快速轮胎充气机的设计[机械专业毕业论文-答辩优秀]

需要CAD图纸，咨询Q414951605优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载XX大学毕业设计（论文）快速轮胎充气机设计系别专业学生姓名学号设计论文题目起迄日期设计论文地点指导教师专业教研室负责人2013年月日I摘要本设计是通过对快速轮胎充气机工作原理、工作的环境和工作的特点进行分析，并结合实际，在进行细致观察后，对快速轮胎充气机的整体结构进行了设计，对组成的各元件进行了选型、计算和校核。关键词快速轮胎充气机，设计，结构设计IIABSTRACTTHEDESIGNISBASEDONMETALNAILMAKINGMACHINEWORKINGPRINCIPLE,THEWORKINGENVIRONMENTANDTHEWORKINGCHARACTERISTICSOFTHEANALYSIS,ANDCOMBINEDWITHTHEPRACTICE,THECAREFULOBSERVATION,THEMETALNAILMAKINGMACHINESTRUCTUREOFTHEOVERALLDESIGN,THEVARIOUSPARTSOFTHESELECTION,CALCULATIONANDCHECKINGKEYWORDSMETALNAILMAKINGMACHINE,DESIGN,STRUCTURALDESIGNIII目录摘要IABSTRACTII目录III第1章概述611轮胎充气机发展概况612液压传动的工作原理及组成部分6121液压传动的工作原理6122液压传动的组成部分713液压传动的优缺点714液压系统的设计步骤与设计要求8141设计步骤9142明确设计要求9第2章快速轮胎充气机总体结构设计1021主机的功能结构1022工作原理1023课题设计要求11第3章快速轮胎充气机工作机构设计1231液压缸的主要主要参数1232活塞杆强度计算1233液压缸活塞的推力及拉力计算1334活塞杆最大容许行程1435液压缸内径及壁厚的确定15351液压缸内径计算15352液压缸壁厚计算1536液压缸筒与缸底的连接计算1637缸体结构材料设计17371缸体端部连接结构17IV372缸体材料17373缸体技术条件1738活塞结构材料设计17381活塞与活塞杆的联接型式17382活塞的密封18383活塞的材料18384活塞的技术要求1839活塞杆结构材料设计19391端部结构19392端部尺寸19393活塞杆结构19394活塞杆的技术要求19310活塞杆的导向、密封和防尘203101导向套203102活塞杆的密封与防尘20311缸盖的材料21312自动定心装置21第4章快速轮胎充气机机架的设计2341机架的基本尺寸的确定2342架子材料的选择确定2353主要梁的强度校核23第5章快速轮胎充气机电路控制设计2651系统分析与设计2652总体设计流程2653单片机控制模块的设计2754气压检测及A/D、D/A模块的设计30541气压检测30542方案选择30543电路设计与分析31V55软件设计33551A/D模块软件设计33552D/A模块软件设计35参考文献36总结38致谢3927第1章概述11轮胎充气机发展概况随着时代的发展，汽车已经进入了寻常百姓家，汽车工业也经历了有史以来最高速的发展期，同时也对汽车制造业提出了更高的要求。快速轮胎充气机正是基于这样的状况下而产生的提高汽车轮胎装配效率的一种新型工具。该课题的研究对于提高学生的工程能力，拓展生存空间有着非常重要的意义，以及为今后进一步研究快速充气机的研究做一个前期的准备工作，具有重要的社会意义。自动充气机是通过微处理器和压力传感器自动调节轮胎气压的尖端科技产品，一次性完成对轮胎的充气/放气/检验，精度高、速度快、经久耐用、操作简单，带给轮胎更好的保护。它的出现完全替代手动气压表消除误差、更好的保护轮胎。12液压传动的工作原理及组成部分121液压传动的工作原理驱动的液压系统，它由油箱、滤油器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管组成。它的工作原理液压泵由电动机带动旋转后，从油箱中吸油。油液经滤油器进入液压泵，当它从泵中输出进入压力管后，将换向阀手柄、开停手柄方向往内的状态下，通过开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸左腔，推动活塞和工作台向右移动。这时，液压缸右腔的油经换向阀和回油管排回油箱。如果将换向阀手柄方向转换成往外的状态下，则压力管中的油将经过开停阀、节流阀和换向阀进入液压缸右腔，推动活塞和工作台向左移动，并使液压缸左腔的油经换向阀和回油管排回油管。工作台的移动速度是由节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油液增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，工作台的移动速度减小。