计程车计价系统电路设计毕业论文

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液压伺服系统设计 液压伺服系统设计 在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下： 1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。 2）拟定控制方案，画出系统原理图。 3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。 4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。 5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。 6）选择液压能源及相应的附属元件。 7）完成执行元件及液压能源施工设计。 本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。 全面理解设计要求 全面了解被控对象 液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。 明角设计系统的性能要求 1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。 2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。 3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。 4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定； 5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求； 6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。 负载特性分析 正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。 拟定控制方案、绘制系统原理图 在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。图36 阀控液压缸位置控制系统方块图表6 液压伺服系统控制方式的基本类型伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成机液电液气液电气液 模拟量数字量位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动摆动运动旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达3.其它：步近式力矩马达 动力元件参数选择 动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。 动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。 供油压力的选择 选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。 常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定 如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。 （1）动力元件的输出特性 将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。 图37 参数变化对动力机构输出特性的影响a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化 图中 FL——负载力，FL=pLA； pL——伺服阀工作压力； A——液压缸有效面积； υ——液压缸活塞速度， ； qL——伺服阀的流量； q0——伺服阀的空载流量； ps——供油压力。 由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。 当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。 当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。 （2）负载最佳匹配图解法 在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。 （3）负载最佳匹配的解析法 参见液压动力元件的负载匹配。 （4）近似计算法在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定 FLmax≤pLA= ，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算： （37） 图38 动力元件与负载匹配图形 按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。 （5）按液压固有频率选择动力元件 对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。 四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （38） 二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为 （39） 液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。 计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。 伺服阀的选择 根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。 除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素： 1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。 2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。 3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。 4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。 执行元件的选择 液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。 反馈传感器的选择 根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。 传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。 确定系统方块图 根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。 绘制系统开环波德图并确定开环增益 系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。 改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。 由系统的稳态精度要求确定K 由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。 由系统的频宽要求确定K 分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。 图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性a）0型系统；b）I型系统 由系统相对稳定性确定K 系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。 实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。 系统静动态品质分析及确定校正特性 在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。 仿真分析 在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。

论文开题报告基本要素

各部分撰写内容

论文标题应该简洁，且能让读者对论文所研究的主题一目了然。

摘要是对论文提纲的总结，通常不超过1或2页，摘要包含以下内容：

目录应该列出所有带有页码的标题和副标题， 副标题应缩进。

这部分应该从宏观的角度来解释研究背景，缩小研究问题的范围，适当列出相关的参考文献。

这一部分不只是你已经阅读过的相关文献的总结摘要，而是必须对其进行批判性评论，并能够将这些文献与你提出的研究联系起来。

这部分应该告诉读者你想在研究中发现什么。在这部分明确地陈述你的研究问题和假设。在大多数情况下，主要研究问题应该足够广泛，而次要研究问题和假设则更具体，每个问题都应该侧重于研究的某个方面。

用单片机好做，但如果用模拟电路和数字电路来搭建这样复杂的功能，恐怕做出来要比现有的成本计价器大几十倍，而且耗电巨大，成本更高，何必要这样做呢？只因为没有学到就要这样不计成本的浪费吗？如果是急求的话，可以花钱招一个懂单片机的人来搞，没有人能提供不用单片机的电路的，太复杂了，不可能实现。 首先要看里程传感器的输出是模拟的还是数字的。无论何种里程传感器，可以用数字积分器，简单些；也可以用模拟积分器，这样设计和调试的难度就很大。

