升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 機電工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 畢業(yè)論文.doc

黑龍江大學(xué)黑龍江大學(xué) 本科生畢業(yè)設(shè)計說明書本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 論文題目 論文題目 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 學(xué)學(xué) 院 院 機電工程學(xué)院機電工程學(xué)院 年年 級 級 20062006 專專 業(yè) 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化機械設(shè)計制造及其自動化 姓姓 名 名 張張 振振 學(xué)學(xué) 號 號 2006076420060764 指導(dǎo)教師 指導(dǎo)教師 xxxxxxxxxxxxxx 2011 年年 5 月月 10 日日 Comment b1 黑體 小二 居中 文字用宋體 小四號字 關(guān)鍵 詞一般為 3 8 個 I 摘要 本課題是設(shè)計一種防纏繞旗桿 包括旗桿 以及套筒 該套筒穿設(shè)于牽引繩上 并通過軸承與掛旗的活動套接 所述軸承設(shè)置在套筒的兩端 本設(shè)計的顯著特點在于其外接套筒通過軸承套接在牽引繩上 當(dāng)牽引繩在上升過 程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)時 套筒連同旗幟一起會在離心力不足的情況下保持原有狀態(tài) 就不會 纏繞在牽引繩上 因此有效的解決了旗幟纏繞在旗桿與牽引繩夾縫中的問題 旗桿的固定座下部裝有驅(qū)動電機 底部是通過蝸輪 蝸桿完成升降的組件機構(gòu) 外部裝有控制面板 升旗手只需要把升旗狀態(tài)調(diào)到自動 然后點下升旗 半旗或降旗 即可實現(xiàn)旗幟的升降 本課題設(shè)計的旗桿結(jié)構(gòu)簡單 較傳統(tǒng)旗桿而言 功能齊全 而且制造和安裝也較 為方便 關(guān)鍵詞 防卷 手動 自動 控制 空兩行 空一行 小四號字 行距 1 5 倍 用分號隔開 中 英文摘要要用大寫羅馬數(shù)字編頁并 列入目錄 Comment b2 Times New Roman 小二 加黑 居中 摘要內(nèi)容及關(guān)鍵詞必須與中文 完全對應(yīng) Times New Roman 字 體 小四號字 標(biāo)點符號一律使 用英文符號 行與行之間為 1 5 倍行距 段與段之間為 1 5 倍行 距 Comment b3 Times New Roman 小二 加黑 居中 關(guān)鍵詞內(nèi)容必須與中文完全對 應(yīng) Times New Roman 字體 小 四號字 首字母大寫 II Abstract The task is to design a defense wound flagpole including flagpoles and the sleeve The sleeve wear located in traction ropes and through the activities of the shaft and socket flag which above the two ends of the sleeve bearing set A distinctive feature of this design lies in its external sleeve bearing socket by pulling ropes in when traction rope up the process of production in the rotation the sleeve together with the flag in the absence of sufficient centrifugal force to maintain the original state it will not wound in the traction ropes so it effectively solves the issue of between banner pole and traction rope The lower part of the pin holder with drive motor the bottom through the worm and worm components to complete lifting body the external with the control panel flag raisers just take the flag state transferred automatically and then under the flag half mast or flag lowering of the movements can be realized The design of the flag issue is simple it has more function than traditional flagpole and it is easy to manufacture and installation Key Words Anti roll Manual Automatic Control 空一行 小四號字 行距 1 5 倍 空兩行 用分號隔開 英文符號 英文段落首行縮進(jìn)一個字符 空一行 小四號字 行距 1 5 倍 Comment b4 黑體 小二 居中 目錄要自動生成 摘要 Abstract 正文的一 級標(biāo)題 結(jié)論 參考文獻(xiàn) 附錄 目錄 致謝 采用黑體小四號字 其他層次均采用宋體小四號字 III 目錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1 1 課題提出的背景和意義 1 1 1 1 研究的目的及意義 1 1 2 旗桿結(jié)構(gòu)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1 1 2 1 旗桿的歷史發(fā)展 1 1 2 2 升旗機構(gòu)方案中存在的問題及分析 3 1 3 旗桿機構(gòu)相關(guān)理論綜述 4 1 3 1 防卷機構(gòu) 4 1 3 2 升降機構(gòu)的組成 4 1 3 3 控制環(huán)節(jié) 4 1 4 本課題的主要研究內(nèi)容 5 第二章 總體方案設(shè)計 6 2 1 引言 6 2 2 防卷機構(gòu) 6 2 3 升降機構(gòu) 7 2 4 控制系統(tǒng) 8 2 4 1 總體設(shè)計思路 8 2 5 本章小結(jié) 9 第三章 防卷機構(gòu)設(shè)計 10 3 1 防卷機構(gòu) 10 3 1 1 方案選擇 10 3 2 2 零部件設(shè)計 10 3 2 本章小結(jié) 12 第四章 升降機構(gòu)設(shè)計 13 4 1 升降機構(gòu) 13 空一行 小四號字 行距 1 5 倍 空一行 小四號字 行距 1 5 倍 各級標(biāo)題逐次首行縮進(jìn)一個字 符 IV 4 1 1 蝸桿蝸輪設(shè)計 14 4 1 2 電機的選擇 21 4 2 