为了克服移动工作台时所受到的各种阻力，液压缸必须产生一个足够大的推力，这个推力是由液压缸中的油液压力产生的。要克服的阻力越大，缸中的7油液压力越高；反之压力就越低。输入液压缸的油液是通过节流阀调节的，液压泵输出的多余的油液须经溢流阀和回油管排回油箱，这只有在压力支管中的油液压力对溢流阀钢球的作用力等于或略大于溢流阀中弹簧的预紧力时，油液才能顶开溢流阀中的钢球流回油箱。所以，在系统中液压泵出口处的油液压力是由溢流阀决定的，它和缸中的油液压力不一样大。如果将开停手柄方向转换成往外的状态下，压力管中的油液将经开停阀和回油管排回油箱，不输到液压缸中去，这时工作台就停止运动。从上面的例子中可以得到1）动是以液体作为工作介质来传递动力的。2）液压传动用液体的压力能来传递动力，它与利用液体动能的液力传动是不相同的。3）压传动中的工作介质是在受控制、受调节的状态下进行工作的，因此液压传动和液压控制常常难以截然分开。122液压传动的组成部分液压传动装置主要由以下四部分组成1）能源装置把机械能转换成油液液压能的装置。最常见的形式就是液压泵，它给液压系统提供压力油。2）执行装置把油液的液压能转换成机械能的装置。它可以是作直线运动的液压缸，也可以是作回转运动的液压马达。3制调节装置对系统中油液压力、流量或流动方向进行控制或调节的装置。例如溢流阀、节流阀、换向阀、开停阀等。这些元件的不同组合形成了不同功能的液压系统。4辅助装置上述三部分以外的其它装置，例如油箱、滤油器、油管等。它们对保证系统正常工作也有重要作用。13液压传动的优缺点液压传动有以下一些优点1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生出更多的动力，因为液压系统中的压力可以比电枢磁场中的磁力大出3040倍。在同等的功率下，液压装置的体积小，重量轻，结构紧凑。液压马达的体积和重量只有同等功率电动机的12左右。82）液压装置工作比较平稳。由于重量轻、惯性小、反应快，液压装置易于实现快速启动、制动和频繁的换向。液压装置的换向频率，在实现往复回转运动时可达500次/MIN，实现往复直线运动时可达1000次/MIN。3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。4）液压传动易于自动化，这是因为它对液体压力、流量或流动方向易于进行调节或控制的缘故。当将液压控制和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，接受远程控制。5）液压装置易于实现过载保护。液压缸和液压马达都能长期在失速状态下工作而不会过热，这是电气传动装置和机械传动装置无法办到的。液压件能自行润滑，使用寿命较长。6）由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。液压元件的排列布置也具有较大的机动性。7）用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。液压传动的缺点是1）液压传动不能保证严格的传动化，这是由液压油液的可压缩性和泄漏等原因造成的。2）液压传动在工作过程中常有较多的能量损失（摩擦损失、泄漏损失等），长距离传动时更是如此。3）液压传动对油温变化比较敏感，它的工作稳定性很易受到温度的影响，因此它不宜在很高或很低的温度条件下工作。4）为了减少泄漏，液压元件在制造精度上的要求较高，因此它的造价较贵，而且对油液的污染比较敏感。5）液压传动要求有单独的能源。6）液压传动出现故障时不易找出原因。总的说来，液压传动的优点是突出的，它的一些缺点有的现已大为改善，有的将随着科学技术的发展而进一步得到克服。14液压系统的设计步骤与设计要求液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传9动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。141设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。1）确定液压执行元件的形式；2）进行工况分析，确定系统的主要参数；3）制定基本方案，拟定液压系统原理图；4）选择液压元件；5）液压系统的性能验算；142明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。1）主机的概况用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等；2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；3）液压驱动机构的运动形式，运动速度；4）各动作机构的载荷大小及其性质；5）对调速范围、运动平稳性、转换精度等性能方面的要求；6）自动化程序、操作控制方式的要求；7）对防尘、防爆、防寒、噪声、安全可靠性的要求；8）对效率、成本等方面的要求。