【《轨道检测小车的驱动与远程控制系统设计案例》3000字】

第第页共20页轨道检测小车的驱动与远程控制系统设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u19321轨道检测小车的驱动与远程控制系统设计案例 181841.1供电设备的选择 1256701.2电机的选择 3191841.2.1驱动形式 3208391.2.2确定功率 4202411.3轨道检测小车远程控制系统 485951.1.1基于GSM的远程控制系统硬件设计 529401.1.2基于GSM远程控制系统的硬件选型 575871.4基于GSM的远程控制系统程序设计 7232871.5驱动远程控制实验 7238861.5.1电路调试与实验 797931.5.2实验评价 8在设计轨道检测小车的驱动装置时，要综合考虑轨道检测小车的自身重量、使用环境、驱动条件等影响因素。结构太过复杂、体积过大的驱动装置都不利于驱动装置的安装。目前常见的驱动方式有三种：燃料驱动、电驱动、燃料驱动和电驱动相结合的混合驱动方式。燃料驱动所需要的内燃机设备体积和质量都比较大，使用燃料驱动会降低轨道检测小车的便捷性。所以采用电驱动作为轨道检测小车的驱动装置。而电驱动的方式主要有两种：一种是轮毂电机技术，将电机嵌入车轮内，在不需要传动轴的情况下可以直接将电机产生的扭矩转换为车轮的驱动力。另一种是电机产生的扭矩通过传动轴传递给后桥，然后由后桥部分驱动小车。综合考虑轨道检测小车的便携性、高效性、稳定性等性能要求，通过多常用驱动系统的对比，最终选用轮毂电机作为轨道检测小车的驱动元件。轮毂电机技术可以在提高传动效率的同时有效的减少驱动装置安装所需要的空间。1.1供电设备的选择供电设备的选择主要参考的因素是轨道检测小车的工况和传感器的使用情况所确定的消耗功率。轨道检测小车工况和电动车相似，选取供电设备时可参考电动车，选择锂聚合物动力电池作为供电设备。假设轨道检测小车的具体工况如下：每天连续工作六小时，传感器和轮毂电机的功率约为60W，则轨道检测小车的功耗为360W·H。选用电压为36V的电源，满足轨道检测小车功耗的电源最小容量为10A·H，最终确定的电池容量为20A·H。36V20AH锂电池具体参数如下表。参数数据型号36V20AH额定容量20000（mAh）外形尺寸87×130×280标准电压36（V）标准容量20AH电池类型聚合物锂电池组材质钴酸锂+三元复合材料选用的36V20A锂聚合物动力电池的尺寸为87×130×280，能够很好的安装在立柱下方的铝制凹槽内。且电池容量大，能够供应轨道检测小车一天的能量消耗。综上所述，36V20A锂聚合物动力电池满足轨检小车的需求。1.2电机的选择轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。在大大节约安装空间的同时也能有效地提高传动效率。轮毂电机的选型主要包含两个方面，一是驱动形似的选择，二是电机功率的确定。1.2.1驱动形式轮毂电机主要分为内转子式和外转子式两种。内转子式转子转速较高，需要配和相应的减速器使用。外转子式转子转速较低，不需要额外的减速器，节省安装空间，减小能量损耗。便携式轨道检测小车的工作速度为8km/h，转化为标准单位约为2.22m/s，运行速度较低。因为轨检车体积较小，驱动装置在能够满足轨检车需求的情况下要尽可能的节约安装空间。综上所述，应选择外转子式轮毂电机，具体原理如图所示。1.2.2确定功率要想确定轮毂电机的具体型号，先要根据轨道检测小车的工况推算出所需功率。已知轨道检测小车的车身质量约为20kg，重力加速度g取9.8N·m/s2小车运行速度为2.22m/s。输出功率公式如下：P其中F是驱动力且F=kmg，查表可知圆柱形车轮与钢轨的摩擦系数取值范围是0.05-0.07，取k=0.06。η1、η2分别是生产机械的效率和传动效率，查阅相关资料可得，无刷轮毂电机的传动效率为95%，我国生产中小型机械的效率为85%，可以计算出输出功率为F=kmg=20×9.8×0.06N=11.76NP根据供电设备与小车的结构等情况，这个输出功率是满足要求的。