本章小結(jié) 21 第五章 控制系統(tǒng)設(shè)計 22 5 1 PIC 單片機的特點 22 5 2 調(diào)速方式的選擇 23 5 3 微處理器的選擇 24 5 4 PWM 調(diào)速原理 25 5 5 總體設(shè)計 25 5 5 1 總體硬件設(shè)計 25 5 5 2 總體軟件設(shè)計 28 5 5 3 總體軟件仿真設(shè)計 28 5 6 本章小結(jié) 28 結(jié)論 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 Comment b5 黑體 小二 章 另起一頁 Comment b6 黑體 小三 Comment b7 黑體 四號 Comment b8 內(nèi)容采用宋體小四 號 行與行之間為 1 5 倍行距 段與段之間為 1 5 倍行距 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 1 第一章 緒論 1 1 課題提出的背景和意義 1 1 1 研究的目的及意義 升 降國旗 是無尚莊嚴(yán) 神圣的行為 千百年來 人們敬仰高高飄揚的國旗 因為她代表著民族的尊嚴(yán) 國家的威望 傳統(tǒng)的升旗裝置 是由繩索把旗幟提升到旗 桿頂端 由于繩索自身的彈性及掛旗機構(gòu)與繩索之間是固定不動的 所以在牽引繩旋 轉(zhuǎn)時 招展的旗幟會塞入牽引繩與旗桿之間形成的縫隙內(nèi)一部分 旗幟無法正常招展 飄揚 即便是鼓風(fēng)式旗桿 也無法避免在牽引繩旋轉(zhuǎn)式將旗幟卷繞在牽引繩上 每次緬懷深情的看黑龍江大學(xué)聯(lián)通廣場的手動升 降旗儀式 每每看到國旗受到 牽引繩旋轉(zhuǎn)影響而無法舒展時 就蘊藏著一種自發(fā)的感情 希望自己能為母校設(shè)計一 種能抵御其干擾且手動 自動雙功用的國旗招展的新旗桿 使紅旗不致被塞入牽引繩 與旗桿之間形成的縫隙內(nèi) 并且在風(fēng)力一定的情況下得到完全招展 1 2 旗桿結(jié)構(gòu)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 1 2 1 旗桿的歷史發(fā)展 現(xiàn)有的展示旗幟的旗桿種類很多 有大有小 有繁有易 簡單的小旗桿直接用竹 竿代替 講究一些的旗桿 則是在立桿上 增設(shè)掛旗桿和吊繩 后一種旗桿雖然解決了 在高空掛旗的升降問題 但存在牽引繩旋轉(zhuǎn)旗幟會塞入牽引繩與旗桿之間形成的縫隙 內(nèi) 不能機電結(jié)合實現(xiàn)自動升旗等缺陷 現(xiàn)就目前國內(nèi)外常用的升旗方案進(jìn)行概述 1 傳統(tǒng)的升旗機構(gòu) 旗桿常用的組成部件有牽引繩和滑輪 如圖 1 1 所示 為傳統(tǒng)旗桿的簡圖 由牽 引繩通過滑輪帶動旗幟來實現(xiàn)升降 由于牽引繩和旗幟之間為死連接 牽引繩在上升 過程中會有扭轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn)旗幟與牽引繩的連接點將隨其旋轉(zhuǎn) 旗幟將會纏繞在牽引繩上 當(dāng)旗幟升起 旗幟將無法完全展開 2 新穎的升旗機構(gòu) 辛國慧設(shè)計的一種回轉(zhuǎn)式旗桿 如圖 1 2 所示 為固定部分及回轉(zhuǎn)部分的完整旗 桿 固定旗桿的 AA 剖視圖 如圖 1 3 所示 為回轉(zhuǎn)旗桿部分剖視圖 為了解決現(xiàn)有固 定旗桿易使旗幟卷繞及牽引繩旋轉(zhuǎn)時 招展的旗幟會塞入牽引繩與旗桿之間形成的縫 用五號楷體居中書寫文章題目 有關(guān)插表 插圖 公式 計 量單位 參考文獻(xiàn)的說明見 正文中詳解 正文頁碼用阿拉伯?dāng)?shù)字 Times New Roman 小五 Comment b9 插圖和圖題不得拆 開排寫于兩頁 插圖排在正文提 及之后 插圖處的該頁不夠時 則可將其后文字部分提前排寫 將圖移到次頁最前面 圖中若有 分圖時 分圖號用 a b 標(biāo)識并 置于分圖之下 Comment b10 圖題由圖號和圖名 組成 黑體 五號 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 2 隙內(nèi)一部分等缺陷 而設(shè)計的一種上部采用回轉(zhuǎn)式旗桿的新設(shè)計 圖 1 2 固定部分及回轉(zhuǎn)部分的完整旗桿 固定旗桿的 AA 剖視圖 1 旗桿頭 2 繩套 3 旗桿 圖 1 1 傳統(tǒng)的旗桿機構(gòu) 圖中各部分說明應(yīng)采用中文或 數(shù)字項號 各項文字說明置于 圖題之上 采用楷體小五號字 空一格 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 3 1 電機 M1 2 電機 M23 蝸桿4 蝸輪 圖 1 3 回轉(zhuǎn)旗桿部分剖視圖 解決這一技術(shù)問題是采取下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的 一種回轉(zhuǎn)式旗桿 包括下部的 固定旗桿部分和提升旗幟裝置 其特征是 在固定旗桿的上部 是一段可繞中心軸旋 轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)式旗桿 兩段旗桿間有固定螺栓連接在回旋旗桿的固定座上 通過兩層滾珠 軸承及軸承座使固定在軸承座上的回旋旗桿外柱筒繞軸旋轉(zhuǎn) 軸承座底部設(shè)有滑環(huán) 它與固定座上的觸點相接觸 固定座的下部裝有鏈輪驅(qū)動電機 M 座的上部是大 小 傘形齒輪 通過蝸輪 蝸桿連接到提升支架組件 組件內(nèi)裝有驅(qū)動電機 M1 齒合與分 離驅(qū)動電機 M 組件上方設(shè)有驅(qū)動齒條提升的齒輪電機 M 和銜接提升齒輪 回旋旗桿 外柱筒的頂部是球形鎖緊螺母 下部的固定旗桿其側(cè)壁縱向開有貫穿齒條的凹形槽 所述提升支架件 包括支承座板 支承座 提升支座 提升螺桿及螺母 回轉(zhuǎn)式旗桿 中的電機驅(qū)動依靠設(shè)在回轉(zhuǎn)部分底部的電路進(jìn)行控制 該電路板上設(shè)置有按扭開關(guān) 吸合繼電器 回轉(zhuǎn)式旗桿部分的驅(qū)動電機電源是由固定座上的觸點和位于軸承底部的 滑環(huán)所饋送的 雖然這種機構(gòu)可以實現(xiàn)旗幟的防卷 但存在旗桿的強度差 加工難 裝配難 維 修難等諸多問題 并且外表也不夠美觀 1 2 2 升旗機構(gòu)方案中存在的問題及分析 在本方案的設(shè)計過程中存在的最大問題就是實現(xiàn)防卷和旗幟升降機構(gòu)的自鎖 在 旗桿機構(gòu)中究竟有哪些地方會出現(xiàn)卷旗 旗幟無法定位呢 這些地方對旗桿機構(gòu)的影 響如何 其影響的量是多少等 由于實驗條件有限都無法進(jìn)行實驗驗證 只能通過理 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 4 論分析設(shè)計該方案 1 3 旗桿機構(gòu)相關(guān)理論綜述 1 3 1 防卷機構(gòu) 到目前為止 離心問題在生產(chǎn)實踐中占有相當(dāng)突出的位置 隨著機器的日益高速 化 大功率化 結(jié)構(gòu)輕型化及其精密程度的不斷提高 對控制離心的要求也就更加迫 切 但是工業(yè)中都是利用離心力進(jìn)行物資分離 