机电一体化毕业论文23683

精选文库X X 大 学成 人 高 等 教 育 毕业设计（论文）（2014级）题 目 姓 名 专 业 指导教师 （宋体 四号 粗体） 二一四年二月-精选文库基于PLC机械化保障桥电控系统设计摘 要：本文简要介绍了重型机械化保障桥的构成及工作过程，并分析了EPEC型的PLC、CAN总线和P89LV51单片机的工作原理及设计方法；重点放在重型机械化保障桥的电控系统的设计上，这主要包括EPEC型的PLC控制程序及硬件电路的设计、CAN总线的通信设计、P89LV51单片机对收发信号的处理和遥控开关的硬件电路设计。系统设置有全程手动控制、全程手动/自动控制、应急手动三种控制方式。在具体操作上可以选择无线操作，也可以选择有线操作。多种操作手段并存，能够较好地满足使用需要机械化保障桥电控系统由底盘车提供DC24伏电源,全系统由主控箱、遥控接收机、遥控发射机和辅助照明箱等组成。电控系统通过接近开关对各架设部件的位置进行非接触式的检测,其讯号送到可编程控制器(PLC)进行逻辑判断，然后控制液压电磁阀电磁线圈电源的接通与断开,达到控制液压执行元件的工作状况，完成架设或撤收的每一个动作。电控系统具有关键部位语音提示，其它部位防误操作与限位报警功能，确保器材及人员安全。关键词：重型机械化保障桥；PLC控制；CAN总线目 次1绪论11.1研究背景11.1.1结构及用途11.1.2国内外发展现状及存在问题11.1.3重型机械化保障桥的发展方向22 重型机械化保障桥电控系统简介22.1 电控系统工作原理22.2电控系统工作过程和方式22.2.1电控系统操作方式22.2.2 电控系统控制方式33 电气控制系统软硬件设计93.1 PLC控制电路103.1.1 PLC简介103.1.2 PLC梯形图程序的设计方法123.1.3 PLC控制系统硬件电路设计133.1.4 PLC控制系统软件设计153.2 CAN总线电路173.2.1 CAN总线特点183.2.2 CAN的工作原理183.2.3 CAN总线硬件电路设计183.3信号采集电路213.4遥控发射接收系统223.4.1 电源电路223.4.2 P89LV51单片机电路223.4.3 遥控开关电路253.5 辅助照明及报警系统设计274 结论28参 考 文 献29致谢30-精选文库1绪论1.1 研究背景1.1.1结构及用途最常用的重型机械化保障桥是21米的，主要由桥跨、桥车和辅助设备组成。运输时，桥跨重叠固定在桥车上；工作时，由桥车完成桥跨的架设和撤收动作。每套设备上均配置一套辅助设备，用来协助完成作业，例如桥跨在桥车上的固定、桥跨架设后的系留固定。该桥的主要特点有：桥梁构件模块化、架设机械化以及通载全面化(能通载现有的或计划的所有荷载)。桥梁构件模块化和架设机械化确保了快速架设的能力，通载全面化提供了强有力的保障能力。因此，该桥能适应现代作战的重型荷载和快速反应的要求，具有较强的地形适应能力和伴随保障能力。该桥还具有较好的机动性、而且架设速度快、机械化程度高、减少工人劳动强度，既可单跨架设，又可多跨连架，还可与重型舟桥混合架设。图1 21米重型机械化保障桥1. 桥跨 2.桥车 3.辅助设备起初，重型机械化保障桥主要是保障作战部队中的重型装备、车辆等能迅速克服19米以内的小河、沟谷、弹坑等障碍,以实施快速机动作业。随着发展，该桥也逐渐发展为民用，比如抗震救灾。该器材可以用于高原（安装增压发动机并调整少数油料品种）、山地、平原和水网稻田地区。1.1.2国内外发展现状及存在问题第二次世界大战后期，美军研制成了汽车半挂式剪刀桥。它是坦克冲击桥的发展，可架设跨径达24.4米的单跨桥，以保障负载32吨的履带式荷载通过。50年代初，苏军装备了车辙式轻型机械化桥，这是最早的车载式机械化桥。此后，苏军为了提高机械化桥的负荷，增大架设长度，又研制并配备了重型机械化桥。60年代，中国人民解放军装备了轻型机械化桥。1972年，捷克军队装备了重型机械化桥。该桥采用整体式桥面和液压桥脚，便于小型轮式车辆的通行和各种车辆夜间通行，并提高了撤收时拔起桥脚的能力。该桥还改进了桥节展开机构，缩短了架设时间。1974年，法军装备了可直接驶入的桥车和可以在沟内架设的自行伴随桥，提高了对障碍的适应性，扩大了使用范围和单车架设长度。