27第2章快速轮胎充气机总体结构设计21主机的功能结构随着汽车工业的发展，传统的轮胎充气工艺远不能适应现代化生产规模的要求。研制与轮胎流水作业生产线配套的，机械化、自动化、节能高效的充气设备是现代化汽车生产企业亟待解决的实际问题。设备由本体台架、液压传动系统、气动系统、微机测控系统等4部分组成。其中本体台架又由工作台、车轮传送机构、车轮定位机构、车轮卡紧机构、轮胎充气装置等5部分组成。图21快速轮胎充气机的结构示意图22工作原理本公开了一种与现用打气筒操作方式完全不同并装有安全阀的新型式轮胎打气机。它操作更省力、简便，工作效率提高，可避免轮胎打爆，适用于各种11轮胎打气。其特点是两个气筒内各放置一特制活塞体，并由一根推杆连接两活塞体，两个气筒的另一端，分别通过一个内装单向气门的弯管与一个过渡装气筒密封连接，在推杆的中点安装一个固定轴及轴套，与操作杆下端的开口滑头相配合，过渡装气筒上装设有安全阀。使用时，在安全阀上设定轮胎的最大充气量，翻开并脚踩踏板，前后扳动手柄，当安全阀排气时，即完成充气。23课题设计要求1最大锁紧力15000N；2下行速度20MM/SEC；3最大工作压力1MPA；4总体尺寸800X600X2000MM。27第3章快速轮胎充气机工作机构设计快速轮胎充气机的工作机构主要是通过液压缸来进行实现的。31液压缸的主要主要参数课题的主要技术要求1最大锁紧力15000N；2下行速度20MM/SEC；3最大工作压力1MPA；4总体尺寸800X600X2000MM。快进时采用差动联接，并取无杆腔有效面积等于有杆腔有效面积的两1A2A倍，即。为了防止在滑台突然前冲，在回油路中装有背压阀，初选背21A压。最大工作压力1MPA；PAPB508初选最大负载工进阶段的负载F15000N，按此计算则1342232551501082CMMPFB液压缸直径CAD64241由可知活塞杆直径21AMCD9835700按GB/T23481993将所计算的D与D值分别圆整到最相近的标准直径，以便采用标准的密封装置。圆整后得CM36C54按标准直径算出2222161543641CMDDA32活塞杆强度计算活塞杆在稳定工作下，如果仅受轴向拉力或压力载荷时，便可以近似的采用直杆承受拉、压载荷的简单强度计算公式进行计算，活塞杆应力3524DP13或36PD4式中P活塞杆所受的轴向载荷D活塞杆直径活塞杆制造材料的许用应力根据以上公式可知液压缸326210541304DP可见，活塞杆的强度均满足要求。33液压缸活塞的推力及拉力计算液压油作用在液压缸活塞上的作用力P，对于一般单边活塞杆液压缸来说，当活塞杆前进时的推力371214PDAP当活塞杆后退时的拉力38122D）（当活塞杆差动前进时（即活塞的两侧同时进压力相同的压力油）的推力39122134PAP）（式中D活塞直径（即液压缸内径）CMD活塞杆直径CM液压缸的工作压力1P当活塞杆前进时的推力NPAP8621211045493当活塞杆后退时的拉力DD86212210334）（）（当活塞杆差动前进时（即活塞的两侧同时进压力相同的压力油）的推力NPAP86212213521043）（液压缸活塞的推力及拉力可以直接从附录中的有关计算中查出；大部分也14可以从机械设计手册表11133中直接读出。表11133为活塞杆直径D采用速度比计算得出，不同液压缸直径D和压力下液压缸活塞上的推力及拉力数值。1P1P2图31液压缸活塞的受力34活塞杆最大容许行程根据机械设计手册表11141和表11142即可以概略的求出液压缸的最大容许行程。两个液压缸均采用如图固定自由模式进行安装。图32安装型式简图根据长度公式312PDL205313CS可知切断液压缸活塞杆计算长度L和实际行程S分别为5254CMPDL2058210952546465CMS15液压缸活塞杆计算长度L和实际行程S分别为PDL205CM87210637278556728CMCLS35液压缸内径及壁厚的确定351液压缸内径计算当P和P已知，则液压缸内径D可按公式得314PP4式中P活塞杆上的总作用力，NP液压油的工作压力，KN液压缸的内径为63MM。352液压缸壁厚计算一般，低压系统用的液压缸都是薄壁缸，薄壁可用下式计算315CMPD2式中，缸壁厚度，MP液压缸内工作压力，PA刚体材料的许用应力D液压缸内径，CM当额定压力PN16MPA时，PPPN150/100当额定压力PN16MPA时，PPPN125/100316NB缸体材料的抗拉强度，PABN安全系数，一般可取N5应当注意，当计算出的液压缸壁较薄时，要按结构需要适当加厚。因此，根据上述公式可得，切断液压缸854NB16MPD1825016液压缸54NBP15829016故切断液压缸的壁厚为18MM，液压缸的壁厚为15MM。关于液压缸的安全系数，在设计液压缸时通常取N5。但是这在比较平稳的工作条件下，强度有些余量；相反，假如工作条件为动载荷或冲击压力超过超耐压力时，有时会出现危险状态。因此合理的安全系数，应根据实际使用条件选取。