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XX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 快速輪胎充氣機(jī)設(shè)計(jì) 系 別 專 業(yè) 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 設(shè) 計(jì) 論 文 題 目 起 迄 日 期 設(shè) 計(jì) 論 文 地 點(diǎn) 指 導(dǎo) 教 師 專 業(yè) 教 研 室 負(fù) 責(zé) 人 2013 年 月 日 I 摘 要 本設(shè)計(jì)是通過對快速輪胎充氣機(jī)工作原理 工作的環(huán)境和工作的特點(diǎn)進(jìn)行分析 并結(jié)合實(shí)際 在進(jìn)行細(xì)致觀察后 對快速輪胎充氣機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 對組成 的各元件進(jìn)行了選型 計(jì)算和校核 關(guān)鍵詞 快速輪胎充氣機(jī) 設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) II Abstract The design is based on metal nail making machine working principle the working environment and the working characteristics of the analysis and combined with the practice the careful observation the metal nail making machine structure of the overall design the various parts of the selection calculation and checking Key Words metal nail making machine design structural design III 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第 1 章 概述 6 1 1 輪胎充氣機(jī)發(fā)展概況 6 1 2 液壓傳動的工作原理及組成部分 6 1 2 1 液壓傳動的工作原理 6 1 2 2 液壓傳動的組成部分 7 1 3 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 7 1 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 8 1 4 1 設(shè)計(jì)步驟 9 1 4 2 明確設(shè)計(jì)要求 9 第 2 章 快速輪胎充氣機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 2 1 主機(jī)的功能結(jié)構(gòu) 10 2 2 工作原理 10 2 3 課題設(shè)計(jì)要求 11 第 3 章 快速輪胎充氣機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 3 1 液壓缸的主要主要參數(shù) 12 3 2 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 12 3 3 液壓缸活塞的推力及拉力計(jì)算 13 3 4 活塞桿最大容許行程 14 3 5 液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 15 3 5 1 液壓缸內(nèi)徑計(jì)算 15 3 5 2 液壓缸壁厚計(jì)算 15 3 6 液壓缸筒與缸底的連接計(jì)算 16 3 7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 17 3 7 1 缸體端部連接結(jié)構(gòu) 17 IV 3 7 2 缸體材料 17 3 7 3 缸體技術(shù)條件 17 3 8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 17 3 8 1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 17 3 8 2 活塞的密封 18 3 8 3 活塞的材料 18 3 8 4 活塞的技術(shù)要求 18 3 9 活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 19 3 9 1 端部結(jié)構(gòu) 19 3 9 2 端部尺寸 19 3 9 3 活塞桿結(jié)構(gòu) 19 3 9 4 活塞桿的技術(shù)要求 19 3 10 活塞桿的導(dǎo)向 密封和防塵 20 3 10 1 導(dǎo)向套 20 3 10 2 活塞桿的密封與防塵 20 3 11 缸蓋的材料 21 3 12 自動定心裝置 21 第 4 章 快速輪胎充氣機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì) 23 4 1 機(jī)架的基本尺寸的確定 23 4 2 架子材料的選擇確定 23 5 3 主要梁的強(qiáng)度校核 23 第 5 章 快速輪胎充氣機(jī)電路控制設(shè)計(jì) 26 5 1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 26 5 2 總體設(shè)計(jì)流程 26 5 3 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì) 27 5 4 氣壓檢測及 A D D A 模塊的設(shè)計(jì) 30 5 4 1 氣壓檢測 30 5 4 2 方案選擇 30 5 4 3 電路設(shè)計(jì)與分析 31 V 5 5 軟件設(shè)計(jì) 33 5 5 1 A D 模塊軟件設(shè)計(jì) 33 5 5 2 D A 模塊軟件設(shè)計(jì) 35 參考文獻(xiàn) 36 總 結(jié) 38 致 謝 39 27 第 1 章 概述 1 1 輪胎充氣機(jī)發(fā)展概況 隨著時代的發(fā)展 汽車已經(jīng)進(jìn)入了尋常百姓家 汽車工業(yè)也經(jīng)歷了有史以 來最高速的發(fā)展期 同時也對汽車制造業(yè)提出了更高的要求 快速輪胎充氣機(jī) 正是基于這樣的狀況下而產(chǎn)生的提高汽車輪胎裝配效率的一種新型工具 該課 題的研究對于提高學(xué)生的工程能力 拓展生存空間有著非常重要的意義 以及 為今后進(jìn)一步研究快速充氣機(jī)的研究做一個前期的準(zhǔn)備工作 具有重要的社會 意義 自動充氣機(jī)是通過微處理器和壓力傳感器自動調(diào)節(jié)輪胎氣壓的尖端科技產(chǎn)品 一次性完成對輪胎的充氣 放氣 檢驗(yàn) 精度高 速度快 經(jīng)久耐用 操作簡單 帶給輪胎更好的保護(hù) 它的出現(xiàn)完全替代手動氣壓表消除誤差 更好的保護(hù)輪 胎 1 2 液壓傳動的工作原理及組成部分 1 2 1 液壓傳動的工作原理 驅(qū)動的液壓系統(tǒng) 它由油箱 濾油器 液壓泵 溢流閥 開停閥 節(jié)流閥 換向閥 液壓缸以及連接這些元件的油管組成 它的工作原理 液壓泵由電動 機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)后 從油箱中吸油 油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵 當(dāng)它從泵中輸出進(jìn) 入壓力管后 將換向閥手柄 開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下 通過開停閥 節(jié)流 閥 換向閥進(jìn)入液壓缸左腔 推動活塞和工作臺向右移動 這時 液壓缸右腔 的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱 如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下 則壓力管中的油將經(jīng)過開停 閥 節(jié)流閥和換向閥進(jìn)入液壓缸右腔 推動活塞和工作臺向左移動 并使液壓 缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管 工作臺的移動速度是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的 當(dāng)節(jié)流閥開大時 進(jìn)入液壓缸的 油液增多 工作臺的移動速度增大 