【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 33％。 2. 磁懸浮的發(fā)展前景問(wèn)題 由于磁懸浮系統(tǒng)以電磁力完成懸浮、向?qū)Ш万?qū)動(dòng)功能的，斷電后磁懸浮的安全保障措施，尤其是列車(chē)停電后的制動(dòng)問(wèn)題仍然是要解決的問(wèn)題。其高速穩(wěn)定性和可靠性還需要很長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行考驗(yàn)。 常導(dǎo)磁懸浮技術(shù)的懸浮高度降低，因此對(duì)線路的平 整度、路基下沉量級(jí)道岔結(jié)構(gòu)方面的要求較超導(dǎo)技術(shù)更高。 超導(dǎo)磁懸浮技術(shù)由于渦流效應(yīng)懸浮能耗較常導(dǎo)軌技術(shù)更大，冷卻系統(tǒng)重，強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體與環(huán)境都有影響。 每一種新的交通工具的間世 , 都極大地推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步?；仡櫧煌üぞ甙l(fā)展史 , 我們發(fā)現(xiàn)汽車(chē)極大地方便了人們的生活 ,但長(zhǎng)途運(yùn)輸能力差 , 且日益增多的汽車(chē)數(shù)量使交通擁擠堵塞現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重 ? 常規(guī)輪軌列車(chē)的運(yùn)輸量大 , 但運(yùn)行速度慢 , 運(yùn)行噪聲大 , 爬坡能力低 , 高速輪軌列車(chē)要求軌道有很高的平整度 , 在高速運(yùn)行時(shí) , 能量消耗大 , 鐵軌和車(chē)輪的磨損很?chē)?yán)重 , 從而導(dǎo)致維修費(fèi)用昂貴 ? 飛機(jī)運(yùn)行速度快 , 但運(yùn)精量小 , 且事故往往是致命性的 ( 本文介紹的磁懸浮列車(chē)是一種新的交通工具 , 相對(duì)而言 , 它有多方面的優(yōu)點(diǎn) , 如高速 , 運(yùn)輸量大 , 安全 ,舒適 , 無(wú)噪聲等。綜合各種因素，就目前而言，磁懸浮的發(fā)展是最有潛力，最有發(fā)展必要的。 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 5 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與工作原理 167。 設(shè)計(jì)內(nèi)容與方法 167。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)磁懸浮小球的控制電路設(shè)計(jì)，對(duì)控制算法進(jìn)行研究，編寫(xiě)程序，通過(guò)傳感器對(duì)小球位置的測(cè)量，利用通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)小球懸浮的穩(wěn)定控制 。 167。 設(shè)計(jì)方法 采用霍爾元件檢測(cè)小球，輸位置出電信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換反饋至單片機(jī)， 運(yùn)用單片機(jī)數(shù)字 PID 控制器 來(lái)控制磁懸浮 小球在磁場(chǎng)中的位置。 167。12..3 設(shè)計(jì) 總框圖 圖 21 總流程圖 給定數(shù)字量的作用是手動(dòng)控制小球在磁場(chǎng)中的位置，根據(jù)給定量不同，小球的受力大小也隨之改變。 單片機(jī)控制器主要是在接到傳感器的反饋后通過(guò)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)給磁鐵執(zhí)行器從而控制磁場(chǎng)大小。 功率驅(qū)動(dòng)則是改變 驅(qū)動(dòng)能力。 霍爾元件則是用于測(cè)量小球位置的傳感器，并將其信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換發(fā)送給單片機(jī)控制器 電磁鐵執(zhí)行器 傳感器信號(hào) 功率驅(qū)動(dòng) 信號(hào)轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 控制器 給定輸入量 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 6 167。 工作原理 磁懸浮小球的工作原理是利用電生磁力來(lái)吸引小球，通過(guò)傳感器測(cè)量其位移并用 PID 控制使小球在磁力重力的作用下達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，即懸浮不掉落，具體設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)請(qǐng)查閱硬件軟件的設(shè)計(jì)。 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 167。 硬件所需元件 167。3 . 單片機(jī) STC12C5A60S2 STC12C5A60S2 簡(jiǎn)介 STC12C5A60S2 是 STC 生 產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期（ 1T）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 2 路 PWM， 8路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。 