36液压缸筒与缸底的连接计算缸体法兰连接螺栓计算缸体与端部用法兰连接或拉杆连接时，螺栓或拉杆的强度计算如下图33缸体联接螺纹处的拉应力317ZDKP214螺纹处的剪应力31870231K合成应力3192N式中Z螺栓或拉杆的数量17材料为45钢时，30SS37缸体结构材料设计371缸体端部连接结构采用简单的焊接形式，其特点结构简单，尺寸小，重量轻，使用广泛。缸体焊接后可能变形，且内径不易加工。所以在加工时应小心注意。主要用于活塞式液压缸。372缸体材料液压缸缸体的常用材料为20、35、45号无缝钢管。因20号钢的机械性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需要焊接时，则应采用焊接性能比较号的35号钢，粗加工后调质。一般情况下，均采用45号钢，并应调质到241285HB。缸体毛坯可采用锻钢，铸铁或铸铁件。铸刚可采用ZG35B等材料，铸铁可采用HT200HT350之间的几个牌号或球墨铸铁。特殊情况可采用铝合金等材料。373缸体技术条件A缸体内径采用H8、H9配合。表面粗糙度当活塞采用橡胶密封圈时，RA为0104，当活塞用活塞环密封时，RA为0204。且均需衍磨。MMB热处理调质，硬度HB241285。C缸体内径D的圆度公差值可按9、10或11级精度选取，圆柱度公差值应按8级精度选取。D缸体端面T的垂直度公差可按7级精度选取。E当缸体与缸头采用螺纹联接时，螺纹应取为6级精度的公制螺纹。F当缸体带有耳环或销轴时，孔径或轴径的中心线对缸体内孔轴线的垂直公差值应按9级精度选取。G为了防止腐蚀和提高寿命，缸体内表面应镀以厚度为3040的铬层，M镀后进行衍磨或抛光。1838活塞结构材料设计381活塞与活塞杆的联接型式表31活塞与活塞杆的联接型式联接方式备注说明整体联接用于工作压力较大而活塞直径又较小的情况螺纹联接常用的联接方式半环联接用于工作压力、机械振动较大的情况下这里采用螺纹联接。382活塞的密封活塞与缸体的密封结构，随工作压力、环境温度、介质等条件的不同而不同。常用的密封结构见下表表32常用的密封结构密封形式备注说明间隙密封用于低压系统中的液压缸活塞的密封活塞环密封适用于温度变化范围大，要求摩擦力小、寿命长的活塞密封O型密封圈密封密封性能好，摩擦系数小；安装空间小，广泛用于固定密封和运动密封Y型密封圈密封用在20MPA下、往复运动速度较高的液压缸密封结合本设计所需要求，采用O型密封圈密封比较合适。383活塞的材料液压缸常用的活塞材料为耐磨铸铁、灰铸铁（HT300、HT350）、钢及铝合金等，这里采用45号钢。384活塞的技术要求A活塞外径D对内孔的径向跳动公差值，按7、8级精度选取。1D19B端面T对内孔轴线的垂直度公差值，应按7级精度选取。1DC外径D的圆柱度公差值，按9、10或11级精度选取。图33活塞39活塞杆结构材料设计391端部结构活塞杆的端部结构分为外螺纹、内螺纹、单耳环、双耳环、球头、柱销等多种形式。根据本设计的结构，为了便于拆卸维护，可选用内螺纹结构。392端部尺寸如图，为内螺纹联接简图。查表11148，按照本设计要求，选用直径螺距螺纹长。3245KTA图32螺纹联接简图393活塞杆结构活塞杆有实心和空心两种，如下图。实心活塞杆的材料为35、45号钢；空心活塞杆材料为35、45号无缝钢管。本设计采用实心活塞杆，选用45号钢。图33空心活塞杆图34实心活塞杆20394活塞杆的技术要求A活塞杆的热处理粗加工后调质到硬度为HB229285，必要时，再经过高频淬火，硬度达HRC4555。在这里只需调质到HB230即可。B活塞杆的圆度公差值，按911级精度选取。这里取10级精度。C活塞杆的圆柱度公差值，应按8级精度选取。D活塞杆的径向跳动公差值，应为001MM。E端面T的垂直度公差值，则应按7级精度选取。F活塞杆上的螺纹，一般应按6级精度加工（如载荷较小，机械振动也较小时，允许按7级或8级精度制造）。G活塞杆上工作表面的粗糙度为RA063,为了防止腐蚀和提高寿命，M表面应镀以厚度约为40的铬层，镀后进行衍磨或抛光。M310活塞杆的导向、密封和防尘3101导向套A导向套的导向方式、结构表33导向套的导向方式导向方式备注说明缸盖导向减少零件数量，装配简单，磨损相对较快管通导套可利用压力油润滑导向套，并使其处于密封状态可拆导向套容易拆卸，便于维修。适用于工作条件恶劣、经常更换导向套的场合球面导向套导向套自动调整位置，磨损比较均匀本设计采用缸盖导向。B导向套材料导向套的常用材料为铸造青铜或耐磨铸铁。由于选用的是和缸盖一体的导向套，所以材料和缸盖也是相同的，都选用耐磨铸铁。C导向套的技术要求导向套的内径配合一般取为H8/F9，其表面粗糙度则为RA063125。M213102活塞杆的密封与防尘这里仍采用O型密封圈，材料选择薄钢片组合防尘圈，防尘圈与活塞杆的配合可按H9/F9选取。薄钢片厚度为05MM。311缸盖的材料液压缸的缸盖可选用35、45号锻钢或ZG35、ZG45铸钢或HT200、HT300、HT350铸铁等材料。在这里选择ZG45铸钢。缸盖按9、10或11级精度选取。312自动定心装置22气动带动滑动体，然后带动平行四边形连杆体，气缸上升或下降，实现平行四边形连杆体松开或拧紧。