【導(dǎo)讀】等優(yōu)點，成為工程車輛的關(guān)鍵性傳動部件之一。齒輪傳動效率影響整個工程車輛的動。力性，經(jīng)濟性和排放性等。目前，國內(nèi)外大多將變速箱安裝在試驗臺上進行試驗，試。試驗方法簡單，通用性好，但是由于需要采用原動機作為驅(qū)動電機來驅(qū)動，造價高，另外一種是采用閉式功率流變速器試驗臺，它的特點是：與開式功率流試。巨大的經(jīng)濟效益。本課題以閉式功率流試驗臺為研究對象，結(jié)合其物理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了。下位機采用C8051F060單片機，負責(zé)傳感器信號的監(jiān)測、電機。驅(qū)動、多路顯示等。通過選擇合適的單片機，傳感器，電動機，變頻器完成控制部分

　　

【正文】 在有效的量程范圍內(nèi)，傳感器的轉(zhuǎn)矩輸出頻率與對應(yīng)轉(zhuǎn)矩值基本上成線性關(guān)系，實際應(yīng)用中，如果測量準確度要求不超過標稱值，不需要通過逐段參數(shù)標定來完成計算。 下面給出轉(zhuǎn)矩測量計算公式。 正向轉(zhuǎn)矩輸出值為： DpDP ff ffNM ??? )( () 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 反向轉(zhuǎn)矩輸出值為： rr ffffNM ???00 )( () 上兩式中： Mp──正向轉(zhuǎn)矩值； Mr──反向轉(zhuǎn)矩值； N──轉(zhuǎn)矩滿量程； fp── 正向滿量程輸出頻率值（ kHz）； fr── 反向滿量程輸出頻率值（ kHz）； f── 實測轉(zhuǎn)矩輸出頻率值。 轉(zhuǎn)速輸出值為： ZfN 60? () 式中： N──轉(zhuǎn)速值（ r/min）； f──頻率值（ kHz）； Z──傳感器測速齒數(shù)。 轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率值的對應(yīng)曲線如圖 所示。 圖 轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率值對應(yīng)曲線 JN338 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器實物見圖 圖 JN338 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器實物 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 鎖存器的選擇 因本設(shè)計有四路顯示驅(qū)動電路，共需發(fā)光二級管 LED（采用共陰級類型）個數(shù)為： 3（顯示效率用）＋ 3（顯示時間用）＋ 3（顯示轉(zhuǎn)矩用）＋ 4（顯示轉(zhuǎn)速用）＝ 13。 由于 LED 的數(shù)量多，則占用單片機的針腳多，為了充分利用單片機的有限管腳，采用鎖存器擴展單片機的 I/O 口，本設(shè)計選用的鎖存器為 74HC573， 74HC573 的針腳見圖 。 圖中， OE（即 OUT ENLABLE）為輸出使能端， XD 為輸入端， GND 為地端， XQ 為輸出端， VCC 為電源端， LE 為鎖存端，圖 為 74HC573 的真值表，根據(jù)真值表可知 。 當(dāng) OE 為高時，此芯片輸出為高阻態(tài)，不工作。 當(dāng) OE 為低時，若 LE 為高，則輸出 Q 與輸入 D直通， 若 LE 為低，則輸出 Q 為上一次的輸出值。 其余硬件的選擇 上位機與下位機的通信設(shè)備 本設(shè)計中上下位機的通信采用串行異步通信，由上位機的 RS－ 232C 通信接口與下位機的串口相連。 RS232C 是 EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會） 1969 年修訂 RS232C 標準。 RS232C 定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（ DCE）之間的物理接口標準。 上位機的串口為 DB9 的 9 針串口，各引腳號見圖 ，各引腳功能見表 。 電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇 由于 RS232 使用的是負電平，而單片機使用的為 TTL 電平，故需將 RS232 電平轉(zhuǎn)換為 TTL 電平，現(xiàn)選用 MAX232 芯片轉(zhuǎn)換， MAX232 的引腳及功能見圖 。 TTL/CMOS INPUTS 端：這個端口是的作用是輸入 TLL 或 CMOS 信號的，一般為 05V， 低電平為零 ,高電平為 VCC。 圖 74HC573 的針腳圖 圖 74HC573 的真值表 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 TTL/CMOS OUTPUTS 端：這個端口的作用是輸出 TLL 或 CMOS 信號，輸出電壓一般為 05V，低電平為零，高電平為 VCC。 RS232 OUTPUTS 端口：是把 TTL 或 CMOS 的信號轉(zhuǎn)為 RS232 的信號輸出，輸出為正負 12V 到電腦。 RS232 INPUTS 這個端口是接收到電腦發(fā)出的正負 12 伏，由 232 輸出轉(zhuǎn)為 TTL或 CMOS 信號，這個信號也為正負 12V。 