【導(dǎo)讀】21世紀(jì)是汽車工業(yè)飛速發(fā)展的時代，汽車工業(yè)逐步成為許多國家的支柱產(chǎn)業(yè)。同步器是汽車變速器的重要部件，主要用。于汽車行駛中平穩(wěn)變速換檔，操縱輕便靈活，消除沖擊噪音和降低汽車油耗。防止變速箱齒輪的損壞，直接影響變速器壽命。因此，研制先進(jìn)的同步器試驗(yàn)系統(tǒng)，對提高汽車試驗(yàn)技術(shù)有著重要意義。同時，汽車是一個由許多種零部件組成的復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。對于產(chǎn)品開發(fā)所需的。國外汽車工業(yè)由于發(fā)展時間較長，且對試驗(yàn)檢測工作十分重視，在資。金上給予了巨大的投入，一般都有較為齊全的試驗(yàn)裝備。再加上嚴(yán)格管理和精良的加。工設(shè)備，與國內(nèi)形成了較大的差距。所以，我國汽車廠必須加大對試驗(yàn)檢測設(shè)備的投。指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作。了明確的說明并表示了謝意。在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。

　　

【正文】 機(jī)械手的電器原理圖。 圖 電氣原理圖 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 26 電氣系統(tǒng)的組成 8031 芯片 8031 與 2764 程序塊合用擴(kuò)展為 8K 程序存儲系統(tǒng)，其線路圖如 圖 ： 圖 8031 擴(kuò)展線路圖 因 8031 芯片內(nèi)沒有程序存儲器，因此它在應(yīng)用中與程序塊 2764 連用。 8031P0口外接一個地址鎖存器 ， 8031 訪問外部程序存儲器時，低 8 位地址由 P0 輸出，并由 ALE 信號（ П ）鎖存到地址鎖存器中，地址鎖存器輸出地址信息 AB 0～ 7 接到2764 的地址線 A0～ A7 上， P2 口輸出地址信息高 8位， ～ 4輸 A21～ 25，接到 2764的 A22～ 25， P24～ 27， AB12～ 15 接址直譯碼器，譯出選擇線 0～ N分別連續(xù)接到 2764的 CE（ 0）、 CE（ N） 8031 的外部程序存儲器 ；選通信號線 PSEN 接 2764（ 0） 2764（ N）的數(shù)據(jù)允許輸出端 OF。 8031 的 P0連接到址鎖存器的輸入端和 2764 的數(shù)據(jù)線 D0D7 上， 8031 通過十六位的地址線能對外部 64K 字節(jié)程序存儲器 和 64K 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器尋址，因?yàn)槌绦虼鎯ζ?EPROM 用 8031 的 PSEN 信號選通，而數(shù)據(jù)存儲器 RAM 用 8031 的讀信號 RD和寫信號 WR 選通的 ，在 CPU 取指令周期， P2 口和 P0口輸出的是程序計(jì)數(shù)器 PC 的值， 8031的外部程序選通信號 PSEN，在 ALE 返回電平后發(fā)生負(fù)跳變，選通外部程序存儲器，由地址線 AB015 確定外部 EPROM 中指令字節(jié)傳送到 P0口供 CPU 讀取，讀寫信號線 WR、RO 始終為高電平，即 RAM 數(shù)據(jù)存儲器不會被 選通，而在 8031 訪問外部 RAM 數(shù)據(jù)存儲器的周期內(nèi)，認(rèn)得（或 WR）發(fā)生負(fù)跳變，程序選通信號， PSEN 始終為高電平， CPU只和外部 RAM 傳送數(shù)據(jù)， EPROM 沒有被選通。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 27 8255 引腳功能 8255采用 40腳雙列直插式封 裝，單一＋ 5Ｖ電源 ，其引腳如表 3 所示 。 （ 1） RESET:復(fù)位信號線，高電平有效，在該輸入端加一脈沖寬度為 600ns 的高電平信號，就可使 8255 可靠復(fù)位，復(fù)位時三個輸入 /輸出口預(yù)置為輸入方式。 （ 2） CE:片選端， 8255 為低電平有效， 8156 為高電平有效，當(dāng) 8255 上加上一個低電平時，芯片被選中，可以與單片機(jī)交換信息。 