但防卷機構(gòu)則是反其向而為之 因為 物體旋轉(zhuǎn)時需要一定力矩 當(dāng)提供的力矩?zé)o法達(dá)到所需要求是 物體將保持原有狀態(tài) 所以在設(shè)計其結(jié)構(gòu)時著重點在于外套的配重 一般要進(jìn)行的實驗測試有以下兩方面的內(nèi)容 1 軸承承受的軸向力 測量牽引繩在旗幟上升過程中所承受的拉力 2 牽引繩旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)力矩的測試 1 3 2 升降機構(gòu)的組成 升降機構(gòu)的基本組成為直流電機 蝸輪 蝸桿等 其結(jié)構(gòu)是由電機帶動蝸桿實現(xiàn)一級力矩傳送 然后由蝸桿將力矩傳于蝸輪 蝸輪 帶動外輪轉(zhuǎn)動 讓后依靠外輪與牽引繩間的摩擦力實現(xiàn)旗幟升降 1 蝸輪 蝸桿的選定 根據(jù)市場現(xiàn)有的旗桿型號確定蝸輪蝸桿的大致尺寸 然后由外觀尺寸確定其標(biāo)準(zhǔn) 模數(shù) 最后進(jìn)行強度校核 2 電機的型號 市場直流電機的型號很多 但是考慮到外觀尺寸 我們應(yīng)該通過所需知條件進(jìn)行 電機功率計算 然后選出標(biāo)準(zhǔn)電機 1 3 3 控制環(huán)節(jié) 控制部分在旗桿整體部分算是一個孤立體 主要是通過現(xiàn)有的常用控制元件來實 現(xiàn)旗幟的升降功能 但是在其編程過程中將考慮以下內(nèi)容 1 升降速度 由于旗桿的標(biāo)準(zhǔn)不一 則升旗的速度也是不同的 因此要考慮速度的可控性 2 升半旗功能 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 5 在某種情況下要考慮升半旗的情況 3 控制面板的面積 由于旗桿的直徑有限 則控制面板的寬度不應(yīng)過大 當(dāng)其寬度過三分之二直徑時 會影響旗桿的強度 1 4 本課題的主要研究內(nèi)容 本課題主要是研究一種自動 手動雙功用 并能實現(xiàn)防卷旗的新型旗桿 因此首 先要從整體結(jié)構(gòu)加以分析 最終設(shè)計出一套方案 本課題的主要研究內(nèi)容具體如下 1 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 1 防卷 升降 控制三部分的原理 防卷 升降 控制三部分如何實現(xiàn) 實現(xiàn)過程中應(yīng)考慮的問題 2 工作安排 根據(jù)整體機構(gòu)的關(guān)系對防卷 升降 控制三部分同步進(jìn)行 并根據(jù)其間的關(guān)聯(lián)進(jìn) 行合作設(shè)計 2 總體方案的建立 主要包括 1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2 零件的設(shè)計 3 總體的組裝 3 防卷原理研究及方案設(shè)計 1 防卷原理 總體思想是研究物體旋轉(zhuǎn)與靜止之間所受力矩的臨界點 2 方案設(shè)計 根據(jù)防卷原理設(shè)計一套方案總體框圖 方案從總體上分為減少力矩部分 配重部 分 4 防卷方案建立 主要包括 1 結(jié)構(gòu)的設(shè)計 2 軸承的選擇 3 零件的設(shè)計 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 6 4 總體的組裝 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 7 第二章 總體方案設(shè)計 2 1 引言 本章的研究對象是旗桿的整體機構(gòu)做一假想 主要思想是將旗桿的整體機構(gòu)分為 三個部分 1 防卷機構(gòu) 2 升降機構(gòu) 3 控制部分 上述三部分可以分步來完成 防卷機構(gòu)較為獨立 可以單獨來完成 完成后的機 構(gòu)可以應(yīng)用的手動旗桿 也可以應(yīng)用到將要設(shè)計的手動 自動旗桿 但是內(nèi)部升降機 構(gòu)要和控制部分要同步來完成 因為兩者缺少任何一部分該設(shè)計將無任何使用意義 2 2 防卷機構(gòu) 防卷機構(gòu)就是升旗系統(tǒng)中的掛旗機構(gòu) 通過離心作用實現(xiàn)防卷 說防卷 其實就 是一個定性的分析認(rèn)為可以達(dá)到防卷要求 由于很多物理量無法得到具體數(shù)字 因此 也無法進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)計算 這里所述的離心力本身是不存在的 其實他就是一個靜止力 因為動力無法達(dá)到 物體運動臨界點 所以實現(xiàn)了自保持 大學(xué)期間所學(xué)相關(guān)內(nèi)容都是物體勻速圓周運動 帶來的離心力 而在此機構(gòu)中是反其道而行之 是否能夠成功的實現(xiàn)防卷 主要是看 大量實驗所得出的結(jié)果 理論分析 防卷旗機構(gòu)由軸承將其做成內(nèi)外分離的活體 可以減少部分內(nèi)部對外 界的作用力 防卷機構(gòu)簡易圖見圖 2 1 因此從理論出發(fā)是可以達(dá)到預(yù)期結(jié)果 圖 2 1 防卷機構(gòu)簡易圖 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 8 2 3 升降機構(gòu) 升降機構(gòu)是升旗系統(tǒng)的內(nèi)部機構(gòu) 主要是為實現(xiàn)自動升旗而設(shè)計 該機構(gòu)是通過 蝸輪蝸桿配合實現(xiàn)升降功用 但是本設(shè)計是為實現(xiàn)手動 自動雙功效 那么就應(yīng)該考 慮蝸輪蝸桿的分離 由于學(xué)習(xí)到的東西有限 所以考慮用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)蝸桿和電機浮 動 浮動傳動機構(gòu)簡易圖見圖 2 2 由于市場上所銷售的蝸輪 蝸桿均是工業(yè)所用 所需功率較大 考慮到旗桿的外 觀尺寸 升旗所用功率 所以需要自己從新設(shè)計蝸輪蝸桿 理論分析 升降旗機構(gòu)是由凸輪機構(gòu)帶動浮動蝸桿實現(xiàn)手動 自動的轉(zhuǎn)換 手動 轉(zhuǎn)自動式凸輪能將蝸桿推起 實現(xiàn)蝸輪蝸桿的嚙合 但是自動轉(zhuǎn)手動時必須要有回位 機構(gòu) 如果僅靠自重來完成會嚴(yán)重降低可靠性 因此內(nèi)部應(yīng)安裝拉力彈簧 實現(xiàn)手動 升降的復(fù)位現(xiàn)實加工出來后是否能夠達(dá)到預(yù)期目的還是很難確定 因此說從理論分析 是可以達(dá)到預(yù)期結(jié)果 圖 2 2 浮動傳動機構(gòu)簡易圖 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 9 2 4 控制系統(tǒng) 控制部分是升旗系統(tǒng)中升降機構(gòu)的動力源 沒有這部分電機將無法運轉(zhuǎn) 該系統(tǒng) 也將無法實現(xiàn)自動升降 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域 幾乎很難找到哪個 領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡 由于單片機的應(yīng)用范圍廣 且單片機的數(shù)據(jù)處理 過程控制 功能強大 因此使用單片機開發(fā)并應(yīng)用成為本次設(shè)計的主要目標(biāo) 在現(xiàn)有的實驗設(shè)施和代碼條件下 使用單片機設(shè)計一個能夠?qū)嵠鞄蒙?