增強(qiáng)型 8051CPU， 1T（ 1024G），單時(shí)鐘 /機(jī)器周期 工作電壓 1280 字節(jié) RAM 通用 I/O 口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，強(qiáng)推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開(kāi)漏 每個(gè) I/O 口驅(qū)動(dòng)能 力均可達(dá)到 20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò) 120mA 有 EEPROM 功能 看門(mén)狗 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路 外部掉電檢測(cè)電路 時(shí)鐘源：外部高精度晶體 /時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機(jī)為： 11~17MHz 單片機(jī)為：8~12MHz 4 個(gè) 16 位定時(shí)器 兩個(gè)與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 16 位定時(shí)器 T0和 T1 1 3 個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 輸出時(shí)鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在 口輸出時(shí)鐘 1外部中斷 I/O 口 7 路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 8 中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒， INT0/， INT1/，T0/， T1/， RxD/， CCP0/， CCP0/ 1 PWM2 路 1 A/D 轉(zhuǎn)換， 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S 1通用全雙工異步串行口（ UART） 1雙串口， RxD2/， TxD2/ 1工作范圍： 40~85 1封裝： LQFP48， LQFP44， PDIP40， PLCC 管腳說(shuō)明 ： ~ P0： P0 口既可以作為輸入 /輸出口，也可以作為地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng) P0 口作為輸入 /輸出口時(shí)， P0 是一個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無(wú)需外接上拉電阻。當(dāng) P0 作為地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低 8 位地址線A0~A7，數(shù)據(jù)線 D0~D7 、 ADC 輸入通道 0、獨(dú) 立波特率發(fā)生器的時(shí)鐘輸出 167。3 . 模擬量接近開(kāi)關(guān) 概述 通常，電感式接近接近開(kāi)關(guān)均有著相同的工作原理及應(yīng)用。然而 ,本文所要討論的是模擬量接近開(kāi)關(guān)的一些特殊特性。下面所講述的例子均來(lái)源于實(shí)踐，由于篇幅有限，只能選擇部分實(shí)例。但從中可以看出它的應(yīng)用是極其廣泛的。參數(shù)參考： 圖 31 模擬量參數(shù) 1 河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 9 圖 22 模擬量參數(shù) 2 圖 33 模擬量參數(shù) 3 模擬量接近開(kāi)關(guān)應(yīng)用 : 1. 一個(gè)模擬量接近開(kāi)關(guān)控制幾個(gè)開(kāi)關(guān)點(diǎn) 人們常常會(huì)遇到 這種情形，在被檢測(cè)目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，某一動(dòng)作需要在不止一個(gè)位置被觸發(fā)。更多的是：不同的位置往往發(fā)生一些相關(guān)的動(dòng)作。因此，一個(gè)程序控制站，可用一張金屬盤(pán)片和一個(gè)模擬量接近開(kāi)關(guān)替代幾個(gè)凸輪和同等河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 10 數(shù)量的接近開(kāi)關(guān)來(lái)解決此類問(wèn)題。 例如通過(guò)一個(gè)帶模擬量輸入的 PLC 輸入模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能 ( 例如西門(mén)子 S5 ， 6ES5 4648MC11 ) ?，F(xiàn)在以非常合理的價(jià)格便可買(mǎi)到這些模塊。當(dāng)然也可以使用其它供應(yīng)商的信號(hào)處理裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。 2. 模擬量接近開(kāi)關(guān)線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào) 用 接近開(kāi)關(guān)將線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào) 的最直接簡(jiǎn)單的辦法。但是這種情況，必須保證設(shè)備沒(méi)有被物理接觸。然而在實(shí)踐中 , 開(kāi)關(guān)的檢測(cè)范圍往往不夠大，造成直接檢測(cè)有困難。但如果使用楔形的物體，便能隨意調(diào)節(jié)檢測(cè)范圍。同時(shí)如果此物體為非平面物時(shí)，可供調(diào)節(jié)的范圍會(huì)更廣。很輕易便能把線型轉(zhuǎn)換成電子信息 。 3. 模擬量接近開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào) 通過(guò)一個(gè)偏心金屬盤(pán)片，模擬量裝置便可采集到旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)信號(hào)或角度信號(hào)。與上例相似，如果盤(pán)片的形狀合適，角度的可調(diào)范圍相應(yīng)比較大，線性度也能做得較好。 4. 模擬量接近開(kāi)關(guān)啟動(dòng)調(diào)節(jié) 典型的控制程序通常在通過(guò)基點(diǎn)時(shí)，含有一 個(gè)簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)通斷切換。 (該點(diǎn)可由一個(gè)普通的接近開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢測(cè) ) 。但是由于偏差，該點(diǎn)很難精確定位。如果使用帶模擬量輸出的接近開(kāi)關(guān)和 PLC，在啟動(dòng)時(shí)便可進(jìn)行低成本的精確調(diào)節(jié)了 5. 模擬量接近開(kāi)關(guān)電梯的啟動(dòng)調(diào)節(jié) 啟動(dòng)調(diào)節(jié)最令人感興趣的是應(yīng)用在電梯領(lǐng)域里。通常，一臺(tái)電梯在到達(dá)停靠點(diǎn)之前的短時(shí)間內(nèi)會(huì)轉(zhuǎn)換成緩慢行駛，然后突然停止于停靠點(diǎn)上。技術(shù)上看，非常簡(jiǎn)單，但有兩個(gè)缺點(diǎn)。 第一 , 緩慢行駛階段會(huì)延長(zhǎng)電梯運(yùn)行的時(shí)間 , 第二 , ?？课恢玫木_性有限且受負(fù)載影響。但如果采用模擬量接近開(kāi)關(guān)會(huì)同一個(gè)啟動(dòng)調(diào)節(jié)裝置作為發(fā)送 器來(lái)檢測(cè)電梯的位置，這些問(wèn)題都可以解決，并且還不會(huì)增加多少接近開(kāi)關(guān)費(fèi)用。若采用可調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)會(huì)增加額外的費(fèi)用，但使用模擬量接近開(kāi)關(guān)，這些費(fèi)用都可以省去了。 6. 模擬量接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)?yán)锏奶つ_板位置 現(xiàn)代車(chē)輛里的踏腳板位置是很多控制過(guò)程的信息源。當(dāng)踏腳板改變路徑或轉(zhuǎn)河南科技大學(xué)畢業(yè)論文 11 換角度時(shí)，接近開(kāi)關(guān)需要能捕捉到這些變化，并轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，再反饋到控制系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換器是由電位計(jì)組成的， 也可使用磁場(chǎng)敏感元件。更多地人們使用根據(jù)微分轉(zhuǎn)換原理工作的位移接近開(kāi)關(guān)。然而 , 還有一些以前沒(méi)有好的解決方案，依現(xiàn)在的技術(shù)都已能得到圓滿 解決，比如建筑裝備（高頻率振動(dòng)再加上極其惡劣的環(huán)境，如塵土飛揚(yáng)，工作溫度和濕度高，不好安裝）。另外，永久性磁鐵由于吸附金屬和鐵屑 ，可靠性不好，也被棄用。但模擬量接近開(kāi)關(guān)就不同了，它能滿足上面所有的要求 , 并且價(jià)格還比較低廉。 7. 模擬量接近開(kāi)關(guān)非接觸電位計(jì)（角位移） 上面所說(shuō)的關(guān)于踏腳板位的檢測(cè)也可應(yīng)用到其它需要把機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的應(yīng)用上面。把接近開(kāi)關(guān)當(dāng)作電位計(jì)使，起初不被人們看好。但是它能解決安裝上的問(wèn)題 。 使用模擬量的接近開(kāi)關(guān)也可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)帶軸的多圈多匝的電位計(jì)一樣的功能（使用紡綞體狀的設(shè)計(jì)）。 8. 模擬量接近開(kāi)關(guān)對(duì)零部件的控制 很早以前，人們就開(kāi)始使用光電開(kāi)關(guān)和光纖監(jiān)測(cè)傳送帶上的零部件位置。在檢測(cè)金屬部件時(shí)，特別是在對(duì)塵土的敏感度方面，模擬量接近開(kāi)關(guān)也有很好的應(yīng)用價(jià)值。 9. 模擬量接近開(kāi)關(guān)軸的同心度監(jiān)測(cè) 在預(yù)防護(hù)方面，軸的同心度監(jiān)測(cè)起著一個(gè)非常重要的作用。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于軸的磨損，同心軸可能被損壞，導(dǎo)致機(jī)器出現(xiàn)故障，并隨之而來(lái)的是昂貴的修理費(fèi)并導(dǎo)致工廠停工。對(duì)軸的同心度持續(xù)監(jiān)測(cè)，可以獲得軸承的許多實(shí)時(shí)信息。 10. 模擬量接近開(kāi)關(guān)對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè) 振動(dòng)也是顯示機(jī)器狀態(tài)的一種指標(biāo) ,通過(guò)對(duì)一定時(shí)間段內(nèi)的振幅進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以進(jìn)行預(yù)防護(hù)，也有助于消除因故障引起的維修和關(guān)停等。這種情況下 , 也可以用帶模擬量輸出的接近開(kāi)關(guān)和 PLC 一起使用，來(lái)解決就這些問(wèn)題，并且費(fèi)用不高。監(jiān)測(cè)也以用單軸式，雙軸式或三軸式，但是每一個(gè)軸向都必須安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān) ,同時(shí)也必須注意設(shè)備的上限頻率。 11. 模擬量接近開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)節(jié) 許多情況下，開(kāi)關(guān)點(diǎn)都必須保持極高的精度，因此通常必須通過(guò)擰螺坶來(lái)進(jìn)行經(jīng)常調(diào)節(jié)，以保證精度。雖然有點(diǎn)費(fèi)事，但原裝設(shè)備初裝時(shí)一般不至于產(chǎn)生問(wèn)題。不過(guò)備品備 件替換完