【正文】 論文（設(shè)計）作者簽名： 日 期： 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 3 頁 目 錄 摘要 ...........................................................5 Abstract.......................................................6 第一章 緒論 ............................. 錯誤 !未定義書簽。 關(guān)鍵詞：固體擺電容傾角傳感器、單片機(jī) AT89C5 CAV42半主動懸架控制 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 6 頁 Solid pendulum Angle sensor design and type semiactive suspension control design ABSTRACT Along with the progress of social science and technolgy driven people to the physical quality of high demand, people are increasingly demanding for cars, this also is the innovation of science and technology progress into one of the reasons。其中，半主動懸架控 制的目的有兩個方面，一方面是是使車輛能適應(yīng)較差的行駛路況，另一方面是讓駕乘人員有良好的、舒適的環(huán)境。我國為了不失去國內(nèi)電子信息產(chǎn)品市場并爭國際市場，正 在加速發(fā)展信息科學(xué)技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)。 網(wǎng)絡(luò)化傳感器。阻尼可調(diào)半主動懸架又可分為有級可調(diào)半主動懸架和連續(xù)可調(diào)半主動懸架，有級可調(diào)半主動懸架的阻尼系數(shù)只能取幾個離散的阻尼值，而連續(xù)可調(diào)半主動懸架的阻尼系數(shù)在一定的范圍內(nèi)可連續(xù)變化。 (2)控制器的研究。開發(fā)低成本和高可靠性的傳感器，以及高性能微處理器是半主動懸架實用化的前題。它是實現(xiàn)自動檢測 和自動控制的首要環(huán)節(jié)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo) 而畫出的特性曲線來描述。 （ 2）靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個重要指標(biāo)。對 于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。 二、傳感器動態(tài)特性 所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化 的 時 候 ，它輸出的特性。 三、 傳感器的線性度 通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。 四、 傳感器的靈敏度 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化 △ y 對輸入量變化 △ x 的比值。 靈敏度的量綱是輸出、輸 入量的量綱之比。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨率時， 其輸出才會發(fā)生變化。 六、傾角傳感器的簡介 傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測量，從工作原理上可分為 “ 固體擺 ” 式、 “ 液體擺 ” 式、 “ 氣體擺 ” 三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來測量相對于水平面的傾角變化量。 當(dāng)傾角傳感器靜止時也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。如應(yīng)變式傾角傳感器就基于此原理。若液體擺水平時，則 RI=RIII。 在液體擺的應(yīng)用中也有根據(jù)液體位置變化引起應(yīng)變片的變化，從而引起輸出電信號變化而感知傾角的變化。當(dāng)腔體所在平面相對水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時，熱線的阻值發(fā)生變化，并且熱 線阻值的變化是角度或加速度的函數(shù)，因而也具有擺的效應(yīng)。氣體是密封腔體內(nèi)的唯一運動體，它的質(zhì)量較小，在大沖擊或高過載時產(chǎn)生的慣性力也很小，所以具有較強(qiáng)的抗振動或沖擊能力。 液體擺傾角傳感器介于兩者之間，但系統(tǒng)穩(wěn)定，在高精度系統(tǒng)中，應(yīng)用較為廣泛，且國內(nèi)外產(chǎn)品多為此類 。汽車懸架是車架（或車身）與車軸（或車輪）之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。