2727.智能车辙测试仪控制系统设计毕业设计论文.doc

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1、毕业设计 (论文)题 目： 智能车辙测试仪控制系统设计 目录目录1前言2第一章 全自动车辙测试仪控制系统总体方案的设计51.1 车辙测试仪试验系统的设计要求51.2 实验测试的前期工作51.3 测控系统的要求61.3.1 位移测量61.3.2 温度测量和恒温61.3.3 单片机和PC机的通信61.3.4 PC机的控制61.4 全车辙测试仪控制原理71.5 整个测试仪功能划分71.6 测试系统流程图81.7 测试的步骤9第二章 车辙实验仪机械本体部分的简介102.1 机械主体运动方案102.2 驱动设计102.3 通风系统102.4 水浴112.5 试模组件112.6 外观112.8 起吊系统1

2、12.9 杠杆的的结构特点12第三章 车辙测试仪硬件的原理，选用和外围电路的设计133.1 前向通道的设计133.1.1 总论133.1.2 传感器的选择143.1.3 霍尔开关的选择:163.1.4 运算放大器的选择:173.1.5 A/D转换器的选择:193.2 单片机的选择及应用:233.2.1 概述233.2.2 AT89C51单片机性能介绍233.2.3 复位电路的可靠性设计243.3 单片机与PC机的串行口通信实现253.3.1 基本概念253.3.2 232芯片简介263.3.3 连接器的选择及应用263.4 后向通道的设计293.4.1 概述293.4.2 光电隔离技术303.

3、4.3 可控硅元件的工作原理及基本特性303.4.4 稳压电路的设计32第四章 车辙测试仪软件设计344.1 总论344.2 编程语言的介绍354.2.1 单片机编程语言的选择354.2.2 PC机编程语言的介绍374.3 单片机部分的程序编制374.3.1 程序模块划分374.3.2 主程序部分374.3.3 数据采集部分424.3.4 数据发送部分434.3.5 数据接受部分444.3.6 系统控制部分454.3.7 其他的一些子函数464.4 PC机部分的简介474.4.1 软件运行硬件和系统需求474.4.2 软件界面和控制功能的介绍48毕业设计总结52参考文献53致 谢54附录55前

4、言从上世纪九十年代开始，中国进入了公路建设快速发展的时期，尤其是1998年中国实施积极的财政政策以来，中国公路建设投资数量之大、开工项目之多举世瞩目。从1990年到2003年的14年间，中国公路建设累计投资近2万亿元，其中仅2003年就达3715亿元，创历史新高。2004年1至9月，中国公路建设完成投资比去年同期又增长了266。到前年底，中国公路通车总里程达181万公里，居世界第三位，其中44是最近14年内修通的。目前已突破3万公里，高速公路总里程位居世界第二。据统计，我国的高速公路95%以上的路面均为沥青混凝土或改性沥青混凝土路面。但随着交通量的不断增长，很多高速公路沥青路面均呈现出一定的早

5、期破坏，如开裂、泛油、剥落、车辙等现象，有的高速公路甚至当年通车即发生了病害，正常维修期大大提前，直接影响了车辆的运行，也增大了养护管理资金的投入。如果我们在施工前对沥青的质量通过实验进行检测，那么将减少很多意想不到的问题。影响我国高速公路沥青路面质量的因素非常多，如浸水时间过长路面面层松散、剥落、坑槽；由于沥青混合料级配设计不合理、稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足，使轮迹带处的面层和基层材料在行车荷载反复作用下出现固结变形和侧向剪切位移引起车辙等。特别在夏季交通高峰期，车辆多对路面的破坏非常的明显，所以对路面沥青材料在高温情况下的软化度、稳定度有着非常高的要求。智能车辙测试仪就是针对

6、沥青稳定度测定的最新产品。智能车辙测试仪是根据交通部公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ052-2000)中的T0719-1993沥青混合料车辙试验设计。智能车辙测试仪是采用机械精加工技术，数据采集，实时控制技术的新一代的机电一体化的产品。目前车辙测试仪试验系统实时控制比较差，自动化水平也不高，价格比较高。我们设计的智能车辙测试仪是由单片微机控制的自动化程度较高的精密测控系统。而且添加单片机与普通PC机之间的通讯，这样实现了实验者对数据、设备的实时的观察，以便遇到各种情况可以实施相应的措施。在实验过程中PC机将自动生成试样变形量的图表、曲线。整个系统的操作也非常的简单，只要按动运行键，便能

7、自动实现试样压力和位移的采样及保持实验仪内的温度为恒温。车辙测试仪的软件是基于Windows9X操作系统的专用测试与数据处理软件，专门配合车辙测试试验仪使用，具有实时采集试验数据显示、显示试验曲线，存储和处理试验数据等功能。该软件采用了最新且最流行的Windows软件开发平台Visual Basic6.0开发完成。软件界面友好，操作简便并且采用了最优的数据处理和程序算法以及快速接口数据采集，软件运行稳定，适用与WINDOWS 98，WINDOWS 2000，WINDOWS XP系统，使用方便，便于掌握和操作。整套全自动车辙测试仪具有操作简便，测量精度高，显示直观明了的优点，适合于交通土建工程的

8、院校、科研、施工、监理等部门使用。车辙测试仪的出现很好的解决了在飞速的道路建设中对路面沥青材料质量的检测问题，使路面质量得以很好的保证。目前沥青材料的运用非常广泛，因此沥青测试技术必将继续得到发展。在将来的测试技术中，会运用到越来越多的高新技术。第一章 全自动车辙测试仪控制系统总体方案的设计1.1 车辙测试仪试验系统的设计要求根据国家部委对路面沥青材料的质量要求，和其测试的标准，需要在车辙测试仪的试验箱中模拟出一个车轮在高温天气的环境里对路面沥青材料进行往返碾压的真实环境，以用测试路面沥青材料在高温环境里的软化度，从而确定路面材料的质量。由交通部沥青混合料车辙试验规程（T07192000）可知