采用小 鍵盤輸入方式 輔以 LED 數(shù)碼管顯示 并由限位開關(guān)進(jìn)行限位控制 驅(qū)動采用能夠精 確定位的直流電機 2 4 1 總體設(shè)計思路 升旗自動控制系統(tǒng)的設(shè)計如圖 2 3 本系統(tǒng)利用單片機 PIC16F877 產(chǎn)生可調(diào)占空 比的 PWM 脈沖信號 及電機方向信號和剎車信號 再通過隔離電路 把控制信號傳 給驅(qū)動電路 通過驅(qū)動電路驅(qū)動電動機 調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速及改變它的正方轉(zhuǎn) 圖 2 3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 本自動控制系統(tǒng)的具體實現(xiàn)如下 外圍電路通過電位器產(chǎn)生 0 5V 的可調(diào)模擬信號 并把該信號傳給單片機的 AN0 口 利用 PIC16F87 內(nèi)嵌的 A D 轉(zhuǎn)換器 通過設(shè)置其工作模式把該模擬信號轉(zhuǎn)換成 0 FFH 的數(shù)字信號 并把該數(shù)值傳給單片機內(nèi)嵌的 CCP 模塊脈寬寄存器 設(shè)置 CCP 模 塊工作模式為 PWM 模式 這樣就產(chǎn)生了可調(diào)脈寬的 PWM 信號 從而產(chǎn)生可調(diào)占空 比的 PWM 信號 開關(guān)控制信號及限位信號流入單片機 D 端口 單片機通過查詢程序 判斷具體是 哪個信號的輸入 并根據(jù)該信號對 PWM 信號 方向信號 剎車信號進(jìn)行相應(yīng)的操作 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 10 單片機輸出信號經(jīng) TLP521 進(jìn)行光耦隔離 使高電位電路與低電位電路進(jìn)行物理 隔離 防止反向電動勢燒壞單片機 隔離后的信號送給驅(qū)動電路驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動 驅(qū)動電路即對輸入的信號進(jìn)行邏輯處 理 又對直流電機進(jìn)行驅(qū)動 它把輸入的電平信號進(jìn)行邏輯處理 與硬件電路一起作 用 輸出兩端反相的驅(qū)動電壓驅(qū)動直流電動機轉(zhuǎn)動 本系統(tǒng)通過硬件保護(hù)電路 把剎車信號與反向信號進(jìn)行相應(yīng)的邏輯處理 這樣出 現(xiàn)限位信號后 可直接從物理電路上實現(xiàn)剎車 防止單片機出錯 不能及時剎車而導(dǎo) 致電機燒壞 在條件允許和時間充足的情況下 可通過光電編碼器進(jìn)行速度反饋 把增量式光 電編碼器 A 通道和 B 通道的脈沖信號傳給單片機 通過相應(yīng)的算法可得出電機的轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)向 讓其與設(shè)定值進(jìn)行比較 根據(jù)比較結(jié)果控制 PWM 信號占空比的變化從而改 變轉(zhuǎn)速得到反饋調(diào)節(jié) 這樣能使電機轉(zhuǎn)動更平穩(wěn) 調(diào)速更精確 2 5 本章小結(jié) 本章的主要任務(wù)就是將升旗系統(tǒng)中的三個部分的設(shè)計思想做一簡略介紹 并畫出 了各部分結(jié)構(gòu)的簡易圖 使大家對該設(shè)計有個整體的認(rèn)識 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 11 第三章 防卷機構(gòu)設(shè)計 3 1 防卷機構(gòu) 3 1 1 方案選擇 以下為兩種防卷機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 它們有著各自的優(yōu)缺點 下面將這兩 種方案進(jìn)行對比 并確定最終方案 方案一 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單 裝配容易 由于選擇為深溝球軸承 所以成本較低 缺點 擋圈要充當(dāng)整體的重要受力部分 容易產(chǎn)生破壞 螺紋緊固容易松解 影 響自動升旗的精確度 甚者脫節(jié) 致使無法完成升降任務(wù) 該方案的外觀尺寸較大 方案二 優(yōu)點 采用角接觸球軸承 可以承受較大的軸向力 螺母鎖緊 不易松動或脫節(jié) 缺點 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 裝配較為麻煩 成本較高 圖 2 1 方案一 3 2 2 零部件設(shè)計 軸和安裝軸承的外殼或軸承座 以及軸承裝置中的其他受力零件必須有足夠的剛 圖 2 2 方案二 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 12 性 因為這些零件的變形都要阻滯滾動體的滾動而使軸承提前破壞 外殼及軸承座孔 壁均應(yīng)有足夠的厚度 外殼上軸承座的懸臂應(yīng)盡可能的縮短 并用肋來增強支承部位 的剛性 如果外殼是用輕合金或非金屬制成的 安裝軸承處應(yīng)采用鋼或鑄鐵制的套環(huán) 由于零件尺寸較小 所以直接選擇 45 鋼作為加工材料 從圖 2 3 中可知 支桿頭部結(jié)構(gòu)為焊接部件 材料為 45 鋼 從圖中可見軸承座主 要部分為回轉(zhuǎn)體 因此其加工可以在車床上完成 部件上的環(huán)狀機構(gòu)主要是用來完成 繩索連接 其主要尺寸也是根據(jù)繩索的型號來確定 考慮到使用范圍所以選擇內(nèi)徑為 6mm 上蓋板選擇 3mm 主要是為了能夠滿足焊接工藝的需求 1 拉環(huán)2 蓋板 3 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 4 軸承座 圖 2 3 支桿頭部結(jié)構(gòu) 從圖 2 4 中可知 壓蓋為回轉(zhuǎn)體 材料為 45 鋼 因此可以直接有車床來完成加工 該零件主要實現(xiàn)軸承的緊固 同時要承受升降過程中的大部分力 所以增加了螺紋圈 數(shù) 用以更好的完成受力作用 圖 2 4 壓蓋 從圖 2 2 中可知 拉桿是受力件 也是軸承的固定件 因此對其加工精度要求較 高 所以它是回轉(zhuǎn)件 可以直接由車床加工 但是它還是要經(jīng)磨床磨削才可以使用 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 13 圖 2 5 拉桿 從圖 2 6 中可知 支桿是個焊接部件 它在整個防卷機構(gòu)中主要起連接作用 同 時也要完成旗幟的懸掛 其長度尺寸由所升國旗的型號來確定 因?qū)W校所升旗幟的標(biāo) 準(zhǔn)為底 1920 高 1280mm 因此支桿長度應(yīng)為 1280mm 但是旗幟的撐桿要有一定的余 量 因此定其尺寸為 1300mm 圖 2 6 支桿 圖 2 2 中所示機構(gòu)即為最終確定的防卷機構(gòu) 裝配圖中的零件是由上述加工的零 部件和一些標(biāo)準(zhǔn)件組成 其中軸承型號為 71900C 擋圈為 GB