24第4章快速轮胎充气机机架的设计41机架的基本尺寸的确定机架是支撑及其所有附件的可移动机构。要保证拆装方便、安全；重量要轻，便于移动；架子要有足够的空间安装。而且每个总成之间要考虑它们之间的协调关系。考虑到这些方面的因素后要确定的一些尺寸根据这些数据，大概确定架子的长高。这样架子的地面的结构就确定了。支撑的部件是支撑板，支撑板固定在支承轴上，支承轴安装在机架上。为了使机架能够方便移动，须在架子上装轮子，因此在架子的4个侧面通过螺栓各连接两个轮子，使得架子和轮子连接牢固。靠近转盘这端安装有锁止装置，使得架子在任何位置都能停止固定。42架子材料的选择确定架子的结构确定后，就需要准备材料，买材料时要考虑钢材的性能，同时也要考虑成本，再者还要考虑到其美观，通过到市场调查分析后，台架选用6060的方钢和5050的角钢组合制作。其规格如表一所示。受力比较小的底架就用50的角钢制作，其他的受力大的转架就用60的方钢制作。在转架与支撑板的固定处需要用轴连接。表51钢材的尺寸规格60605050横截面图长度500567材料Q235Q23553主要梁的强度校核估算支撑的质量为25（250N），考虑到一些外在压力，按照重量为600N进行校核。支承轴160，查机械工程材料P105页表52得，Q235钢材的屈24服强度B375460MPA，取B375MPA解和轴一样建立如图所示的坐标系。以轴心为X轴，垂直上平面的直线为Y轴，一端点为圆点建立如图61所示的平面直角坐标系。因为FRD600N，把RDE从D点移到E后的受力情况如图61所示。图51得到一个F和一个力矩MFABLBE6000300NM180NM计算轴的集惯性矩IP和抗弯截面系数WZ，因为材料和轴的是一样的，所以B375MPA,IPY2DA1016CM4WIP/YMAX67736884106M3所以MAXMMAX/W180/（677369106）PA026MPA也设安全系数K5故KMAX5026MPA15MPAB375MPA因此也可以做出结论转架在安全系数为5的情况下也是安全的。所以可以进行制作。解以轴心为X轴，垂直上平面的直线为Y轴，一端点为圆点建立如图221所示的平面直角坐标系。轴的受力分析。轴的轴心受力简图如图221B所示。通过受力图可以明显看出轴的最大弯矩是在BE点之间。把F从C点移到B后的受力情况如图221B所示。得到一个F和一个力矩MFLBE60003NM180NM25因为FBAFDE2F1200N由于轴的受力完全对称，故FBAFDEF600NB点和F点的弯矩为MBWFFBALDEM600001180NM6018NM受力情况如图221所示计算轴的极惯性矩IP和抗弯截面系数WZ因为材料和轴的是一样的，所以B375MPA,IPY2DA1016CM4WIP/YMAX67736884106M3所以MAXMMAX/W305/（677369106）PA045MPA也设安全系数K5故KMAX5045MPA225MPAB375MPA因此也可以做出结论转架在安全系数为5的情况下也是安全的。所以可以进行制作。24第5章快速轮胎充气机电路控制设计51系统分析与设计总体设计思路1首先由压力传感器将检测到的车轮胎内部的当前气压参数，传输到模/数转换器ADC0832的一路模拟信号通道，转换出八路数字信号传给单片机AT89S52，接着单片机把计算气压值送给LCD1602并让它显示当前气压值。然后键盘输入我们需要的气压值，经单片机AT89S52键盘扫描程序读出键值，并在LCD1602上显示出来，接着通过控制核心单片机比较当前气压值与输入的气压值如果输入值大于当前气压值时，通过单片机发出一个控制命令驱动电机工作，开始充气，在充气的同时继续对气压进行采样，当两个值相等时，中断驱动电路，停止充气；而如果当前气压值大于输入值时，单片机发送控制命令到电磁阀驱动器，开通电磁阀，放气开始，与此同时仍然进行气压采样，当两值相等时，电磁阀断开，停止放气。在夜间，特别是在有车辆行驶的路边加气时，我们有照明灯和警示灯，通过特殊功能键可使照明灯发光工作或警示灯发出警示信号，给使用者的操作带来方便，避免发生交通事故。52总体设计流程本设计以AT89S52单片机为核心，对所有的数据进行处理。将扫描到的键盘输入值在LCD1602上显示，并运用ADC0832对气压传感器采集到的模拟数据进行模数转换，并将转换后的数据传送给单片机进行处理。同时用LCD1602来显示外部采集到的气压值。如果检测到的气压值小于设定的气压值，则单片机控制充气工作，若检测到的气压值大于设定的气压值，则TLV5616对单片机处理好的数据进行数模转换再将转换好的模拟信号传送给电磁阀，电磁阀随着放气的进行，电磁阀的阀门慢慢变小，放气的速度也随着减慢，这样可以减小误差。