1.3轨道检测小车远程控制系统近几年随着国内网络与信息技术的快速发展，智能化控制系统的应用越发普遍，所以将为轨道检测小车设计一个能够远程控制并能反馈信息的智能化控制系统。我国铁路里程长，分布区域广，为避免对人们日常生活的影响，铁路经常铺设在山区或偏远地区，一部分轨道所在地区信号环境差，对轨道检测小车接收控制信号和反馈小车运行信息会产生很大的影响。在进行控制系统的设计时我们要充分考虑这些因素，保证信号的传递与接收的稳定性和准确性。采用全球移动网络既GSM网络设计轨道检测小车的远程控制系统，可以通过手机实现对轨道检测小车的远程控制并实时监测小车的运行状态等信息。1.1.1基于GSM的远程控制系统硬件设计在进行硬件设计之前我们要知道远程控制系统的工作流程。首先用手机通过全球移动网络既GSM网络给轨道检测小车发送控制信号，轨检小车上搭载的GSM模块接收到信号后控制继电器开关使轮毂电机开始工作，并把反馈信息显示在LCD显示屏上。具体的工作流程如下图所示1.1.2基于GSM远程控制系统的硬件选型根据流程图可知，轨道检测小车控制系统主要组成部分有GSM模块、单片机、继电器、轮毂电机控制器和外围电路。硬件选型主要是对GSM模块和单片机进行选择。（一）TC35模块GSM（GlobalSystemofMobileCommunication）是全球移动通信，TC35通信模块由四个主要部件构成，供电设备、射频模块、天线接口和基带处理器。其中基带处理器用来处理终端数据，是最核心的部分。TC35模块让单片机和电脑间的信息得以共通，因为它本身即带有通讯接口。TC35模块与单片机之间通过AT指令完成，通过自身的DS232信息处理接口与单片机接口对接，具体连接方式如下图：通过GSM网络可实现TC35模块与手机之间的信息交流，TC35模块可以将接受到的手机信号转换为数字信号用以控制轨道检测小车的运行，也可将监测到的小车运动状况信息转换为电子波，通过GSM网络传递给手机。TC35模块能接受和处理的短信有Block、PDU和Text三种，其中传输最为简单的是Text格式，且Text格式与单片机的指令语言接收形式相同，只接收英文信息。此种做法可在功能达成的前提下大量节约时间。所以我们采用Text模式。（二）STC89C52单片机STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器。其内部有8位中央处理器(CPU)、4k字节Flash闪速存储器、128字节内部RAM、32个I/O口、2个16位定时/计数器、一个5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.比传统8051单片机的EEPROM增大一倍，在处理指令代码时速度也得到显著提高，故最终选用STC89C52单片机，实物与具体电路如图所示。

1.4基于GSM的远程控制系统程序设计在运行程序之前要将TC35和STC89C52单片机进行初始化。所以在写程序是，当GSM移动端TC35模块和单片机与PC端接通，硬件电路连接完成并通电后要实现自动初始化，随后等待接收控制信息。判断接收到的控制信息控制继电器开关的状态并将结果显示在LCD屏幕上，如此循环。具体流程图如下图所示。编程语言采用汇编语言，设定“K”为打开继电器，“G”为关闭继电器，如经判断后没有发现相应的指令，则显示屏上输出“请重新输入”，并等待下一次读取。1.5驱动远程控制实验1.5.1电路调试与实验实验开始前要正确连接各电路元件。用三根杜邦线将STC89C52单片机和TC35模块连接起来。锂聚合物动力电池经过变压器降压后为电路供电。然后用拨号功能对进行远程控制系统的调试。设定好单片机程序中的电话号之后把程序烧录到单片机中。电路通电后STC89C52单片机和TC35模块会自动初始化。使用串口调试软件对预留手机号进行拨号，该手机收到来电提醒，反之电路中的