2651 防恐電子擋車器設(shè)計(jì)——擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),電子,擋車,設(shè)計(jì),總體,整體,控制系統(tǒng) 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯系　　部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動化 姓 名： 王鋒 學(xué) 號： 0501510137 外文出處： Michael L. Nave, P.E.1989. 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語：該譯文大體正確地表達(dá)了原文意思，敘述條理清楚，語句通順，翻譯質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的要求，專業(yè)術(shù)語譯文有些還不夠準(zhǔn)確。簽名： 22009 年 3 月 18 日注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件 1：外文資料翻譯譯文 煤礦業(yè)帶式輸送機(jī)幾種軟起動方式的比較運(yùn)行帶式運(yùn)送機(jī)的動力必須由驅(qū)動滑輪產(chǎn)生，通過滑輪和傳送帶之間的摩擦力來傳遞。為了傳遞能量，傳送帶上面的張力在接近滑輪部分和離開滑輪部分必定存在著差別。這種差別在穩(wěn)定運(yùn)行、啟動和停止時(shí)刻都是真實(shí)存在的。傳統(tǒng)傳送帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，都是根據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行情況下傳送帶的受力情況。因?yàn)樵O(shè)計(jì)過程中沒有詳盡研究傳送帶啟動和停止階段的受力情況，所有的安全措施都集中在穩(wěn)定運(yùn)行階段（Harrison 1987）。本文主要集中講述傳送機(jī)啟動和加速階段的特性。傳送帶設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮控制啟動階段的加速狀況，以免使傳送帶和傳送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生過大的張力和動力（Suttees，1986）。大加速度產(chǎn)生的動力會給傳送帶的紋理、傳送帶結(jié)合處、驅(qū)動滑輪、軸承、減速器以及耦合器帶來負(fù)面影響。毫無控制的加速度產(chǎn)生的動力能夠引起帶式傳送機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生諸多不良問題，比如上下曲線運(yùn)動、過度傳送帶提升運(yùn)動、滑輪和傳送帶打滑、運(yùn)輸原料的溢出和傳送帶結(jié)構(gòu)。傳送帶的設(shè)計(jì)需要面對兩個(gè)問題：第一，傳送帶驅(qū)動系統(tǒng)必須能夠產(chǎn)生啟動帶式傳送機(jī)的最小轉(zhuǎn)動力矩；第二，控制加速度產(chǎn)生動力在安全界限內(nèi)。可以通過驅(qū)動力矩控制設(shè)備來完成，控制設(shè)備可以是電子手段也可以是機(jī)械手段，也可以是兩者的組合（CEM，1979）。本文主要闡述輸送機(jī)的開始和加速的過程。傳送帶設(shè)計(jì)師必須控制開始加速度防止過度張緊在傳送帶織品和力量在皮帶傳動系統(tǒng)。強(qiáng)加速度力量可能有害地3影響傳送帶織品，傳送帶接合，驅(qū)動皮帶輪，更加無所事事的滑輪,軸,軸承, 速度還原劑, 并且聯(lián)結(jié)。未管制的加速度力量可能造成皮帶輸送機(jī)有垂直的曲線的系統(tǒng)性能問題,傳送帶緊線器運(yùn)動, 驅(qū)動皮帶輪摩擦損失, 材料溢出, 并且做成花彩傳送帶織品。傳送帶設(shè)計(jì)員與二個(gè)問題被面對, 皮帶傳動系統(tǒng)必須導(dǎo)致極小的扭矩足夠強(qiáng)有力開始傳動機(jī), 和控制了這樣加速度強(qiáng)制是在安全限額內(nèi)。光滑開始傳動機(jī)可能由對驅(qū)動器扭矩控制設(shè)備的用途, 或機(jī)械或電子, 或組合的二完成(CEM 1979) 。什么是最佳的皮帶輸送機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)? 答案取決于許多變量。最佳的系統(tǒng)是一個(gè)為開始, 運(yùn)行, 和終止提供可接受的控制在合理的費(fèi)用和以及高可靠性。皮帶傳動系統(tǒng)為本文我們考慮的設(shè)計(jì)方案, 皮帶輸送機(jī)被電子頭等搬家工人幾乎總驅(qū)動。傳送帶"驅(qū)動系統(tǒng)" 將包括多個(gè)要素包括電子原動力、電子馬達(dá)起始者以控制系統(tǒng), 馬達(dá)聯(lián)結(jié)、速度還原劑、低速聯(lián)結(jié)、皮帶傳動滑輪、和滑輪閘 (Cur 1986) 。它重要, 傳送帶設(shè)計(jì)員審查各個(gè)系統(tǒng)要素的適用性對特殊申請。為本文的目的, 我們假設(shè), 所有驅(qū)動系統(tǒng)要素設(shè)置礦的新鮮空氣, 非允許, 面積,全國電子編碼, 條款 500 防爆 , 礦的表面的面積。皮帶傳動要素歸因于范圍。某些驅(qū)動器要素是可利用和實(shí)用的用不同的范圍。為這論述, 我們假設(shè)那皮帶傳動系統(tǒng)范圍從分?jǐn)?shù)馬力對千位的多個(gè)馬力。小驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)常是在 50 馬力以下。中型系統(tǒng)范圍從 50 到 1000 馬力。大型系統(tǒng)可能被考慮在 1000 馬力之上。范圍分部入這些組是整個(gè)地任意的。必須被保重抵抗誘惑對超出馬達(dá)或在馬達(dá)之下傳送帶飛行提高標(biāo)準(zhǔn)化。驅(qū)動器結(jié)果在粗劣的效率和在高扭矩的潛在,當(dāng)驅(qū)動器能導(dǎo)致破壞性超速在再生,或過度加熱以變短的馬達(dá)壽命。扭矩控制。傳送帶設(shè)計(jì)員設(shè)法限制開始的扭矩到?jīng)]有比 150%運(yùn)行中。限額在應(yīng)用的開始的扭矩經(jīng)常是傳送帶胴體肉、傳送帶接合、滑輪絕熱材料,軸偏折評級。在更大的傳送帶和傳送帶以優(yōu)化大小的要素, 扭矩限額 110%至 125%是公用。除扭矩限額之外, 傳送帶起始者必需限制會舒展圍繞和會導(dǎo)致旅行的波浪的扭矩增量。一個(gè)理想的開始的控制系統(tǒng)會適用于資格整個(gè)傳送帶的扭矩傳送帶休息由問題的脫離決定, 或運(yùn)動 , 然后扭矩相等與傳送帶的運(yùn)動需求以負(fù)荷加上恒定的扭矩從休息加速系統(tǒng)要素的慣性對最終奔跑速度。這使系統(tǒng)臨時(shí)強(qiáng)制和傳送帶舒展。不同的驅(qū)動系統(tǒng)陳列變化的能力控制扭矩的申請對傳送帶休息和以不同的速度。并且, 傳動機(jī)陳列裝載二個(gè)極端。一條空傳送帶正常存在最小的必需的扭矩為脫離和加速度, 當(dāng)一條充分地被裝載的傳送帶存在最高4的必需的扭矩。開采驅(qū)動系統(tǒng)必須是能稱應(yīng)用的扭矩從一個(gè) 2/1 比率為一個(gè)水平的簡單傳送帶安排, 對一個(gè) 10/1 范圍為一個(gè)傾斜、復(fù)雜傳送帶配置文件。各個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)將要求一個(gè)控制系統(tǒng)調(diào)控開始的機(jī)制。 最共同的類型控制被使用在更小對中等大小驅(qū)動以簡單的外形被命名“開環(huán)加速度控制” 。 在開環(huán), 控制系統(tǒng)早先被配置程序化開始的機(jī)制以被規(guī)定的方式, 通常準(zhǔn)時(shí)根據(jù)。 在開環(huán)控制, 駕駛使用參數(shù)譬如潮流,扭矩,或速度不影響序列操作。這個(gè)方法假定, 控制設(shè)計(jì)師充分地塑造了驅(qū)動系統(tǒng)表現(xiàn)在傳動機(jī)。為更大或更加復(fù)雜的傳送帶,“閉合回路”或“反饋”控制可以他運(yùn)用了。在閉合回路控制, 在開始期間, 控制系統(tǒng)顯示器通過傳感器駕駛使用參數(shù)譬如馬達(dá)的當(dāng)前層, 傳送帶的速度, 或力量在傳送帶, 并且修改起動程序控制,極限,或優(yōu)選或佩帶了參量。閉合回路控制系統(tǒng)修改開始的被應(yīng)用的力量在一臺空和充分地被裝載的傳動機(jī)之間。 常數(shù)在數(shù)學(xué)模型與被測量的可變物有關(guān)對系統(tǒng)驅(qū)動反應(yīng)被命名定調(diào)的常數(shù)。 這些常數(shù)必須適當(dāng)?shù)乇徽{(diào)整為成功的應(yīng)用對各臺傳動機(jī)。 最共同的計(jì)劃為傳動機(jī)開始閉合回路控制是車頭表反饋為速度控制和壓電池力量或驅(qū)動力反饋為扭矩控制。在一些復(fù)雜系統(tǒng), 它是中意安排閉合回路控制系統(tǒng)調(diào)整自己為各種各樣的遇到的傳動機(jī)情況。這被命名“能適應(yīng)的控制” 。這些極端可能介入浩大的變異在裝貨,圍繞的溫度,裝貨的地點(diǎn)在外形, 或多個(gè)驅(qū)動選擇在傳動機(jī)。有三個(gè)共同的能適應(yīng)的方法。介入決定做在開始之前,如果控制系統(tǒng)能知道傳送帶是空的,它會減少最初的力量和會加長加速度力量的應(yīng)用對最高速度。如果傳送帶被裝載, 控制系統(tǒng)會應(yīng)用資格力量在攤位之下使較少時(shí)刻和供應(yīng)充足的扭矩及時(shí)地充分地加速傳送帶。因?yàn)閭魉蛶е怀蔀榱搜b載在早先賽跑期間由裝載驅(qū)動, 平均驅(qū)動潮流可能被抽樣當(dāng)連續(xù)和被保留在反射傳送帶搬運(yùn)器時(shí)間的緩沖記憶。然后在停工平均也許是預(yù)先處理一些開環(huán)和閉合回路為下個(gè)開始。第二個(gè)方法介入根據(jù)驅(qū)動觀察發(fā)生在最初開始或“行動期間證明”的決定。這及時(shí)驅(qū)動潮流的或力量通常介入比較對傳送帶速度。如果驅(qū)動潮流或力量必需及早在序列是降低并且行動被創(chuàng)始, 傳送帶必須被卸載。如果驅(qū)動潮流或力量必需是高的。在開始, 傳動機(jī)必須被裝載。這個(gè)決定可能被劃分在區(qū)域和使用修改起動程序控制的中部和結(jié)束。 第三個(gè)方法介入傳送帶速度的比較對時(shí)刻為這個(gè)開始反對傳送帶加速度歷史極限, 或“加速度信封監(jiān)視” 。在開始, 傳送帶速度被測量對時(shí)間。這與被保留在控制系統(tǒng)記憶的二限制的傳送帶速度曲線比較。第一曲線描出空的傳送帶加速, 并且第二個(gè)充分地被裝載5的傳送帶。因而,如果當(dāng)前的速度對時(shí)間比被裝載的外形低,它也許表明,傳送帶被超載,妨礙,或驅(qū)動故障。如果當(dāng)前的速度對時(shí)間比空間的外形高級,它也許表明一條殘破的傳送帶結(jié)合或驅(qū)動故障。 無論如何，當(dāng)前的起飛中止并且警報(bào)運(yùn)行。最好的傳送帶啟動系統(tǒng)要求在不同的傳送帶負(fù)載條件下，能夠以合理的代價(jià)帶來可靠性高的可以接受的運(yùn)行性能。但是至今沒有一個(gè)啟動系統(tǒng)能夠達(dá)到這樣的要求。傳送帶設(shè)計(jì)者必須為每個(gè)傳送帶設(shè)計(jì)啟動系統(tǒng)屬性。總得來說，全電壓交流發(fā)動機(jī)啟動適合于簡單結(jié)構(gòu)的小型傳送帶。減電壓 SCR 交流發(fā)動機(jī)啟動是地下中、小型傳送帶的基本啟動方法。最新的進(jìn)展顯示，固定液體填充耦合系統(tǒng)的交流發(fā)動機(jī)是簡單結(jié)構(gòu)中、大型傳送帶基本啟動方法。對于那些大、中型而且需要重復(fù)啟動的復(fù)雜結(jié)構(gòu)傳送帶，繞線轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)驅(qū)動是常用的選擇。在結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，運(yùn)行需要不同速度的傳送帶啟動中，傳送帶直流發(fā)動機(jī)驅(qū)動、不同填充液體驅(qū)動、和相異機(jī)械傳遞驅(qū)動系統(tǒng)一直實(shí)力相當(dāng)?shù)暮蜻x者。