用 k 表示该直线的斜率，斜率值是铸砂的弹性模量。大量实测的数据及抗压测试过程的流变理论分析与论证均表明：图 2-1 砂样抗压应力应变特征曲线这一数据对一定的铸砂来说都是一个稳定的可测指标，它反映了铸砂的粘弹性特征。当应力超过某一临界值 之后应力与应变的关系不再成线性了，从曲线 ABs段可以看出砂样发生粘塑性变形。当应力超过峰值 之后,继续加载,砂样内部砂粒m间将产生滑移，应力不断的下降，直至砂样破裂。点 M 为应力应变特征曲线的极大值，峰值 显示了标准砂样在抗压受载过程中所能承受的最大压应力铸砂的抗m压强度。- 6 -图 2-2 砂样抗剪应力应变特征曲线图 2-2 是标准砂样抗剪应力应变特征曲线，点 M 为特征曲线的极大值点，其值 RS 就是铸砂的最大抗剪强度。图 2-3 是用 字形表示标准砂样进行抗拉测试所测得的应力应变特征曲线，点 M 是特征曲线的极大值点， 即为铸砂的抗拉强度。c图 2-3 砂样抗拉应力应变特征曲线2.2 滑动螺旋传动的设计计算2.2.1 耐磨性的计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的滑动速度、压力、螺纹表面粗糙度和润滑状态等因素有密切的关系。其中最主要的是螺纹工作面上的压力：压力越小，螺旋副间越不容易形成过度磨损。因此，为了防止过度磨损：主要是限制螺纹工作面上的压力 p，使其小于材料的许用应力p。螺纹工作面上的耐磨性条件为（2-1）22FFPppAdhuH本试验机最大试验力 F=2500N，用到的丝杆为 Tr30*3LH-7e,查机械课程设计手册可知螺距 P=6mm,螺纹中径 =28.5mm，又已知该试验机的丝母实际高度尺寸2为 H=54mm，螺纹工作高度 h=0.5P=3mm。丝杆、丝母材料均用 45 钢，因为采用手动手轮旋转，所以属于低速，查机械设计得到了滑动螺旋副材料的许用应力p为 7.5-13MPa把上述数据带入公式（2-1） ，可得- 7 -2506 =1.03473.148.PMPa所以满足耐磨性条件。2.2.2 丝母螺纹牙的强度计算本试验机由于采用手动加载，螺杆受力不大，所以无需进行强度计算。螺纹牙经常发生剪切和挤压破坏，本试验机丝母材料是 QT400、丝杆为 45 钢，由于丝母强度低于丝杆，所以只需校核丝母螺纹牙的强度。螺纹牙危险截面的剪切强度条件是：（2-2）DbuF螺纹牙危险截面的弯曲强度条件是：（2-3）62bbl式中：b螺纹牙根部的厚度,单位为 mm，对于梯形螺纹：b=0.65*P=0.65*6=3.9mm;弯曲力臂，单位为 mm， ；l 20.75lm丝母材料的许用剪切应力,单位为 Mpa,查机械设计表 5-13 得，=40MPa；b丝母材料的许用弯曲应力，单位为 Mpa，查机械设计表 5-13 得，b=4555MPa；螺纹工作圈数 。PH将上述数据带入公式（2-2） 、 （2-3） ，可以得到 250.756143.14.9FMPaDb 226.8.0.6b bl 所以满足丝母螺纹牙的强度条件。2.2.3 丝杆的稳定性校核对于长径较大的受压丝杆，当轴向压力 F 大于某一临界值时，丝杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，在通常情况下，丝杆承受的轴向力 F（单位为N）必须小于临界载荷 。因此丝杆的稳定性条件为：crF（2-4）crssSF- 8 -式中： 丝杆稳定性的计算安全系数；scS丝杆稳定性安全系数；s丝杆的临界载荷； =crFsil因此， 为丝杆的长度系数，查机械设计表 5-14 可知 =0.75， 为丝杆的 l工作长度（单位为 mm） ，取长为 105mm； 为丝杆危险截面的惯性半径， = 。i i14d当 = = =11.666740 时，不必进行稳定性校核。sil427105.2.2.4 轴承的选择1、轴承型号的选择：轴承型号一般是由用户的技术人员根据配套产品的使用条件及承受负荷对轴承进行选择。业务人员主要了解用户的实际负荷是否与所选轴承相符合，如果轴承达不到使用要求，应尽快建议客户改选型号，但除非特殊产品在选择型号上一般不会有什么问题。