當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時 工作臺的移動速度減小 為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力 液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的 推力 這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的 要克服的阻力越大 缸中的 7 油液壓力越高 反之壓力就越低 輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的 液 壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱 這只有在壓力支管中的 油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時 油液 才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱 所以 在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力 是由溢流閥決定的 它和缸中的油液壓力不一樣大 如果將開停手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下 壓力管中的油液將經(jīng)開停閥和 回油管排回油箱 不輸?shù)揭簤焊字腥?這時工作臺就停止運(yùn)動 從上面的例子中可以得到 1 動是以液體作為工作介質(zhì)來傳遞動力的 2 液壓傳動用液體的壓力能來傳遞動力 它與利用液體動能的液力傳 動是不相同的 3 壓傳動中的工作介質(zhì)是在受控制 受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行工作的 因此液壓傳動和液壓控制常常難以截然分開 1 2 2 液壓傳動的組成部分 液壓傳動裝置主要由以下四部分組成 1 能源裝置 把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置 最常見的形式就是液 壓泵 它給液壓系統(tǒng)提供壓力油 2 執(zhí)行裝置 把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置 它可以是作直線運(yùn) 動的液壓缸 也可以是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓馬達(dá) 3 制調(diào)節(jié)裝置 對系統(tǒng)中油液壓力 流量或流動方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的 裝置 例如溢流閥 節(jié)流閥 換向閥 開停閥等 這些元件的不同組合形 成了不同功能的液壓系統(tǒng) 4 輔助裝置 上述三部分以外的其它裝置 例如油箱 濾油器 油管等 它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用 1 3 液壓傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 液壓傳動有以下一些優(yōu)點(diǎn) 1 在同等的體積下 液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力 因?yàn)?液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出 30 40 倍 在同等的功率下 液壓裝置的體積小 重量輕 結(jié)構(gòu)緊湊 液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率 電動機(jī)的 12 左右 8 2 液壓裝置工作比較平穩(wěn) 由于重量輕 慣性小 反應(yīng)快 液壓裝置 易于實(shí)現(xiàn)快速啟動 制動和頻繁的換向 液壓裝置的換向頻率 在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回 轉(zhuǎn)運(yùn)動時可達(dá) 500 次 min 實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動時可達(dá) 1000 次 min 3 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速 調(diào)速范圍可達(dá) 2000 它還 可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速 4 液壓傳動易于自動化 這是因?yàn)樗鼘σ后w壓力 流量或流動方向易 于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故 當(dāng)將液壓控制和電氣控制 電子控制或氣動控制結(jié) 合起來使用時 整個傳動裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作 接受遠(yuǎn)程控制 5 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù) 液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在失速狀 態(tài)下工作而不會過熱 這是電氣傳動裝置和機(jī)械傳動裝置無法辦到的 液壓件 能自行潤滑 使用壽命較長 6 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化 系列化和通用化 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 制造和使用都比較方便 液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動性 7 用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動簡單 液壓傳動的缺點(diǎn)是 1 液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動化 這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造成的 2 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失 摩擦損失 泄漏損失 等 長距離傳動時更是如此 3 液壓傳動對油溫變化比較敏感 它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響 因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作 4 為了減少泄漏 液壓元件在制造精度上的要求較高 因此它的造價 較貴 而且對油液的污染比較敏感 5 液壓傳動要求有單獨(dú)的能源 6 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因 總的說來 液壓傳動的優(yōu)點(diǎn)是突出的 它的一些缺點(diǎn)有的現(xiàn)已大為改善 有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步得到克服 1 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 液壓傳動系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個組成部分 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī) 的總體設(shè)計(jì)同時進(jìn)行 著手設(shè)計(jì)時 必須從實(shí)際情況出發(fā) 有機(jī)地結(jié)合各種傳 9 動形式 充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點(diǎn) 力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 成本低 效率高 操作簡單 維修方便的液壓傳動系統(tǒng) 1 4 1 設(shè)計(jì)步驟 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無嚴(yán)格的順序 各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行 一 般來說 在明確設(shè)計(jì)要求之后 大致按如下步驟進(jìn)行 1 確定液壓執(zhí)行元件的形式 2 進(jìn)行工況分析 確定系統(tǒng)的主要參數(shù) 3 制定基本方案 擬定液壓系統(tǒng)原理圖 4 選擇液壓元件 