【文章內(nèi)容簡介】 和車輪的磨損很嚴重, 從而導(dǎo)致維修費用昂貴? 飛機運行速度快, 但運精量小, 且事故往往是致命性的( 本文介紹的磁懸浮列車是一種新的交通工具, 相對而言, 它有多方面的優(yōu)點, 如高速, 運輸量大, 安全,舒適, 無噪聲等。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。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計與工作原理167。 設(shè)計內(nèi)容與方法167。 設(shè)計內(nèi)容以單片機為核心，設(shè)計磁懸浮小球的控制電路設(shè)計，對控制算法進行研究，編寫程序，通過傳感器對小球位置的測量，利用通過單片機來實現(xiàn)對小球懸浮的穩(wěn)定控制。167。 設(shè)計方法采用霍爾元件檢測小球，輸位置出電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換反饋至單片機，運用單片機數(shù)字PID控制器來控制磁懸浮小球在磁場中的位置。167。12..3 設(shè)計總框圖 電磁鐵執(zhí)行器傳感器信號功率驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換單片機控制器給定輸入量圖 21 總流程圖給定數(shù)字量的作用是手動控制小球在磁場中的位置，根據(jù)給定量不同，小球的受力大小也隨之改變。單片機控制器主要是在接到傳感器的反饋后通過把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)給磁鐵執(zhí)行器從而控制磁場大小。功率驅(qū)動則是改變驅(qū)動能力。 霍爾元件則是用于測量小球位置的傳感器，并將其信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換發(fā)送給單片機控制器167。 工作原理磁懸浮小球的工作原理是利用電生磁力來吸引小球，通過傳感器測量其位移并用PID控制使小球在磁力重力的作用下達到一個平衡點，即懸浮不掉落，具體設(shè)計細節(jié)請查閱硬件軟件的設(shè)計。第3章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計167。 硬件所需元件167。3 . 單片機STC12C5A60S2STC12C5A60S2簡介 STC12C5A60S2是STC生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，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，針對電機控制，強干擾場合。 增強型8051CPU，1T（1024G），單時鐘/機器周期 工作電壓 1280字節(jié)RAM 通用I/O口，復(fù)位后為：準雙向口/弱上拉 可設(shè)置成四種模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏 每個I/O口驅(qū)動能力均可達到20mA，但整個芯片最大不要超過120mA 有EEPROM功能 看門狗 內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路 外部掉電檢測電路 時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器 常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：：11~17MHz 單片機為：8~12MHz 4個16位定時器 兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時器T0和T1 13個時鐘輸出口，， 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/ 1PWM2路 1A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達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，P0是一個8位準雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時，是低8位地址線A0~A7，數(shù)據(jù)線D0~D7 、ADC輸入通道0、獨立波特率發(fā)生器的時鐘輸出 167。3 . 模擬量接近開關(guān)概述 通常，電感式接近接近開關(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關(guān)的一些特殊特性。下面所講述的例子均來源于實踐，由于篇幅有限，只能選擇部分實例。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圖 22 模擬量參數(shù)2圖33模擬量參數(shù)3模擬量接近開關(guān)應(yīng)用:1. 一個模擬量接近開關(guān)控制幾個開關(guān)點人們常常會遇到這種情形，在被檢測目標(biāo)物體的運動過程中，某一動作需要在不止一個位置被觸發(fā)。更多的是：不同的位置往往發(fā)生一些相關(guān)的動作。因此，一個程序控制站，可用一張金屬盤片和一個模擬量接近開關(guān)替代幾個凸輪和同等數(shù)量的接近開關(guān)來解決此類問題。例如通過一個帶模擬量輸入的PLC輸入模塊來實現(xiàn)該功能( 例如西門子 S5 ， 6ES5 4648MC11 ) ?