9、，车辙试样须放在恒温室内进行，恒温室保持温度601，标定温度以标准水银温度计（最小分度值0.1）上温度为准；主要技术指标：车辙橡胶轮轮尺寸：20050mm硬度：20C时为844IRHD； 60C时为782IRHD橡胶厚度：15mm试验轮纵向运行速度：421次min（21个往复运动/分钟）试验轮接触压力：0.70.05Mpa试模内尺寸：长300 mm宽300 mm深50 mm变形量测量范围与精度：030mm；分辨率：0.01mm温度控制范围：恒温箱：601，试件：600.1主机电源：380V;数采仪电源：220V1.2 实验测试的前期工作（1）试验轮接触压强测定：测定在60时进行，在试验台上放置

10、一块50mm厚的钢板，其上铺一张毫米方格纸，上铺一张新的复写纸，以规定的700N加载后，试验轮静压复写纸，可在方格纸上得出轮压面积，并由此求得接触压强。当压强不符合0.70.05MPa，荷载应予适当调整。（2）按上面技术指标要求用轮碾成型法制作车辙试样试块。在实验室或工地制备成型的车辙试件，其标准尺寸为30030050mm。也可从路面切割30015050mm的试件。（3）将试件脱模按规定的方法测定密度及空隙率等各项物理指标。如经水浸，应用电扇将其吹干，然后再装回原试模中。注：为使试件与试模紧密接触应记住四边的方向位置不变。（4）将试件连同试模一起，置于试验温度达到601的恒温室中，保温不少于5

11、h，也不得多于24h。在试件的试验轮不行走的部位上，用温度传感器测试温度，试件温度应稳定在601。1.3 测控系统的要求1.3.1 位移测量对车辙试验分析最直接的数据是所测得的位移量，因此系统中必须要有位移测量系统，要求单片机要有相应的通道。1.3.2 温度测量和恒温由于在整个试验过程中始终要在恒温条件下进行，所以就要有必要的温度测量和控制系统，温度控制是通过控制电热丝的通断电来实现的。1.3.3 单片机和PC机的通信单片机需将许多数据传送给PC机处理，PC机发送数据给单片机控制设备的启动与关闭，因此需要考虑单片机与PC机的通信问题。1.3.4 PC机的控制通过PC机的控制界面我们要控制全自动

12、车辙测试仪的一些辅助设备，比如驱动电机，照明，风扇，鼓风机的启动等。1.4 全车辙测试仪控制原理车辙测试仪主要原理是通过位移传感器对试验样品被车辙挤压的变形量进行实时的试验数据采集，并通过运算放大电路和信号处理电路，将采集所的模拟电流信号通过A/D转换芯片转换成单片机能够处理的数字信号。然后由单片机将位移信号通过串行口发送给PC机。由PC机进行数据处理与分析，并在屏幕上绘制出试验过程中试验样品变形的数据图表，然后进行综合的数据分析，做出试验分析报告，并将数据保存或者通过打印机接口打印输出。最后发送控制信号给单片机，通过单片机P1口去控制输出设备。由于整个试验过程需要在一个恒温的60环境中进行，

13、所以需要在车辙测试仪的试验箱中制造一个温度恒定的试验环境。因此在测试仪的试验箱中需要加装一个恒温控制系统，对试验箱中的温度进行实时采集和控制。我们根据量程，精度，适用性和经济要求最终选择直线型位移传感器和PN结型温度传感器，再通过运算放大电路，将电流信号协调到A/D转换器模拟电流输入值的范围内（0+5V），根据试验采集数据精度的要求和转换速度的要求，可以采用12位的A/D转换器和8位的单片机系统。由于数据采集后需及时的由单片机发送给PC机，由PC机来进行进一步的数据处理，可以绘制出位移传感器所测到的沥青材料变形数据的图表，并通过计算机与原先温度设定的值进行比较，然后由计算机做出进行加温还是不加

14、温的结论。并可以采用电热丝对其加热，并通过鼓风机和试验箱中的风扇保证试验箱中的空气流通，从而使试验箱中温度均匀。1.5 整个测试仪功能划分软件和硬件是控制系统的两大组成部分，目的是一致的为了解决问题，实现功能。现在就我们设计的课题将软件和硬件功能划分如下：硬件功能为：（1） 测量电路：包括温度和位移传感器，放大器，A/D转换及接口。（2） 控制电路：包括开关量输出和各种设备的驱动。（3） 串行口电平转换电路：把单片机输出的TTL电平转换为PC机能接收的RS232电平，实现单片机和PC机的通信。（4） 电源电路：为系统提供稳压电源。（5） 其他电路：小车的定位检测，系统的急停电路。软件功能：（又分为单片机部分和PC机部分）单片机部分为：（1） 温度，位移检测：主要是实时采样。（2） 控制的实现：通过PC机的控制返回值去控制系统中的设备。（3） 和PC机的通信：实现数据的发送和接收并进行校验。PC机部分为：（1） 和单片机的通信：实现数据的发送和接收并进行校验。（2） 数据的处理：处理发送过来的数据，保存并绘制曲线图进行观察。（3） 控制界面：由控制界面通过单片机控制系统的设备。1.6 测试系统流程图温度1温度2温度3位移放大器放大器放大器放大器多路选择开关A/D转换器控制I/O接口电路单片机PC机开关量通道辅助设备1.7 测试的步骤1.将实件的实验轮不行走的部