圖 DB9 的引腳號 表 RS－ 232C 標準接口主要引腳定義 插針序號 信號名稱 功能 信號方向 3 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出） DTE→ DCE 2 RXD 接收數(shù)據(jù)（串行輸入） DTE← DCE 7 RTS 請求發(fā)送 DTE→ DCE 8 CTS 允許發(fā)送 DTE← DCE 6 DSR DCE 就緒（數(shù)據(jù)建立就緒） DTE← DCE 5 SGND 信號接地 1 DCD 載波檢測 DTE← DCE 4 DTR DTE 就緒（數(shù)據(jù)終端準備就緒） DTE→ DCE 9 RI 振鈴指示 DTE← DCE MAX232 內(nèi)部有二組 232 轉(zhuǎn)換電路，使用的時候，一般是 11── 14 13──12 為一組 .10── 7 8── 9為一組。 發(fā)光二極管 LED 的選擇 LED 選共陰極的 8 段發(fā)光二極管，其工作原理較簡單，此處略。 4 光電隔離器的選擇 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 29 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速信號經(jīng)光電隔離后送入單片機系統(tǒng)；通過光電隔離既能將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號電平轉(zhuǎn)換成 TTL 電平信號，又能提高單片機的抗干擾能力。由于 C8051 所使用的電源為 5V，為使電源統(tǒng)一，選用光電隔離器的使用電源也為 5V，故選用 ADUM1100ARZ 型號光電隔離器。 硬件的連接及參數(shù)的確定 RS232 的 DB9 與 MAX232 的連接 根據(jù)圖 和表 可知， DB9 與 MAX232 的連接如圖 。 圖中，電容的參數(shù)為 104＝ 10179。 104PF,VCC 為電源正，為＋ 5V。 圖 MAX232 的引腳及功能 鎖存器 74HC573 與發(fā)光二極管 LED 及單片機 C8051F060 的連 接 根據(jù)鎖存器 74HC573 的引腳圖 和其真值圖 以及發(fā)光二極管的工作原理， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 30 鎖存器 74HC573 與發(fā)光二極管 LED 及單片機 C8051F060 的連接見圖紙。其中晶振為，故電容就選擇 30PF，發(fā)光二級管的上拉電阻值選擇如下：如圖 。 圖 DB9 與 MAX232 的連接圖 圖 上拉阻值確定原理圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 31 VCC 為＋ 5V， B 為地端，為 0V，而發(fā)光二極管為電流型發(fā)光，只要其中通有 3～ 10mA的電流，其就會發(fā)光，且發(fā)光二極管兩端的壓降為 ，因此電阻兩端的壓降為 5－＝ ，現(xiàn)若二級管為最低亮度，即使其通電電流為 ，則電阻值為： 247。＝ 1KΩ，現(xiàn)選擇電阻為 500Ω，則發(fā)光二極管中通電電流為： 247。 500Ω＝，其也能正常發(fā)光。 JN338 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器與單片機的連接 JN338 的管腳見圖 。 圖 JN338 插針引腳排列 其與單片機的連接如圖 。 圖 JN338 與單片機的連接 本章小結(jié) 本章在閉式功率流變速器實驗臺控制系統(tǒng)設(shè)計的原理基礎(chǔ)上，選擇了此實驗臺的硬件部分，包括電動機的選擇，單片機的選擇，變頻器的選擇，鎖存器的選擇，傳感器的選擇以及通信硬件 RS232 的 DB9 以及電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 的選擇。最后完成了各硬件的搭建工作。 JN338 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器 4 腳 5 腳 轉(zhuǎn)速輸出 轉(zhuǎn)矩輸出 光電隔離 光電隔離 單片機的 T0 單片機的 T1 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 32 第 4 章 變速器試驗臺控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 VB 軟件設(shè)計 VB 程序設(shè)計框圖如圖 。 選擇實驗 輸入?yún)?shù) 將參數(shù)傳入到單片機，控制單片機開始并計時 參數(shù)是否合理 輸出出錯信息框 時間到？ 結(jié)束 Y N Y N 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 33 圖 VB 程序設(shè)計框圖 本實驗需做 4 個試驗：機械效率試驗，潤滑試驗，耐久性試驗和齒輪磨損試驗。根據(jù)試驗?zāi)康?，設(shè)計 VB 界面如圖 。 圖 實驗進入初始界面 參數(shù)輸入界面如圖 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 34 圖 參數(shù)輸入界面 其中， timer 圖標 在程序運行時不顯示， 控件為串行通信控件 MSCOMM，用于串行通信，程序運行時也不顯示。和 在一行的文本框是用來顯示在 form1(即圖 )中所選擇的實驗項目代號，在圖 中的四個實驗中，各代號從上到下分別為 4，因此文本框只起到將 form1 中的狀態(tài)傳入到單片機，不起別的作用，所以此文本框的 Visible 屬性設(shè)為 False，故在程序運行時也不顯示。