1981年，日本研制出了结构比较新颖的平推式机械化桥。1984年，中国研制成带有液压桥脚、整体式桥面的重型机械化桥。目前英国、瑞典、德国等均依托其先进工业技术开发此类装备，美国后来居上，在综合欧洲几种典型的大跨度保障桥方案后，改进完善了自己的重型干沟保障桥方案。我军研制此类装备起步较晚，但历经高起点创新发展，已取得重要的新成果。虽然我国的机械化保障桥近几年取得的发展是值得骄傲的，但是和世界一流水平相比较还是有一定的差距，例如，架桥时间过长，机身过于笨重，所保障的长度和深度逊色于世界发达国家，控制系统过于复杂等。PLC技术也不够成熟，只是在改革开放后才开始致力于此的发展。1.1.3重型机械化保障桥的发展方向随着各国国力的发展，机械化保障桥的发展也日新月异，各国均投入了大量的精力与物力致力于此保障桥的开发升级与研究。今后研制工作的侧重点将放在将结构整体化，架设作业机械化上面；并将进一步开发、应用轻质高强度的材料，以降低铸造成本，增大单跨长度，提高桥梁载重量、加快架设、撤收速度、完善运载车辆的机动能力；提高器材的标准化、系列化、通用化程度；发展能适应特殊地形、复杂气候条件和空运要求的新型器材等。由于保障桥较为笨重，运输成本较大，所以从交通战备和成本考虑，各国都将有计划地在定点适当储备桥梁预制构件和其他就便器材，发展平战结合、军民通用的桥梁器材，将重型机械化保障桥进一步应用到民用上，既节省了运输时间和成本，还能方便民众。2 重型机械化保障桥电控系统简介2.1 电控系统工作原理机械化保障桥电控系统由底盘车提供DC24伏的电源,全系统由主控箱、遥控接收机、遥控发射机和辅助照明箱等组成。电控系统通过接近开关对各架设部件的位置进行非接触式的检测,其讯号送到可编程控制器(PLC)进行逻辑判断，然后控制液压电磁阀电磁线圈电源的接通与断开,达到控制液压执行元件的工作状况，完成架设或撤收的每一个动作1。电控系统具有关键部位语音提示，其它部位防误操作与限位报警功能，以确保器材及工作人员安全。2.2电控系统工作过程和方式2.2.1电控系统操作方式重型机械化保障桥电气控制系统设置了三种操作方式，第一种为无线操作（常规操作）；第二种为有线操作；第三种为应急操作。多种操作手段并存，能够较好的满足使用要求。（手柄操作详见液压控制部分）（1）无线操作无线操作是机械化保障桥电控系统的常规操作方式。重型机械化保障桥架设和撤收的全过程是利用一套无线发射器进行操控的，其可以独立完成整套动作2。其工作过程如下： 接通电源：将设置在驾驶室仪表盘上的“电源控制”开关板上的电源开关S0置于“工作电源”位置，中心控制箱上“工作电源”指示灯亮。中心控制箱和无线接收机的工作电源均接通。 将中心控制箱中的应急选择开关置于“正常工作”位置，将无线双机选择开关置于“工作”位置。 打开无线发射器的电源开关，准备工作。主机开机时，功能转换开关必须处于“支腿”状态，才能启动工作。（2）有线操作 无线发射器对无线接收器具有有线控制功能3。发射器均配有有线数据传输电缆插孔，在特殊情况下，如受到不可抗拒的电磁干扰时，两者之间采用有线数字传输电缆连接，实现有线操作。有线操作的过程与无线操作相同。（3）应急操作应急操作是机械化保障桥电控系统其它操作方式均出现故障时的一种非正常操作方式，一般情况下不予使用。应急操作是采用点对点的开关量控制方式。应急操作时，整个系统的逻辑控制系统全部失效，需要人为观察各液压执行元件的动作和到位情况，因此，采用应急操作时，应更加小心。应急操作工作过程如下： 接通电源：将设置在驾驶室仪表盘上的“电源控制”开关板上的电源开关S0置于“工作电源”位置，中心控制箱上“工作电源”指示灯亮。 打开中心控制箱，将中心控制箱中的应急选择开关置于“应急工作”位置，接通应急操作电源。 打开无线对讲机，在驾驶室内的操作人员听从室外操作人员的口令，根据需要，逐一搬动相应开关，完成每一步动作。 应急操作所有动作完成后，要及时将中心控制箱中的应急选择开关置于“正常工作”位置，关好控制箱。2.2.2 电控系统控制方式 在重型机械化保障桥的架设和撤收过程中，系统设置有三种控制方式，分别是全程手动控制、全程手动/自动控制、应急手动控制。（1）全程手动控制全程手动控制是指根据架设或撤收的规定程序，按步骤操作的方法。