具體選擇哪個(gè)啟動方式由使用環(huán)境，相對價(jià)格，運(yùn)行能耗，反應(yīng)速度和使用者習(xí)慣來決定。變頻交流驅(qū)動和非電刷直流驅(qū)動主要限制于中型傳送帶，這些中型傳送帶需要精確的速度控制，高代價(jià)和復(fù)雜性。但是，隨著持續(xù)的競爭和技術(shù)進(jìn)步，波形綜合技術(shù)的電子驅(qū)動器的使用將越來越廣。6附件2：外文原文A Comparison of Soft Start Mechanisms for Mining Belt ConveyorsThe force required to move a belt conveyor must be transmitted by the drive pulley via friction between the drive pulley and the belt fabric. In order to transmit power there must be a difference in the belt tension as it approaches and leaves the drive pulley. These conditions are true for steady state running, starting, and stopping. Traditionally, belt designs are based on static calculations of running forces. Since starting and stopping are not examined in detail, safety factors are applied to static loadings (Harrison, 1987). This paper will primarily address the starting or acceleration duty of the conveyor. The belt designer must control starting acceleration to prevent excessive tension in the belt fabric and forces in the belt drive system (Suttees, 1986). High acceleration forces can adversely affect the belt fabric, belt splices, drive pulleys, idler pulleys, shafts, bearings, speed reducers, and couplings. Uncontrolled 7acceleration forces can cause belt conveyor system performance problems with vertical curves, excessive belt take-up movement, loss of drive pulley friction, spillage of materials, and festooning of the belt fabric. The belt designer is confronted with two problems, The belt drive system must produce a minimum torque powerful enough to start the conveyor, and controlled such that the acceleration forces are within safe limits. Smooth starting of the conveyor can be accomplished by the use of drive torque control equipment, either mechanical or electrical, or a combination of the two (CEM, 1979).What is the best belt conveyor drive system? The answer depends on many variables. The best system is one that provides acceptable control for starting, running, and stopping at a reasonable cost and with high reliability (Lewdly and Sugarcane, 1978). Belt Drive System For the purposes of this paper we will assume that belt conveyors are almost always driven by electrical prime movers (Goodyear Tire and Rubber, 1982). The belt "drive system" shall consist of multiple components including the electrical prime mover, the electrical motor starter with control system, the motor coupling, the speed reducer, the low speed coupling, the belt drive pulley, and the pulley brake or hold back (Cur, 1986). It is important that the belt designer examine the applicability of each system component to the particular application. For the purpose of this paper, we will assume that all drive system components are located in the fresh air, non-permissible, areas of the mine, or in non-hazardous, National Electrical Code, Article 500 explosion-proof, areas of the surface of the mine.Belt Drive Component Attributes Size.Certain drive components are available and practical in different size ranges. For this discussion, we will assume that belt drive systems range from fractional horsepower to multiples of thousands of horsepower. Small drive systems are often below 50 horsepower. Medium systems range from 50 to 1000 horsepower. Large systems can be considered above 1000 horsepower. Division of sizes into these groups is entirely arbitrary. Care must be taken to resist the temptation to over motor or under motor a belt flight to enhance standardization. An over motored drive results in poor efficiency and the potential for 8high torques, while an under motored drive could result in destructive overspending on regeneration, or overheating with shortened motor life (Lords, et al., 1978).Torque Control. Belt designers try to limit the starting torque to no more than 150% of the running torque (CEMA, 1979; Goodyear, 1982). The limit on the applied starting torque is often the limit of rating of the belt carcass, belt splice, pulley lagging, or shaft deflections. On larger belts and belts with optimized sized components, torque limits of 110% through 125% are common (Elberton, 1986). In addition to a torque limit, the belt starter may be required to limit torque increments that would stretch belting and cause traveling waves. An ideal starting control system would apply a pretension torque to the belt at rest up to the point of breakaway, or movement of the entire belt, then a torque equal to the movement requirements of the belt with load plus a constant torque to accelerate the inertia of the system components from rest to final running speed. This would minimize system transient forces and belt stretch (Shultz, 1992). Different drive systems exhibit varying ability to control the application of torques to the belt at rest and at different speeds. Also, the conveyor itself exhibits two extremes of loading. An empty belt normally presents the smallest required torque for breakaway and acceleration, while a fully loaded belt presents the highest required torque. A mining drive system must be capable of scaling the applied torque from a 2/1 ratio for a horizontal simple belt arrangement, to a 10/1 ranges for an inclined or complex belt profile.Each drive system will require a control system to regulate the starting mechanism. The most common type of control used on smaller to medium sized drives with simple profiles is termed "Open Loop Acceleration Control". In open loop, the control system is previously configured to sequence the starting mechanism in a prescribed manner, usually based on time. In open loop control, drive-operating parameters such as current, torque, or