2、轴承游隙的选择：用户在购买轴承时一般只会告知在什么型号、等级，很少会对轴承的游隙提出要求，业务人员必须问清轴承的使用条件、其中轴承的转速、温度、配合公差都直接关系到轴承游隙的选择。一般在 3500 转/分以下转速的电机大多采用 CM 游隙，如高温高速电机则要求采用相对较大的游隙。轴承游隙在装配后会因为内孔的涨大及外圆的缩小而导致减少，游隙的减少量=过盈量60%（轴承室是铝的除外）。比如轴承装配前游隙是 0.01mm，装配时过盈量为 0.01mm，则轴承装配后的游隙为 0.004mm。在理论上轴承在零游隙时噪音和寿命都达到最佳的状态，但在实际运转中考虑到温升等问题，轴承在装配后游隙为 0.002mm-0.004mm 较好。3、油脂的选择：油脂的选择一般是根据轴承的转速、耐温情况、噪音要求及起动力矩等方面进行选择，要求业务人员对各种油脂的性能很了解。4、轴承密封型式的选择：轴承的润滑可分为油润滑和脂润滑。油润滑轴承一般是选用形式轴承，脂润滑轴承一般选用防尘盖或橡胶密封件密封。防尘盖适用于高温或使用环境好的部位，密封件分接触式密封和非接触式密封两种，接触式密封防尘性能好但起动力矩大，非接式密封起动力矩小，但密封性能没有接触式好。人本轴承目前在汽车电机轴承、家电电机轴承、摩托车轴承、保健电机轴承等行业进行了专业化的制造，使轴承的噪音和寿命达到最佳状态。5.轴承的刚性在机床主轴和汽车末级减速装置等部位，在提高轴的刚性的同时，还必须提高轴承的刚性。 对轴承施加预紧（负游隙）可以提高刚性。该方法适用于角接触球轴承和圆锥滚子轴承。- 9 -6.轴承的转速轴承的极限转速与轴承类型还限于轴承尺寸、精度等级、保持架型式、负荷条件以及润滑方式等因素有关。因此，选择时必须考虑这些因素。2.2.5 键的选择键置于轴和轴上零件的槽或座中，使二者周向固定以传递转矩的联接件。键主要就是固定作用。类型有平键.半圆键。楔键。切向键。键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择。（1）类型选择：需要传递转矩的大小、联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短、对于联接的对中性要求、键是否需要具有轴向固定的作用以及键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）等。 （2）尺寸选择： 键的剖面尺寸 bh 是按照轴的直径 d 来选定。键的长度 L 由按轮毂宽度来定，且要求键长比轮毂略短 510 mm，符合长度系列值。 本次型砂试验仪采用 GB1096-79 普通圆头（A 型）平键 820 改制，在本实验中作为导向键使用。用螺钉固定在轴上的键槽中，为了便于拆卸。键上制有起键螺孔，以便拧出螺钉使键退出键槽。- 10 -3 电路部分设计3.1 计算机控制系统的分类、组成及特点3.1.1 计算机控制系统的分类计算机控制系统(Computer Control System，简称 CCS)是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。计算机控制系统的分类方法很多：（1）控制方式；（2）控制规律；（3）系统的功能。一、按控制方式可以分成如下几类：（1) 计算机开环控制系统；(2) 计算机闭环控制；(3) 离线控制；(4) 在线控制(5) 实时控制系统二、按控制规律分类：(1)程序控制；(2)顺序控制；(3) 比例-积分-微分 PID 控制；(4)前馈控制；(5)最优控制(最佳控制)系统；(6)自适应控制系统；(7)自学习控制系统三、按系统的功能来分类，可分成如下几种：（1）直接数字控制系统；(2) 计算机监督控制系统；(3) 多级控制系统；(4)分布式控制或分散控制系统3.1.2 计算机控制系统的组成与 一 般 控 制 系 统 相 同 ， 计 算 机 控 制 系 统 可 以 是 闭 环 的 ， 这 时 计 算 机 要 不 断 采集 被 控 对 象 的 各 种 状 态 信 息 ， 按 照 一 定 的 控 制 策 略 处 理 后 ， 输 出 控 制 信 息 直 接 影响 被 控 对 象 。 