系统的总流程图如图21所示27比较相等初始化电流采样（压力传感器）AD转换单片机LCD显示键盘扫描驱动电机充气电磁阀放气停止电机相等大于小于是是否否28图21总体流程图53单片机控制模块的设计方案一采用AT89S528位单片机AT89S523是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8KBYTES的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256BYTES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MCS51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大AT89S52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。AT89S52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含292个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和FLASH存储器结合在一起，特别是可反复擦写的FLASH存储器可有效地降低开发成本。AT89S52主要功能特性1、兼容MCS51指令系统2、8K可反复擦写1000次FLASHROM3、32个双向I/O口等。此单片机是小型电子产品普遍采用的微控芯片，性价比高。在控制领域应用也比较普遍。方案二采用高档高位机凌阳的61单片机凌阳的16位单片机就是为适应这种发展而设计的。它的CPU内核采用凌阳最新推出的NSP（MICROCONTROLLERANDSIGNALPROCESSOR）16位微处理器芯片（以下简称NSP）。围绕NSP所形成的16位NSP系列单片机（以下简称NSP家族）采用的是模块式集成结构，它以NSP内核为中心集成不同规模的ROM、RAM和功能丰富的各种外设接口部件。具有以下等性能16位NSP微处理器；工作电压CPUVDD为2436VI/OVDDH为2455VCPU时钟032MHZ49152MHZ；内置2K字SRAM；内置32KFLASH；使用凌阳音频编码SACM_S240方式24K位/秒，能容纳210秒的语音数据；32位通用可编程输入/输出端口；7通道10位电压模数转换器ADC和单通道声音模数转换器；此类单片机功能更强，但是价格比较昂贵。综合本设计所要实现的各部分功能仅需一片AT89S52单片机就可以满足设计的需要，因此采用AT89S52作为主控芯片。为了使电路更加紧凑，外部引线更加少，需合理设计整个系统的原理图2，以便硬件规划与设计。硬件总电路图如图31所示30C330PC430PFY012MHZR410KP101P112P123P134P145P156P167P178RST9P3010P311P3212P3313P3414P3515P3616P3717XTAL218XTAL119GND20P2021P212P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE30EA31P0732P063P0534P0435P0336P0237P0138P0039VC40U3AT89S525V5VCH02CH13CS1CLK7DI5VREF8DO6GND4U2ADC08325VR2105V5VDIN1SCLK2CS3FS4AGND5REFIN6OUT7VD8TLV56165V1122C11041122C22U1122S0SWPBR110K12345678910111213141516J41602123456789J1CON9C5CAPACITOR123J2传传传传传R310KR6RES21122334455667788K1RELAYDPDT1122334455667788K2RELAYDPDTQ19013Q290135V10RES212J5传10KRES2A1K2D1DIODER95012J6传传1234J7CON4VIN1GND2VOUT3U1LM2940C620UC7104123J9CON31J10CON11A2KD2LEDR101K12345678J0CON8123456789810KCON9K3XIAOJIDIANQIVIN1GND2VOUT3U17805C620UC71045KRES29013NPN30RES25V12J0传传传1A11B22A32B43A53B6GND74A84B95A105B16A126B13VC14Q74LS041JCON1DLEDDLEDRRES2RRES2图31硬件总体布局整个系统的控制核心是AT89S52，因此对单片机的资源要合理分配与利用。单片机的IO口资源分配。表31IO口分配键盘控制模块P00P07设置比较的气压值气压采集模块P24P27通过ADC0832采集气压电机模块充气P33控制电机的转动电磁阀（放气）P21P23通过TLV5616控制电磁阀P10P17LCD数据LCD模块P30P32LCD控制信号照明灯控制P34控制灯的亮灭在自动充气机中的各个部分，并不是每一个部分都用到了单片机的控制。由于本文研究的是单片机在自动充气机中应用，因此，对于没有用到单片机的部分就不做过多的阐述，主要针对有用到单片机的重要部分做详细地阐述。