speed do not influence sequence operation. This method presumes that the control designer has adequately modeled drive system performance on the conveyor. For larger or more complex 9belts, "Closed Loop" or "Feedback" control may he utilized. In closed loop control, during starting, the control system monitors via sensors drive operating parameters such as current level of the motor, speed of the belt, or force on the belt, and modifies the starting sequence to control, limit, or optimize one or wore parameters. Closed loop control systems modify the starting applied force between an empty and fully loaded conveyor. The constants in the mathematical model related to the measured variable versus the system drive response are termed the tuning constants. These constants must be properly adjusted for successful application to each conveyor. The most common schemes for closed loop control of conveyor starts are tachometer feedback for speed control and load cell force or drive force feedback for torque control. On some complex systems, It is desirable to have the closed loop control system adjust itself for various encountered conveyor conditions. This is termed "Adaptive Control". These extremes can involve vast variations in loadings, temperature of the belting, location of the loading on the profile, or multiple drive options on the conveyor. There are three common adaptive methods. The first involves decisions made before the start, or 'Restart Conditioning'. If the control system could know that the belt is empty, it would reduce initial force and lengthen the application of acceleration force to full speed. If the belt is loaded, the control system would apply pretension forces under stall for less time and supply sufficient torque to adequately accelerate the belt in a timely manner. Since the belt only became loaded during previous running by loading the drive, the average drive current can be sampled when running and retained in a first-in-first-out buffer memory that reflects the belt conveyance time. Then at shutdown the FIFO average may be use4 to precondition some open loop and closed loop set points for the next start. The second method involves decisions that are based on drive observations that occur during initial starting or “Motion Proving". This usually involves a comparison In time of the drive current or force versus the belt speed. if the drive current or force required early in the sequence is low and motion is initiated, the belt must be unloaded. If the drive current or force required is high and motion is slow in starting, the conveyor 10must be loaded. This decision can be divided in zones and used to modify the middle and finish of the start sequence control. The third method involves a comparison of the belt speed versus time for this start against historical limits of belt acceleration, or 'Acceleration Envelope Monitoring'. At start, the belt speed is measured versus time. This is compared with two limiting belt speed curves that are retained in control system memory. The first curve profiles the empty belt when accelerated, and the second one the fully loaded belt. Thus, if the current speed versus time is lower than the loaded profile, it may indicate that the belt is overloaded, impeded, or drive malfunction. If the current speed versus time is higher than the empty profile, it may indicate a broken belt, coupling, or drive malfunction. In either case, the current start is aborted and an alarm issued.The best belt starting system is one that provides acceptable performance under all belt load Conditions at a reasonable cost with high reliability. No one starting system meets all needs. The belt designer must define the starting system attributes that are required for each belt. In general, the AC induction motor with full voltage starting is confined to small belts with simple profiles. The AC induction motor with reduced voltage SCR starting is the base case mining starter for underground belts from small to medium sizes. With recent improvements, the AC motor with fixed fill fluid couplings is the base case for medium to large conveyors with simple profiles. The Wound Rotor Induction Motor drive is the traditional choice for medium to large belts with repeated starting duty or complex profiles that require precise torque control. The DC motor drive, Variable Fill Hydrokinetic drive, and the Variable Mechanical Transmission drive compete for application on belts with extreme profiles or variable speed at running requirements. The choice is dependent on location environment, competitive price, operating energy losses, speed response, and user familiarity. AC Variable Frequency drive and Brush less DC applications are limited to small to medium sized belts that require precise speed control due to higher present costs and complexity. However, with continuing competitive and technical improvements, the use of synthesized waveform electronic drives will expand.南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表學(xué)生姓名 王鋒 學(xué) 號 0501510137 指導(dǎo)教師 張衛(wèi) 張少文課題名稱 防恐電子擋車器設(shè)計(jì)——擋車器總體及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難易程度 偏難 適中 √ 偏易選題情況工作量 較大 合理 √ 較小任務(wù)書 有 √ 無開題報(bào)告 有 √ 無符合規(guī)范化 的要求外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 √ 中 差學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 一般 √ 差工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 √ 慢中期工作匯報(bào)及解答問題情況優(yōu) 良 中 √ 差中期成績評定：中所在專業(yè)意見：學(xué)習(xí)態(tài)度認(rèn)真，基本按進(jìn)度和規(guī)定要求完成設(shè)計(jì)任務(wù)。