5 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算 1 4 2 明確設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù) 在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前 必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解 清楚 1 主機(jī)的概況 用途 性能 工藝流程 作業(yè)環(huán)境 總體布局等 2 液壓系統(tǒng)要完成哪些動作 動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何 3 液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動形式 運(yùn)動速度 4 各動作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì) 5 對調(diào)速范圍 運(yùn)動平穩(wěn)性 轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求 6 自動化程序 操作控制方式的要求 7 對防塵 防爆 防寒 噪聲 安全可靠性的要求 8 對效率 成本等方面的要求 27 第 2 章 快速輪胎充氣機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 1 主機(jī)的功能結(jié)構(gòu) 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展 傳統(tǒng)的輪胎充氣工藝遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的 要求 研制與輪胎流水作業(yè)生產(chǎn)線配套的 機(jī)械化 自動化 節(jié)能高效的充氣 設(shè)備是現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的實(shí)際問題 設(shè)備由本體臺架 液壓傳動系統(tǒng) 氣動系統(tǒng) 微機(jī)測控系統(tǒng)等 4 部分組成 其中本體臺架又由工作臺 車輪傳送機(jī)構(gòu) 車輪定位機(jī)構(gòu) 車輪卡緊機(jī)構(gòu) 輪 胎充氣裝置等 5 部分組成 圖 2 1 快速輪胎充氣機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 2 2 工作原理 本公開了一種與現(xiàn)用打氣筒操作方式完全不同并裝有安全閥的新型式輪胎 打氣機(jī) 它操作更省力 簡便 工作效率提高 可避免輪胎打爆 適用于各種 11 輪胎打氣 其特點(diǎn)是 兩個氣筒內(nèi)各放置一特制活塞體 并由一根推桿連接兩 活塞體 兩個氣筒的另一端 分別通過一個內(nèi)裝單向氣門的彎管與一個過渡裝 氣筒密封 連接 在推桿的中點(diǎn)安裝一個固定軸及軸套 與操作桿下端的開口滑 頭相配合 過渡裝氣筒上裝設(shè)有安全閥 使用時 在安全閥上設(shè)定輪胎的最大 充氣量 翻開并腳 踩踏板 前后扳動手柄 當(dāng)安全閥排氣時 即完成充氣 2 3 課題設(shè)計(jì)要求 1 最大鎖緊力 15000N 2 下行速度 20mm sec 3 最大工作壓力 1Mpa 4 總體尺寸 800X600X2000mm 27 第 3 章 快速輪胎充氣機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 快速輪胎充氣機(jī)的工作機(jī)構(gòu)主要是通過液壓缸來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的 3 1 液壓缸的主要主要參數(shù) 課題的主要技術(shù)要求 1 最大鎖緊力 15000N 2 下行速度 20mm sec 3 最大工作壓力 1Mpa 4 總體尺寸 800X600X2000mm 快進(jìn)時采用差動聯(lián)接 并取無桿腔有效面積 等于有桿腔有效面積 的兩1A2A 倍 即 為了防止在滑臺突然前沖 在回油路中裝有背壓閥 初選背21A 壓 最大工作壓力 1Mpa Papb508 初選最大負(fù)載工進(jìn)階段的負(fù)載 F 15000N 按此計(jì)算 則1 3 4 2232551 50 1082 cmmpFb 液壓缸直徑 cAD64 241 由 可知活塞桿直徑21A mcd98 3 570 0 按 GB T2348 1993 將所計(jì)算的 D 與 d 值分別圓整到最相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑 以 便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置 圓整后得 cm3 6 c5 4 按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出 2222 1 6 15 436 4 1 cmdDA 3 2 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 活塞桿在穩(wěn)定工作下 如果僅受軸向拉力或壓力載荷時 便可以近似的采 用直桿承受拉 壓載荷的簡單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算 活塞桿應(yīng)力 3 5 24dP 13 或 3 6 Pd4 式中 P 活塞桿所受的軸向載荷 d 活塞桿直徑 活塞桿制造材料的許用應(yīng)力 根據(jù)以上公式可知 液壓缸 3262 10 5 4 1304dP 可見 活塞桿的強(qiáng)度均滿足要求 3 3 液壓缸活塞的推力及拉力計(jì)算 液壓油作用在液壓缸活塞上的作用力 P 對于一般單邊活塞桿液壓缸來說 當(dāng)活塞桿前進(jìn)時的推力 3 7 1 214pDAP 當(dāng)活塞桿后退時的拉力 3 8 122 d 當(dāng)活塞桿差動前進(jìn)時 即活塞的兩側(cè)同時進(jìn)壓力相同的壓力油 的推力 3 9 1 22134 pAP 式中 D 活塞直徑 即液壓缸內(nèi)徑 cm d 活塞桿直徑 cm 液壓缸的工作壓力1p 當(dāng)活塞桿前進(jìn)時的推力 NpAP 862121 104 549 3 當(dāng)活塞桿后退時的拉力 dD862122 10 3 3 4 當(dāng)活塞桿差動前進(jìn)時 即活塞的兩側(cè)同時進(jìn)壓力相同的壓力油 的推力 NpAP 86212213 5 2104 3 液壓缸活塞的推力及拉力可以直接從附錄中的有關(guān)計(jì)算中查出 大部分也 14 可以從 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 11 133 中直接讀出 表 11 133 為活塞桿直徑 d 采用速度比計(jì)算得出 不同液壓缸直徑 D 和壓力 下液壓缸活塞上的推力 及拉力 數(shù)值 1p1P2 圖 3 1 液壓缸活塞的受力 3 4 活塞桿最大容許行程 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 11 141 和表 11 142 即可以概略的求出液壓缸的 最大容許行程 兩個液壓缸均采用如圖固定 自由模式進(jìn)行安裝 圖 3 2 安裝型式簡圖 根據(jù)長度公式 3 12 Pdl205 3 13 CS 可知切斷液壓缸活塞桿計(jì)算長度 l 和實(shí)際行程 S 分別為 52 54cmPdl205 82109 52 54 6 46 5cmS 15 液壓缸活塞桿計(jì)算長度 l 和實(shí)際行程 S 分別為 Pdl205 cm8 721063 72 78 5 5 67 28cm ClS 3 5 液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 3 5 1 液壓缸內(nèi)徑計(jì)算 當(dāng) P 和 p 已知 則液壓缸內(nèi)徑 D 可按公式得 3 14 pP 4 式中 P 活塞桿上的總作用力 N p 液壓油的工作壓力 KN 液壓缸的內(nèi)徑為 63mm 3 5 2 液壓缸壁厚計(jì)算 一般 低壓系統(tǒng)用的液壓缸都是薄壁缸 薄壁可用下式計(jì)算 3 15 cmpD 2 式中 缸壁厚度 m p 液壓缸內(nèi)工作壓力 Pa 剛體材料的許用應(yīng)力 D 液壓缸內(nèi)徑 cm 當(dāng)額定壓力 Pn 16MPA 時 Pp Pn 150 100 當(dāng)額定壓力 Pn 16MPA 時 Pp Pn 125 100 3 16 nb 缸體材料的抗拉強(qiáng)度 Pab n 安全系數(shù) 一般可取 n 5 應(yīng)當(dāng)注意 