流體噴射裝置供水系統(tǒng)

1、目 錄摘要1關(guān)鍵詞1Abstract1Key words1引言21.1課題的提出及意義21.2 研究現(xiàn)狀21.3 主要研究?jī)?nèi)容22 移動(dòng)式流體噴射試驗(yàn)裝置機(jī)械部分的設(shè)計(jì)32.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32.2 行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)42.2.1車架的設(shè)計(jì)42.2.2 車輪與緩沖彈簧的選用52.2.3 轉(zhuǎn)向與剎車裝置的設(shè)計(jì)62.3 供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)62.3.1 壓力泵的選擇72.3.2 電機(jī)的選擇72.3.3 穩(wěn)壓罐與水箱的設(shè)計(jì)82.3.4 安全裝置的設(shè)計(jì)及安全閥的選用92.3.5 管路聯(lián)接與過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)112.4 本章小結(jié)113 移動(dòng)式流體噴射試驗(yàn)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)123.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)123.1.1 系

2、統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)123.1.2 系統(tǒng)工作過程123.2 硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)123.2.1 傳感器的選擇123.2.2 單片機(jī)的選擇143.2.3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集部分153.2.4 數(shù)據(jù)顯示部分173.2.5 串行通訊部分193.2.6 電源部分203.3 軟件設(shè)計(jì)203.3.1下位機(jī)處理程序213.3.2 上位機(jī)處理程序233.4 本章小結(jié)23結(jié)論與展望23參考文獻(xiàn)24致 謝25 流體噴射裝置供水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 流體噴射裝置供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械電子工程 趙武穎指導(dǎo)老師 劉芳摘要：本文設(shè)計(jì)并制造一套移動(dòng)流體噴射實(shí)驗(yàn)的農(nóng)業(yè)工程裝置,該裝置主要由一個(gè)供水系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、步行系統(tǒng)三部分組成。步行系統(tǒng)為移動(dòng)測(cè)試服務(wù);供水系統(tǒng)

3、可以提供壓力和流量測(cè)試,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)和記錄壓力的變化和流動(dòng)條件以及數(shù)據(jù)的收集和維護(hù)。當(dāng)設(shè)備工作時(shí),活塞泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),水泵及水箱通過管道連接進(jìn)水口、出水口和緩沖槽。活塞泵從水泵抽水注入到壓力穩(wěn)定槽,然后通過一個(gè)緩沖槽出口壓力控制水流。穩(wěn)壓管上有回流管道，管道安裝一個(gè)安全閥。安全閥門是自動(dòng)機(jī)制,當(dāng)壓縮系統(tǒng)壓力上升太高超過設(shè)定值,它會(huì)自動(dòng)打開,多余的介質(zhì)排放到低壓系統(tǒng)或到大氣中,而壓力回落到設(shè)定壓力并自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)穩(wěn)壓罐的平衡水箱壓力大于安全閥設(shè)置,安全閥將開放,直到閥前壓力穩(wěn)定在給定值的要求，流量通過回流管流回到水箱。的每次測(cè)試的水量和壓力都由安裝在管道出口的測(cè)量渦輪流量傳感器和擴(kuò)散硅壓力變送器測(cè)

4、量并顯示在液晶，由上位機(jī)和收集的數(shù)據(jù)維護(hù)。移動(dòng)式流體噴射實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诤艽蟪潭壬咸岣吡黧w噴射試驗(yàn)的可操作性和準(zhǔn)確性關(guān)鍵詞：流體噴射；監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ；供水系統(tǒng) The design of the water supply system fluid jet deviceMechanical and Electronic Engineering Wuying ZhaoTutor Fang LiuAbstract:This paper designs and manufactures a set of movable fluid injection experiment of agricultural engi

5、neering device, the device is mainly composed of a water supply system, monitoring system, walking system composed of three parts. Walking system for mobile testing services; water supply system can provide the pressure and flow rate test, change monitoring system can monitor and record the pressure