目录前言1、 系统工作原理 功能说明 基本原理2、 硬件设计 单片机最小系统单元 A44E霍尔传感器检测单元 AT24C01存储单元 键盘调整单元 显示单元3、 软件设计 系统主程序 中断程序 里程计数中断程序 中途等待中断程序 计算程序 显示程序 键盘程序4、 总结参考文献附录A 系统原理图附录B 系统源程序前言随着出租车行业的发展，出租车已经是城市交通的重要组成部分，从加强行业管理以及减少司机与乘客的纠纷出发，具有良好性能的计价器对出租车司机和乘客来说都是很必要的。而采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试。而采用单片机进行的设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易地实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。本设计采用AT89S52单片机为主控器，以A44E霍尔传感器测距，实现对出租车的多功能的计价设计，并采用AT24C01实现在系统掉电的时候保存单价等信息，输出采用8段数码显示管。本电路设计的计价器不但能实现基本的计价，而且还能根据白天，黑夜和中途等待来调节单价。第一章 系统工作原理 功能说明 出租车计价器根据乘客乘坐汽车行驶距离和等候时间的多少进行计价,并在行程中同步显示车费值。从起步价开始，当汽车程行驶未满3公里时，均按起步价计算。过3公里后,实现每1公里单价收费，中间遇暂停时，计程数不再增加，开始计时收费，测距收费和测时收费的和便构成了一位乘客的车费。同时，白天和夜晚价格不同，可以进行切换。白天单价、夜晚单价、等待单价和起步价格都可通过独立键盘进行调节。（默认起步价为5元/3公里，里程单价白天为元/公里，夜晚为元/公里，等待计时单价为元/5分钟） 基本原理 计数器系统主要由五部分组成：A44E霍尔传感器、AT89S52单片机、独立键盘、EEPROM AT24C01和显示数码管。 霍尔传感器安装在车轮上，主要检测汽车行进的公里数，并产生一系列相应的脉冲输出，脉冲送到单片机进行处理，单片机根据程序设定通过计算脉冲数换算出行驶公里数，再根据从EEPROM中读取的价格等相关数据进行金额的计算，计算好的金额、里程和单价都实时地显示在数码管上。独立键盘可以调节价格等相关数据，按下相应的按钮，产生信号交由单片机处理并实时显示出来，调节好的数据存储到EEPROM中，掉电后可以使调好的数据不丢失，下次得电后直接从EEPROM读到单片机，系统结构图如图1。图1 系统结构图 第二章 硬件设计 单片机最小系统单元 主控机系统采用了Atmel 公司生产的 AT89S52单片机，它含有256 字节数据存储器，内置8K 的电可擦除FLASH ROM，可重复编程，大小满足主控机软件系统设计，所以不必再扩展程序存储器。复位电路和晶振电路是AT89S52 工作所需的最简外围电路。单片机最小系统电路图如图2所示。 图2 单片机最小系统图 AT89S52 的复位端是一个史密特触发输入，高电平有效。RST端若由低电平上升到高电平并持续2个周期，系统将实现一次复位操作。在复位电路中，按一下复位开关就使在RST端出现一段时间的高电平，外接 晶振和两个30pF 电容组成系统的内部时钟电路。 A44E霍尔传感器检测单元 A44E 属于开关型的霍尔器件，其工作电压范围比较宽（～18V），其输出的信号符合TTL电平标准，可以直接接到单片机的IO 端口上，而且其最高检测频率可达到1MHZ。A44E 集成霍耳开关由稳压器A、霍耳电势发生器(即硅霍耳片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。 在输入端输入电压Vcc，经稳压器稳压后加在霍尔电势发生器的两端，根据霍尔效应原理，当霍尔片处在磁场中时，在垂直于磁场的方向通以电流，则与这二者相垂直的方向上将会产生霍尔电势差VH输出，该VH信号经放大器放大后送至施密特触发器整形，使其成为方波输送到OC门输出。当施加的磁场达到工作点（即Bop）时，触发器输出高电压（相对于地电位），使三极管导通，此时OC门输出端输出低电压，三极管截止，使OC门输出高电压，这种状态为关。这样两次电压变换，使霍尔开关完成了一次开关动作。A44E霍尔传感器原理如图3所示。图3 A44E霍尔传感器原理 里程计算是通过安装在车轮上的霍尔传感器检测到的脉冲信号，送到单片机产生中断，单片机再根据程序设定，计算出里程。其原理如图4所示。图4 传感器测距示意图 本系统选择了将A44E的脉冲输出口接到口外部中断1作为信号的输入端（这样可以减少程序设计的麻烦），车轮每转一圈（设车轮的周长是1米），霍尔开关就检测并输出信号，引起单片机的中断，对脉冲计数，当计数达到1000次时，即1公里，单片机就控制将金额自动增加，如图5。图5 A44E霍尔元件接线图 AT24C01存储单元 存储单元的作用是在电源断开的时候，存储当前设定的单价信息。