T894 4 8 其安裝順序 為軸承套在拉桿上 然后整體裝進(jìn)軸承座內(nèi) 壓蓋進(jìn)行壓緊 先將兩螺母擰到螺柱上 然后再與裝配后的拉桿配合 最后整體與支桿連接 完成裝配 3 2 本章小結(jié) 本章主要介紹了防卷機構(gòu)的零部件組成 并且對零部件所涉及的東西進(jìn)行了系統(tǒng) 的講解 經(jīng)過分析確定了最終要選擇的材料和零部件尺寸 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 14 第四章 升降機構(gòu)設(shè)計 4 1 升降機構(gòu) 升降機構(gòu)的設(shè)計就是考慮所有零部件的整體布局 主要思想就是如何在不影響旗 桿強度的條件下 外觀更加美觀 同時也要考慮維修是否方便 圖 4 1 中所示升降機構(gòu)的設(shè)計思想就是將所有的小件放到一個整體支架上 讓后 再將其整體放到旗桿內(nèi)部 由于整體的尺寸較小 而旗桿的型號為 76mm 176mm 即 最大直徑為 176mm 最小直徑為 76mm 因此在旗桿上開口不會嚴(yán)重影響旗桿的強度 要求 同時也不會破壞旗桿的美觀 整個機構(gòu)中電機和蝸桿安裝在浮動板上 當(dāng)用手驅(qū)動凸輪軸時 蝸桿和電機升起 與蝸輪嚙合 電機驅(qū)動蝸桿實現(xiàn)蝸輪的運動 考慮到運動的線性 板上將焊接兩個導(dǎo) 向套 同時由于電機和蝸桿的質(zhì)量不能完全相同 所以會出現(xiàn)浮動板的受力不均 容 易使浮動板與軌道卡死 因此應(yīng)考慮板的配重問題 同種材料間的摩擦力較大 因此 也要考慮軌道的選材 最終確定材料選用銅 1 連接架 2 凸輪 3 凸輪軸 4 深溝球軸承 5 驅(qū)動桿 6 導(dǎo)向套 7 拉力彈簧 8 蝸桿 9 直流電機 10 蝸輪 11 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 圖 4 1 升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 15 凸輪的最遠(yuǎn)點與滾子結(jié)合時 僅受重力的情況下進(jìn)入了凸輪死點 但是那是理想 情況 為了保險起見 在滾子一側(cè)立一定位桿 其距凸輪支點水平距離為 14 5mm 這 樣凸輪會旋過 18 度 即凸輪最高點下降 0 73mm 那么蝸輪蝸桿將脫離 0 73mm 形 成變位嚙合 通過計算這是的重合度仍然大于 1 2 滿足基本要求 外輪機構(gòu)主要是將蝸輪上的動力傳到外輪 考慮到旗桿強度將外輪軸和升降機構(gòu) 要上下相錯 200 300mm 其動力由皮帶完成傳遞 1 連接架 2 深溝球軸承 3 輪軸 4 內(nèi)輪 5 軸套 6 軸承座 7 外輪 8 擋圈 圖 4 4 外輪軸結(jié)構(gòu)圖 4 1 1 蝸桿蝸輪設(shè)計 蝸桿蝸輪傳動是由交錯軸斜齒圓柱齒輪傳動演變而來的 小齒輪的輪齒分度圓柱 面上纏繞一周以上 這樣的小齒輪外形像一根螺桿 稱為蝸桿 大齒輪稱為蝸輪 為 了改善嚙合狀況 將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形 使之將蝸桿部分地包住 并 用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪 這樣齒廓間為線接觸 可傳遞較大的 動力 蝸桿蝸輪傳動的特征 其一 它是一種特殊的交錯軸斜齒輪傳動 交錯角為 90 蝸桿頭數(shù)很少 一般取 1 4 其二 它具有螺旋傳動的某些特點 蝸桿相當(dāng)于螺桿 蝸輪相當(dāng)于螺母 蝸輪部 分地包容蝸桿 蝸桿傳動的特點 Comment b11 計量單位必須是英 文符號標(biāo)注 嚴(yán)格區(qū)分大小寫 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 16 傳動比大 結(jié)構(gòu)緊湊 傳動平穩(wěn) 無噪聲 具有自鎖性 傳動效率較低 磨損較嚴(yán)重 蝸桿軸向力較大 致使軸承摩擦損失較大 1 蝸桿結(jié)構(gòu) 蝸桿通常與軸為一體 采用車制或銑制 結(jié)構(gòu)分別圖 4 6 圖 4 6 蝸桿結(jié)構(gòu) 2 蝸輪結(jié)構(gòu) 蝸輪常采用組合結(jié)構(gòu) 由齒冠和齒芯組成 聯(lián)結(jié)方式有 鑄造聯(lián)結(jié) 過盈配合聯(lián) 結(jié)和螺栓聯(lián)接 結(jié)構(gòu)分別見圖 4 7 蝸輪只有在低速輕載時采用整體式 圖 4 7 蝸桿結(jié)構(gòu) 由于在升降機構(gòu)中蝸輪蝸桿所需要承受的力有限 并且為了降低整體的加工成本 根據(jù) GB T10085 1988 的推薦 選用普通圓柱蝸桿中的漸開線蝸桿 采用車制 3 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 根據(jù)國旗選定的參數(shù) 國旗重量 1 5 2Kg 旗桿選取 16m 國旗升降時間 46 秒 帶動旗繩的小輪外徑選取 100mm 凹槽部分實際直徑選取 80mm 由此得到蝸輪軸的 系列參數(shù) 2 10 80 2 20 40 800 2 TmmN 16 1000 80 46 60 83 2 n min r 9 55 1000000 800 2 T 2 P 2 nmmN a 車制 b 銑制 a 鑄造連接b 過盈配合連接c 受剪螺栓連接 分圖號用 a b 標(biāo)識并置 于分圖之下 采用楷體小 五號字 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 17 9 55 1000000 7 2 P 2 n 2 Tw 4 蝸桿軸的輸入功率 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 蝸輪蝸桿要能實現(xiàn)自鎖功能 蝸桿必須單頭 而且蝸輪蝸桿傳動比不可以過大 否則導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速過大 選型困難 尺寸過大難以安裝在旗桿內(nèi)部 根據(jù) 機械原理 第二版 初選傳動比為 18 7 0 98 0 5 14 3 1 P 2 P 21 w 18 83 18 1494 1 n 2 nmin r 9550 1000 9550 1000 14 3 1494 91408 9運動和動 1 T 1 P 1 nmmN 力參數(shù)計算結(jié)果整理于下表 4 1 表 4 1 蝸輪蝸桿運動和動力參數(shù) 類型 功率P w 轉(zhuǎn)速 n min r 轉(zhuǎn)矩T mmN 傳動比i效率 蝸桿軸 14 3149491408 9 蝸輪軸 783800 180 49 蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計 1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù) GB T 10085 1988 的推薦 選用漸開線蝸桿 ZI 2 選擇材料 考慮到蝸桿的傳動功率不大 速度只是中等 故蝸桿采用 45 鋼 因希望效率高些 耐磨性好些 蝸桿齒面要求淬火 硬度為 45 55 HRC 蝸輪采用鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1 金屬模鑄造 為了節(jié)約貴重的有色金屬 