當(dāng)計(jì)算出的液壓缸壁較薄時 要按結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)加厚 因此 根據(jù)上述公式可得 切斷液壓缸 854 nb 16 mpD18 25016 液壓缸 54nb p158 29016 故切斷液壓缸的壁厚為 18mm 液壓缸的壁厚為 15mm 關(guān)于液壓缸的安全系數(shù) 在設(shè)計(jì)液壓缸時通常取 n 5 但是這在比較平穩(wěn) 的工作條件下 強(qiáng)度有些余量 相反 假如工作條件為動載荷或沖擊壓力超過 超耐壓力時 有時會出現(xiàn)危險狀態(tài) 因此合理的安全系數(shù) 應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用條 件選取 3 6 液壓缸筒與缸底的連接計(jì)算 缸體法蘭連接螺栓計(jì)算 缸體與端部用法蘭連接或拉桿連接時 螺栓或拉桿的強(qiáng)度計(jì)算如下 圖 3 3 缸體聯(lián)接 螺紋處的拉應(yīng)力 3 17 ZdKP214 螺紋處的剪應(yīng)力 3 18 7 02 31 k 合成應(yīng)力 3 19 2n 式中 Z 螺栓或拉桿的數(shù)量 17 材料為 45 鋼時 30s s 3 7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 3 7 1 缸體端部連接結(jié)構(gòu) 采用簡單的焊接形式 其特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡單 尺寸小 重量輕 使用廣泛 缸體焊接后可能變形 且內(nèi)徑不易加工 所以在加工時應(yīng)小心注意 主要用于 活塞式液壓缸 3 7 2 缸體材料 液壓缸缸體的常用材料為 20 35 45 號無縫鋼管 因 20 號鋼的機(jī)械性能 略低 且不能調(diào)質(zhì) 應(yīng)用較少 當(dāng)缸筒與缸底 缸頭 管接頭或耳軸等件需要 焊接時 則應(yīng)采用焊接性能比較號的 35 號鋼 粗加工后調(diào)質(zhì) 一般情況下 均 采用 45 號鋼 并應(yīng)調(diào)質(zhì)到 241 285HB 缸體毛坯可采用鍛鋼 鑄鐵或鑄鐵件 鑄剛可采用 ZG35B 等材料 鑄鐵可 采用 HT200 HT350 之間的幾個牌號或球墨鑄鐵 特殊情況可采用鋁合金等材 料 3 7 3 缸體技術(shù)條件 a 缸體內(nèi)徑采用 H8 H9 配合 表面粗糙度 當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時 Ra 為 0 1 0 4 當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時 Ra 為 0 2 0 4 且均需衍磨 m m b 熱處理 調(diào)質(zhì) 硬度 HB241 285 c 缸體內(nèi)徑 D 的圓度公差值可按 9 10 或 11 級精度選取 圓柱度公差值 應(yīng)按 8 級精度選取 d 缸體端面 T 的垂直度公差可按 7 級精度選取 e 當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時 螺紋應(yīng)取為 6 級精度的公制螺紋 f 當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷軸時 孔徑或軸徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直 公差值應(yīng)按 9 級精度選取 g 為了防止腐蝕和提高壽命 缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為 30 40 的鉻層 m 鍍后進(jìn)行衍磨或拋光 18 3 8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 3 8 1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 表 3 1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 聯(lián)接方式 備注說明 整體聯(lián)接 用于工作壓力較大而 活塞直徑又較小的情況 螺紋聯(lián)接 常用的聯(lián)接方式 半環(huán)聯(lián)接 用于工作壓力 機(jī)械 振動較大的情況下 這里采用螺紋聯(lián)接 3 8 2 活塞的密封 活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu) 隨工作壓力 環(huán)境溫度 介質(zhì)等條件的不同而不 同 常用的密封結(jié)構(gòu)見下表 表 3 2 常用的密封結(jié)構(gòu) 密封形式 備注說明 間隙密封 用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封 活塞環(huán)密封 適用于溫度變化范圍大 要求摩擦力 小 壽命長的活塞密封 O 型密封圈密封 密封性能好 摩擦系數(shù)小 安裝 空間小 廣泛用于固定密封和運(yùn)動密 封 Y 型密封圈密封 用在 20MPa 下 往復(fù)運(yùn)動速度較 高的液壓缸密封 結(jié)合本設(shè)計(jì)所需要求 采用 O 型密封圈密封比較合適 3 8 3 活塞的材料 液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵 灰鑄鐵 HT300 HT350 鋼及鋁合 金等 這里采用 45 號鋼 3 8 4 活塞的技術(shù)要求 a 活塞外徑 D 對內(nèi)孔 的徑向跳動公差值 按 7 8 級精度選取 1d 19 b 端面 T 對內(nèi)孔 軸線的垂直度公差值 應(yīng)按 7 級精度選取 1d c 外徑 D 的圓柱度公差值 按 9 10 或 11 級精度選取 圖 3 3 活塞 3 9 活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 3 9 1 端部結(jié)構(gòu) 活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋 內(nèi)螺紋 單耳環(huán) 雙耳環(huán) 球頭 柱銷等 多種形式 根據(jù)本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu) 為了便于拆卸維護(hù) 可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu) 3 9 2 端部尺寸 如圖 為內(nèi)螺紋聯(lián)接簡圖 查表 11 148 按照本設(shè)計(jì)要求 選用直徑 螺 距 螺紋長 3245KtA 圖 3 2 螺紋聯(lián)接簡圖 3 9 3 活塞桿結(jié)構(gòu) 活塞桿有實(shí)心和空心兩種 如下圖 實(shí)心活塞桿的材料為 35 45 號鋼 空 心活塞桿材料為 35 45 號無縫鋼管 本設(shè)計(jì)采用實(shí)心活塞桿 選用 45 號鋼 圖 3 3 空心活塞桿 圖 3 4 實(shí)心活塞桿 20 3 9 4 活塞桿的技術(shù)要求 a 活塞桿的熱處理 粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 HB229 285 必要時 再經(jīng)過 高頻淬火 硬度達(dá) HRC45 55 在這里只需調(diào)質(zhì)到 HB230 即可 b 活塞桿的圓度公差值 按 9 11 級精度選取 這里取 10 級精度 c 活塞桿的圓柱度公差值 應(yīng)按 8 級精度選取 d 活塞桿的徑向跳動公差值 應(yīng)為 0 01mm e 端面 T 的垂直度公差值 則應(yīng)按 7 級精度選取 f 活塞桿上的螺紋 一般應(yīng)按 6 級精度加工 如載荷較小 機(jī)械振動也較 小時 允許按 7 級或 8 級精度制造 g 活塞桿上工作表面的粗糙度為 Ra0 63 為了防止腐蝕和提高壽命 m 表面應(yīng)鍍以厚度約為 40 的鉻層 鍍后進(jìn)行衍磨或拋光 m 3 10 活塞桿的導(dǎo)向 密封和防塵 3 10 1 導(dǎo)向套 a 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式 結(jié)構(gòu) 表 3 3 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式 導(dǎo)向方式 備注說明 缸蓋導(dǎo)向 減少零件數(shù)量 裝配簡單 磨損相對 較快 管通導(dǎo)套 可利用壓力油潤滑導(dǎo)向套 并使其處 于密封狀態(tài) 可拆導(dǎo)向套 容易拆卸 便于維修 