AT24C01 是Ateml公司的1KB的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，电压最低可以到，额定电流为1mA，静态电流10uA()，芯片内的资料可以在断电的情况下保存40年以上，而且采用8 脚的DIP 封装，使用方便。AT24C02芯片引脚配置如图6所示。存储单元电路连接如图7所示。图 7 存储单元电路原理图 图中R4、R5 是上拉电阻，其作用是减少AT24C01 的静态功耗。由于AT24C01的数据线和地址线是复用的，采用串口的方式传送数据，所以只用两根线SCL（时钟脉冲）和SDA（数据/地址）与单片机和口连接，进行传送数据。 每当设定一次单价，系统就自动调用存储程序，将单价信息保存在芯片内；当系统重新上电的时候，自动调用读存储器程序，将存储器内的单价等信息，读到缓存单元中，供主程序使用。 键盘调整单元 当单价等信息需要进行修改时，就要用到键盘进行修改。由于调节信息不多，故采用4个独立键盘即可，分别实现清零、切换、增大、减小和功能等作用。电路原理如图8所示。 图8 键盘调整单元接线图S1：接口，对上一次的计费进行清零，为下次载客准备S2：接口，实现白天和夜晚单价的切换；当功能键S4按下时，S2可对数据进行增大。S3：接口，当功能键S4按下时，S3可对数据进行减小。S4：接口，按1次，进入调整白天单价；按2次，进入调整夜晚单价；按3次，进入调整等待单价；按4次，进入调整起步价；按5次，返回。 显示单元 显示单元由7个8段共阳数码管组成，采用动态扫描进行显示。前三个数码管分别接、和，用于显示总金额；中间两个分别接和，用于显示里程；后边两个分别接和，用于显示单价。电路如图9所示。图9 数码管显示图第三章 软件设计 系统主程序 在主程序模块中，需要完成对各参量和接口的初始化、出租车起价和单价的初始化以及中断、计算、循环等工作。另外，在主程序模块中还需要设置启动/清除标志寄存器、里程寄存器和价格寄存器，并对它们进行初始化。然后，主程序将根据各标志寄存器的内容，分别完成启动、清除、计程和计价等不同的操作。当汽车运行起来时，就启动计价，根据里程寄存器中的内容计算和判断行驶里程是否已超过起步价公里数。若已超过，则根据里程值、每公里的单价数和起步价数来计算出当前的总金额，并将结果存于总金额寄存器中；中途等待时，无脉冲输入，不产生中断，当时间超过等待设定值时，开始进行计时，并把等待价格加到总金额里，然后将总金额、里程和单价送数码管显示出来。程序流程如图10所示。图10 主程序流程图 图11 计算程序流程图 中断程序 里程计数中断程序 每当霍尔传感器输出一个低电平信号就使单片机中断一次，当里程计数器对里程脉冲计满1000次时，进入里程计数中断服务程序中，里程变量加一。主函数中总金额也相应地变化。 中途等待中断程序 在中途等待中断程序中，每1ms产生一次中断，将当前里程值送入某个缓存变量，每5分钟将缓存变量中的值和当前里程值比较，当汽车停止，霍尔传感器5分钟没有输出信号，当前里程值和缓存变量内的值相同，则进入等待计时，每5分钟记一次价格。 计算程序 计算程序根据里程数分别进入不同的计算公式。如果里程大于3公里，则执行公式：总金额=起步价+（里程-3）*单价+等待时间*等待单价；否则，执行公式：总金额=起步价+等待时间*等待单价。程序流程图如图11所示。 显示程序 显示程序利用定时器每1ms产生一次中断，相应变量置位，点亮一个数码管，显示一位数据，利用主函数内的循环，实现动态扫描显示，同时根据数码管余辉和人眼暂留现象，即可实现显示。 键盘程序 键盘采用查询的方式，放在主程序中，当没有按键按下的时候，单片机循环主程序，一旦右按键按下，便转向相应的子程序处理，处理结束再返回。流程图如图12。图12 键盘程序流程图第四章 总结经过这些天有关于出租车计价器的课程设计，使我对单片机的应用有了更深的了解。在课程设计的过程中，还是碰到了许多的问题。比如，对于数码管动态扫描显示和键盘的延时防抖的综合编程不能较好地解决；对于代码的前后顺序及调用掌握得还不够好；对于一些相关的应用软件没能熟练掌握。通过这几天晚上的苦想和反复调试，以及参考网上的程序，最终还是把问题解决了。通过这次课程设计，我最大的收获就是自己的动手能力和独立解决问题的能力得到了很大的提高，也充分体会到了自己设计东西的乐趣、学会查阅资料和对别人的东西融会变通的重要性，也明白了很多知识光靠趴在书本上学是学不到其中的精髓的，必须亲自去试着实践，亲自去经历才能对它们真正的掌握，凡事都要自己去动下手，去实践一下，遇到困难，永远不要沮丧气馁。在动手的过程中，不仅能增强实践能力，而且在理论上可以有更深的认识；这次设计给了我极大的鼓舞和信心，相信在以后的学习中可以通过不断的摸索和实践来提高其他方面的知识。参考文献[1] 马淑华，王凤文，张美金编著. 单片机原理与接口技术（第二版）. 北京：北京邮电大学出版社，2007.[2] 谭浩强著. C程序设计（第三版）. 北京：清华大学出版社，2005.附录A 系统原理图附录B 系统源程序算了图贴不上去 给你个网址吧挺全的去看看

电梯控制系统设计基于西门子PLC的电梯控制系统