由此可見懸架系統(tǒng)在汽車上是重要的組成之一。減振器用來衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動，減振器的類型有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。固有頻率按下式計算： C(=Mg/f) g重力加速度； f懸架垂直變形（撓度） M懸架簧載質(zhì)量。若固有頻率選取過低，很可能會出現(xiàn)制動點頭角，轉(zhuǎn)彎側(cè)貨角，空載和滿載車身高度變化過大?；奢d質(zhì)量變化范圍大，固有頻率變化范圍也大。車輪、非獨立懸架的車軸等屬于簧載質(zhì)量，也叫非簧載質(zhì)量 M。為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比Ψ設(shè)計得比伸張小。范圍內(nèi)，汽車有一定不足轉(zhuǎn)向特性，前懸架側(cè)傾角剛度應(yīng)大于后懸架側(cè)傾角剛度。 雙叉臂懸掛有以下特 性 :設(shè)定幾何形狀時可獲得較大的自由度，精確的設(shè)定可以提高駕駛舒適性，轉(zhuǎn)向性能以及其它性能。 麥佛遜支柱式懸掛的特性： 零件少，總成的質(zhì)量輕，總成安裝簡單，更加便于保養(yǎng)。 減振器總成可以支承非 垂直外力，從面減小減振器摩擦力的傳送。 一、主動懸架 主動懸架是一個動力驅(qū)動系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)、反饋控制中 心、能量源和執(zhí)行器四個部分。因此，主動懸架匯集了力學(xué) 和電子學(xué)的技術(shù)知識，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。圖 的半主動懸架系統(tǒng)中，一個連續(xù)可調(diào)的阻尼器與一個傳統(tǒng)的普通彈簧并聯(lián)，需要假定系統(tǒng)中的阻尼器能夠完全獨立于懸架的相對運動，且能根據(jù)力控制信號做出反應(yīng)?？偟膩碚f要完成以下幾點： （ 1）設(shè)計出分辨率為 1 度，測量范圍正負(fù) 15度的固體擺電容傾角傳感器，主要研究其結(jié)構(gòu)原理和信號調(diào)理。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 18 頁 第二章 固體擺電容傾角傳感器設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計方案： 利用德國 AMG公司生產(chǎn)的 CAV424 集成芯片處理固體擺電容傾角傳感器輸出的微弱信號，并使 CAV424 輸出的電壓信號與傾角傳感器測出的傾角變化成線性關(guān)系，CAV424 輸出信號經(jīng)放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換后輸 入 AT89C51 再送去顯示和控制懸架減震器的軟硬度。 由上式可以算出極板 1 移動前后的電容發(fā)生變化量： ? C= C2C1= d0? （ A+? A） — d0? （ A? A） =2 d0? ? A C （ 3） 其靈敏度 K= A??C = AA??d2 0? =2 d0? (4) 據(jù)此，如果忽略極板間有一種以上的介質(zhì)，而只有空氣，則與兩平行極板間電容靈敏度相比，可以確定差動式電容變面積傳感器比非差動式電容變面積傳感器，其靈敏度提高了一倍；另一個 特點是變面積電容傳感器有良好的線性度。這樣設(shè)計主要是利用擺錘受重力影響變化使擺錘與極板之間的覆蓋面積改變使傾斜角度的變化和電容量大小變化有很好的線性變化。 電容傳感器的影響因素 電容電場的邊緣效應(yīng) 理想條件下，平行版電容器的電場分布于兩級板所圍成的空間，這僅是簡化電容量計算的一種假定。所以本設(shè)計 在 X?極和 X? 極都接了等位環(huán)。為了減小寄生電容對傳感器的影響，本設(shè)計采用靜電屏蔽措施，將電容器極板放置在金屬殼體內(nèi)，并將殼體與大地相連。這有兩個方面的好處，一方面使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，另一方面使電容的變化與 CAV424貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 22 頁 芯片輸出的直流電壓成正比，同時為后繼對信號處理提供了方便。 CAV424 的檢測原理 1 個通過電容 Cosc 確定頻率的參考振蕩器驅(qū)動 2 個構(gòu)造對稱的積分器，并使它們在時間和相位上同步。該差分信號通過 1 個二級低通濾波器轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，并經(jīng)過輸出可調(diào)的差分級輸出。參考振蕩器電流 I osc =VM／ Rosc 。假設(shè)此正比系數(shù)為 k1 ，電容 C 1x 和 C 2x 的相對變化為 ? C=d0? 180? A0 ，則由（ 9）式得： VDIFF=83 k1 （ 1+21llRR ） d0? 180? A0 V （ 10） 式中 ? 為傳感器傾斜角度 。參考振蕩器電流設(shè)定電阻 R13=R23=250kΩ。