適用于工作條 件惡劣 經(jīng)常更換導(dǎo)向套的場合 球面導(dǎo)向套 導(dǎo)向套自動調(diào)整位置 磨損比較均勻 本設(shè)計(jì)采用缸蓋導(dǎo)向 b 導(dǎo)向套材料 導(dǎo)向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵 由于選用的是和缸蓋一體的導(dǎo) 向套 所以材料和缸蓋也是相同的 都選用耐磨鑄鐵 c 導(dǎo)向套的技術(shù)要求 導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合一般取為 H8 f9 其表面粗糙度則為 Ra0 63 1 25 m 21 3 10 2 活塞桿的密封與防塵 這里仍采用 O 型密封圈 材料選擇薄鋼片組合防塵圈 防塵圈與活塞桿的 配合可按 H9 f9 選取 薄鋼片厚度為 0 5mm 3 11 缸蓋的材料 液壓缸的缸蓋可選用 35 45 號鍛鋼或 ZG35 ZG45 鑄鋼或 HT200 HT300 HT350 鑄鐵等材料 在這里選擇 ZG45 鑄鋼 缸蓋按 9 10 或 11 級精度選取 3 12 自動定心裝置 22 氣動帶動滑動體 然后帶動平行四邊形連桿體 氣缸上升或下降 實(shí)現(xiàn)平行 四邊形連桿體松開或擰緊 24 第 4 章 快速輪胎充氣機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì) 4 1 機(jī)架的基本尺寸的確定 機(jī)架是支撐及其所有附件的可移動機(jī)構(gòu) 要保證拆裝方便 安全 重量要 輕 便于移動 架子要有足夠的空間安裝 而且每個總成之間要考慮它們之間 的協(xié)調(diào)關(guān)系 考慮到這些方面的因素后要確定的一些尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù) 大概 確定架子的長高 這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了 支撐的部件是支撐板 支 撐板固定在支承軸上 支承軸安裝在機(jī)架上 為了使機(jī)架能夠方便移動 須在架子上裝輪子 因此在架子的 4 個側(cè)面通 過螺栓各連接兩個輪子 使得架子和輪子連接牢固 靠近轉(zhuǎn)盤這端安裝有鎖止 裝置 使得架子在任何位置都能停止固定 4 2 架子材料的選擇確定 架子的結(jié)構(gòu)確定后 就需要準(zhǔn)備材料 買材料時要考慮鋼材的性能 同時 也要考慮成本 再者還要考慮到其美觀 通過到市場調(diào)查分析后 臺架選用 60 60 的方鋼和 50 50 的角鋼組合制作 其規(guī)格如表一所示 受力比較小的底架就用 50 的角鋼制作 其他的受力大的轉(zhuǎn)架就用 60 的 方鋼制作 在轉(zhuǎn)架與支撐板的固定處需要用軸連接 表 5 1 鋼材的尺寸 規(guī)格 60 60 50 50 橫截面圖 長度 500 567 材料 Q235 Q235 5 3 主要梁的強(qiáng)度校核 估算支撐的質(zhì)量為 25 250N 考慮到一些外在壓力 按照重量為 600N 進(jìn)行校核 支承軸 160 查機(jī)械工程材料 P105 頁表 5 2 得 Q235 鋼材的屈 24 服強(qiáng)度 b 375 460MPa 取 b 375 MP a 解 和軸一樣建立如圖所示的坐標(biāo)系 以軸心為 x 軸 垂直上平面的直線為 y 軸 一端點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖 6 1 所 示的平面直角坐標(biāo)系 因?yàn)?FRD 600N 把 RDE 從 D 點(diǎn)移到 E 后的受力情況如圖 6 1 所示 圖 5 1 得到一個 F 和一個力矩 M Fab Lbe 600 0 300N M 180 N m 計(jì)算軸的集慣性矩 Ip 和抗彎截面系數(shù) Wz 因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的 所以 b 375 MP a Ip y 2dA 10 16cm4 W Ip y max 6773 6884 10 6m3 所以 max M max W 180 6773 69 10 6 P a 0 26MP a 也設(shè)安全系數(shù) K 5 故 K max 5 0 26MP a 1 5 MP a b 375 MP a 因此 也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的 所以可以進(jìn)行制作 解 以軸心為 x 軸 垂直上平面的直線為 y 軸 一端 點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖 2 2 1 所示的平面直角坐標(biāo)系 軸的受力分析 軸的軸心受 力簡圖如圖 2 2 1 b 所示 通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在 BE 點(diǎn) 之間 把 F 從 C 點(diǎn)移到 B 后的受力情況如圖 2 2 1 b 所示 得到一個 F 和一個力矩 M F Lbe 600 0 3N M 180 N m 25 因?yàn)?F ba Fde 2F 1200N 由于軸的受力完全對稱 故 Fba Fde F 600N B 點(diǎn)和 F 點(diǎn)的彎矩為 M B WF Fba Lde M 600 0 01 180 N m 601 8N m 受力情況如圖 2 2 1 所示 計(jì)算軸的極慣性矩 Ip 和抗彎截面系數(shù) Wz 因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的 所以 b 375 MP a Ip y 2dA 10 16cm4 W Ip y max 6773 6884 10 6m3 所以 max M max W 305 6773 69 10 6 P a 0 45MP a 也設(shè)安全系數(shù) K 5 故 K max 5 0 45 MP a 2 25 MP a b 375 MP a 因此 也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為 5 的情況下也是安全的 所以可以進(jìn)行制作 24 第 5 章 快速輪胎充氣機(jī)電路控制設(shè)計(jì) 5 1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)思路 1 首先由壓力傳感器將檢測到的車輪胎內(nèi)部的當(dāng)前氣壓參 數(shù) 傳輸?shù)侥?數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0832 的一路模擬信號通道 轉(zhuǎn)換出八路數(shù)字信號 傳給單片機(jī) AT89S52 接著單片機(jī)把計(jì)算氣壓值送給 LCD1602 并讓它顯示當(dāng)前 氣壓值 然后鍵盤輸入我們需要的氣壓值 經(jīng)單片機(jī) AT89S52 鍵盤掃描程序讀 出鍵值 并在 LCD1602 上顯示出來 接著通過控制核心 單片機(jī) 比較當(dāng)前氣壓 值與輸入的氣壓值 如果輸入值大于當(dāng)前氣壓值時 通過單片機(jī)發(fā)出一個控制 命令驅(qū)動電機(jī)工作 開始充氣 在充氣的同時繼續(xù)對氣壓進(jìn)行采樣 當(dāng)兩個值 相等時 中斷驅(qū)動電路 停止充氣 而如果當(dāng)前氣壓值大于輸入值時 單片機(jī) 發(fā)送控制命令到電磁閥驅(qū)動器 開通電磁閥 放氣開始 與此同時仍然進(jìn)行氣 壓采樣 當(dāng)兩值相等時 電磁閥斷開 停止放氣 在夜間 特別是在有車輛行 駛的路邊加氣時 我們有照明燈和警示燈 通過特殊功能鍵可使照明燈發(fā)光工 作或警示燈發(fā)出警示信號 給使用者的操作帶來方便 避免發(fā)生交通事故 5 2 總體設(shè)計(jì)流程 本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為核心 對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 將掃描到的鍵盤 輸入值在LCD1602上顯示 并運(yùn)用ADC0832對氣壓傳感器采集到的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換 并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理 同時用LCD1602來顯示外 部采集到的氣壓值 如果檢測到的氣壓值小于設(shè)定的氣壓值 則單片機(jī)控制充 氣工作 若檢測到的氣壓值大于設(shè)定的氣壓值 則TLV5616對單片機(jī)處理好的數(shù) 