負(fù)責(zé)人： 2009 年 4 月 1 日 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 I 頁 共 I 頁目 錄1 引言 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 當(dāng)前電子擋車器的現(xiàn)狀與需求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 本課題研究的意義 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21.3 本課題的主要任務(wù) ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32 防恐電子擋車器的機(jī)械結(jié)構(gòu) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42.1 四桿機(jī)構(gòu)的選用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????42.2 機(jī)械部分要求 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.3 確定液壓系統(tǒng)方案 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????52.4 機(jī)械部分的設(shè)定方案 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73 防恐電子擋車器的內(nèi)部控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ???????????????????????????????????????????????????????????????????????93.1 單片機(jī)的比較與型號選擇 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????93.2 需求分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????103.3 89C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與各工作原理 ???????????????????????????????????????????????????????????????143.4 89C51 的引腳介紹 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????193.5 其他軟件介紹與外電路的說明 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????264.1 主程序的描述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????264.2 子程序的描述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????284.3 參數(shù)的設(shè)置 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????31結(jié)束語 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????32致 謝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????33參 考 文 獻(xiàn) ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????34 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 34 頁1 引言隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的交通運(yùn)輸業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化，各大高速公路如雨后春筍般地興建，因此給電子擋車器的要求也越來越高。如今在公路、橋梁、隧道、停車場收費(fèi)站甚至在高級住宅小區(qū)、機(jī)場、體育場和集會場都安裝了欄桿機(jī)。因此擋車器也成為了現(xiàn)實(shí)生活中越來越不可缺少的一部分。1.1 當(dāng)前電子擋車器的現(xiàn)狀與需求目前市場上有各式各樣的擋車器。就切換的速度上看有：高速擋車器，動作時(shí)間一般為 1.2S～2S；中速擋車器，動作的時(shí)間一般為 2.5S～3S；低速擋車器，動作時(shí)間一般為 4.5S 以上。就外形來看，有：直臂型，主要用于公路收費(fèi)站、停車場、住宅、機(jī)關(guān)及學(xué)校等；曲臂型，主要用于受高度限制的區(qū)域；欄柵型，外形很優(yōu)美，主要用于海關(guān)等防止從桿下通過的場所。就控制方式來看，有：手動控制，遙控控制和通訊控制。就機(jī)械傳動上分有：液壓傳動，這種傳動結(jié)構(gòu)簡單、傳動快、聲音輕，但維護(hù)成本高，欄桿不宜太長，撞擊后損壞率高,停電后的釋放簡單；皮帶傳動，這種傳動成本低,但易拉伸磨損,聲音響,傳輸平衡穩(wěn)定性較差,要日常維護(hù)；減速箱傳動，此種傳動成本略低,機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜,機(jī)件多,調(diào)節(jié)維護(hù)復(fù)雜；復(fù)合一體化傳動，此種傳動電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)一體，根據(jù)不同的桿長選擇不同的電機(jī)，無須調(diào)節(jié)減速機(jī)構(gòu)，停電處理只需鑰匙柄，衛(wèi)生方便。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 34 頁圖1 住宅區(qū)欄桿式自動擋車器如圖1所示得益于切換的快速性以及外形的美觀，擋桿類的擋車器應(yīng)用得非常廣泛，但是，各收費(fèi)站使用的直桿類道閘，對違章司機(jī)形同虛設(shè)，車輛沖卡現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重。更有甚者，撞傷、撞死執(zhí)情人員，也時(shí)有發(fā)生。嚴(yán)重威脅收費(fèi)站工作人員的人身安全，造成征費(fèi)工作困難，直接影響我國公路事業(yè)的發(fā)展。眾所周知好的事物有它好的一面，也有不足的一面。圖2 直桿擋車器圖2所示目前就普通的擋車器存在的問題是：結(jié)構(gòu)不牢固，容易被強(qiáng)行沖撞，容易壞。而達(dá)不到攔車的目的。特別是近幾年來，恐怖活動日益猖獗，特別是一些公共場所如：機(jī)場、車站、港口、橋梁和政府部門機(jī)構(gòu)等都是恐怖分子感興趣的場所，為此各國采取了形式多樣的反恐措施。作為阻擋恐怖活動的第一道關(guān)卡，擋車器起到關(guān)鍵的作用。而普通擋車器是沒多大作用的。所以必須要研究出結(jié)構(gòu)牢固，強(qiáng)行沖撞不壞的擋車器來取而代之，其新的名字為防恐電子擋車器。它是專門為之設(shè)計(jì)的，它可以有效的防止恐怖分子沖撞普通擋車器類似事件的發(fā)生。1.2 本課題研究的意義目前市場上流行的擋桿類擋車器注重狀態(tài)切換的快速性但忽視系統(tǒng)抗沖撞能力，形式上表現(xiàn)為一根由計(jì)算機(jī)控制抬起或落下的欄桿，成為一種意念上的關(guān)卡。防恐電子擋車器采用擋板的形式，具有堅(jiān)固耐用、可靠性高的特點(diǎn)，重點(diǎn)加強(qiáng)了抗沖撞能力，啟動后，車輛無法通過，能有效地杜絕沖卡現(xiàn)象。在國際恐怖主義猖獗、汽車炸彈等各種自殺式恐怖攻擊大街其道的國際環(huán)境下，為了加強(qiáng)對海關(guān)、機(jī)場、重要政府機(jī)關(guān)搶救無效的保護(hù)，擋車器的障礙作用則明顯 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 34 頁應(yīng)儔于對靈活性的考慮。美國駐外大使管門前壘起的水袋可視為剛性擋車設(shè)施的代表，只是更多的讓人聯(lián)想起近現(xiàn)代的戰(zhàn)爭。電子防恐擋車器正可以解決當(dāng)前的恐怖沖卡現(xiàn)象，適用于公路、橋梁、隧道、停車場、企事業(yè)單位、旅游區(qū)道口、車輛通行管理領(lǐng)域和收費(fèi)出入口。電子擋車器的控制系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制，系統(tǒng)集成度高，邏輯功能強(qiáng)，具備高度智能化。系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)有多種運(yùn)行模式供用戶選用；有與自動控制系統(tǒng)、環(huán)路感應(yīng)器、報(bào)警器、車輛計(jì)數(shù)器的連接的專用接口；用戶可通過選擇不同的運(yùn)行模式，通過不同的搭配組合，靈活組成人工控制、半自動控制、智能控制等各種不同類型的控制管理系統(tǒng)。本課題擬設(shè)計(jì)的防恐電子擋車器的特點(diǎn)是采用國內(nèi)外先進(jìn)的單片機(jī)控制設(shè)備，擬采用特殊的材料，具有壽命長、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、高性價(jià)比、高抗沖撞擊能力、實(shí)現(xiàn)靈活、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。而使用的微型單片機(jī)控制器具有體積小、使用簡單、通用性強(qiáng)、快速高效等特點(diǎn)，便于方便控制與使用 [1～4] 。1.3 本課題的主要任務(wù)本課題擬設(shè)定一種剛性擋車器，在重點(diǎn)進(jìn)行抗沖撞設(shè)計(jì)的同時(shí)，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制。其設(shè)計(jì)成果可望形成一種有實(shí)用價(jià)值的現(xiàn)代化防恐設(shè)備。1.3.1 控制方面設(shè)計(jì)條件與要求：（1）動作時(shí)間：10S（2）控制核心：單片機(jī)（3）控制方式：（a）現(xiàn)場按鈕控制。（b）中央計(jì)算機(jī)集中控制。（c）地感應(yīng)智能控制。1.3.2 知識要求（1）單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)知識。（2）單片機(jī)控制軟件開發(fā)能力。（3）電子線路板并 protel 99se 設(shè)計(jì)。1.3.3 成果要求（1）總體方案設(shè)計(jì)與分析。（2）設(shè)計(jì)使用說明書。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 34 頁（3）單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖、電子線路板圖、單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件。2 防恐電子擋車器的機(jī)械結(jié)構(gòu)2.1 四桿機(jī)構(gòu)的選用（1） 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿中，若一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則稱其為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若以曲柄為原動件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動；若以搖桿為原動件時(shí)，可將搖桿的擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼苓\(yùn)動。如圖2.1所示的雷達(dá)天線俯仰搜索機(jī)構(gòu)。圖2.1 雷達(dá)天線俯仰搜索機(jī)構(gòu)（2） 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是由四桿機(jī)構(gòu)的基本形式演化而來的。機(jī)構(gòu)的演化，不僅是為了滿足運(yùn)動方面的要求，還往往是為了改善受力狀況以及滿足結(jié)構(gòu)上的需要。