【文章內(nèi)容簡介】 滑塊，從而實現(xiàn)小車的往復運動。 通風系統(tǒng) 由于試驗要在一定的溫度下進行，就需要對恒溫室進行熱風循環(huán)。熱風循環(huán)充分與否直接決定試驗結果的正確性，所以通風系統(tǒng)的設計在系統(tǒng)中顯得非常重要。本設計恒溫室熱風循環(huán)采用鼓風機（離心風機），加風道（上下通風循環(huán)）。為力使恒溫室內(nèi)各部分受熱均勻，在恒溫室的上 方加小風扇。應保證恒溫室內(nèi)單位時間內(nèi)實模 小車 加重 支點 圖 21 運動結構示意 位移傳感器 溫度傳感器 溫度傳感器 溫度傳感器 第 10 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 的熱風流量，從而選 擇適當型號的離心風機。設計離心風機放儀器下部，加熱裝置與離心風機的進風口相連接。熱風循環(huán)方式如下圖。 水浴 本設備是具有浸水試驗功能的儀器，熱水加熱直接在試驗水箱中加上加熱器完成，不另外在底部設水箱。水箱中放有溫度傳感器，用單片機監(jiān)控水溫。 試模組件 試模是在專門的配套設備中用輪碾成型法制作車轍試樣試塊。在實驗室或工地制備成型的車轍試件，其標準尺寸為 300179。 300179。 50mm。也 可從路面切割 300179。 300179。 50mm 的試件，試模采用緊縮結構。 外觀 正面、左側各開一個門，試模的放取是從左側的門，正面的門是為了觀察、打掃、和維修的方便。 傳動機構 小車的運動采用電機 ──減速器──雙滑塊四桿機構機構。 起吊系統(tǒng) 配重采用減速器起吊。起吊要平穩(wěn)，起吊高度要方便試模的放取 杠桿的的結構特點 杠桿應該選擇合理的截面形狀，使其面積最小，以達到減輕自重和節(jié)約材料的加熱裝置 離心風機 恒溫室 第 11 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 目的。 綜合考慮到 杠桿提升時的穩(wěn)定度及工作時的穩(wěn)定性，本設計采用截面形狀為回形的型鋼。 第 12 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 第三章 車轍測 試儀硬件的原理，選用和外圍電路的設計 前向通道的設計 總論 在測控系統(tǒng)中，總要有一些現(xiàn)場信號要輸入計算機，如溫度、壓力、開關狀態(tài)等。像這樣反映外界狀態(tài)的信息輸入通道稱為前向通道。前向通道是微機測控系統(tǒng)的重要組成部分，是連接現(xiàn)場和微機的橋梁。 前向通道的主要作用是把各種傳感器檢測到的外界狀態(tài)轉換為單片機機能接受的數(shù)據(jù)形式送入單片機，所以前向通道也常被稱為傳感器接口通道。 本次畢業(yè)設計的前向通道由： ； ； ； 轉換等部分組成。具體選擇應用 方案如下： 當輸入通道的輸入信號為較高電平時可以不必使用放大器，由于本系統(tǒng)采用的傳感器輸出電平比較低因此在系統(tǒng)中需采用相應的放大電路，信號電壓經(jīng)放大后輸入到 A/D 轉換器。 如果輸入信號的變化速度比 A/D 轉換速率慢得多，則可以省去 S/H 采樣保持電路，我們設計的系統(tǒng)由于信號變化比較慢因此不需要采用采樣保持電路。 由于輸入通道與強電無任何聯(lián)系，故沒有必要設光電隔離電路。 CPU AT89C51 通道選擇 放大器 A / D轉換 溫度、位移傳感器 第 13 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 傳感器 的選擇 信號將通過傳感器輸入單片機，因此傳感器也是決定整個測試系統(tǒng) 性能的關鍵環(huán)節(jié)之一。要正確選用傳感器，既要明確所設計的測試系統(tǒng)需要什么樣的傳感器（系統(tǒng)對傳感器的技術要求）；又要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器，把同類產(chǎn)品的指標和價格進行對比，從中挑選合乎要求的性價比高的傳感器。 一般選用傳感器的主要依據(jù)有：具有將被測量轉換為后續(xù)電路可用電量的功能，轉換范圍與被測量實際變化范圍相一致；轉換精度符合整個測試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標（一般應優(yōu)于系統(tǒng)精度的十倍左右），轉換速度應符合整機要求；能滿足被測介質和使用環(huán)境的特殊要求，如耐高溫，耐高壓，防腐， 防震，防爆，放電磁干擾，體積小，質量輕和耗電少等；能滿足用戶對可靠性和可維護性的要求。 （ 1） 溫度傳感器的選擇 : PN 結溫度傳感器的原理： PN 結溫度傳感器是利用二極管的 PN 結正向電流和溫度的關系，得到外加電壓與溫度的近似關系，也可以利用晶體三極管基極與發(fā)射之間的 PN結的溫度效應，測量溫度范圍為 50~200℃。 PN 結的正向電壓 VF 與溫度 T 的關系如式（ 31）所示 式中 ? 、 K、 g、 V g o 、 B 均為常數(shù)； J 為電流密度。 當電流密度 J 保持不變時， PN結正向電壓 VF 隨著溫度 T 的上升而下降，近似與線性關系。對于硅二極管，溫度升高 1℃，正向電壓下降約 2mV。二極管溫度傳感器正是利用 PN 結正向電壓與溫度關系的特性而制作的。 假設集電極電流為常數(shù)，晶體二極管的基極 發(fā)射極電壓 VBE與溫度 T 近似于線性關系，可利用式（ 32）表示 式中 C 為常數(shù)，與 PN結電流密度和工藝參數(shù) 有關。 VF=V gogKT ?????? ??? InJInTInB )23( ? （ 31） VB E ? CT (32) 第 14 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 利用這種關系， 可以將晶體三極管用作溫度傳感器。但要求晶體三極管的 VB E 誤差在 3%以內(nèi)，在使用中還可以通過調節(jié)集電流以減小 VB E 的誤差。 考慮到測量范圍、測量精度、價格等情況，在本設計中使用 PN 結溫度傳感器。感溫探頭采用一只硅三極管 9013，把它接成二極管形式。硅晶體管發(fā)射結電壓的溫度系數(shù)約為 ℃，即溫度每上升 1 度，發(fā) 射結電壓會下降 。 由 PN 結的原理，我們可用 PN 結作為溫度傳感器，精度要求能滿足，價格也便宜，因此我們在這次設計中我們選用 9013。 （ 2） 位移傳感器的選擇 : 位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。 根據(jù)全自動車轍測試儀測量范圍要求（ 0— 30mm）和精度要求（ ），我們決定選用 浙江省洞頭縣光電開關廠 生產(chǎn)的 VLS308。 我 們選用的 VLS308 是電感式位移傳感器 。 該位移傳感器是一種屬于金屬感應的線性器件，接通電源后，在開關的感應面將產(chǎn)生一個交變磁場，當金屬物體接近此感應面時，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物 體的目的。該位移傳感器具有無滑動觸點，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下。 位移傳感器 VLS308 的參考數(shù)據(jù)表 ： 型號 工作電壓 靜態(tài)功耗 輸出電流 輸出電壓 線性距離 重 復 精度 VLS308 1530VDC ≤ ≤5mA 010VDC 440mm % 響應時間 環(huán)境溫度 環(huán)境濕度 靈敏調節(jié) 輸出 形式 驅動形式 使 用 壽命 5ms 25～ 75℃ 95%RH（ 25℃ 時） 具備 雙態(tài)通用 運放驅動 ≥10000h 第 15 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 圖 位移傳感器的 機械原理圖： 輸出特性曲線 ： 從上面的分析我們知道該傳感器性能優(yōu)良，價格適中，符合我們系統(tǒng)設計的要求。 霍爾開關 的選擇 : 當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應。兩端具有的電位差值稱為霍爾電勢 U，其表達式為 U=KIB/d 其中 K 為霍爾系數(shù)， I 為薄片中通過的電流， B 為外加磁場（洛倫慈力 Lorrentz）的磁感應強度， d 是薄片的厚度。 由此可見，霍爾效應的靈敏度高低與外加磁場的磁感應強度成正比的關系。 霍爾開關屬于這種有源磁電轉換器件，它是在霍爾效應原理的基礎上，利用集成封裝和組裝工藝制作而成，它可方便的把磁輸入信號轉換成實際應用中的電信號，同時又具備工業(yè)場合實際應用易操作和可靠性的要求。 霍爾開關的輸入端是以磁感應強度 B 來表征的，當 B 值達到一定的程度（如B1）時，霍爾開關內(nèi)部的觸發(fā)器翻轉，霍爾開關的輸出電平狀態(tài)也隨之翻轉。輸 第 16 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 出端一般采用晶體 管輸出 ，和接近開關類似有 NPN、 PNP、常開型、常閉型、鎖存型（雙極性）、雙信號輸出之分。 