僅齒圈用青銅制造 而輪芯用灰 鑄鐵 HT100 制造 3 按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則 先按齒面接觸疲勞強度進(jìn)行設(shè)計 再校核齒根彎 曲疲勞強度 根據(jù) 機械設(shè)計 第八版 傳動中心距 3 2 2 H PEZ Z KTa 1 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 插表 表格一般采用三線制 不加左 右邊線 上 下 底為粗實線 1 5 磅 中間為細(xì)實線 1 磅 比較復(fù)雜的 表格 可適當(dāng)增加橫線和豎線 表序按章編排 如第 1 章第 一個插表序號為 表 1 1 表名不允許使用標(biāo)點符號 表序 與表名置于表上 居中排寫 采用黑體五號字 表頭設(shè)計應(yīng) 簡單明了 盡量不用斜線 表頭中可采用化學(xué)符號或物理符 號 全表如用同一單位 將單位符號移到表頭右上角 加圓 括號 表中數(shù)據(jù)應(yīng)正確無誤 書寫清楚 數(shù)字空缺的格內(nèi)加 字線 占 2 個數(shù)字寬度 表內(nèi)文字和數(shù)字上 下或 左 右相同時 不允許用 同上 之類的寫法 可采 用通欄處理方式 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 18 2 10 80 2 20 40 800 2 TmmN 2 確定載荷系數(shù) 因工作載荷比較穩(wěn)定 故取載荷分布不均勻系數(shù) 1 查表選取使用系數(shù) K 1 15 由于沖擊不大 轉(zhuǎn)速不很高 選取動載系數(shù) 1 05 則 K r K 1 1 15 1 05 1 21K K K r K 3 確定彈性影響系數(shù) E Z 因為選用的鑄錫磷青銅和鋼蝸桿相配 所以ZE 160 4 確定接觸系數(shù) P Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值 0 35 查圖得到 1 dad 1P Z 2 9 5 確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 金屬模制造 蝸桿螺旋齒面硬度 45HRC 查表得蝸輪 基本許用應(yīng)力 268 MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N 60 1 83 24 360 4 98 10LHjn 260 2 7 j 為蝸輪每轉(zhuǎn)一周 每個輪齒嚙合的次數(shù) 為渦輪的轉(zhuǎn)速 2 nnmin r L為工作壽命取其時間為一年 近似為 10000h H 由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)得到壽命系數(shù) 壽命系數(shù) HN K 8 7 10 N 帶入數(shù)值得到 1 09 HN K 8 7 7 1098 4 10 則 1 09 268 292 HN K MPa 將中心距帶入數(shù)值 a 11 54 3 2 292 9 2160 8321 1 mmmm 將中心距進(jìn)行圓整取值 30 查蝸輪蝸桿的匹配表 最小的中心距為 40 mmmm 所以蝸輪蝸桿要自行設(shè)計幾何參數(shù) 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 19 4 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 1 蝸桿 因為要蝸輪蝸桿能夠自鎖 蝸桿單頭 導(dǎo)程角不大于 從而得到蝸桿的最 303 小直徑系數(shù) 由公式 tan 1 1 d mz q z1 將數(shù)值帶入得到 16 34 q 進(jìn)行圓整 18q 此時的導(dǎo)程角 得到 tan 18 1 47 103 確定了直徑系數(shù) 根據(jù)推薦模數(shù)可以選取 1 1 25 1 6 2 若取模數(shù)為 1 由 于傳動比為 18 造成了蝸輪蝸桿的分度圓直徑同樣大 不適合 所以選取模數(shù)為 2 這樣使得蝸輪分度圓直徑為整數(shù) 而且與蝸桿能夠進(jìn)行配合 由此得到蝸桿各參數(shù) 分度圓直徑 1 18 18 1 dqzmm 軸向齒距 2 3 14 6 28 Pm mm 導(dǎo)程 2 3 14 1 6 28 Z P 1 mz mm 齒頂圓直徑 2 18 2 2 22 1a d 1 d 1a hmm 齒根圓直徑 2 18 1 2 4 13 2 1f d 1 d 1f hmm 齒頂高 1 2 2 1a hmha mm 齒根高 2 0 4 2 4 1f hmha mc mm 全齒高 2 2 4 4 4 1 h 1a h 1f hmm 蝸桿齒寬 11 0 06 24 16 圓整取 25 1 b 2 zmmmmm 2 蝸輪 為了避免加工蝸輪時產(chǎn)生根切 當(dāng) 1 時 選 17 蝸輪齒數(shù)為 18 模數(shù) 1 z 2 z 為 2 從而得到一系列參數(shù) 分度圓直徑 2 18 36 2 d 2 mzmm 蝸輪喉圓直徑 2 36 2 2 40 2a d 2 d 2a hmm 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 20 蝸輪齒根圓直徑 2 36 1 2 4 31 2 2f d 2 d 2f hmm 蝸輪變位系數(shù) 13 5 13 5 0 2 m a m dd 2 21 蝸輪齒頂高 1 2 2 2a hmha mm 蝸輪齒根高 2 0 4 2 4 2f hmha mc mm 蝸輪齒高 2 2 4 4 4 2 h 1a h 1f hmm 蝸輪咽喉母圓半徑 27 20 7 2g r 2 2 1 a da mm 蝸輪齒寬 0 75 16 5 同樣取 15 2 b 1a dmmmm 得到了蝸輪蝸桿的參數(shù) 驗算蝸輪蝸桿設(shè)計的第三部分 假設(shè) 0 35 a d1 2 9 經(jīng)過計算后 0 67 查表 2 7 小于先前的假設(shè) 因此以上 p z a d1 27 18 p z 設(shè)計結(jié)果可用 5 校核齒根彎曲疲勞強度 F YY mdd KT Fa2 21 2 53 1 f 當(dāng)量齒數(shù) 18 1 18 3 cos 18 cos 33 2 2 z zv 根據(jù) 18 1 查圖表得到 2 970 2 2v z 2Fa Y 螺旋角系數(shù) 1 1 0 977 Y 140 140 18 3 許用彎曲應(yīng)力 f f FN K 查表知道由鑄錫磷青銅制造的蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力 56 f MPa 壽命系數(shù) 0 647 FN K 9 7 6 1098 4 10 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 21 56 0 647 36 23 F MPa 3 315 F a MP977 0 97 2 23618 80021 1 53 1 MPa 由此得到彎曲強度是滿足的 6 驗算效率 tan tan 96 0 95 0 v 已知 與相對滑動速度有關(guān) 47 103 18 3 v v farctan v f s v 1 41 s v cos100060 