它 也 可 以 是 开 环 的 ， 这 有 两 种 方 式 ： 一 种 是 计 算 机 只 按 时 间 顺 序 或某 种 给 定 的 规 则 影 响 被 控 对 象 ； 另 一 种 是 计 算 机 将 来 自 被 控 对 象 的 信 息 处 理 后 ，只 向 操 作 人 员 提 供 操 作 指 导 信 息 ， 然 后 由 人 工 去 影 响 被 控 对 象 。 计 算 机 控 制 系 统 由 控 制 部 分 和 被 控 对 象 组 成 ， 其 控 制 部 分 包 括 硬 件 部 分 和软 件 部 分 ， 这 不 同 于 模 拟 控 制 器 构 成 的 系 统 只 由 硬 件 组 成 。 计 算 机 控 制 系 统 软 件包 括 系 统 软 件 和 应 用 软 件 。 系 统 软 件 一 般 包 括 操 作 系 统 、 语 言 处 理 程 序 和 服 务性 程 序 等 ， 它 们 通 常 由 计 算 机 制 造 厂 为 用 户 配 套 ， 有 一 定 的 通 用 性 。 应 用 软 件是 为 实 现 特 定 控 制 目 的 而 编 制 的 专 用 程 序 ， 如 数 据 采 集 程 序 、 控 制 决 策 程 序 、- 11 -输 出 处 理 程 序 和 报 警 处 理 程 序 等 。 它 们 涉 及 被 控 对 象 的 自 身 特 征 和 控 制 策 略 等 ，由 实 施 控 制 系 统 的 专 业 人 员 自 行 编 制 。 计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分。硬件是指计算机本身极其外围设备，一般包括中央处理器、磁盘驱动器、各种接口电路、以 A/D 转换和 D/A 转换为核心的模拟量 I/O 通道、数字量 I/O 通道以及各种显示、记录设备、运行操作台等。软件是指计算机的制造商提供的，用来管理计算机本身的资源、方便用户使用计算机的软件。3.1.3 计算机控制系统的特点计 算 机 控 制 系 统 通 常 具 有 精 度 高 、 速 度 快 、 有 逻 辑 判 断 功 能 等 特 点 ， 因 此 可以 实 现 高 级 复 杂 的 控 制 方 法 ， 获 得 快 速 精 密 的 控 制 效 果 。 计 算 机 技 术 的 发 展 已 使整 个 人 类 社 会 发 生 了 可 观 的 变 化 ， 自 然 也 应 用 到 工 业 生 产 和 企 业 管 理 中 。 而 且 ，计 算 机 所 具 有 的 信 息 处 理 能 力 ， 能 够 进 一 步 把 控 制 系 统 和 生 产 管 理 有 机 的 结 合起 来 （ 如 CIMS） ， 从 而 实 现 工 厂 、 企 业 的 全 面 自 动 化 管 理 。3.2 单片机选型及功能说明3.2.1 单片机的介绍单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。目 前 ， 很 多 人 对 汇 编 语 言 并 不 认 可 。 可 以 说 ， 掌 握 用 C 语 言 单 片 机 编 程 很重 要 ， 可 以 大 大 提 高 开 发 的 效 率 。 如 果 不 考 虑 单 片 机 硬 件 资 源 ， 在 KEIL 中 用C 胡 乱 编 程 ， 结 果 只 能 是 出 了 问 题 无 法 解 决 ！ 可 以 肯 定 的 说 ， 最 好 的 C 语 言 单片 机 工 程 师 都 是 从 汇 编 走 出 来 的 编 程 者 ， 因 为 单 片 机 的 C 语 言 虽 然 是 高 级 语 言 ，但 是 它 不 同 于 台 式 机 个 人 电 脑 上 的 VC+什 么 的 。 单 片 机 的 硬 件 资 源 不 是 非 常 强大 ， 不 同 于 我 们 用 VC、 VB 等 高 级 语 言 在 台 式 PC 上 写 程 序 ， 毕 竟 台 式 电 脑 的 硬件 非 常 强 大 ， 所 以 才 可 以 不 考 虑 硬 件 资 源 的 问 题 。 还 有 就 是 在 单 片 机 编 程 中 语言 虽 然 编 程 方 便 ， 便 于 人 们 阅 读 ， 但 是 在 执 行 效 率 上 是 要 比 汇 编 语 言 低 10%到20%， 所 以 用 什 么 语 言 编 写 程 序 是 要 看 具 体 用 在 什 么 场 合 下 。 