實驗進程如圖 。 圖 實驗進程界面 實驗過程如下： 機械效率試驗：點擊圖 的機械效率試驗進入機械效率試驗，會出現(xiàn)圖 的參數(shù)輸入界面，在圖 的參數(shù)輸入界面里只有輸入了合適的值才會開如運行電機，進行實驗，圖 的參數(shù)輸入框中要是輸入了不適當(dāng)?shù)臄?shù)時，會彈出一出錯提示框，如圖 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 35 同理，要是在電機的轉(zhuǎn)動時間框中輸入了不適當(dāng)?shù)臄?shù)時，也會彈出出錯提示框，如圖 。 圖 電機轉(zhuǎn)速值設(shè)的不當(dāng)時彈出的出錯提示框 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 36 圖 電機運轉(zhuǎn)時間值設(shè)的不當(dāng)時彈出的出錯提示框 當(dāng)參數(shù)輸入完成后，“確定”按鈕生效，此時點擊確定，程序進入圖 的實驗進程界面，則 VB程序通過串口向單片機發(fā)送出剛才輸入的數(shù)據(jù)，單片機控制電機在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，同時進度條顯示實驗進度，在實驗時， JN338 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器不斷的采集信號送入到單片機，單片機不斷處理數(shù)據(jù)并在顯示電路顯示出來，當(dāng)實驗完成后， VB 程序再向單片機發(fā)送結(jié)束命令，電機停止轉(zhuǎn)動，實驗結(jié)束。 潤滑試驗，耐久性試驗和齒輪磨損試驗都是在圖 的參數(shù)輸入界面，和機械效率實驗唯一不同的是在實驗進程中，不用顯示效率和轉(zhuǎn)矩，只顯示時間和轉(zhuǎn)速，實驗結(jié)束后由人工打開變速器用肉眼觀察。 查看 VB程序是否向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，在 PC 機上用一根導(dǎo)線將 DB9 的 2腳和 3 腳短接，做成一自收發(fā)系統(tǒng)，硬件測試成功，用串口調(diào)試助手測試效果如圖 ，用串口監(jiān)測軟件觀察數(shù)據(jù)的流動如圖 。 圖 硬件連接好測試 圖 中藍色條為發(fā)送的數(shù)據(jù)，黃色條為接收的數(shù)據(jù)， 1500 表示設(shè)定的轉(zhuǎn)速為1500r/min， 30 表示設(shè)定的運轉(zhuǎn)時間為 30min， 1 表示設(shè)定的轉(zhuǎn)向為反向轉(zhuǎn)動， 2 表示選擇的是實驗項目代號為 2，即為潤滑實驗。 VB 軟件的程序清單見附錄 A。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 37 圖 程序運行時串口中的數(shù)據(jù)流動圖 單片機軟件設(shè)計 單片機程序框圖如圖 系統(tǒng)初始化： 系統(tǒng)時鐘初始化 系統(tǒng)串口初始化 定時器初始化 系統(tǒng) I/O 口初始化 D/A 初始化 PCA 模塊初始化 開始 開中斷 關(guān)看門狗 掃描串口 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 38 圖 單片機程序框圖 單片機軟件采用 C語言編寫，由 Silicon Laboratories IDE 編譯器編譯，本設(shè)計需購買 cygnal(新華龍 )公司的 C8051F060 開發(fā)板，開發(fā)板如圖 ，目標板上的資料如圖 。 其中 P1 電源連接器 (允許從 7 至 15V 的電源適配器輸入 )。 J1 連接 SW2 t 至 腳。 J3 連接 LED（發(fā)光二極管）至 腳。 J4 連接 JTAG 在片調(diào)試器。 J5 串口 UART0 與 DB9的連接端口。 J6 連接至 UART0 的發(fā)送引腳 () J8 連接至 UART0 RTS()。 J9 連接至 UART0 接收引腳 ()。 按串口中所設(shè)定的數(shù)值使電機進入所要求的工作狀態(tài)即所要求的轉(zhuǎn)速 按串口決定工作模式 機械效率實驗 潤滑實驗 耐久性實驗 齒輪磨損實驗 采樣時間到？ N Y 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 39 圖 C8051F060 目標板 圖 C8051F060 目標板資料 J9 連接至 UART0 接收引腳 ()。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 40 J10 連接至 UART0 CTS ()。 J11, J14 外部數(shù)據(jù)存儲器（ XRAM）接口端。 J12, J15 端口 0 – 1連接口。 J16, J18 端口 2 3 connectors。 J20 模擬電壓 5 V 輸入口。 J17, J28 模擬電壓輸入口。 J26, J27 外部模擬電壓輸入選擇口。 J22 VREF 接線端。 J23 電源監(jiān)視使能端。 J24 擴展的 96 針輸入輸出接口。 J25 DB9 與 CAN 總路線的連接口。 AIN_0,1 迷你型 BNC 為模擬電壓輸入端。 程序經(jīng) Silicon Laboratories IDE 編譯器編譯后，由