遥控发射器启动时，选择开关必须置于“手动工作”位置时才能启动。工作中，选择开关置于“支腿电源”位置时，只有“支腿”和“油门”能工作，其余均不能工作。全程手动控制操作具有逻辑互锁的保护功能，在相应的动作过程中，设置了语音提示功能。在特殊情况下，按下“解锁/暂停”键，5秒时间内，解除互锁功能，5秒后解锁自动终止，恢复互锁和防误功能。（“解锁/暂停”键在手动工作过程中，执行“解锁”功能，无“暂停”功能）。手动控制原理如图2.1所示。输入互锁判断输出解锁PLC控制器控制指令电磁阀执行元件图2.1 手动控制原理图（2） 全程手动/自动控制 自动工作是指完成一定的前期准备工作后，由控制器自动控制架桥架设及撤收的动作过程。在自动控制程序运行过程中，若出现特殊情况，按下“解锁/暂停”键，暂停自动控制程序的进行，待排除故障后，按下“确认”键，继续自动控制程序的运行（“解锁/暂停”键在自动工作过程中，执行“暂停”功能，无“解锁”功能）4。原理图如下：目标位置N电磁阀互锁输入输出Y传感器PLC控制器暂停执行元件图2.2 手动/自动控制原理图手动/自动架设过程可以分为三个阶段： 第一阶段为手动控制阶段，先接通“电源开关”，将工作状态选择为“架设”、控制方式选择为“手动”，用手动控制的方式完成从0步到第5步的架设动作，为自动架设做好准备。第二阶段为自动控制阶段，这个阶段完成从第6步到第18步的自动架设动作，如果满足桥车架设机构的初始位置条件，则将选择控制方式为“自动工作”，同时按下“确认”键，如果自动程序开始执行，则自动指示灯亮；如果不满足自动执行开始的初始条件，则自动执行指示灯不亮。随着各动作的进行，操作员应注意观察各架设机构的运动情况及桥跨的运动姿态，若发现不正常的情况，要及时按下“解锁/暂停”键，将所有动作停止，待排除故障后，才能按下“确认”键，自动执行继续。故障不易维修时，将控制方式转为手动工作。（“解锁/暂停”键在自动工作过程中，执行“暂停”功能，无“解锁”功能）5。在自动架设过程中，丙丁连接时有一个暂停过程，操作员观察丙丁连接正常后，按下确认键，则自动控制程序会自动执行下一个动作。当将桥跨推出至前终位时，则自动执行指示灯灭，表明自动架设过程已完成，自动控制结束。第三阶段为手动控制阶段，控制方式从“自动工作”转为 “手动工作”，用手动方式完成从19步到第25步的架设动作，完成整个架设任务。下面用流程图和图片具体介绍手动/自动的架设全过程。马达推桥至1位顶稳定器前摆架顶升至高位移动架固定销退销移动架推出到后终位移动架固定销插销左、右支腿伸出，调平保持工况开关在架设位,将程序选择开关置于自动工作位，,按下确认键，(语音提示:自动架设开始)自动架设开始 后支架上升到高位马达推桥至3位架设架下摆到低位后支架下降到中位前摆架下降低位马达收桥至2位后支架下降到低位接通“桥跨马达”推出电源；自动程序暂停前摆架固定销退销马达推桥至3位架设架上摆至中位。（连桥）马达推桥至后终位架设架下摆将桥跨放到对岸收支腿移动架撤收移动架收至进/退槽处收架设架至水平位移动架收到前终位收稳定器撤离图2-3 自动架设过程及图解图2.3 自动架设过程及图解手动/自动撤收过程也分为三个阶段：第一阶段为手动控制阶段，顺序接通“电源开关”，将“工作状态”选择为“撤收”、控制方式选择为“手动”， 用手动方式完成从0步到第7步的撤收动作，为自动撤收做好准备工作。第二阶段为自动控制阶段，其完成了从第8步到第21步的自动撤收动作，如果满足桥车架设机构的初始位置的条件，则将选择控制方式为“自动工作”，同时按下“确认”键，如果自动控制程序开始执行，则自动指示灯亮，如果不满足自动执行开始的初始条件，则自动执行指示灯不亮。随着各动作的进行，操作员应注意观察各撤收机构的运动情况及桥跨的运动姿态，发现不正常的情况，要及时按下“解锁/暂停”键，将各动作停止，排除故障后，按下“确认”键，自动执行继续。故障不易排除时，将控制方式转为手动工作。（“解锁/暂停”键在自动工作过程中，执行“暂停”功能，无“解锁”功能）。在自动撤收过程中，脱钩时会有一暂停，操作员在观察脱钩正常后，再按下确认键，则自动程序会自动执行下一动作。当将桥跨收回至前终位时，则自动执行指示灯灭，表明自动撤收过程已完成，自动控制程序工作完成。