总 的 来 说 做 单 片 机编 程 要 灵 活 使 用 汇 编 语 言 与 C 语 言 ， 让 单 片 机 的 强 大 功 能 以 最 高 是 效 率 展 示 给 用户 。单片机按其数据线的位数划分可以分为 4 位单片机、8 位单片机、16 位单片机以及 32 位单片机。目前应用最为广泛技术最为成熟的是 MCS-5115结构的单片机。在该结构的单片机种目前应用较广的为 Atmel 公司的 AT89C 系列，其中 AT89C52最为常用。由于本控制系统采用开环控制，且精度要求不算很高，因此选用- 12 -AT89C52 单片机作为控制器，既保证了系统的经济性要求，又保证了系统的精度要求。AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含8KB 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 字节的随机存取数据存储器（RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。主要参数：（1）.与 Mcs-51 产品指令和引脚完全兼容。（2）.8 字节可重擦写 FLASH 闪速存储器（3）.1000 次擦写周期（4）.全静态操作：0HZ-24MHZ（5）.三级加密程序存储器（6）.256X8 字节内部 RAM（7）.32 个可编程 I/0 口线（8）.3 个 16 位定时计数器（9）.8 个中断源（10）.可编程串行 UART 通道（11）.低功耗空闲和掉电模式功能特性：AT89C52 提供以下标准功能：8 字节 FLASH 闪速存储器，256 字竹内部 RAM , 32 个 I/O 口线，3 个 16 位定时计数器，一个 6 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89c52 可降至 OHz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时计数器串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位. 其 主 要 用 于 会 聚 调 整时 的 功 能 控 制 。 功 能 包 括 对 会 聚 主 IC 内 部 寄 存 器 、 数 据 RAM 及 外 部 接 口 等 功能 部 件 的 初 始 化 ， 会 聚 调 整 控 制 ， 会 聚 测 试 图 控 制 ， 红 外 遥 控 信 号 IR 的 接 收解 码 及 与 主 板 CPU 通 信 等 。 主 要 管 脚 有 ： XTAL1（ 19 脚 ） 和 XTAL2（ 18 脚 ） 为振 荡 器 输 入 输 出 端 口 ， 外 接 12MHz 晶 振 。 RST/Vpd（ 9 脚 ） 为 复 位 输 入 端 口 ，外 接 电 阻 电 容 组 成 的 复 位 电 路 。 VCC（ 40 脚 ） 和 VSS（ 20 脚 ） 为 供 电 端 口 ， 分别 接 +5V 电 源 的 正 负 端 。 P0P3 为 可 编 程 通 用 I/O 脚 ， 其 功 能 用 途 由 软 件 定 义 ，在 本 设 计 中 ， P0 端 口 （ 3239 脚 ） 被 定 义 为 N1 功 能 控 制 端 口 ， 分 别 与 N1 的相 应 功 能 管 脚 相 连 接 ， 13 脚 定 义 为 IR 输 入 端 ， 10 脚 和 11 脚 定 义 为 I2C 总 线控 制 端 口 ， 分 别 连 接 N1 的 SDAS（ 18 脚 ） 和 SCLS（ 19 脚 ） 端 口 ， 12 脚 、 27 - 13 -脚 及 28 脚 定 义 为 握 手 信 号 功 能 端 口 ， 连 接 主 板 CPU 的 相 应 功 能 端 ， 用 于当 前 制 式 的 检 测 及 会 聚 调 整 状 态 进 入 的 控 制 功 能 。AT89C52 单片机引脚3.2.2 时钟振荡器AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路如图所示用户也可以采用外部时钟，电路如图所示，这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1 端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL 2 则悬空。