AD0～ AD7:三態(tài)地址 /數(shù)據(jù)總線，在 ALE 的下降沿把 8 位地址鎖存于內(nèi)部地址鎖存器，地址可代 RAM 或輸入 /輸出用，由 IO/M 信號的極性而定， 8位數(shù)據(jù)的流向取決于 RD 或 WR 信號的狀態(tài)。 （ 3） ALE:地址鎖存器啟用信號線，高電平有效，其下降沿把 AD0～ AD7 上的地址，片選信號、 IO/M 信號鎖存起來。 （ 4） IO/M:IO 和 RAM 選擇信號線，高電平造反輸入 /輸出 ，該線低電平 存儲器 。 （ 5） RD:讀信號線，低電平有效，當(dāng)片選信號與 RD 有效時，開啟 AD0～ AD7緩沖器， 如果 IO/M 為低電平，則 RAM 的內(nèi)容讀至 AD0～ AD7，如果 IO/M 為高電平，則選中的輸入 /輸出口的內(nèi)容讀到 AD0～ AD7。 （ 6） WR:寫信號線，低電平有效，當(dāng)片選信號和 WR信號有效時， AD0～ AD7 上的數(shù)據(jù)將根據(jù) IO/M 極性寫入 RAM 或 I/O 口。 （ 7） PA0～ PA7:輸入 /輸出口 A 的信號線，通用 8 位輸入 /輸出口，輸入 / 輸出的方向通過對命令 /狀態(tài)寄存器的編程來選擇。 （ 8） PB0～ PB7:輸入 /輸出口 B 的信號線，通用 8 位輸入 /輸出口，輸入 / 輸出的方向通過對命令 /狀態(tài)寄存器的編程來選擇。 （ 9） PC0～ PC5:輸入 /輸出口 C 的信號線， 6位可編程輸入 /輸出口，也可用作A和 B口的控制信號線，通過對命令 /狀態(tài)寄存器編程來選擇。 （ 10） INT:定時 /計(jì)數(shù)器輸入信號線，定時 /計(jì)數(shù)器的時鐘由此線輸入。 （ 11） TOUT:定時 /計(jì)數(shù) 器的輸出信號線，輸出信號為方波還是脈沖則由定時 / 計(jì)數(shù)器的工作方式而定。 （ 12） VCC:電源線，接＋ 5V直流電源。 （ 13） VSS:接地線，接到公用地線上。 A/D 轉(zhuǎn)換器 選用 AD574 型號的轉(zhuǎn)換器。 AD574 是美國模擬器件公司生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型快速 A/D 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速度最大為 s?35 ，轉(zhuǎn)換精度 %? 。片內(nèi)配有三態(tài)輸出緩沖電路，因而可直接與各種典型的 8位或 16 位的微處理器相連，而無須附加邏輯接口電路，且能與 CMOS 及 TTL 電平兼容。由于 AD574 片內(nèi)包含高精度的參考電壓源和時鐘電路，使它在不需要任何外部電路和時鐘信號的情況下完成一切 A/D轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。因此， AD574 是目前我國市場應(yīng)用最廣泛、價格適中的長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 28 A/D 轉(zhuǎn)換器。 AD574 由模擬芯片和數(shù)字芯片二片混合集成。（其中模擬芯片就是該公司生產(chǎn)的 AD565 型快速 12 位單片集成 D/A 轉(zhuǎn)換芯片。數(shù)字芯片則包括高性能比較器、逐次比較邏輯寄存器、時鐘電路、邏輯控制電路以及三態(tài)輸出數(shù)據(jù)鎖存器等。 AD574 的主要特性如下： (1).非線性誤差： AD574AJ 為 LSB1? ； AD574AK 為 LSB2/1? 。 (2).轉(zhuǎn)換速度：最大轉(zhuǎn)換時間為 s?35 。 (3).輸入模擬信號范圍可為 V10~0 ? ， V20~0 ? ，也可為雙極性 V5? 或 V10? 。 (4).AD574 有兩個模擬輸入端，分別用于不同的電壓范圍。 (5).利用不同的控制信號 ，既可實(shí)現(xiàn)高精度的 12 位變換，又可作快速的 8 位轉(zhuǎn)換。 (6).需三組電源： +5V， )15~12( VVVCC ?? ， )15~12( VVEE ?? 。 (7).