第三阶段为手动控制，控制方式从自动工作转为 “手动工作”，用手动方式完成从22步到第28步的撤收动作，完成撤收任务。3 电气控制系统软硬件设计机械化保障桥的电控系统是由电源电路、无线遥控电路、辅助照明及报警电路、信号采集电路、CAN总线数据传输电路和以PLC可编程控制器为核心的扩展电路构成的，系统硬件结构框图如图3.1。图3.1 电气控制系统结构框图3.1 PLC控制电路3.1.1 PLC简介可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计的。早期的可编程控制器被称作可编程逻辑控制器，简称PLC。它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的进步，该控制器的功能已经远远超出了逻辑控制的范围，因此，今天的这种装置被称作可编程控制器，简称PC。然而，为了避免与个人计算机的简称混淆，所以将可编程控制器简称为PLC6。PLC控制器有以下特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC控制器由于采用了现代大规模集成电路技术，而且采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，所有具有很高的可靠性。使用PLC控制器构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，出现故障的概率也就大大降低了。此外，PLC控制器具有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自我诊断程序，使系统中除了PLC以外的电路及设备也能获得故障自诊断保护。这样，整个系统将具有极高的可靠性。 （2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，PLC大多还具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现，使PLC广泛渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。再加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC是面向工业和采矿矿企业的工业控制设备。它接口容易，编程语言易于被工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。 （4）系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备的外部接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时日常维护也变得容易起来，更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。每次扫描过程，集中对输入信号进行采样，集中对输出信号进行刷新。输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数。由于采用集中采样、集中输出的方式，所以存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。为满足重型机械化保障桥对特殊环境的严格要求，应采用芬兰EPEC公司的2024型PLC芯片进行设计。PLC基本结构框图如图3.2。电 源自定义输入接口自定义输出接口中央处理器程序储存器用户程序 系统程序按钮行程开关传感器触点KM线圈信号灯电动机电磁阀编程器图3.2 PLC基本组成框图EPEC控制器是EPEC OY开发的第四代CAN控制系统模块，该控制器是基于长期恶劣环境如高振动、大温度变化和潮湿等条件下仍能正常可靠的工作而开发的，大容量的存储空间可以对程序、系统参数等重要数据进行保存5。具有较高的可靠性和安全性，其特性如下：(1) ISO高速CAN1接口（CANOPEN）；(2) ISO高/低速CAN2接口（CAN2.OB）；(3) 供电电压为DC10-30V,编程时要求大于11.5V；(4) 建议DC24V供电；(5) 程序时钟周期默认为10ms(可改)；(6) 248个16bit参数；(7) 高压和过载保护、过热保护、输出短路保护；(8) 镀金接触、自锁、密封良好的连接器。