振荡电路的两种方式3.2.3 ICL7109 功能简介ICL7109 是一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式 12 位 A/D 转换器。由于目前逐次比较式的高速 12 位 A/D 转换器一般价格都很高，在要求速度不太高的场合，如用于称重，测压力等各种高精度测量系统时，可以采用廉价的双积分式高精度 A/D 转换器 ICL7109。ICL7109 最大的特点是其数据输出为 12 位二进制数，并配有较强的接口功能，能方便的与各种微处理器相连。- 14 -1、ICL7109 的内部电路结构：ICL7109 的内部电路是由模拟电路和数字电路部分组成。模拟电路部分由模拟信号输入振荡电路、积分、比较电路以及基准电压源电路组成。电路部分由时钟振荡器、异步通讯握手逻辑、转换控制逻辑以及计数器、锁存器、三态门组成。2、ICL7109 的功能引脚：STATUS：状态输出，ICL7109 转换结束时，该引脚发出转换结束信号。OR： 过程量状态输出，高电平表示过程量。POL： 极性输出，高电平表示 ICL7109 的输出信号为正。B1-B12：三态转换结果输出，B12 为最高位，B1 为最低位。TEST： 此引脚仅适用于测试芯片，接高电平时为正常操作，接低电平时则强迫所有位 B1-B12 输出为高电平。HBEN： 高字节使能端。当 MODE 和 CE/LOAD 均为高电平时，此信号将作为高位字节（B8-B12）以及 POL，OR 输出的辅助选通信号；当 MODE 位高电平时，此信号将作为高位字节输出而用于信号交换方式。LBEN： 低电平使能端。当 MODE 和 CE/LOAD 均为低电平时，此信号将作为低 字节（B1-B8）输出选通信号；当 MODE 位高电平时，此信号将作为低位字节输出。 MODE： 方式选择。当输出低电平信号时，转换器为直接输出方式。此时，可在片选和数据使能的控制下直接读取数据。当输出高电平脉冲时，转换器处于 UART方式，并在输出两个字节的数据后，返回到直接输出方式。当输入高电平时，转换器将在信号交换方式的每一转换周期的结尾输出数据。CE/LOAD：片选端。当 MODE 为低电平时，它是数据输出的主选通信号，当本脚为低电平时，数据正常输出；当本脚为高电平时，则所有数据输出端（B1-B12，- 15 -POL，OR）均处于高阻状态OSCSEL： 振荡器选择。输出高电平时，采用 RC 振荡器；输入低电平时采用晶体振荡器。RUN/HOLD：运行/保持输出。输入高电平，每经 8192 个时钟脉冲均完成一次转换。当输入低电平时，转换器将立即结束消除积分阶段并跳至自动调零阶段，从而缩短了消除积分阶段的时间，提高了转换速度。 （引脚图如下图）3.3 字符点阵系列液晶显示模块液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB 线路板、背光源、结构件装配在一起的组件英文名称叫“LCD Module”，简称“LCM” ，中文一般称为“液晶显示模块” 。实际上它是一种商品化的部件根据我国有关国家标准的规定：只有不可拆分的一体化部件才称为“模块” ，可拆分的叫作“组件” 。所以规范的叫法应称为“液晶显示组件” 。液晶点阵字符模块，它是由点阵字符液晶显示器件和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件，结构件装配而成的，可以显示数字和西文字符。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。一般该种模块最少也可以显示 8 位 1 行或 16 位 l 行以上的字符。这种模块的点阵排列是由 57、58 或511 的一组组像素点阵排列组成的。每组为 1 位，每位间有一点的间隔，每行间也有一行的间隔，所以不能显示图形。 一般在模块控制、驱动器内具有已固化好192 个字符字模的字符库 CGROM，还具有让用户自定义