如圖2.2所示的自卸卡車車廂的舉升機(jī)構(gòu)ABC為例，其中搖桿 3為油缸，用壓力油推動活塞使車廂翻轉(zhuǎn)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 34 頁圖2.2 自卸卡車車廂的舉升機(jī)構(gòu)本設(shè)計(jì)的擋車器機(jī)械部分與上述兩例的原理相似，采用四桿機(jī)構(gòu)作為機(jī)械部分。2.2 機(jī)械部分要求機(jī)械部分是直接阻擋車沖擊的部分，也是外部結(jié)構(gòu)主要支柱。因此，必須具有以下基本要求：（1）空間上足夠的大。擋車板在路的橫向和高度方向能夠阻擋住車（2）強(qiáng)度足夠。當(dāng)車以高速沖撞擋車板時(shí)，產(chǎn)生巨大的沖擊力。整個(gè)系統(tǒng)必須具有足夠的強(qiáng)度來承受巨大的剪切應(yīng)力，擠壓應(yīng)力以及彎曲應(yīng)力。（3）運(yùn)動過程中不能干涉。為了便于整個(gè)系統(tǒng)的裝拆，我們盡量的要減小坑的體積，尤其是坑的深度，但是不能導(dǎo)致系統(tǒng)在工作中出現(xiàn)干涉，如桿碰到坑的壁面，液壓缸和桿相互阻擋等導(dǎo)致系統(tǒng)強(qiáng)烈震動甚至不能運(yùn)動。（4） 結(jié)構(gòu)盡量簡單。此系統(tǒng)主要是滿足剛度要求，對靈敏性要求和精密性要求不高。減小結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，可以提高系統(tǒng)的剛性，降低成本。（5） 重量盡量小盡量的減小系統(tǒng)的重量，可以減小啟動液壓系統(tǒng)的負(fù)荷，減小成本，便于裝拆 [3]。2.3 確定液壓系統(tǒng)方案下面借鑒搭檔液壓缸的設(shè)計(jì)。初選液壓缸工作壓力，參考《液壓傳動》表 10.3-1，結(jié)合本液壓系統(tǒng)實(shí)際情況，初選系統(tǒng)壓力 為 18MPa。1p（1） 計(jì)算液壓缸的主要尺寸正向行程（無桿腔進(jìn)油）時(shí)?121)FAPm???其中 為有桿腔壓力，此處取 ≈0， 為機(jī)械效率（ =0.88～0.95） ，通常2Pm?m?取 =0.95。m所以 即 1!1FAPm??124FDm??其中 D 為液壓缸內(nèi)徑 6140.23.81.95m??? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 34 頁根據(jù)表 23.1-9 ，D 取標(biāo)準(zhǔn)值 125mm]2[故活塞桿直徑 d 可由 求得?1??其中 為速度比 ， 推薦值為 1.33～2，查表 4.8-1?)(2212d?取 1.33]1[.32562m1d????根據(jù)表 23.1-10 ，d 取標(biāo)準(zhǔn)值 63mm][液壓缸具體如圖 2.3 所示圖 2.3 液壓缸零件圖 232321 10)105(4mDA???????則液壓缸的有效面積 232221 )(d???（2） 液壓缸其他尺寸的確定活塞的寬度 B 按缸的工作壓力和活塞的密封方式確定，一般為（0.6～1）D 故]4[取 mm7526.0.???導(dǎo)向套滑動面的長度 ，當(dāng) D>80mm 時(shí)，?。?.6～1）dl ]4[故取 ,圓整為 B=38mmmdl.83.液壓缸的長度 S 按其最大行程確定，一般不大于（20～30）D ]4[ 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 34 頁CHBLS??L:液壓缸行程，本設(shè)計(jì)取 760mmH:最小導(dǎo)向長度，它的大小影響到液壓缸的穩(wěn)定性和初始擾度。要求mm10)2(???DC:其他長度，比如密封件長度故取 mm95?S液壓缸缸體的壁厚 ?缸體厚度 的取值由強(qiáng)度條件決定，取 =24mm?所以根據(jù)要求及實(shí)際計(jì)算所采用的系統(tǒng)方案如圖 2.4 所示圖 2.4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.4 機(jī)械部分的設(shè)定方案根據(jù)任務(wù)書要求并結(jié)合我搭檔的設(shè)計(jì)理念，初步設(shè)定如下方案：方案：如圖2.5所示 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 34 頁圖 2.5 初步設(shè)定方案此方案的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，滿足空間要求。液壓缸不直接承受負(fù)載，負(fù)載阻力小。各桿位置得當(dāng)，滿足剛度要求。機(jī)構(gòu)傳動角為45 ，利于機(jī)構(gòu)運(yùn)動。故采用此方0案。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 34 頁3 防恐電子擋車器的內(nèi)部控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)的比較與型號選擇20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，世界上一些著名廠商投放市場的產(chǎn)品就有幾十個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。其中有 Intel 公司的 MCS-48,MCS-51,Motorola公司的 6801，6802，Zilog 公司的 Z8 系列，Rockwell 公司的 6501，6502 等.此外，荷蘭的 PHILIPS 公司，日本的 NEC 公司和日立公司等也不甘落后，也相繼推出了各自的單片機(jī)產(chǎn)品。盡管各個(gè)公司生產(chǎn)的單片機(jī)品種很多，但是自單片機(jī)問世以來，在我國使用最多的還是 Intel 公司的 MCS-51 系列的單片機(jī)及兼容單片機(jī)。 MCS 是Intel 公司生產(chǎn)的單片機(jī)的系列號。MCS-51 系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型8031，8051，8751 以及后來 ATMEL 公司擴(kuò)展的 8951 等。下面對 8051 與 8751，8951 間的比較：8051 是在 8031 的基礎(chǔ)上，片內(nèi)又集成有4KB ROM ，作為程序存儲器。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為 128，I/O 口線為 32，計(jì)數(shù)器為 2個(gè)，中斷源為 5 個(gè)。所以 8051 是一個(gè)程序不超過 4KB 的小系統(tǒng)。8051 應(yīng)用在程序已定且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中。8751 片內(nèi)集成了 4KB 的 EPROM，構(gòu)成了一個(gè)程序不大于 4KB 的小系統(tǒng)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為 128，I/O 口線為 32，計(jì)數(shù)器為 2 個(gè)，中斷源為 5 個(gè)。用戶可以將程序固化在 EPROM 中，EPROM 中的內(nèi)容可反復(fù)擦寫和修改，但價(jià)格比較貴點(diǎn)。MCS-51 系列的單片機(jī)中的 8051 是最早，最典型的產(chǎn)品。美國ATMEL 公司推出的 AT89C5X 系列。尤其是該系統(tǒng)中的 AT89C51 單片機(jī)在我國面前的 8 位單片機(jī)應(yīng)用中占有相當(dāng)大的市場份額。他在功能，引腳及指令系統(tǒng)方面完全兼容。其中 AT89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘頻率高達(dá) 24MHz，F(xiàn)lash 存儲器允許在線（+5V ）電擦除，電寫入或使用編程器對其重復(fù)編程。另外，AT89C51 還支持由軟件選擇的兩種掉電工作方式，非常適于電池供電或其他要求低功耗的場合。由于片內(nèi)帶 EPROM 的 87C51 價(jià)格偏高，而 AT89C51 就相當(dāng)于 87C51，只不過用芯片內(nèi)的4KB Flash 存儲器取代了 87C51 片內(nèi)的 4KB 的 EPROM。AT89C51 片內(nèi)的 4KB Flash存儲器可在線編程或使用編程器重復(fù)編程，且價(jià)格較低，因此 ATMEL 公司的AT89C5X 系列單片機(jī)受到了應(yīng)用設(shè)計(jì)者的歡迎， AT89C51 是目前取代 MCS-51 系列單片機(jī)的主流芯片之一。綜上所述，總之 8051 與 8751，8951 之間的區(qū)別8051、8751、89C51 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令集都是一樣的，區(qū)別在于：8051：內(nèi)部帶有掩膜（由工廠直接編程燒死）的程序存儲器，自己無法修改； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 34頁8751：內(nèi)部帶有 EPROM 程序存儲器，可編程，擦除則需要通過芯片上的玻璃窗口用紫外線擦除器擦除；89C51：內(nèi)部帶有 Flash 存儲器可以電擦除和改寫，字母 C 代表 CMOS 工藝。他們的比較如表 3.1 所示：表 3.1 各單片機(jī)的內(nèi)部硬件資源型號 片內(nèi)程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 （B）I/O 口線（位）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 （個(gè)）中斷源（個(gè)）引腳（個(gè)）8051 4KB ROM 128 32 2 5 408751 4KBEPROM 128 32 2 5 408951 4KB Flash 128 32 2 5 403.2 需求分析80C51 單片機(jī)的程序在做單片機(jī)時(shí)寫入，一次性固化，用戶不能改寫；在 87C51中為 4KB 的可編程、可改寫的只讀存儲器是 EPROM；在 89C51 中為 4KB 的可騙程、可改寫的只讀存儲器是 EEPROM；而 80C31 不設(shè)片內(nèi)程序存儲器，使用時(shí)必須由片外擴(kuò)展。89C51 單片機(jī)是 80C51 含 EEPROM 的產(chǎn)品，是當(dāng)前最新的一種電擦寫的 8 位單片機(jī)，與 80C51 系列完全兼容，這種單片機(jī)有兩級或三級程序存儲器的保密系統(tǒng)，用于保護(hù) E2PROM 中的程序，以防止非法拷貝，其片內(nèi)的閃速存儲器的編程和擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，另外 89C51 單片機(jī)還可用智能法進(jìn)行編程，可使每個(gè)字節(jié)編程的時(shí)間由50MS 減少到 4MS，速度快、效率高；其片內(nèi)有 4KB 的 PEROM 代碼存儲器陣列，有低電壓編程和高電壓編程（12V）兩種模式，低電壓編程狀態(tài)為用戶在系統(tǒng)中編程89C51 提拱了一個(gè)方便的途徑，而高電壓編程（12V）模式與一般常規(guī) FLASH 或EPROM 編程兼容。由上可知，用電可擦除型的 ROM 給用戶還來了更大的方便，特別是應(yīng)用系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試，而且目前的市場體格已經(jīng)下降得很快，所以被廣泛采用。所以本次選用89C51 單片機(jī)較優(yōu)。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，可以將 CPU、RAM、ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出（I/O）接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件，集成在一塊電路芯片上。這樣所組成的芯片級的微型計(jì)算機(jī)稱為單片微型計(jì)算機(jī)。所以本系統(tǒng)選用的要與 8051 單片機(jī)功能相似的且優(yōu)于它的單片機(jī)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 34頁8051 基本組成圖 3.1 所示。 