，F(xiàn)在以非常合理的價格便可買到這些模塊。當(dāng)然也可以使用其它供應(yīng)商的信號處理裝置來實現(xiàn)該功能。2. 模擬量接近開關(guān)線性運動轉(zhuǎn)換成電子信號用接近開關(guān)將線性運動轉(zhuǎn)換成電子信號的最直接簡單的辦法。但是這種情況，必須保證設(shè)備沒有被物理接觸。然而在實踐中, 開關(guān)的檢測范圍往往不夠大，造成直接檢測有困難。但如果使用楔形的物體，便能隨意調(diào)節(jié)檢測范圍。同時如果此物體為非平面物時，可供調(diào)節(jié)的范圍會更廣。很輕易便能把線型轉(zhuǎn)換成電子信息 。3. 模擬量接近開關(guān)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成電子信號通過一個偏心金屬盤片，模擬量裝置便可采集到旋轉(zhuǎn)運動信號或角度信號。與上例相似，如果盤片的形狀合適，角度的可調(diào)范圍相應(yīng)比較大，線性度也能做得較好。4. 模擬量接近開關(guān)啟動調(diào)節(jié)典型的控制程序通常在通過基點時，含有一個簡單的驅(qū)動通斷切換。 (該點可由一個普通的接近開關(guān)進行檢測) 。但是由于偏差，該點很難精確定位。如果使用帶模擬量輸出的接近開關(guān)和 PLC，在啟動時便可進行低成本的精確調(diào)節(jié)了5. 模擬量接近開關(guān)電梯的啟動調(diào)節(jié)啟動調(diào)節(jié)最令人感興趣的是應(yīng)用在電梯領(lǐng)域里。通常，一臺電梯在到達停靠點之前的短時間內(nèi)會轉(zhuǎn)換成緩慢行駛，然后突然停止于?？奎c上。技術(shù)上看，非常簡單，但有兩個缺點。 第一, 緩慢行駛階段會延長電梯運行的時間, 第二, ?？课恢玫木_性有限且受負載影響。但如果采用模擬量接近開關(guān)會同一個啟動調(diào)節(jié)裝置作為發(fā)送器來檢測電梯的位置，這些問題都可以解決，并且還不會增加多少接近開關(guān)費用。若采用可調(diào)節(jié)的驅(qū)動會增加額外的費用，但使用模擬量接近開關(guān)，這些費用都可以省去了。6. 模擬量接近開關(guān)檢測機動車里的踏腳板位置現(xiàn)代車輛里的踏腳板位置是很多控制過程的信息源。當(dāng)踏腳板改變路徑或轉(zhuǎn)換角度時，接近開關(guān)需要能捕捉到這些變化，并轉(zhuǎn)換成電子信號，再反饋到控制系統(tǒng)。最簡單的轉(zhuǎn)換器是由電位計組成的， 也可使用磁場敏感元件。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關(guān)。然而, 還有一些以前沒有好的解決方案，依現(xiàn)在的技術(shù)都已能得到圓滿解決，比如建筑裝備（高頻率振動再加上極其惡劣的環(huán)境，如塵土飛揚，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。但模擬量接近開關(guān)就不同了，它能滿足上面所有的要求, 并且價格還比較低廉。7. 模擬量接近開關(guān)非接觸電位計（角位移）上面所說的關(guān)于踏腳板位的檢測也可應(yīng)用到其它需要把機械信號轉(zhuǎn)換成電子信號的應(yīng)用上面。把接近開關(guān)當(dāng)作電位計使，起初不被人們看好。但是它能解決安裝上的問題。使用模擬量的接近開關(guān)也可實現(xiàn)現(xiàn)帶軸的多圈多匝的電位計一樣的功能（使用紡綞體狀的設(shè)計）。8. 模擬量接近開關(guān)對零部件的控制 很早以前，人們就開始使用光電開關(guān)和光纖監(jiān)測傳送帶上的零部件位置。在檢測金屬部件時，特別是在對塵土的敏感度方面，模擬量接近開關(guān)也有很好的應(yīng)用價值。9. 模擬量接近開關(guān)軸的同心度監(jiān)測在預(yù)防護方面，軸的同心度監(jiān)測起著一個非常重要的作用。在運動過程中，由于軸的磨損，同心軸可能被損壞，導(dǎo)致機器出現(xiàn)故障，并隨之而來的是昂貴的修理費并導(dǎo)致工廠停工。對軸的同心度持續(xù)監(jiān)測，可以獲得軸承的許多實時信息。10. 模擬量接近開關(guān)對振動的監(jiān)測 振動也是顯示機器狀態(tài)的一種指標(biāo),通過對一定時間段內(nèi)的振幅進行監(jiān)測，可以進行預(yù)防護，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關(guān)和PLC 一起使用，來解決就這些問題，并且費用不高。監(jiān)測也以用單軸式，雙軸式或三軸式，但是每一個軸向都必須安裝一個接近開關(guān),同時也必須注意設(shè)備的上限頻率。11. 模擬量接近開關(guān)開關(guān)點的自動調(diào)節(jié)許多情況下，開關(guān)點都必須保持極高的精度，因此通常必須通過擰螺坶來進行經(jīng)常調(diào)節(jié)，以保證精度。雖然有點費事，但原裝設(shè)備初裝時一般不至于產(chǎn)生問題。不過備品備件替換完全不同，維修安裝人員的綜合技能通常是參差不齊的。就這個應(yīng)用而言，相對來說模擬量的接近開關(guān)價格還比較低廉。原因就在于在安裝時，接近開關(guān)只需模糊調(diào)節(jié)，例如，可直接用眼睛進行調(diào)節(jié)。緊接著，初始化開始, 其中大部分可以通過軟件來完成。僅需配套使用一個合適的低成本模塊，在初始化的過程中，先將設(shè)備置于開關(guān)所應(yīng)動作的位置，再將模擬量接