據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換再將轉(zhuǎn)換好的模擬信號傳送給電磁閥 電磁閥隨著放氣的進(jìn)行 電磁閥的閥門慢慢變小 放氣的速度也隨著減慢 這樣可以減小誤差 系統(tǒng)的 總流程圖如圖2 1所示 27 比較 相等 初始 化 電流采樣 壓力傳感 器 AD 轉(zhuǎn) 換 單片機(jī) LCD 顯 示 鍵盤掃描 驅(qū)動電機(jī) 充氣 電磁閥 放氣 停止電機(jī) 相等 大于 小于 是 是 否 否 圖 2 1 總體流程圖 5 3 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì) 方案一 采用AT89S52 8位單片機(jī) AT89S52 3 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓 高性能 CMOS 8 位單片機(jī) 片 內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 PEROM 和 256bytes 的隨機(jī) 存取數(shù)據(jù)存儲器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存儲技術(shù)生 產(chǎn) 與標(biāo)準(zhǔn) MCS 51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容 片內(nèi)置通用 8 位中央處 理器 CPU 和 Flash 存儲單元 功能強(qiáng)大 AT89S52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù) 雜控制應(yīng)用場合 AT89S52 有 40 個引腳 32 個外部雙向輸入 輸出 I O 端口 同時內(nèi)含 28 2 個外中斷口 3 個 16 位可編程定時計(jì)數(shù)器 2 個全雙工串行通信口 2 個讀寫 口線 AT89S52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 也可以在線編程 其將通用的微 處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起 特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效 地降低開發(fā)成本 AT89S52主要功能特性 1 兼容MCS51指令系統(tǒng) 2 8k可反復(fù)擦寫 1000次 Flash ROM 3 32個雙向I O口等 此單片機(jī)是小型電子產(chǎn)品普遍采用的微控芯片 性價比高 在控制領(lǐng)域應(yīng) 用也比較普遍 方案二 采用高檔高位機(jī) 凌陽的61單片機(jī) 凌陽的16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的 它的CPU內(nèi)核采用凌陽最 新推出的 nSP Microcontroller and Signal Processor 16位微處理器 芯片 以下簡稱 nSP 圍繞 nSP 所形成的16位 nSP 系列單片機(jī) 以下簡稱 nSP 家族 采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu) 它以 nSP 內(nèi)核為中 心集成不同規(guī)模的ROM RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件 具有以下等性能 16位 nSP 微處理器 工作電壓 CPU VDD為2 4 3 6V I O VDDH為2 4 5 5V CPU時鐘 0 32MHz 49 152MHz 內(nèi)置2K字SRAM 內(nèi)置32K FLASH 使用凌陽音頻編碼SACM S240方式 2 4K位 秒 能容納210秒的語音數(shù) 據(jù) 32位通用可編程輸入 輸出端口 7通道10位電壓模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 和單通道聲音模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 此類單片機(jī)功能更強(qiáng) 但是價格比較昂貴 綜合本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的各部分功能 僅需一片AT89S52單片機(jī)就可以滿足設(shè) 計(jì)的需要 因此采用AT89S52作為主控芯片 為了使電路更加緊湊 外部引線更加少 需合理設(shè)計(jì)整個系統(tǒng)的原理圖 2 以便硬件規(guī)劃與設(shè)計(jì) 硬件總電路圖如圖3 1所示 29 C3 30pC4 30pf Y012MHZ R4 10K P1 01 P1 12 P1 23 P1 34 P1 45 P1 56 P1 67 P1 78 RST9 P3 010 P3 11 P3 212 P3 313 P3 414 P3 515 P3 616 P3 717 XTAL218 XTAL119 GND20 P2 0 21P2 1 2 P2 2 23P2 3 24 P2 4 25P2 5 26 P2 6 27P2 7 28 PSEN 29ALE 30 EA 31P0 7 32 P0 6 3P0 5 34 P0 4 35P0 3 36 P0 2 37P0 1 38 P0 0 39VC 40 U3 AT89S52 5V 5V CH0 2 CH1 3 CS 1 CLK7 DI5 VREF8 DO6 GND 4U2 ADC0832 5v R210 5v 5v DIN1 SCLK2 CS3 FS4 AGND 5 REFIN 6 OUT 7 VD 8TLV5616 5V 1 12 2 C1104 112 2 C22u 1 1 2 2 S0SW PB R110K 12345678910111213141516 J41602 12 34 56 78 9 J1 CON9 C5CAPACITOR 12 3 J2 傳傳傳傳傳 R3 10K R6RES2 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 K1RELAY DPDT 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 K2RELAY DPDT Q1 9013 Q2 9013 5v 10 RES2 12 J5 傳 10kRES2 A 1K2 D1DIODE R950 12 J6 傳傳12 34 J7 CON4 Vin1 GND 2 Vout 3 U1LM2940 C620u C7 104 123 J9CON3 1 J10CON1 1 A 2 K D2LED R101k 12 34 56 78 J0 CON8 12 34 56 78 98 10k CON9 K3 XIAOJIDIANQI Vin1 GND 2 Vout 3 U17805 C620u C7 104 5KRES2 9013NPN 30 RES2 5V 12J0 傳傳傳1a1 1b2 2a3 2b4 3a5 3b6 GND7 4a 84b 95a 10 5b 16a 12 6b 13VC 14 Q 74ls04 1J CON1 D LED D LED R RES2 R RES2 圖3 1 硬件總體布局 整個系統(tǒng)的控制核心是AT89S52 因此對單片機(jī)的資源要合理分配與利用 單片機(jī)的IO口資源分配 表3 1 IO口分配 鍵盤控制模塊 P0 0 P0 7 設(shè)置比較的氣壓值 氣壓采集模塊 P2 4 P2 7 通過ADC0832采集氣壓 電機(jī)模塊 充氣 P3 3 控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動 電磁閥 放氣 P2 1 P2 3 通過TLV5616控制電磁閥 P1 0 P1 7 LCD數(shù)據(jù)LCD模塊 P3 0 P3 2 LCD控制信號 照明燈控制 P3 4 控制燈的亮滅 在自動充氣機(jī)中的各個部分 并不是每一個部分都用到了單片機(jī)的控制 由于本文研究的是單片機(jī)在自動充氣機(jī)中應(yīng)用 因此 對于沒有用到單片機(jī)的 部分就不做過多的闡述 主要針對有用到單片機(jī)的重要部分做詳細(xì)地闡述 在 自動充氣機(jī)中的氣壓檢測及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 顯示模塊 鍵盤輸入模塊和照明報 30 警模塊都是由單片機(jī)來控制 下面將對這四個模塊的設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹 5 4 氣壓檢測及 A D D A 模塊的設(shè)計(jì) 5 4 1 氣壓檢測 通過壓力傳感器檢測輪胎當(dāng)前的氣壓參數(shù)并經(jīng)由 ADC0832 