11 nd 18 3 cos100060 149418 sm 查表得 0 042 帶入式中得到0 55 大于原估算值 因此不用重 v f v 202 算 7 精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到蝸輪蝸桿的傳動是動力傳動 從 GB T 10089 1988 圓柱蝸桿 蝸輪精度選 擇 8 級精度 側(cè)隙種類為 f 標(biāo)注為 8f GB T 10089 1988 查粗糙度手冊選取粗糙度 磨損比較嚴(yán)重的部分選用粗糙度等級高的 其余選用粗糙度等級低的 具體見零件圖 標(biāo)注 蝸桿最小徑的計算 根據(jù)轉(zhuǎn)速 功率 電動機軸徑 初步估計蝸桿軸外伸段的直徑 d 0 8 1 14 18 1 dmm 計算轉(zhuǎn)矩 1 3 91 41 118 8 C TKTmmN mmN 確定最小的軸徑 根據(jù) 機械設(shè)計第八版 軸的設(shè)計準(zhǔn)則確定最小軸徑選擇 軸 所承受的彎矩不大 但是要傳動很大的扭矩 由公式得 軸的扭轉(zhuǎn)強度 T T W T 3 2 0 9550000 d n P T 指扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T MPa T 指軸所受的扭矩 mmN 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 22 指抗扭截面系數(shù) T W 3 mm n 指軸的轉(zhuǎn)速 min r P 指軸傳動的功率 kw d 指軸的截面處的直徑 mm 指許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 T MPa 查表軸的材料為 45 鋼 為 25 45 為 126 103 由此得到最小的軸 T MPa 0 A 徑 3 0 3 2 0 9550000 n P A n P d T 代入數(shù)值取為 126 為 25 得到最小軸徑為 2 67 只要大于該數(shù) 0 A T MPamm 值軸的強度就能符合要求 4 1 2 電機的選擇 近年來隨著高性能永磁材料 微電子技術(shù) 自動控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的快速 發(fā)展 永磁無刷直流電機得到了迅速的發(fā)展 由于克服了機械換向裝置的固有缺點 所以無刷直流電動機具有體積小 重量輕 效率高 轉(zhuǎn)動慣量小 不存在勵磁損耗問 題諸多優(yōu)點 它具有優(yōu)良的調(diào)速特性 調(diào)速平滑 方便 調(diào)速范圍廣 過載能力大 能承受頻繁的沖擊負(fù)載 可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動 制動和反轉(zhuǎn) 能滿足生產(chǎn)過程 自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求 在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動系統(tǒng) 領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用 因此本升旗自動控制系統(tǒng)選用永磁直流電動機進(jìn)行速度控 制 根據(jù)機械部分設(shè)計要求 直流電動機額定轉(zhuǎn)速 N 1494 額定功率 P 14 3min r w 根據(jù)機械部分設(shè)計尺寸 選用 RS 系列微型直流電動機 選用 RS 540S 4565 型的直流電動機 其額定電壓為 12 額定功率為 25 22 Vw 額定轉(zhuǎn)速為 9450 滿足設(shè)計的要求 min r 4 2 本章小結(jié) 本章主要介紹了升降機構(gòu)的零部件組成 并且對整裝做了講解 同時對內(nèi)部零部 件 直流電機所涉及的東西進(jìn)行了系統(tǒng)的分析 經(jīng)過分析確定了最終要選擇的材料 零部件的具體尺寸 以及直流電機的型號 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 23 第五章 控制系統(tǒng)設(shè)計 5 1 PIC 單片機的特點 計算機發(fā)展歷史上 計算機的真正開始相互獨立的沿 2 個完全不同的方向發(fā)展 使具有不同用途和不同價格的不同技術(shù)的計算機進(jìn)入人們的生活 其中一個方向是以 個人 PC 為代表的承擔(dān)高速海量技術(shù)數(shù)據(jù)分析處理以計算機速度為重要標(biāo)志形成獨立 應(yīng)用及發(fā)展空間 另一方向則以嵌入式獨立系統(tǒng)為理念 主要與控制對象耦合 與控 制對象互動和實施控制 嵌入式系統(tǒng)以成本低 體積小 高可靠 功能強等特點脫穎而出 由于 Microchip 公司生產(chǎn)的單片機綜合應(yīng)用設(shè)計的思路具有很強技術(shù)特色 產(chǎn)品 采用全新流水線結(jié)構(gòu) 單字節(jié)指令系統(tǒng) 嵌入 flash 以及 10 位 A D 轉(zhuǎn)換器 使之具有 卓越性能 代表著單片機發(fā)展新潮流 PIC 單片機具有以下特點 1 哈佛總線結(jié)構(gòu) PIC 單片機不僅采用哈佛體系結(jié)構(gòu) 而且還采用哈佛總線結(jié)構(gòu) 在 PIC 系列單片 機中采用的這種哈佛總線結(jié)構(gòu)就是在芯片內(nèi)部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離 并且采用 不同的寬度 便于實現(xiàn)指令提取的流水作業(yè) 也就是在執(zhí)行一條指令的同時對下一條 指令進(jìn)行取址操作 便于實現(xiàn)全部指令的單字節(jié)化 單周期化 采用此結(jié)構(gòu) 指令和 數(shù)據(jù)可依同時進(jìn)行訪問 提高了數(shù)據(jù)吞吐率 提高了 CPU 執(zhí)行指令的速度 2 尋址方式簡單 尋址方式就是尋找操作數(shù)的方法 PIC 系列單片機只有 4 種尋址方式 寄存器間 接尋址 立即數(shù)尋址 直接尋址和位尋址 容易掌握 3 簡單指令集 RISC 技術(shù) PIC 單片機的指令系統(tǒng)就是該單片機所能識別的全部指令的集合 指令系統(tǒng)也稱 指令集 指令集最多有 58 條 16 位指令系統(tǒng) 這給指令的學(xué)習(xí) 記憶 理解帶來很 大好處 也給程序的編寫 閱讀 調(diào)試 修改 交流帶來極大便利 同時 PIC 單片機 指令系統(tǒng)具有尋址簡單和代碼壓縮率高等特點 4 功耗低 PIC 單片機采用 CMOS 結(jié)構(gòu) 使功率極低 PIC 系列單片機是目前世界上功耗最 低的單片機品種之一 其中有些型號在 4MHz 時鐘頻率下工作時電流不超過 2mA 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 24 在睡眠模式下的電流可以低到 1 A 以下 5 驅(qū)動能力強 PIC 系列單片機 I O 端口 驅(qū)動負(fù)載能力較強 每個 I O 引腳輸入和輸出電流的最 大值可以分別達(dá)到 25mA 和 20mA 能夠直接驅(qū)動發(fā)光二極管 LED 光電耦合器或微 