图3.3 EPEC 2024实物图EPEC2024控制器是一款硬件性能良好、安全可靠的工程机械产品主控制器，它采用C167处理器、具有40MHZ的主频，具有256kb的存储器，采用CoDeDys软件编写程序，防护等级能够达到IP67，具有高压和过载保护功能、输出短路保护与过热保护功能，具有52路可编程IO接口，一路CANopen通讯接口，一路CAN2.0通信接口7。3.1.2 PLC梯形图程序的设计方法利用梯形图编程时，首先必须确定所使用的编程元件的编号，PLC是按编号来区别操作元件的。每个元件在同一时刻绝不能同时担任几个角色。一般来讲，配置好的PLC，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当）。所以I/O口的分配实际上是把PLC的输入、输出点号分给实际的I/O电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线8。其编程原则有以下几点：（1） 每个继电器的线圈和它的触点均采用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。（2） 梯形图每一行都是从左边开始的，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点），如图(a)错，图(b)正确。 图 (a) 图 （b）（3）线圈不能直接接在左边的母线上。（4）在一个程序中，如果同一编号的线圈使用了两次，则称为双线圈输出，它很容易引起错误的操作，应尽量避免。首先介绍一个常用的点动计时器，其功能为每次输入X000时，接通时，Y000输出一个脉宽为定长的脉冲，脉宽由定时器T0设定值设定。它的时序图如下图所示： X000 Y000 T T 根据时序图我们就可以画出相应的梯形图： M000 T0 M000 X000 M000 T0 M000 T0 Y000 END 运用定时器还可以构成振荡电路。例如，根据下面的时序图，我们可用两个定时器T1、T2构成振荡电路，其时序图如下： X000 Y000 T1 T2 根据时序图可画出如下相应的梯形图： X000 T2 T1 T1 T2 Y000 Y000 T2END3.1.3 PLC控制系统硬件电路设计该设计采用EPEC2024型PLC控制器，其由底盘车提供DC24V电源直接供电，PLC硬件电路设计如下：AB图3.4 PLC硬件电路设计 表示液压电磁阀，是PLC的输出控制部件； 表示接近开关，为PLC输入量； 表示行程开关，为PLC输入量。3.1.4 PLC控制系统软件设计（1）PLC控制器的软件设计用于完成对液压电磁阀电磁线圈电源的控制，进而完成机械化保障桥的架设与撤收。按动作过程对PLC的输入和输出接口定义如表3-1。表3.1 输入输出节点统计-输出节点X1.1 （前摆架） 上摆X1.2 （前摆架） 下摆X1.3 （前摆架插销） 插入X1.4 （前摆架插销） 推出X1.7 （移动架马达） 推出X1.8 （移动架马达） 收回X1.14 （移动架插销） 插入X1.15 （移动架插销） 退出X1.16 （后翻转架） 升起X1.17 （后翻转架） 降下X1.22 （开桥油缸） 开桥X1.23 （开桥油缸） 合桥X2.1 （架设架） 上摆X2.2 （架设架） 下摆X2.5 （支腿1） 伸出X2.6 （支腿1） 缩回X2.7 （支腿2） 伸出X2.8 （支腿2） 缩回X2.9 （桥跨马达） 推出X2.10 （桥跨马达） 收回输入节点及其功能X1.17 （前摆架油缸） 高位X1.21 （前摆架油缸） 中位X2.17 （前摆架油缸） 低位X2.18 （前摆架插销油缸） 插入X2.21 （前摆架插销油缸） 拔出X2.22 （移动架马达） 前终位X2.23 （移动架马达） 进退销位X1.19 （移动架马达） 后终位X3.5 （移动架插销油缸） 插销X3.6 （移动架插销油缸） 撤销X2.20 （后支架油缸） 低位X3.16 （后支架油缸） 中位X3.17 （后支架油缸） 高位X3.7 （开桥器油缸） 开桥X3.8 （开桥器油缸） 缩回X3.20 （架设架油缸） 高位X3.21 （架设架油缸） 中位X3.22 （架设架油缸） 低位X3.23 （推桥马达） 前终位X1.20 （推桥马达） 1位X2.19 （推桥马达） 2位X3.18 （推桥马达） 3位X2.16 报警功能节点X4.1 GNDX4.2 CAN 1-HX4.3 GNDX4.4 +24VX4.5 +24VX4.6 CAN 1-LX4.7 CAN 2-HX4.8 CAN 2-LX1.15 GND由于没有EPEC软件，所以该部分程序是用西门子S7300模拟实现的。（2）手动/自动控制程序梯形图如图3.5。 图3.5 PLC梯形图3.2 CAN总线电路 控制器局域网CAN（Controller Area Net）是一种现场总线，主要用于各种过程检测及控制，是一种有效支持分布式控制系统的串行通信网络。CAN最初是由德国BOSCH公司为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它具有较高的位速率，高抗电磁干扰性，可以检测出产生的任何错误，当信号传输距离达到10Km时，仍然可以提供高达50kbit/s的数据传输速率。由于CAN总线具有很高的实时性能和应用范围，从位速率最高可达1Mbps的网络到低成本多线路的50Kbps的网络都可以任意组合。因此，CAN总线已经在汽车行业、航空航天、工业控制、安全防护等领域得到了广泛的应用9。随着CAN总线在各个行业和领域的广泛应用，对其通信格式的规范化还提出了更严格的要求。1991年CAN总线技术规范制定并发布。该技术规范包括A和B两个部分，其中2.0A给出了CAN报文的标准格式，而2.0B则给出了标准格式的和扩展格式。3.2.1 CAN总线特点（1）CAN总线是一种多主机工作方式，网络上任意一个节点可以在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，不分主从，因此，可在各节点之间实现自由通信，通讯方式灵活。（2）CAN总线可以通过点对点、点对多点、点对网络的方式发送和接收数据，通讯距离最远为10Km，节点数目可达110个。（3）CAN总线协议可以对通信数据块进行编码，数据块的标志码可由11位或29位的二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，使网络内的节点数量在理论上不受限制，使不同的节点能同时接收到相同的数据。（4）CAN采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点自动停止发送，这样，在网络负载很重的情况下就不会出现网络瘫痪。（5）CAN采用的是短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，具有CRS校验和其它检测措施，数据出错几率小。CAN节点在严重错误的情况下，具有自动关闭功能，这样，就不会影响总线上其他节点的操作。3.2.2 CAN的工作原理当CAN总线上的一个节点（站）发送数据时，它以报文形式广播给网络中所有的节点。对每个节点来说，无论数据是否是发给自己的，都对其进行接收。每组报文开头的11位字符为标志符，定义了报文的优先级，这种报文格式为面向内容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的，不可能有两个站发送具有相同标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时，这种配置十分重要。当一个站要向其它站发送数据时，该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片，并处于准备状态；当它受到总线分配时，转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发送，这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进行检测，判断这些报文是否是发给自己的，以确定是否接收它。