傳給單片機(jī) 由 單片機(jī)給 LCD1602 送數(shù)據(jù) 讓其顯示當(dāng)前的輪胎氣壓值 5 4 2 方案選擇 方案一 采用ADC0809 8路8位A D轉(zhuǎn)換器 即分辨率8位 采樣頻率 數(shù)據(jù)并行傳輸 可對8路信 號進(jìn)行分時采樣 多用于對多路信號進(jìn)行采樣的設(shè)計(jì)中 軟件編程比較簡單 ADC0809芯片有28條引腳 采用雙列直插式封裝 因此對它的硬件接線比較麻煩 同時也會加大硬件設(shè)計(jì)難度 方案二 采用ADC0832 ADC0832為8位分辨率A D轉(zhuǎn)換芯片 其最高分辨可達(dá)256級 可以適應(yīng)一般 的模擬量轉(zhuǎn)換要求 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用 使得芯片的模擬電壓 輸入在0 5V之間 8位2路AD轉(zhuǎn)換器即8位分辨率 采樣頻率 數(shù)據(jù)串行傳輸 此轉(zhuǎn)換器一般用于對少數(shù)信號進(jìn)行采樣的電路中 外部只有8個引腳 連線簡單 方便 但是相對而言軟件編程稍微復(fù)雜一點(diǎn) 方案三 采用TLV5616 12位轉(zhuǎn)換器 TLV5616是一個12位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC 帶有靈活的4線串行接口 可以無縫連接TMS320 SPI QSPI和Microwire串行口 數(shù)字電源和模擬電源分 別供電 電壓范圍2 7 5 5V 輸出緩沖是2倍增益rail to rail輸出放大器 輸出放大器是AB類以提高穩(wěn)定性和減少建立時間 rail to rail輸出和關(guān)電方 式非常適宜單電源 電池供電應(yīng)用 通過控制字可以優(yōu)化建立時間和功耗比 精度高 數(shù)據(jù)是串行傳輸?shù)?只有8個引腳便于接線 軟件編程簡單 方案四 采用DAC0832 8位轉(zhuǎn)換器 DAC0832是采樣頻率為八位的D A轉(zhuǎn)換芯片 集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器 使DAC0832芯片具備雙緩沖 單緩沖和直通三種輸入方式 以便適于各種電路的 需要 如要求多路D A異步輸入 同步轉(zhuǎn)換等 數(shù)據(jù)是進(jìn)行并行傳輸 是以電流 31 的形式輸出 有14個引腳 硬件連線較煩 軟件編程簡單 但是使用它并需外 加外部轉(zhuǎn)換電路將電流轉(zhuǎn)換成電壓 從軟件和硬件制作的角度考慮 采用8引腳的ADC0832對采集到的氣壓值進(jìn) 行AD轉(zhuǎn)化 采用TLV5616對數(shù)據(jù)進(jìn)行DA轉(zhuǎn)化 5 4 3 電路設(shè)計(jì)與分析 ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率 雙通道 A D 轉(zhuǎn)換 芯片 由于它體積小 兼容性強(qiáng) 性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎 目前已經(jīng)有很高的普及率 學(xué)習(xí)并使用 ADC083 可以使我們了解 A D 轉(zhuǎn)換器的原 理 有助于我們對單片機(jī)技術(shù)水平的提高 1 ADC0832 具有以下 5 個特點(diǎn) 8 位分辨率 雙通道 A D 轉(zhuǎn)換 輸入輸出電平與 TTL CMOS 相兼容 5V 電源供電時輸入電壓在 0 5V 之間 工作頻率為 250KHZ 轉(zhuǎn)換時間為 32 S 其引腳電路圖如圖 4 1 所示 圖 4 1 ADC0832 引腳圖 芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32 S 具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn) 以減少數(shù)據(jù)誤 差 轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng) 獨(dú)立的芯片使能輸入 使多器件掛接和處理器 控制變的更加方便 通過DI數(shù)據(jù)輸入端 可以輕易地實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇 正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線 分別是 CS CLK DO DI 如圖4 1 但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效且與 單片機(jī)的接口是雙向的 所以電路設(shè)計(jì)時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使 用 32 當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平 此時芯片處于禁用狀態(tài) CLK 和DO DI的電平可任意 當(dāng)要進(jìn)行A D轉(zhuǎn)換時 須先將CS使能端置于低電平并且 保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束 此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作 同時由處理器向芯片 時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖 DO DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信 號 在第1個時鐘脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平 表示啟始信號 在第 2 3個脈沖下降沿之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為 1 0 時 只對CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換 當(dāng)2位數(shù)據(jù)為 1 1 時 只 對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換 當(dāng)2位數(shù)據(jù)為 0 0 時 將CH0作為正輸入端 IN CH1作為負(fù)輸入端IN 進(jìn)行輸入 當(dāng)2位數(shù)據(jù)為 0 1 時 將CH0作為 負(fù)輸入端IN CH1作為正輸入端IN 進(jìn)行輸入 到第3個脈沖的下降沿之后DI端 的輸入電平就失去輸入作用 此后DO DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 的讀取 從第4個脈沖的下降沿開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7 隨后每 一個脈沖的下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù) 直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0 一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成 也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù) 據(jù) 即從第11個字節(jié)的下降沿輸出DATD0 隨后輸出8位數(shù)據(jù) 到第19個脈沖時 數(shù)據(jù)輸出完成 也標(biāo)志著一次A D轉(zhuǎn)換的結(jié)束 最后將CS置高電平禁用芯片 直 接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了 在本設(shè)計(jì)中 我們只用到了一個CH0轉(zhuǎn)換口 故本設(shè)計(jì)的DO DI兩端口的數(shù) 據(jù)應(yīng)為 1 0 分別用P2 1和P2 2口控制 CPU向TLV5616發(fā)送的串行數(shù)據(jù)每幀為16位 其中高4位為控制位 低12位為 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù) 高位在前 低位在后 VREF為參考電壓輸入端 系統(tǒng)中接運(yùn)放1的 輸出 VOUT是電壓輸出端 片內(nèi)有一個2倍的輸出放大器 其轉(zhuǎn)換關(guān)系為 VOUT 2 V REF Di 4096 VREF參考電壓的范圍為0V 3 5V 所以我在設(shè)計(jì)時參考電壓的選擇是外接一 個上拉電阻可選電壓為0V 