6、 and flow conditions as well as data collection and maintenance. When the device works, the piston pump motor, pump and water tank is connected with the water inlet, outlet and buffer tank through pipelines. Piston pump from the pump into the pressure stabilizing tank, then through a buffer tank out

7、let pressure control flow. Voltage regulator tube on the backflow pipeline, pipeline installation of a safety valve. Safety valve is the automatic mechanism, when the compression system pressure exceeds the set value is too high, it will automatically open, media excess emissions to the low pressure

8、 system or to the atmosphere, and the pressure drop to the set pressure and automatically shut down. When the balance is greater than the tank pressure stabilizing tank safety valve, safety valve will open, until the valve before the pressure stabilized at a given value, flow back into the tank thro

9、ugh a return pipe. Measurement of turbine flow sensor and the diffusion silicon pressure transducer in each test content and pressure are installed in the export pipeline and the liquid crystal display, maintained by the host computer and the data collected.Movable fluid injection experiment can imp

10、rove the fluid jet test the operability and accuracy to a great extentKey words: Fluid injection, monitoring system, water supply system引言1.1課題的提出及意義根據(jù)中國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化區(qū)域分布,以及農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)對(duì)環(huán)境保護(hù)、水資源保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展,技術(shù)水平的合理使用農(nóng)業(yè)資源和農(nóng)業(yè)設(shè)備的新需求。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械化，合理利用農(nóng)業(yè)設(shè)備技術(shù)的優(yōu)化配置農(nóng)業(yè)資源是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要手段。我國是一個(gè)淡水資源貧乏的國家之一,人均水資源占有量只有世界平均水平的1

11、/4,人均量的時(shí)空分布不均,水資源的季節(jié)性變化,地區(qū)差異導(dǎo)致北方春旱，南方秋旱，這兩個(gè)季節(jié)是播種的季節(jié)。因此,如何確保及時(shí)播種,確保水供應(yīng)種子足夠,確保種子萌發(fā),產(chǎn)生、和起身形成一個(gè)良好的基礎(chǔ),是確保高產(chǎn)急需解決的課題1。根據(jù)目前的狀況,發(fā)展趨勢(shì),中國的播種機(jī),大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè),我們的研究小組提出了研究領(lǐng)域的水供應(yīng)系統(tǒng)流體噴射。射水播種是一種非接觸土的方法播種,沒有嵌入式設(shè)備,通過高速流噴水形成一個(gè)洞,散布到種子播種方法。而流體噴射的水供應(yīng)系統(tǒng)是射水播種里播種必不可少一個(gè)的部分。1.2 研究現(xiàn)狀2001年山東理工大學(xué)杜瑞成教授根據(jù)我國大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)機(jī)械和精密播種機(jī)械的現(xiàn)狀，提出流體射種這一概

12、念，該領(lǐng)域當(dāng)時(shí)國內(nèi)外還沒有相關(guān)研究。山東理工大學(xué)自2002年開始進(jìn)行這方面的研究，2003年碩士研究生楊善東在流體射種元件試制和試驗(yàn)研究的畢業(yè)論文中對(duì)流體射種的可行性進(jìn)行了初步的研究，初步確定了影響射種的各種基本因素，比如射種壓力、噴嘴大小、噴嘴離地面的高度等。但試驗(yàn)研究只是在一套簡(jiǎn)易的裝置上進(jìn)行，試驗(yàn)裝置的研制方面存在較大的主觀性，理論依據(jù)不是很充分，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面可能存在很多不合理的地方。比如送種機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是一個(gè)難題，試驗(yàn)方案雖然能實(shí)現(xiàn)送種，但存在密封難、送種時(shí)刻難以確定等問題。2004年碩士研究生張俊亮在其畢業(yè)論文自動(dòng)射水成穴播種裝置設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究中，試制了了一套單片機(jī)控制的自動(dòng)射水成穴