由于CAN总线是一种面向内容的编址方案，因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进行配置。我们可以很容易地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进行修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时，数据传输协议不要求独立的部分有物理目的地址。它允许分布过程同步化，即总线上控制器需要测量数据时，可由网上获得，而无需每个控制器都有自己独立的传感器。3.2.3 CAN总线硬件电路设计在有电磁干扰的情况下，机械化保障桥的架设和撤收是通过有线操作来实现的。在有线操作过程中采用CAN总线进行信息通讯。CAN控制器SJA1000T片内有模式寄存器MOD、命令寄存器CMR、状态寄存器SR、中断寄存器IR、中断使能寄存器IER、接收缓冲器RXB、发送缓冲器TXB、仲裁丢失捕捉寄存器ALC、错误代码捕捉寄存器ECC、错误报警限额寄存器EWLR、错误计数寄存器ERR、验收代码寄存器ACR、验收屏蔽寄存器AMR、总线时序寄存器BTR、输出控制寄存器OCR和时钟分频寄存器CDR等，单片机就是通过读写这些寄存器来实现对SJA1000T的控制的，从而来实现CAN报文的接收和发送。图3.6 CAN控制器的硬件电路设计=CTM8251t 是用于CAN 控制器与CAN 总线之间的接口芯片，具有将CAN 控制器逻辑电平转换为CAN 总线的差动电平的功能， 还具有对CAN 控制器与CAN 总线之间隔离的作用。图3.7 CAN总线接口隔离硬件设计CAT1025包含1个精确的Vcc监控检测电路和2个开漏输出：RESET和RESET；当Vcc低于复位阈值电压时，RESET引脚将变为高电平， RESET将变为低电平。CAT1025还含有一个写保护输入（WP），如果WP连接高电平，则写操作被禁止，在该设计中其被用于对CAN总线的复位10。 图3.8 CAN总线复位电路设计CAN控制器初始化程序流程图如下：进入 CAN 控制器复位模式TXDC 脚(P1.1)配置与 CAN 相关的中断配置CAN 位定时的配置验收滤波器的配置是否使用 CAN 中断选择操作模式,退出CAN 控制器复位模式初始化或重新配置结束初始化或重新配置起始NY图3.9 CAN控制器初始化流程图3.3信号采集电路（1）限位开关原理由行程开关(限位开关)的工作原理及符号表示，可以得知行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排好的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点开始动作，以实现电路的切换11。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理类似于按钮。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，电梯轿厢的上、下限位保护。（2）接近开关原理电感式接近开关是一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流，然后这个涡流反作用于接近开关，使接近开关的振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的开启或断开。这种接近开关所能检测的物体必须是金属导电体（3）压力继电器原理压力继电器是利用液体的压力来启动或关闭电气触点的液压电气转换元件。当系统压力达到压力继电器设定的数值时，会发出电子信号，使电气元件（如电磁铁、电机、时间继电器、电磁离合器等）动作，使油路卸压、换向，执行元件实现顺序动作，或关闭电动机使系统停止工作，起到了安全保护的作用。信号采集电路结构框图如下：压力继电器压力滤油（进）滤油（出）传感器配置接近开关限位开关到位报警语音提示图3.10信号采集电路结构框图3.4遥控发射接收系统 在设备正常工作的情况下，重型机械化保障桥的架设与撤收都是通过无线遥控完成的，这样可以确保架设人员的安全。其原理图如下：图3.11 遥控发射接收系统原理图3.4.1 电源电路 由于P89LV51单片机需要3V的工作电压，所以要把底盘车提供的DC24V电源转变为DC3V电源。