霍爾開關具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，所以能在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作?；魻栭_關可應用于接近開關，壓力開關，里程表等，作為一種新型的電器配件。 圖 內(nèi)部原理圖 圖 輸入 /輸出的轉移特性 運算放大器的選擇 : 放大器是用來把傳感器送來的信號從毫伏電平按比例的放大到典型的模 /數(shù)轉換器輸入電平（如滿刻度為 10V ），可選用一個具有適當閉環(huán)增益的放大器。如果信號源的信號幅值相差懸殊，可采用增益可控的可編程序放大器，它的閉環(huán)增益由計算機控制。 我們在本畢業(yè)設計中選用的運放為 LM358， LM358 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范 圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合 。 LM358 的封裝形式有塑封 8 引線雙列直插式和貼片式。 特性： ? 內(nèi)部頻率補償 ? 直流電壓增益高 (約 100dB) ? 單位增益頻帶寬 (約 1MHz) 第 17 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） ? 電源電壓范 圍寬：單電源(3— 30V)； 雙電源 (177。 一 177。15V) ? 低功耗電流，適合于電池供電 ? 低輸入偏流 ? 低輸入失調電壓和失調電流 ? 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 ? 差模輸入電壓 范圍寬，等于電源電壓范圍 綜上，可以得出車轍測試儀的測溫電路與測位移電路如下圖所示： 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA3D a t e : 3 J un 2 0 0 5 S he e t o f F i l e : F : \畢業(yè)設計 \數(shù)據(jù)采集 . d db D r a w n B y:R12 0KR22 0KR31 00 KR41 00 K32184AL M 3 5832184AL M 3 58D9 01 3W25KW15KR55 00 KR65 00 K 5 V+ 5V溫度采集 1 23溫度采集數(shù)據(jù) 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA3D a t e : 3 J un 2 0 0 5 S he e t o f F i l e : F : \畢業(yè)設計 \數(shù)據(jù)采集 . d db D r a w n B y:V C CCCC位移調零電阻2 . 5 vL M 3 36RRRRRRRV C C1模擬正電流2模擬負電流3GND4位移傳感器V C C位移采集數(shù)據(jù)48231U ? AL M 3 58 第 18 頁 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） A/D 轉換 器的選擇 : 在單片機的實時控制和智能儀表等應用系統(tǒng)中，被控制或被測量對象的有關參量往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度等物理量，這些模擬量必須轉換成數(shù)字量后才能輸入到計算機進行處理。計算機處理的結果，也常常需要轉換為模擬信號，驅動相應的執(zhí)行機構，實現(xiàn)對被控對象的控制。若輸入是非電的模擬信號，還需要通過傳感器轉換成電信號并加以放大。實現(xiàn)模擬量變換成數(shù)字量的過程稱為“量化”，也 稱為模 /數(shù)轉換。實現(xiàn)模 /數(shù)轉換的設備稱為模數(shù)轉換器（ A/D）， A/D 轉換器是將連續(xù)變化的模擬信號轉換為數(shù)值上等效的數(shù)字信號。 盡管 A/D 轉換器的種類很多，但目前廣泛應用的主要有三種類型：逐次比較型、雙積分型二種。逐次逼近法 A/D 轉換器，在精度、速度和價格上都適中，是最常用的 A/D 轉換器件。雙積分 A/D 轉換器，具有精度高、抗干擾性好、價格低廉等優(yōu)點，但轉換速度慢，近幾年來在微機應用領域中也得到廣泛應用。選擇 A/D 轉換器件主要是從速度、精度和價格上考慮。 由速度、精度和價格等因素，在本畢業(yè)設計中使用逐次比較型 常用的 AD574A。 （ 1） A/D 轉換的原理 逐次比較轉換的基本原理是用一個計量單位使連續(xù)量