內(nèi)設(shè)高精度的參考電壓 )( V ，只需外接一個適當(dāng)阻值的電阻，便可向 DAC部分的解碼網(wǎng)絡(luò)提供 REFI ，轉(zhuǎn)換操作所需的時鐘信號有內(nèi)部提供，不需外接任何元器件。 (8).低功耗：典型功耗為 mW390 。 力傳 感器 在對變速器同步器進(jìn)行性能和壽命試驗(yàn)中，當(dāng)操縱桿進(jìn)行檔位操作時，采用電阻應(yīng)變片式壓力傳感器，將它裝置在操縱桿內(nèi)，利用應(yīng)變片的變形測量選檔力和換檔力。 （ 1）電阻應(yīng)變片的結(jié)構(gòu) 電阻應(yīng)變片一般由敏感柵（金屬絲或箔）、基底、覆蓋層、粘合劑、引出線組成。敏感柵是轉(zhuǎn)換元件，它把感受到的應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化；基底是用來將彈性體表面應(yīng)變準(zhǔn)確地傳送到敏感柵上，并起到敏感柵與彈性體之間的絕緣作用；覆蓋層起著保護(hù)敏感柵的作用；粘合劑是把敏感柵與基底粘貼在一起；引出線是作為連接測量導(dǎo)線之用。 （ 2）電阻應(yīng)變片的工作原理 工作時 ，將應(yīng)變片用粘合劑粘貼在彈性體上，彈性體受外力作用變形所產(chǎn)生的應(yīng)變就會傳遞到應(yīng)變片上，從而使應(yīng)變片電阻值發(fā)生變化，通過測量阻值的變化，就能得知外界被測量的大小。 電阻應(yīng)變片壓力傳感器是靠電阻值來測量應(yīng)變和壓力，所以必須考慮電阻絲的溫度效應(yīng)。雖然用作電阻絲材料的銅等溫度系數(shù)很小，但與所測應(yīng)變電阻的變化比較，仍不屬同一量級。如不補(bǔ)償，會引起很大誤差。補(bǔ)償電路為在測量用應(yīng)變片相鄰橋臂上，接一個完全相同的應(yīng)變片稱為補(bǔ)償片，并把它們放在相同的溫長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 29 度場內(nèi)，當(dāng)溫度變化使測量片電阻變化時，補(bǔ)償片電阻也發(fā)生同樣變化，用補(bǔ)償片溫 度效應(yīng)來抵消測量片溫度效應(yīng)。輸出信號就不受溫度影響。 在傳感器中實(shí)際采用多個電阻絲片，一般把四個測量應(yīng)變片，兩片貼在正應(yīng)變片區(qū)，并將接在電橋兩個相對的臂上；另兩個貼在負(fù)應(yīng)變區(qū)，接在另兩個相對臂上，如圖 所示，以使一個應(yīng)變片的電阻溫度效應(yīng)為另一個相鄰應(yīng)變片所抵消。這樣的電路不但補(bǔ)償了溫度效應(yīng)，而且可以得到較大輸出信號，這種補(bǔ)償電路稱全橋連接。 通過電阻應(yīng)變片式壓力傳感器傳出的微小電壓再經(jīng)過放大和濾波，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送入計(jì)算機(jī)中。 圖 應(yīng)變片連接電路 換檔 機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械構(gòu)成概況 換檔機(jī)構(gòu)工作臺，采用一個機(jī)械滑臺結(jié)構(gòu)支撐機(jī)械構(gòu)件，兩個步進(jìn)電機(jī)十字交叉連接安置在滑臺上，通過伺服系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)分別運(yùn)動，進(jìn)而控制操縱桿的前進(jìn)后退和左右兩個方向運(yùn)動，此時操縱桿的前端機(jī)構(gòu)控制變速箱的選檔與換檔。在滑臺機(jī)構(gòu)的下層裝置兩個位移傳感器，分別測量變速箱在選檔和換檔時，操縱桿的選檔位移和換檔位移。同時在操縱桿上裝置力傳感器，測量檔位任意變換時操縱桿所受到的力。 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主機(jī)發(fā)出給定信號，通過選用的 PC1232K 系列高性能價 格比 12 位 32 通道110KHz D/A 轉(zhuǎn)換板的兩個通道實(shí)現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬信號經(jīng)過放大器的適當(dāng)放大后，才能驅(qū)動伺服系統(tǒng)中的電磁元件，使得兩個步進(jìn)電機(jī)帶動操縱桿運(yùn)動。