在自动充气机中的气压检测及模数转换模块、显示模块、键盘输入模块和照明报31警模块都是由单片机来控制，下面将对这四个模块的设计做详细介绍。54气压检测及A/D、D/A模块的设计541气压检测通过压力传感器检测轮胎当前的气压参数并经由ADC0832传给单片机，由单片机给LCD1602送数据，让其显示当前的轮胎气压值。542方案选择方案一采用ADC08098路8位AD转换器，即分辨率8位，采样频率，数据并行传输，可对8路信号进行分时采样。多用于对多路信号进行采样的设计中。软件编程比较简单，ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，因此对它的硬件接线比较麻烦，同时也会加大硬件设计难度。方案二采用ADC0832ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。8位2路AD转换器即8位分辨率、采样频率、数据串行传输。此转换器一般用于对少数信号进行采样的电路中。外部只有8个引脚，连线简单方便，但是相对而言软件编程稍微复杂一点。方案三采用TLV561612位转换器。TLV5616是一个12位电压输出数模转换器（DAC），带有灵活的4线串行接口，可以无缝连接TMS320、SPI、QSPI和MICROWIRE串行口。数字电源和模拟电源分别供电，电压范围2755V。输出缓冲是2倍增益RAILTORAIL输出放大器，输出放大器是AB类以提高稳定性和减少建立时间。RAILTORAIL输出和关电方式非常适宜单电源、电池供电应用。通过控制字可以优化建立时间和功耗比。精度高，数据是串行传输的。只有8个引脚便于接线，软件编程简单。方案四采用DAC08328位转换器。DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要如要求多路D/A异步输入、同步转换等。数据是进行并行传输，是以电流32的形式输出。有14个引脚，硬件连线较烦。软件编程简单。但是使用它并需外加外部转换电路将电流转换成电压。从软件和硬件制作的角度考虑，采用8引脚的ADC0832对采集到的气压值进行AD转化。采用TLV5616对数据进行DA转化。543电路设计与分析ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC083可以使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们对单片机技术水平的提高。1、ADC0832具有以下5个特点8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32S；其引脚电路图如图41所示图41ADC0832引脚图芯片转换时间仅为32S，具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易地实现通道功能的选择。正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI（如图41）。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效且与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。33当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片处于禁用状态，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下降沿之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下降沿之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN，CH1作为负输入端IN进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN，CH1作为正输入端IN进行输入。到第3个脉冲的下降沿之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲的下降沿开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲的下降沿DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下降沿输出DATD0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。在本设计中，我们只用到了一个CH0转换口。故本设计的DO/DI两端口的数据应为“1”、“0”。分别用P21和P22口控制。CPU向TLV5616发送的串行数据每帧为16位，其中高4位为控制位，低12位为转换的数据，高位在前，低位在后。VREF为参考电压输入端（系统中接运放1的输出），VOUT是电压输出端。