5V 這樣可以方便選擇參考電壓 為硬件調(diào)試打下好 的基礎(chǔ) 其與單片機(jī)的接口如圖4 2所示 33 圖 4 2 TLV5616引腳接線 5 5 軟件設(shè)計(jì) 5 5 1 A D 模塊軟件設(shè)計(jì) A D模塊的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4 3所示 圖 4 3 AD 轉(zhuǎn)換流程 其程序 5 如下 uchar adc0832 uchar channel 讀 ADC0832 函數(shù) 采集并返回 uint dat2 0 uchar ndat 0 i 0 j 34 if channel 0 channel 2 if channel 1 channel 3 通道選擇 AD CS 0 nop 拉低 CS 端 AD 片選 DI 1 nop 在第一個脈沖下降之前 DI 必須是高電平 表示啟始信 號 SCK 1 nop SCK 0 nop SCK 1 DI channel nop 在第二和第三個脈沖下降之前 DI 輸入兩位表示 通道 SCK 0 nop SCK 1 DI channel 1 nop SCK 0 寫命令完成 DI 失去輸入作用 DI 1 nop dat2 0 for i 0 i 8 i 讀出 8 字節(jié)數(shù)據(jù) dat2 DO SCK 1 nop SCK 0 nop dat2 1 if i 7 dat2 DO for i 0 i 8 i j 0 j j DO SCK 1 nop SCK 0 nop j j 7 ndat ndat j if i 1 AD CS 1 SCK 0 DO 1 dat2 8 35 dat2 ndat return dat2 返回數(shù)據(jù) A D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理過程是用采樣兩次數(shù)據(jù)對比的方法 第一次數(shù)據(jù)采集 是使用正向存儲的方式 就是高位在前低位在后 而第二次則是反向存儲的方 法 低位在前 高位在后 所以在做數(shù)據(jù)對比時 必須把第二次數(shù)據(jù)反過來 當(dāng)測得的兩次數(shù)值是一樣的時候 則返回數(shù)值 若不一樣則再次進(jìn)行測試 這 樣就保證了測得的值的準(zhǔn)確性 5 5 2 D A 模塊軟件設(shè)計(jì) D A 轉(zhuǎn)換模塊是采用是 TLV5616 對數(shù)值進(jìn)行 D A 轉(zhuǎn)換 其主要程序如下 void spiwrite int temp 寫數(shù)據(jù) uint i setcs 0 for i 0 i 16 i pindin bit temp setsclk 1 temp 1 nnop 1 setsclk 0 nnop 1 setcs 1 TLV5616 的控制僅靠數(shù)據(jù)的第 14 15 位 所以一般情況下寫控制和數(shù)據(jù)是 同時進(jìn)行的 這樣的程序就簡潔了 TLV5616 的數(shù)據(jù)傳送是串行發(fā)送的 因此對 時序的要求很嚴(yán) 要嚴(yán)格按照時序來發(fā)送 14 參考文獻(xiàn) 1 王世明 機(jī)床與液壓 J 上海海洋大學(xué)工程學(xué)院 1996 08 2 楊華勇 周華 路甬祥 中國機(jī)械工程 M 浙江大學(xué) 2000 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單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)例 M 清華大學(xué) 出版社 2004 18 劉文濤 單片機(jī)語言 C51 典型應(yīng)用設(shè)計(jì) M 19 范風(fēng)強(qiáng) 蘭嬋麗編著 單片機(jī)語言 C51 應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)集錦 M 20 李朝青主編 單片機(jī) DSP 外圍數(shù)字 IC 技術(shù)手冊 M 21 李建忠 單片機(jī)原理及應(yīng)用 M 西安 電子科技大學(xué)出版社 2002 38 總 結(jié) 時間過得真快 轉(zhuǎn)眼間 XX 個月的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)就要結(jié)束了 由于基礎(chǔ)薄 弱 設(shè)計(jì)起來很困難 剛拿到課題時找資料是第一大難關(guān) 那時腦子里一片紊 亂 無從下手 記得當(dāng)時在圖書館呆了幾個下午 挑了好多的書 但總是無法 把那些片段串聯(lián)成一個方案 后來通過老師和同學(xué)們的幫忙 漸漸有了頭緒 確定了方案 正式著手設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)時只有拿著書本慢慢學(xué) 參考書本 經(jīng)過兩 個月的摸索和學(xué)習(xí) 把原本不清楚的東西都學(xué)會了 在這期間走過彎路 不知 所措 經(jīng)過指導(dǎo)老師俞老師細(xì)心的講解加上自己的努力 同學(xué)的幫助 終于完 成了設(shè)計(jì) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對我以前學(xué)過的理論知識起到了很好的回顧作用 以前在校 學(xué)習(xí)時不夠清楚如何應(yīng)用所學(xué)知識 對所學(xué)的課程不能很好的融會貫通 以前 我們每學(xué)期都會有一些各個科目的課程設(shè)計(jì) 但那樣的設(shè)計(jì)都會在老師的不斷 提醒下完成 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)就有所不同 它需要自己去查找資料 自己拿出 方案 找出設(shè)計(jì)的突破口 經(jīng)過一個月左右的努力 這次設(shè)計(jì)才有了一個明確 的思路 參考書本 經(jīng)過兩個月的摸索和學(xué)習(xí) 把原本不清楚的東西都學(xué)會了 在這期間走過彎路 不知所措 經(jīng)過指導(dǎo)老師俞老師細(xì)心的講解加上自己的努 力 同學(xué)的幫助 終于完成了設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中遇到很多困難卻令我難忘 特別在用 AUTO CAD 制圖在繪制液 壓原理圖時 由于對 AUTO CAD 軟件應(yīng)用不熟練 還得邊翻書自學(xué)邊畫圖 畫一張簡單的圖往往要花上幾天的時間 還要將畫好的原理圖復(fù)制到 WORD 中 進(jìn)行排版 雖然麻煩 但這次課程設(shè)計(jì)使我對 AUTO CAD 軟件有了進(jìn)一步的 了解 并能較為熟練的應(yīng)用它 通過本次設(shè)計(jì) 我對液壓方面的知識有了更深一步的了解 也進(jìn)一步掌握 了各類液壓元件的功能以及經(jīng)常會出現(xiàn)的故障 為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基 礎(chǔ) 我們即將步入社會 我們面臨的將會是更多的困難和挑戰(zhàn) 只要我們努力 學(xué)習(xí) 勇于實(shí)踐 勤學(xué)好問 就會懂得以前不明白或不十分明白的道理 就會 很快地成長和成熟起來 我也相信 憑著我自強(qiáng)不息 勇于拼搏的精神 定能 39 很快 適應(yīng)這個多變的社會 充分發(fā)揮長處 朝我的方向不斷前進(jìn) 前進(jìn) 再前 進(jìn) 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)就有所不同 它需要自己去查找資料 自己拿出方案 找 出設(shè)計(jì)的突破口 經(jīng)過一個月左右的努力 這次設(shè)計(jì)才有了一個明確的思路 總之 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我的創(chuàng)新思維的能力 自學(xué)的能力 學(xué)以致用 的能力都得到提高為 這為我以后的工作打下一個良好的基礎(chǔ) 致 謝 本論文是在導(dǎo)師 XXX 的悉心指導(dǎo)下完成的 將近 X 個月的畢業(yè)論文階段 結(jié)束了 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益匪淺 為以后的工作打下一個良好的基礎(chǔ) 在 此 感謝學(xué)院為我們精心安排的畢業(yè)課程設(shè)計(jì)和良好的學(xué)習(xí)環(huán)境 使我們能更 快更好地完成畢業(yè)設(shè)計(jì) 在這段時間里 我得到了許多老師和朋友的關(guān)心和幫 助 首先 我要對我的指導(dǎo)