振蕩器和時(shí)序電路程序存儲器( 4 K B )數(shù)據(jù)存儲器( 2 5 6 K B )8 9 C 5 1C U P兩個(gè) 1 6 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器中斷控制總線擴(kuò)展控制器并行可編程和 I / O可編程串行口外部中斷內(nèi)部中斷控制( 數(shù)據(jù) / 地址 )外時(shí)鐘源外部事件計(jì)數(shù)P 0P 1P 2P 3R I DT I D圖 3 . 1 單片機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本方案的核心部分是單片機(jī)。在認(rèn)真考慮 CPU 各方面的功能下，本人決定所使用的 CPU 的型號是： 8951。首先設(shè)計(jì)分析。分別用三個(gè)按鈕，接高電平 5V 電源，并各自連接 8951 CPU 的一端的三個(gè)引腳，CPU 的另一端的三個(gè)引腳接紅黃綠三盞燈，當(dāng)按接紅燈的按鈕時(shí)，輸入端的開關(guān)閉合，經(jīng) CPU 處理后由低電平輸出，紅燈亮?xí)r。說明該 CPU 性能正常。當(dāng)按接黃燈的按鈕時(shí)，黃燈亮?xí)r，說說明該 CPU 性能還是正常。依次，如上。如果紅黃綠三燈有不亮的，說明系統(tǒng)出問題。其次手動控制部分。輸入端為：擋板，落板，停板三個(gè)按鈕分別接高電平 5V 電源。當(dāng)擋板按鈕閉合時(shí)，經(jīng) CPU 處理后，輸出端輸出，電機(jī)順轉(zhuǎn)，擋板抬起為正常工作。當(dāng)落板按鈕閉合時(shí)，經(jīng) CPU 處理后，輸出端輸出，電機(jī)逆轉(zhuǎn)，落板放下為正常工作。同理在按停板按鈕時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。自動控制部分主要是前傳感器和后傳感器感應(yīng)。限位是限制擋車器的最大和最小的活動空間，用來保證擋車器的正常工作。限制部分具體分為三部分。分別為上限位，下限位和輔助工具報(bào)警器。當(dāng)擋板抬升為 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 34頁時(shí)，上感應(yīng)器自動感受到擋板，同時(shí)使電機(jī)順轉(zhuǎn)停止。同理，當(dāng)擋板下降時(shí)，下45?感應(yīng)器自動感受到擋板的下降，使電機(jī)逆轉(zhuǎn)停止。當(dāng)擋車器的擋板超過最大或最小活動空間時(shí)，CPU 自動感受到，并且發(fā)出自動報(bào)警。最后就是記數(shù)過程了。當(dāng)汽車經(jīng)過擋車器后，有一個(gè)地面的感應(yīng)器。當(dāng)經(jīng)過一輛汽車，感應(yīng)器就會自動感應(yīng)輸入 CPU，經(jīng)中央處理器處理后，并控制專門的車輛計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)所經(jīng)過的汽車車輛。電氣與單片機(jī)控制系統(tǒng)的總體框架如下圖 3.2 所示。主要包括 89C51 單片機(jī)主控制系統(tǒng)，輸入部分包括：抬板、落板與停板按鍵開關(guān)，紅燈、綠燈與霧燈按鍵開關(guān)，前后地感應(yīng)按鍵開關(guān)，上、下限位開關(guān)，前后地感應(yīng)模塊控制拔碼開關(guān)，抬板、落板最大時(shí)限設(shè)置拔碼開關(guān)，定時(shí)自動落板設(shè)置拔碼開關(guān)；輸出部分包括：電機(jī)的開停，抬板、落板及停板，紅燈、綠燈及霧燈，脈沖記數(shù)器。8 9 C 5 1單片機(jī)系統(tǒng)抬板 , 落板 ,停板開關(guān)紅燈 , 綠燈 ,霧燈開關(guān)前 , 后地感應(yīng)開關(guān)上 , 下限位開關(guān)抬板 , 落板 , 停板紅燈 , 綠燈 , 霧燈電機(jī)開?？刂泼}沖計(jì)數(shù)器抬板 , 落板最大限時(shí)設(shè)置定時(shí)自動抬板設(shè)置前 , 后地感應(yīng)模塊抬落設(shè)置反向功率放大報(bào)警器圖 3.2 基本設(shè)計(jì)圖此電氣與單片機(jī)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：（1）采用單片機(jī)控制，簡化了電路，提高了可靠性。（2）內(nèi)含線圈檢測器，僅需在車道上布埋線圈，即可實(shí)現(xiàn)車輛的自動檢測與擋板的自動控制。（3）無觸點(diǎn)光電開關(guān)，可靠耐用。（4）可外加車輛計(jì)數(shù)器。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 34頁（5）防控裝置，保護(hù)車輛與擋板。此電氣與單片機(jī)系統(tǒng)具備全方位安全防護(hù)附加功能：（1）自動落板功能。當(dāng)鋪設(shè)地感應(yīng)線圈功能模塊啟用時(shí)，車輛進(jìn)入被檢測區(qū)時(shí)，擋板會自動下落。（2）LED 紅燈、綠燈雙顯信號。該裝置在正常情況下為通行車輛自動切換顯示紅綠燈信號。（3）聲警示裝置。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障或車輛違規(guī)通過時(shí)發(fā)出聲警信號。表 3.2 最后 輸入、輸出需求分析輸入如下功能控制 I/O 點(diǎn)數(shù)抬板鍵 1落板鍵 1停板鍵 1紅燈開關(guān) 1綠燈開關(guān) 1霧燈開關(guān) 1前地感應(yīng)開關(guān) 1后地感應(yīng)開關(guān) 1上限位開關(guān) 1下限位開關(guān) 1抬板最大限時(shí) 2落板最大限時(shí) 2等待抬板設(shè)時(shí) 2前地感應(yīng)模塊 1后地感應(yīng)模塊 1表 3.3 輸出如下動作 電機(jī)停止停板 抬板/落板紅燈 綠燈 霧燈 報(bào)警器 車輛計(jì)數(shù)I/O 點(diǎn)數(shù)1 1 1 1 1 1 1 1 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 34頁由上可知，輸入口共有 18 個(gè)，用的是 P1 口、P2 口及 P3.2、P3.3；輸出口是 7個(gè)，用的是 P0 口。3.3 89C51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與各工作原理3.3.1 89C51 的單片機(jī)由如下功能部件組成(1) 微處理器（CPU）(2) 數(shù)據(jù)存儲器(RAM)(3) 程序存儲器(4KB Flash ROM)(4) 4 個(gè) 8 位可編程并行 I/O 口(P0 口，P1 口，P2 口，P3 口)(5) 1 個(gè)全雙工串行口(6) 2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(7) 中斷系統(tǒng)(8)特殊功能寄存器（SFR）其片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖 3.3 所示：CPU (運(yùn)算器)（控制器）數(shù)據(jù)存儲器 RAMP1串行口定時(shí)器中斷系統(tǒng)P3P0 P2 程序存儲器4KBFlashROM RROROM ROM特殊功能寄存器（SFR）XTAL1XTAL28 88 8ALE PSEN EA RESET圖 3 .3 89C51 單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)上述各功能部件通過片內(nèi)單一總線連接而成（如上圖） ，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU加上外圍芯。片的傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模式。但 CPU 對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器（SFR）的集中控制方式 [16] [17]。3.3.2 CPU 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 34頁89C51 單片機(jī)中有 1 個(gè) 8 位的 CPU，與通用的 CPU 基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的位處理功能。單片機(jī)的中央處理器和通用微處理器基本相同，只是增設(shè)了“面向控制”的處理功能。例如：位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、狀態(tài)檢測、中斷處理等，增強(qiáng)了實(shí)時(shí)性。3.3.3 數(shù)據(jù)存儲器（RAM）片內(nèi)為 128B（52 子系列為 256B）,片外最多可外擴(kuò) 64KB。片內(nèi) 128B 的 RAM以高速 RAM 的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAM 還可以降低功率。數(shù)據(jù)存儲器由隨機(jī)存取存儲器 RAM 構(gòu)成，用來存儲隨機(jī)數(shù)據(jù)。它可分為片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器兩部分。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器最高地址只有 8 位，因而最大尋址范圍為 256 個(gè)字節(jié)。（1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器它是最靈活的地址空間，可分成片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)和特殊功能寄存器 SFR 區(qū)兩個(gè)獨(dú)立的功能不同的區(qū)。片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)：根據(jù)不同的尋址方式可分為以下幾個(gè)區(qū)域。工作寄存器區(qū)：這是一個(gè)寄存器直接尋址的區(qū)域，是片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)的00H～1FH，共 32 個(gè)單元，是 4 個(gè)通用工作寄存器組，每個(gè)組包含 8 個(gè) 8 位寄存器。其選擇是通過軟件對程序狀態(tài)字（PSW）中的 RS0、RS1 位的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的。位尋址區(qū)：是片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)的 20H～2FH 的 16 個(gè)字節(jié)單元，共包含 128 位，是可位尋址的 RAM 區(qū)。字節(jié)尋址區(qū)：是片內(nèi) RAM 區(qū)的 30H～7FH，共 80 個(gè)字節(jié)單元 ，可以采用直接字節(jié)尋址的方法訪問。堆棧區(qū)及堆棧指示器：堆棧是在片內(nèi)數(shù)據(jù) RAM 區(qū)中，數(shù)據(jù)先進(jìn)后出或后進(jìn)先出的區(qū)域。堆棧指示器在存放當(dāng)前堆棧棧頂所指存儲單元地址的一個(gè) 8 位寄存器。進(jìn)棧時(shí) SP 的內(nèi)容是增加的，出棧時(shí) SP 的內(nèi)容是減少的。系統(tǒng)復(fù)位后 SP 內(nèi)容為 07H。它有保護(hù)斷點(diǎn)和保護(hù)現(xiàn)場兩個(gè)功能。特殊功能寄存器 SFR 區(qū)：它是單片機(jī)中各功能部件所對應(yīng)的寄存器，用以存放相應(yīng)的功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)的區(qū)域。除程序計(jì)數(shù)器和 4 個(gè)通用工作寄存器組外，其余所有的寄存器都在這個(gè)地址空間之內(nèi)。（2）片外數(shù)據(jù)存儲器：它是在外部存放數(shù)據(jù)的區(qū)域，這一區(qū)域用寄存器間接尋址的方法訪問，所用的寄存器為 DPTR、R1 或 R0。