若按一般設(shè)計原則，這里應(yīng)選用儀用放大器；但考慮到儀用放大器成本較高，而且由于前級使用了兩片 CAV424，其輸出電壓已經(jīng)較高，所以這里選用了性價比較高的四運放 TL084 作為信號調(diào)理電路。15176。 15176。 (2) 帶有鎖存功能的 8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對 8 路 0～ 5V 模擬量進(jìn)行分時切換。1LBS ，功耗： 15mW。模擬多路開關(guān)由 8 路模擬開關(guān)和 3 位地址鎖存譯碼器組成，可選通 8路模擬輸入中的任何一路，地址鎖存信號 ALE將 3位地址信號 ADDA、 ADDB、ADDC 進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中的一路，被選中的通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。因此，對各路進(jìn)行轉(zhuǎn)換是分時進(jìn)行的。轉(zhuǎn)換 結(jié)束，數(shù)據(jù)送三態(tài)門鎖存，同時發(fā)出 EOC 信號，在允許輸出信號控制下，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到外部數(shù)據(jù)總線。 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)應(yīng)及時送入單片機(jī)，在這過程中關(guān)鍵問題是如何確定 A/D 轉(zhuǎn)換完成，因為只有確定后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。和 128 字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），這種器件 采用ATMEL 公司的高密度、不容易丟失存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與 MCS51 系列的單片機(jī)兼容。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 、定時 /計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 在本設(shè)計中，主程序的初始化只對 A/D 進(jìn)行初始，其它的初始化程序放到相應(yīng)的子程序中。 圖 一路 A/D 轉(zhuǎn)換流程圖 程序： ADC0809： MOV R1， 30H ；置需轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)首地址 MOV DTPR, 7FF8H 。存儲數(shù)據(jù) MOV R1， A 滑動平均濾波設(shè)計 方法：把連續(xù)取 N個采樣值看成一個隊列 ， 隊列的長度固定為 N， 每次采樣到一個新數(shù)據(jù)放入隊尾 ,并扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù) (先進(jìn)先出原則 )， 把隊列中的 N個數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運算 ,就可獲得新的濾波結(jié)果 。 FLT30： MOV A,38H ；采新值放入 A中 MOV R0,A 。(R2,R3)/8 XCH A, R3 SWAP A ADD A, 80H 。 內(nèi)變化時， 輸入 A/D 轉(zhuǎn)換的電壓 U0 在 0～ 5V 內(nèi)變化 ，可知公式中 A=,B=15，在計算機(jī)中分別表示為：0001B,1FH，且放在 EPROM 中，地址為 21H 和 22H。計算 A Di ADD A, R2 。 開始 初始化 計算 A Di 存數(shù)據(jù)在 50H 計算 A Di +B 返回 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 37 頁 圖 顯示程序流程圖 程序： DIR1: CLR C 。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 39 頁 單片機(jī) AT89C51 分析采樣數(shù)后經(jīng) 和 輸?shù)娇烧{(diào)減震器， 控制前輪減震器， 控制后輪減震器。歷經(jīng)了 幾 個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實 。 在導(dǎo)師的細(xì)心指導(dǎo)下，我有了努力的方向，然后我隨身帶個筆記本到學(xué)校圖書館、網(wǎng)上查閱與課題相關(guān)的資料，并分類記在筆記本上，為書寫論文做準(zhǔn)備。在沒 把傳感器設(shè)計成差動之前，無論怎樣改變極板間的間距和零件形狀、尺寸、大小都不能很好的消除溫度對傳感器的靈敏度和精度的影響。 （ 4） 本文中 只做了一路的單片機(jī)處理程序，但是在單片機(jī)內(nèi)存中留有了足夠的存儲空間，以備進(jìn)行多路采集和控制。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深