片内有一个2倍的输出放大器，其转换关系为VOUT2VREFDI4096VREF参考电压的范围为0V35V。所以我在设计时参考电压的选择是外接一个上拉电阻可选电压为0V5V。这样可以方便选择参考电压。为硬件调试打下好的基础。其与单片机的接口如图42所示。34图42TLV5616引脚接线55软件设计551A/D模块软件设计A/D模块的软件设计流程图如图43所示图43AD转换流程其程序5如下UCHARADC0832UCHARCHANNEL/读ADC0832函数,采集并返回UINTDAT20UCHARNDAT0,I0,J35IFCHANNEL0CHANNEL2IFCHANNEL1CHANNEL3/通道选择AD_CS0_NOP_/拉低CS端，AD片选DI1_NOP_/在第一个脉冲下降之前DI必须是高电平,表示启始信号SCK1_NOP_SCK0_NOP_SCK1DICHANNEL_NOP_/在第二和第三个脉冲下降之前DI输入两位表示通道SCK0_NOP_SCK1DICHANNEL1_NOP_SCK0/写命令完成,DI失去输入作用DI1_NOP_DAT20FORI0I1AD_CS1SCK0DO1DAT2836DAT2|NDATRETURNDAT2/返回数据A/D转换的数据处理过程是用采样两次数据对比的方法。第一次数据采集是使用正向存储的方式，就是高位在前低位在后。而第二次则是反向存储的方法。低位在前，高位在后，所以在做数据对比时，必须把第二次数据反过来。当测得的两次数值是一样的时候，则返回数值，若不一样则再次进行测试。这样就保证了测得的值的准确性。552D/A模块软件设计D/A转换模块是采用是TLV5616。对数值进行D/A转换。其主要程序如下VOIDSPIWRITEINTTEMP/写数据UINTISETCS0FORI0I16IPINDINBITTEMPSETSCLK1TEMP1NNOP1SETSCLK0NNOP1SETCS1TLV5616的控制仅靠数据的第14，15位。所以一般情况下写控制和数据是同时进行的。这样的程序就简洁了。TLV5616的数据传送是串行发送的,因此对时序的要求很严，要严格按照时序来发送。14参考文献1王世明机床与液压J上海海洋大学工程学院1996,082杨华勇周华路甬祥中国机械工程M浙江大学2000,123杨尔庄液压气动与密封J中国液压气动密封件工业协会1993,044范士娟杨超液压与气动J华东交通大学,机电工程学院2005,085司癸卯李晓宁筑路机械与施工机械化J长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室2009,076汪世益方勇满忠伟工程机械J安徽工业学机械工程学院2010,097杨尔庄国液压气动技术的现状及展望M液压与气动1998，（06）8杨尔庄液压技术现状及发展趋势液压气动与密封，J1998，（01）9李运华，史维祥流体动力技术的现状与发展J机械与液压1994，（04）10曹秉刚，郭卵应，中野和夫，史维祥锥阀流场的边界元J1991，（02）11章本照编著流体力学中的有限元法M机械工业出版社198612HHANAFUSA,DESIGNOFELECTROHYDRAULICSERVOSYSTEMFORARTICULATEDROBOT,JOURNALOFTHEJAPANHYDRAULICSANDPNEUMATICSSOCIETY1371982181313HBKUNTZEETAL,ONTHEMODELBASEDCONTROLOFAHYDRAULICLARGERANGEROBOT,IFACROBOTCONTROL199120721214张立科单片机典型模块设计实例导航M人民邮电出版社，200415李群芳肖看单片机原理、接口及应用嵌入式系统技术基础M清华大学出版社，20053816孙涵芳MCS96、51系列单片机原理及应用M北京航空航天大学出版社199417南建辉熊鸣王军茹MCS51单片机原理及应用实例M清华大学出版社，200418刘文涛单片机语言C51典型应用设计M19范风强，兰婵丽编著单片机语言C51应用实战集锦M20李朝青主编单片机DSP外围数字IC技术手册M21李建忠单片机原理及应用M西安电子科技大学出版社,200239总结时间过得真快，转眼间XX个月的毕业论文设计就要结束了。由于基础薄弱，设计起来很困难，刚拿到课题时找资料是第一大难关，那时脑子里一片紊乱，无从下手，记得当时在图书馆呆了几个下午，挑了好多的书，但总是无法把那些片段串联成一个方案，后来通过老师和同学们的帮忙，渐渐有了头绪，确定了方案，正式着手设计。设计时只有拿着书本慢慢学，参考书本，经过两个月的摸索和学习，把原本不清楚的东西都学会了，在这期间走过弯路，不知所措，经过指导老师俞老师细心的讲解加上自己的努力，同学的帮助，终于完成了设计。这次毕业设计对我以前学过的理论知识起到了很好的回顾作用，以前在校学习时不够清楚如何应用所学知识，对所学的课程不能很好的融会贯通。以前我们每学期都会有一些各个科目的课程设计，但那样的设计都会在老师的不断提醒下完成，这次的毕业设计就有所不同