ZY_WHBD-3W系列电源模块是一种宽压输入隔离稳压单输出电源模块，其转换效率高，在高低温度环境中特性好，带容性负载能力强，具有短路保护等功能，可持续短路，自恢复12。国际标准引脚方式，UL94-VO阻燃封装，自然冷却，无需外加散热片，无需外加元件即可直接使用，并可直接焊在PCB板上。电路结构为闭环自动控制系统。具有电压精度好等优点。其工作温度为-40+85，开关频率为80-550(PFM)， MTBF100万小时，隔离电压为1500VDC，这些参数完全符合本课题设计要求。硬件电路图如下：图3.12 遥控器电源硬件电路设计3.4.2 P89LV51单片机电路（1）P89LV51概述P89LV51RD2是80C51的一款微控制器，它包含64kB Flash和1024字节的数据RAM。 P89LV51RD2的典型特性是它的X2方式选项。设计者可通过该特性来选择应用程序是传统的80C51时钟频率（每个机器周期包含12个时钟）还是X2方式（每个机器周期包含6个时钟）的时钟频率运行，如果选择X2方式，可在相同时钟频率下获得2倍的吞吐量。从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半来保持特性不变，这样可以极大地降低EMI13。 Flash程序存储器支持并行和串行在系统编程（ISP）。并行编程方式提供了高速的分组编程（页编程）方式，可节省编程花费和推向市场的时间。ISP允许在软件控制下对成品中的器件进行重复编程。应用固件的产生/更新能力实现了ISP的大范围应用。 P89LV51RD2也可采用在应用中编程（IAP），允许随时对Flash程序存储器重新配置，即使应用程序正在运行时也不例外。 （2）P89LV51的特性 l 80C51核心处理单元； l 3V的工作电压，操作频率为033MHz； l 64kB的片内Flash程序存储器，具有ISP（在系统编程）和IAP（在应用中编程）功能； l 通过软件或ISP选择支持12时钟（默认）或6时钟模式； l SPI（串行外围接口）和增强型UART； l PCA（可编程计数器阵列），具有PWM和捕获/比较功能； l 4个8位I/O口，含有3个高电流P1口（每个I/O口的电流为16mA）； l 3个16位定时器/计数器； l 可编程看门狗定时器（WDT）； l 8个中断源，4个中断优先级； l 2个DPTR寄存器； l 低EMI方式（ALE禁能）； l 兼容TTL和CMOS逻辑电平； l 掉电检测； l 低功耗模式 - 掉电模式，外部中断唤醒； - 空闲模式； l PDIP40，PLCC44和TQFP44的封装； （3）功能框图及引脚配置图图3.13 P89LV51RD2功能框图图3.14 P89LV51RD2引脚配置图（4）P89LV51单片机将开关的模拟信号转换为数字信号，然后再传递给CAN总线或无线收发器，进而对PLC进行控制。硬件电路设计如图3.15。图3.15 单片机硬件电路3.4.3 遥控开关电路（1）无线遥控开关的特点无线遥控开关是以非接触的方式对电器的开启和关闭进行控制的，其控制按键和被控制的设备之间不需要连线，控制信号以无线电波为载体进行传输，距离可以从十几米到数公里14。 由于在控制按键和设备之间增加了隔离，提高了使用的安全性，与传统开关相比主要有以下特点： 1 非接触性：遥控开关具有非接触控制的特点，与传统电器开关相比，能实现开关按钮部分和被控制电器部分的隔离，使操作更加安全；2 远距离操控：遥控开关的控制距离为空旷地100米-3公里可选，能实现远距离操作控制，省去传统开关的布线麻烦；3 控制及时：遥控器可随身携带，能在有效范围内的任一地点随时进行控制，与传统开关相比，有不受开关安装位置限制的特点，可以更加灵活和及时地对电气设备进行控制；4 专人专控：遥控开关内置的加密集成电路，可以对操纵者进行身份识别以实现专人控制，与传统开关相比，可有效避免无关人员对开关进行操作，这样就增加了保密性和抗干扰性，降低了事故发生率。使电器设备的工作更加稳定可靠。（2）硬件电路的设计74HC138D是一款3线至8线的译码器，用于对单片机的接口扩展，138Y2138Y6表示对四块74HC