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 34頁3.3.4 程序存儲器（Flash RoM）它是用來存儲程序。89C51 片內(nèi)集成有 4KB 的 Flash 存儲器如果片內(nèi)程序存儲器容量不夠，片外最多可外擴(kuò)程序存儲器至 64KB。程序存儲器用于存放經(jīng)調(diào)試正確的應(yīng)用程序和表格之類的固定常數(shù)。由于采用 16 位的程序計(jì)數(shù)器 PC 和 16 位的地址總線，因而其可擴(kuò)展的地址空間為 64KB，且這 64KB 地址空間是連續(xù)、統(tǒng)一的。（1）整個(gè)程序存儲器可以分為片內(nèi)和片外兩部分，CPU 訪問片內(nèi)存儲器和片外存儲器，可由引腳所接的電平來確定。 引腳接高電平時(shí)，程序從片內(nèi)程序存儲器EA開始執(zhí)行，即訪問片內(nèi)存儲器；當(dāng) PC 值超出片內(nèi) ROM 容量時(shí)，會自動轉(zhuǎn)向片外程序存儲器空間開始執(zhí)行。引腳接低電平時(shí)，迫使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲器程序。EA（2）程序存儲器的某些單元被保留用于特定的程序入口地址由于系統(tǒng)復(fù)位后的 PC 地址為 0000H，故系統(tǒng)從 0000H 單元開始取指，執(zhí)行程序。從 0003H～002BH 單元被保留用于 6 個(gè)中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址，故有以下7 個(gè)特定地址被保留：復(fù)位或非屏蔽中斷 0000H外部中斷 0 0003H計(jì)時(shí)器 T0 溢出 000BH外部中斷 1 0013H計(jì)時(shí)器 T1 溢出 001BH串行口中斷 0023H計(jì)時(shí)器 T2/T2EX 下降沿 002BH在程序設(shè)計(jì)時(shí)，通常在這些中斷入口處設(shè)置無條件轉(zhuǎn)移指令，使之轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的中斷服務(wù)程序段處執(zhí)行。（3）片內(nèi)程序存儲器為固定只讀存儲器 ROM，存儲器的類型有：掩膜ROM、 OTP（一次性編程）ROM 和 MTP（多次編程程） ROM（包括 EPROM 及 EEPROM 等） 。在 87C51 中為 4KB 的可編程、可改寫的只讀存儲器是 EPROM；在 89C51 中為 4KB 的可騙程、可改寫的只讀存儲器是 EEPROM；而 80C31 不設(shè)片內(nèi)程序存儲器，使用時(shí)必須由片外擴(kuò)展。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁 共 34頁3.3.5 中斷系統(tǒng)具有 5 個(gè)中斷源，2 級中斷優(yōu)先權(quán)。中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向?yàn)樘幚硗獠炕騼?nèi)部事件的中斷服務(wù)程序中去；完成中斷服務(wù)程序后，CPU 繼續(xù)原來被打斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。外部中斷觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式，低電平有效；跳變觸發(fā)方式，電平發(fā)生由高到低時(shí)觸發(fā)。這兩種觸發(fā)方式可以設(shè)置 TCON 寄存器中的 和 中斷觸發(fā)申請觸1INT0發(fā)方式控制位來選擇：設(shè)置 IT1、IT0=0，選擇電平觸發(fā)方式；設(shè)置 、 ，1IT0N選擇跳變觸發(fā)方式。中斷優(yōu)先級：幾個(gè)中斷源同時(shí)申請中斷時(shí)，或者 CPU 正在處理某外部事件時(shí)，又有另一外部事件申請中斷，CPU 必須區(qū)分哪個(gè)中斷源更重要，從而確定優(yōu)先處理誰的能力。3.3.6 定時(shí)器/計(jì)算器片內(nèi)有 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器/計(jì)算器，具有 4 種工作方式。定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器在單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，往往需要精確的定時(shí)，或者需對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了減少軟件開銷和提高單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制能力，因而均在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置定時(shí)器/計(jì)數(shù)器電路，通過中斷，實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)的自動處理。計(jì)算機(jī)的整個(gè)工作是在時(shí)鐘信號的驅(qū)動下按照嚴(yán)格的時(shí)棄有規(guī)律地一個(gè)節(jié)拍一個(gè)節(jié)拍地執(zhí)行各種操作。單片機(jī)內(nèi)部也設(shè)有定時(shí)電路，只需外接振蕩元件即可工作。3.3.7 串行口1 個(gè)全雙工的串行口，具有 4 種工作方式。可進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行 I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。其中并行 I/O 口為了滿足“面向控制”實(shí)際應(yīng)用的需要，單片機(jī)提拱了數(shù)量多、功能強(qiáng)、使用靈活的并行 I/O 口。不同單片機(jī)的并行 I/O 電路在結(jié)構(gòu)上稍有差異。有些單片機(jī)的并行 I/O 口不僅可以靈活地選作輸入或輸出，而且具有多種功能。串行 I/O 口高檔 8 位單片機(jī)均增設(shè)了全雙工串行 I/O 口，從而提拱了與某些終端設(shè)備進(jìn)行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相連的能力，甚至用多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更廣。3.3.8 P1 口、P2 口、P3 口、P0 口P0 口：8 位，漏極開路的雙向 I/O 口。當(dāng) 89C51 擴(kuò)展外部存儲器及 I/O 接口芯 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁 共 34頁片時(shí)，P0 口作為地址總線(低 8 位)及數(shù)據(jù)總線的分時(shí)復(fù)用端口。 P0 口也可以作為通用的 I/O 口使用，但需要加上拉電阻，這時(shí)為準(zhǔn)雙向口。當(dāng)作為普通的 I/O 輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 1。P0 口可驅(qū)動 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。P1 口：8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P1 口是專為用戶使用的準(zhǔn)雙向 I/O 口，當(dāng)作為普通的 I/O 輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 1。 P1 口可驅(qū)動 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。P2 口：8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。當(dāng)89C51 擴(kuò)展外部存儲器及 I/O 口時(shí)，P2 口可輸出高 8 位地址。P2 口也可以作為普通的 I/O 口使用。當(dāng)作為普通的 I/O 輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 1。 P1 口可驅(qū)動 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。P3 口：8 位，準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3 口也可以作為通用的 I/O口使用。當(dāng)作為通用的 I/O 輸入時(shí)，應(yīng)先向端口的輸出鎖存器寫入 1。 P1 口可驅(qū)動4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。3.3.9 特殊功能寄存器（SFR）共有 21 個(gè)特殊功能寄存器，用于 CPU 對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視。特殊功能寄存器實(shí)際上就是片內(nèi)各個(gè)功能部件控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內(nèi) RAM 區(qū) 80H~FFH 的地址區(qū)間內(nèi)。89C51 單片機(jī)系列的存儲器采用的是哈佛結(jié)構(gòu)，即將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)對于單片機(jī)“面向控制”的實(shí)際應(yīng)用極為方便、有利。在 89C51 單片機(jī)中，不僅在片內(nèi)駐留了一定的容量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及眾多的特殊功能寄存器，而且還具有極強(qiáng)的外部存儲器擴(kuò)展能力，尋址范圍分別可達(dá) 64KB，尋址和操作簡單方便。89C51 單片機(jī)存儲器映象圖如圖 3.4 所示 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁 共 34頁( R O M )( E A = 0 )( E A = 1 )特殊功能寄存器( S F R )( R A M I / O ) ( 6 4 K B )片內(nèi) R A M1 0 0 0 HF F F F HF F H8 0 H0 0 0 0 HF F F F H0 0 0 0 H0 F F F H0 0 0 0 H0 F F F H0 0 H7 F H片內(nèi)程序存儲器 片外程序存儲器程序存儲器片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 片外數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器圖 3 . 4 8 9 C 5 1 單片機(jī)存儲器映象圖在邏輯上設(shè)有 3 個(gè)存儲器地址空間：片內(nèi)、片外統(tǒng)一的 64KB 程序存儲器地址空間片內(nèi) 256B 數(shù)據(jù)存儲器地址空間片外 64KB 的數(shù)據(jù)存儲器地址空間 [6～8] [11]3.4 89C51 的引腳介紹40 個(gè)引腳按其功能可分為如下 3 類：（1）電源及時(shí)鐘引腳-------Vcc，Vss；XTAL1, XTAL2。（2）控制引腳-------- ，ALE， ，RESET（即 RST） 。PSENA（3）I/O 口引腳-------P0，P1，P2 ，P3，為 4 個(gè) 8 位 I/O 口的外部引腳。下面介紹引腳的功能如圖 3.5 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁 共 34頁8 9 C 5 1P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 3 . 7P 3 . 6P 3 . 5P 3 . 4P 3 . 3P 3 . 2P 3 . 1P 3 . 0R S TA L E / P R O GE A / V P PP 0 . 7P 0 . 6P 0 . 5P 0 . 4P 0 . 3P 0 . 