如圖 所示。 輸入 輸出 ?? ?? ?? ?? 1R 2R 3R 4R2R 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 30 圖 控制流程框圖 選用兩組 200mm 大量程的差動變壓器式位移傳感器分別測量同步器操縱桿運(yùn)動時的選檔位移和換檔位移。采集到的位移信號反饋到伺服驅(qū)動器和工控機(jī)，構(gòu)成閉環(huán)回路，更好的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 HB305S 三相混合式步進(jìn)電機(jī)正弦波細(xì)分驅(qū)動器 (1) 特點(diǎn) 1） AC24～ 40V 或 DC36～ 56V 電源供電 ； 2） 最大 5A 相電流輸出 ； 3） 采用交流伺服電機(jī)的電流控制方式，精確正弦電流輸出，使步進(jìn)電機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行性能指標(biāo)接近交流伺服電機(jī) ； 4） 驅(qū)動器性能對電機(jī)的依賴性極小，不同參數(shù)電機(jī)均可獲得優(yōu)異性能 ； 5） 具備多種細(xì)分模式，特殊細(xì)分要求可定制 ； 6） 具備脫機(jī)（ FREE）控制信號 ； 7） 電機(jī)位置停電記憶 ； 8） 靜止時自動半電流鎖定 ； 9） 輸入輸出信號光電隔離 ； (2) 適配電機(jī) 5 70、 8 90BF 系列三相混合式步進(jìn)電機(jī) (3)硬件連接 硬件連接圖如圖 所示 脈沖 伺服 驅(qū)動器 力 傳感器 變送器 A/D 工 控 機(jī) 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 31 圖 硬件接口電路 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 32 （ 7） 安裝尺寸 安裝尺寸如圖 所示。 圖 安裝尺寸 換檔機(jī)構(gòu)運(yùn)動控制程序模塊 在試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行時，設(shè)置的換檔機(jī)構(gòu)應(yīng)能夠使變速桿在任意檔位之間進(jìn)行切換。這里控制程序的流程圖如圖 。 設(shè)定任意兩檔位切換的總工況數(shù)為 Tn，每個工況為 Ti， 每個工況執(zhí)行的次數(shù)為 M，當(dāng)前工況已經(jīng)執(zhí)行的次數(shù)為 m。例如在進(jìn)行可靠性試驗(yàn)中，設(shè)置從 3 檔位到4 檔位切換 5000 次后，再從 4 檔位切換到 5 檔位，運(yùn)行 1000 次。則設(shè)定的總工況數(shù) Tn 為 2，先進(jìn)行第一工況（此時 Ti=1），第一工況要求的工況次數(shù) M=5000，執(zhí)行的工況次數(shù) m從 1 循環(huán)到 5000，通過判斷 m=5000=M，則換檔機(jī)構(gòu)回到中間位置，開始進(jìn)入第二個工況（此時 Ti=2），再循環(huán)直到 m=1000=M，此時所有工況都已經(jīng)運(yùn)行過，換檔機(jī)構(gòu)回到空擋處。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 33 曲線運(yùn)動 圖 換檔機(jī)構(gòu)控制流程圖 A/D 轉(zhuǎn)換控制程序模塊 A/D 轉(zhuǎn)換氣是一種能把輸入模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的電子器件，廣泛用于單片機(jī)對被控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用最廣，并行 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，價格也最高。 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有一個 n 位寄存器、一個 n 位 D/A 轉(zhuǎn)換器、一個比較器和一個控制電路等組成。 A/D 轉(zhuǎn)換開始時，是 n 位寄存器中的最高位為“ 1”，其余位為“ 0”