型繼電器等 6 同步串行傳送方式 PIC 系列中 有些型號具有同步串行傳輸功能 如 PIC16F877 可滿足 I2C 和 SPI 總線要求 7 外圍電路簡潔 PIC 系列單片機內(nèi)集成了上電復(fù)位電路 I O 引腳上拉電路 看門狗定時器等 可 以最大程度的減少或免用外接器件 一邊實現(xiàn) 純單片 應(yīng)用 8 應(yīng)用平臺界面友好 開發(fā)方便 Microchip 公司為用戶提供全部技術(shù)方案 不管是對初學(xué)者還是后續(xù)應(yīng)用開發(fā)都提 供完善的硬件和軟件的支持 包括各種檔次的硬件仿真器和編程器 還有多種版本的 軟件仿真器和軟件集成開發(fā)環(huán)境 MPLAB IDE 可實現(xiàn)程序編寫模擬仿真和在線調(diào)試 為用戶學(xué)習(xí)時間應(yīng)用與開發(fā)提供相應(yīng)技術(shù)空間 9 品種豐富 PIC 系列單片機目前已形成 3 個層次 50 多個型號 片內(nèi)功能從簡單到復(fù)雜 封 裝形式從 8 引腳到 68 引腳 可以滿足各種不同的應(yīng)用需求 用戶總能在其中找到一款 適合自己開發(fā)目標(biāo)的單片機 因此本設(shè)計選用單片機作為微處理器控制直流電機的轉(zhuǎn)速 由于學(xué)院有 PIC 試驗 室 硬件條件充足 且開有 PIC 學(xué)科課程 故優(yōu)先采用 Microchip 公司 PIC 系列單片 機作為核心處理器 以 PIC 單片機為核心可大大減少設(shè)計量 可最大化的簡化外圍電 路 5 2 調(diào)速方式的選擇 根據(jù)勵磁方式的不同 直流電動機分為自勵和他勵兩種類型 不同方式的直流電 動機機械特性曲線有所不同 對于直流電動機 其轉(zhuǎn)速計算見式 5 1 5 1 T KCC R KC U N ree 內(nèi) 公式統(tǒng)一用英文斜體排版 公式中有上標(biāo) 下標(biāo) 頂標(biāo)或底標(biāo)等時 必須層次清楚 特別是角標(biāo)層次多時 更應(yīng)注意此問題 公式應(yīng)居中放 置 有序號公式可略靠左 若公式前有 解 證 假設(shè) 等文字時 文字頂格寫 公式末不加標(biāo)點 公式序號寫在公式右側(cè)的行末頂邊線 并加圓括號 序號按章排 如 1 1 1 2 文章中引用公式時 一般用 見式 1 1 公式在換行排版時 采取與等號對齊的方式 公式中第一次出現(xiàn)的物理量應(yīng)給予注釋 格式見 式中 標(biāo)準(zhǔn) 溶液的密度 Kg m3 升降旗系統(tǒng)防卷旗機構(gòu)和總體技術(shù)研究 25 其中 C e 表示電勢常數(shù) C r 表示轉(zhuǎn)矩常數(shù) K 表示每級磁通 W b U 表示電 壓 R 內(nèi)表示勵磁繞組本身的電阻 由上式可知直流電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要有三種方 法 調(diào)節(jié)電樞供電的電壓 減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻 針對三種調(diào)速方法 都有各自的特點 也存在一定的缺陷 例如改變電樞回路電阻調(diào)速只能實現(xiàn)有級調(diào)速 減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速 但這種方法的調(diào)速范圍不大 一般都是配合變壓調(diào)速使 用 所以 在直流調(diào)速系統(tǒng)中 都是以變壓調(diào)速為主 其中 在變壓調(diào)速系統(tǒng)中 大 體上又可分為旋轉(zhuǎn)交流電機組調(diào)速系統(tǒng) 可控整流式調(diào)速系統(tǒng) 直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng) 三種 旋轉(zhuǎn)交流電機組調(diào)速系統(tǒng)目前已被淘汰 直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)與可控整流式調(diào) 速系統(tǒng) V M 系統(tǒng) 相比有下列優(yōu)點 由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高 僅靠電樞 電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流 低速特性好 穩(wěn)速精度高 調(diào)速范圍寬 可達(dá) 1 10000 左右 同樣 由于開關(guān)頻率高 快速響應(yīng)特性好 動態(tài)抗干擾能力強 可以獲得很寬的頻帶 開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài) 主電路損耗小 裝置效率高 直流電 源采用不控制整流時 電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高 正因為直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)有以上的優(yōu)點 并且隨著電力電子器件開關(guān)性能的不 斷提高 直流脈寬調(diào)制 PWM 技術(shù)得到了飛速的發(fā)展 傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字電路 PWM 已被大規(guī)模集成電路所取代 這就使得數(shù)字調(diào)制技術(shù)成為可能 目前 在該領(lǐng)域中大 部分應(yīng)用的是數(shù)字脈寬調(diào)制器與微處理器集為一體的專用控制芯片 電動機調(diào)速系統(tǒng) 采用微機實現(xiàn)數(shù)字化控制 是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一 采用微機控制后 整個 調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化 結(jié)構(gòu)簡單 可靠性高 操作維護(hù)方便 電動機穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn) 速精度可達(dá)到較高水平 靜動態(tài)各項指標(biāo)均能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動 的要求 5 3 微處理器的選擇 PIC16F877 是 Microchip 公司生產(chǎn)的一款具有 RISC 結(jié)構(gòu)的高性能中檔單片機 該 單片機穩(wěn)定性好 引腳具有的防瞬態(tài)能力給系統(tǒng)提供了穩(wěn)定保障 其具有的 PWM 脈寬調(diào)制 輸出功能 節(jié)省了外圍電路和單片機工作時間 內(nèi)部集成的 A D 口 滿足了系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速信號 電流反饋信號 欠壓信號等模擬信號采集的要求 豐富 的中斷資源可準(zhǔn)確地采集電機的相位信息 實現(xiàn)工作模式的轉(zhuǎn)換 獨特的哈佛總線結(jié) 構(gòu) 極低的功耗 I O 引腳上拉電路和看門狗電路等使