2P 0 . 1P 0 . 0V D DP 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7P S E NV S SX T A L 1X T A L 2P 2 . 0I N T 0T X DR X D( T 2 E X )( T 2 )W RT 1T 0I N T 1R D圖 3.5 40 引腳雙列直插封裝圖各引腳的功能敘述如下：(1) 電源和晶振：VCC—運(yùn)行和程序校驗(yàn)時(shí)加+5V。CSS—接地。XTAL1—輸入到振蕩器的反相放大器。XTSL2—反相放大器輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。當(dāng)用外部振蕩時(shí)，XTAL2 不用，XTAL1 接收振蕩器信號。(2) I/O 口：4 個(gè)，32 根。P0—8 位、漏極開路的雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲器時(shí)，作地址和數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。在程序校驗(yàn)期間，輸出指令字節(jié)。P0 口能驅(qū)動 8 個(gè) LSTTL 負(fù)載。P1—8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。在編程/校驗(yàn)期間，用做輸入低位字節(jié)地址。P1 口可以驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。P2—8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口。當(dāng)使用片外存儲器時(shí)，輸出高 8 位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2 口可以驅(qū)動 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁 共 34頁P(yáng)3—8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電路。它提拱各種替代功能。在提拱這些功能時(shí)，其輸出鎖存器應(yīng)由程序置 1。P3 口可以輸入/輸出 4 個(gè) LSTTL 負(fù)載。串行口：P3.0—RXD（串行輸入口） ，輸入。P3.1—TXD（串行輸出口） ，輸出。中斷：P3.2— 外部中斷 0，輸入。INTP3.3— 外部中斷 1，輸入。1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：P3.4—T0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 外部輸入，輸入。P3.5—T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 外部輸入，輸入。數(shù)據(jù)存儲器選通：P3.6—WR，低電平有效，輸出，片外存儲器寫選通。P3.7—RD，低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。(3) 控制線：共 4 根。輸入：RST—復(fù)位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)，在 RST 上作用兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，將器件復(fù)位。/VPP—片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時(shí)，其上施加EA21V 的編程電壓。輸入、輸出：ALE/ —地址鎖存允許信號，輸出。用做片外存儲器訪問時(shí)，低字節(jié)地址PROG鎖存。輸出：—片外程序存儲器選通信號，低電平有效 [13～15] 。SEN3.5 其他軟件介紹與外電路的說明3.5.1 光電耦合器光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁 共 34頁和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。光電耦合器的種類較多，常見有光電二極管型、光電三極管型、光敏電阻型、光控晶閘管型、光電達(dá)林頓型、集成電路型等。光電耦合器具有體積小、使用壽命長、工作溫度范圍寬、抗干擾性能強(qiáng)．無觸點(diǎn)且輸入與輸出在電氣上完全隔離等特點(diǎn)，因而在各種電子設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用．光電耦合器可用于隔離電路、負(fù)載接口及各種家用電器等電路中．工作原理：在光電耦合器輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換。光電耦合器用于接口電路光電耦合器 4N25 起到使輸入部分和 89C51 系統(tǒng)隔離的作用，這樣可以避免輸入部分電源變化對單片機(jī)電源的影響，減小系統(tǒng)所受的干擾，提高系統(tǒng)可靠性。與彈簧開關(guān)相比有許多優(yōu)點(diǎn)，因此這時(shí)采用通過光電耦合器來輸入信號。3.5.2 車輛檢測器車輛檢測器用于對通過車道的車輛進(jìn)行感應(yīng)式的檢測?？梢允褂脙煞N方法對車輛進(jìn)行檢測，一種是通過光感器，另一種是通過地感應(yīng)線圈。3.5.3 光感器利用光感器是否接收到光來檢測過道車輛從而對輸入信號進(jìn)行自動控制。當(dāng)有車經(jīng)過發(fā)射源的光線將會受阻，否則將會接收到光線從而進(jìn)光電轉(zhuǎn)換的自動控制，這樣就可以對車輛進(jìn)行檢測。3.5.4 地感應(yīng)線圈它是通過探測金屬物在感應(yīng)線圈上造成的電感量變化來探測到金屬的。線圈是由多匝導(dǎo)線繞制成的，埋在路面下，用水泥填充好；線圈引線連接到感應(yīng)器。當(dāng)金屬物通過感應(yīng)線圈時(shí)，導(dǎo)致線圈的電感量發(fā)生變化，被感應(yīng)器檢測到通過內(nèi)部控制器的運(yùn)算判斷出有金屬物，通過繼電輸出信號。由于有微處理器的智能控制作用，感應(yīng)器的靈敏度可調(diào)節(jié)，適用各種要求。通過感應(yīng)線圈，所有金屬結(jié)構(gòu)的車輛，如小轎車、卡車、公共汽車、電車甚至自行車都很容易檢測到。并且有靈敏度高，反應(yīng)速度快且始終檢測的優(yōu)點(diǎn)。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁 共 34頁由于光感器是裸露在外面的，容易受損，而且設(shè)施的安全防護(hù)得不到有利和保證；其次雖然采用紅外線為傳感器件，可以工作在低溫、高溫、雨、雪等惡劣氣候環(huán)境中，靈敏度高，但用光感器受車的外形的影響很大，如小轎車、商用車等外形具有很大的差異，并且很容易受外界條件的影響，因而使其檢測不正確，輸入信號很不穩(wěn)定，甚至發(fā)生錯(cuò)誤的控制信號。而在地感應(yīng)線圈是埋入地底的，不容易被觸摸到，能夠很好地保證設(shè)施的安全；它也不受其它外界條件的影響，工作起來即穩(wěn)定又可靠。綜合上述幾點(diǎn)來看，光感器誤碼判率較高，而在感應(yīng)線圈較穩(wěn)定，因此選用地感應(yīng)線圈作為車輛檢測器較優(yōu)。車道前地感應(yīng)線圈后地感應(yīng)線圈擋板圖 3.6 地感應(yīng)線圈的分布地感應(yīng)線圈的分布如上圖 3.6 所示。檢測線圈鋪設(shè)完畢后，應(yīng)用水泥將線槽填平。輸出 0 表示無車，輸出 1 表示有車；并且有檢測指示燈信號輸出，LED 亮,表示有車;LED 暗 ,表示無車;LED 閃爍,表示正處于初始化狀態(tài)。剛開機(jī)時(shí)，LED 指示燈開始閃爍，表示此時(shí)正在初始化初值。約 2 至 3 秒鐘后，LED 指示燈變暗，此時(shí)即可開始正常工作。3.5.5 12V 外電路說明如圖 3.7 所示 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁 共 34頁N E T O T U 1 N E T O T U 2 N E T O T U 3 N E T O T U 4 N E T O T U 5 N E T O T U 6 N E T O T U 7 + 1 2 V1 J2 J3 J4 J5 J 6 J7 J圖 3.7 12V 外電路說明單片機(jī)的 P0 口的前 7 位輸出經(jīng)過反向器反相，再通過功率放大器進(jìn)行功率放大，來使 1J、2J、3J、4J、5J、6J、7J 各小型繼電器的通電與斷電。1J 是用來使接觸器1C 通斷電的。2J 是用來使電磁換向閥通斷電的。3J 是用來使電磁換向閥左或右得電的。4J 是控制紅燈的繼電器，5J 是控制綠燈的繼電器，6J 是控制霧燈的繼電器，7J是控制報(bào)警器的繼電器。只有當(dāng) P0 口是低電平時(shí)以上的各繼電器才會得電。3.5.6 24V 外電路說明如圖 3.8 所示利用 1J 繼電器來控制接觸器 1C 通斷電。繼電器 2J、3J 共同控制電磁換向閥左1DT 左得失電，繼電器 2J、3J 共同控制電磁換向閥右 2DT 得失電。當(dāng) 2J 斷電時(shí)，電磁換向閥的左、右都將失電，此時(shí)執(zhí)行停板；當(dāng) 2J 通電時(shí)，3J 的通電則執(zhí)行抬板，3J 失電則執(zhí)行落板。 + 2 4 V1 J2 J 3 J3 J1 D T2 D T1 C圖 3.8 24V 外電路說明3.5.7 120V、380 外電路說明如 3.9 所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁 共 34頁三相電源經(jīng)過熔斷器 FU，再通過繼電器 1C、熱繼電器 FR 來控制三相電機(jī)的。熔斷器 FU 作為電路短路保護(hù)，但達(dá)不到過載保護(hù)的目的。這是因?yàn)橐环矫嫒蹟嗥鞯囊?guī)格必須根據(jù)電動機(jī)電流大小作適當(dāng)選擇，另一方面還要考慮熔斷器保住特性的反時(shí)限特性和分散性，熱繼電器 FR 具有過載保護(hù)的作用。由于熱繼電器的熱慣性比較大，即使熱元件流過幾倍額定電流，熱繼電器也不會立即動作。只有在電動機(jī)長時(shí)間過載下 FR 才動作，斷開控制電路。欠電壓保護(hù)與失電保護(hù)是依靠接觸器本身的電磁機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。BC1 C4 J5 J6 J7 JF RF UF UF UF UF U紅燈 綠燈霧燈報(bào)警器M3 ~A圖 3.9 120V、380 外電路說明二相電源經(jīng)過熔斷器 FU 然后分別由 4J、5J、6J 和 7J 來控制紅燈、綠燈、霧燈和報(bào)警器。3.5.8 車輛計(jì)數(shù)器這里的車輛計(jì)數(shù)器是通過 P0.7 口高低電平的轉(zhuǎn)換來獲得輸入脈沖的，而每輸入一個(gè)脈沖，脈沖記數(shù)器將記數(shù)一次，這樣就可以利用脈沖記數(shù)模塊對經(jīng)過的車輛進(jìn)行記數(shù)。脈沖記數(shù)的累計(jì)值具有掉電保持功能，既模塊在失去工作電源后，原來各通道的累計(jì)數(shù)值保持不變，重新上電后模塊在原累計(jì)值的基礎(chǔ)上繼續(xù)累計(jì) [9]。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁 共 34頁4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1 主程序的描述主程序的流程見圖 4.1 所示。從流程圖可以看出，整個(gè)程序分為輸入數(shù)據(jù)的掃描程序和數(shù)據(jù)的處理程序兩部分，系統(tǒng)上電或復(fù)位之后，經(jīng)系統(tǒng)初始化，首先判斷P1 口的狀態(tài)：若為 FFH，繼續(xù)掃描輸入數(shù)據(jù)；若不為 FFH，則轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)的處理程序。開始初始化有鍵按下嗎 ？是落板鍵嗎 ？是停板鍵嗎 ？是抬板鍵嗎 ？是紅燈開關(guān)嗎 ？是綠燈開關(guān)嗎 ？是霧燈開關(guān)嗎 ？計(jì)時(shí)交替亮熄綠燈交替亮熄紅燈交替亮熄霧燈YYNYNYNYYNN落板1