13、播種裝置，并用該裝置進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，總結(jié)歸納出一些有關(guān)流體射水播種的理論2。經(jīng)過多位老師與同學(xué)的共同努力，目前流體射水成穴播種器已基本研制成形，但是還存在著很多的不足，比如在射種過程中，種子的具體位置還不確定，試驗(yàn)控制與數(shù)顯部分的功能相對(duì)單一，流體射種這一工作過程的理論分析方面深度還不夠等。1.3主要研究?jī)?nèi)容本主題對(duì)流體噴射供水置進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)一套完善的可動(dòng)流體射流實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)試的準(zhǔn)確性和可操作性有了很大的提高。獲得準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在水和空化機(jī)制相關(guān)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析。主要研究?jī)?nèi)容如下：首先，設(shè)計(jì)制作一套便攜式可提供壓力和流量的試驗(yàn)裝置。第二，根據(jù)試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，采用單片機(jī)和傳感器技術(shù)

14、，設(shè)計(jì)了一套監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試調(diào)整所需要的壓力和流量控制和數(shù)據(jù)采集與維護(hù)。第三，對(duì)高壓水射流和射流沖擊損傷理論進(jìn)行了研究，對(duì)射流沖擊壓力進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步研究射水成穴提供幫助。2 移動(dòng)式流體噴射試驗(yàn)裝置機(jī)械部分的設(shè)計(jì)2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的測(cè)試裝置為流體噴射測(cè)試提供可靠和準(zhǔn)確的測(cè)試條件,它綜合機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù),是一種應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械的機(jī)電設(shè)備技術(shù)。該設(shè)備可以調(diào)節(jié)和控制壓力和流量,并通過數(shù)據(jù)采集裝置準(zhǔn)確記錄值的壓力和流量。此外,由于流體噴射測(cè)試,對(duì)于農(nóng)業(yè)工程噴霧試驗(yàn),工廠化養(yǎng)殖和流體注入測(cè)試用于測(cè)試設(shè)備在這個(gè)區(qū)域非常重要,而目前中國還沒有專門對(duì)農(nóng)業(yè)流體噴射測(cè)試的裝置。為了彌補(bǔ)這一

15、空白, 本試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)成多用途型，因此該裝置還能運(yùn)用到農(nóng)業(yè)工程學(xué)科的其他方面的試驗(yàn),如草坪噴水滅火試驗(yàn),不同形狀的噴嘴測(cè)試,都體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的組合和多功能性，具有一定的積極意義的農(nóng)業(yè)工程學(xué)科發(fā)展。本裝置主要由供水系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、行走系統(tǒng)三部分組成?？傮w結(jié)構(gòu)如圖2-1所示行走系統(tǒng)供水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖2-1 裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖整個(gè)裝置組件根據(jù)重量和體積不同的合理安裝在可移動(dòng)的小車,重心的每一部分位于中心線的小車平臺(tái),因此整體的重心落在中間的小車平臺(tái),這可以使小車更穩(wěn)定,方便現(xiàn)場(chǎng)操作。副水箱、水泵、電機(jī)與螺栓、安裝墊固定在小車平臺(tái)的基礎(chǔ)下,關(guān)鍵部件在管道安裝的閥門,閥門開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)不同用途的選擇。壓力傳

16、感器和流量傳感器安裝在主要的出口,主要出口可以到兩個(gè)管道。噴淋測(cè)試需要更高的出口,此時(shí)出口安裝在一個(gè)更高的位置,水出口洞需要出口,安裝在一個(gè)較低的位置。液晶顯示器和控制板安裝在合理的位置，方便觀察和操作時(shí)間。設(shè)備的工作過程是: 工作時(shí)，5.5千瓦的三相異步電動(dòng)機(jī)通過鏈傳動(dòng)使柱塞泵動(dòng)作。水泵和水箱通過管道連接進(jìn)水口、出水口和緩沖槽?；钊猛ㄟ^水泵、注水壓力穩(wěn)定槽,然后通過一個(gè)緩沖槽出口得到壓力穩(wěn)定的流量。穩(wěn)壓管上有回流管道，管道上安裝了安全閥。安全閥門的自動(dòng)機(jī)制,當(dāng)壓縮系統(tǒng)壓力上升太高超過設(shè)定值,它會(huì)自動(dòng)打開,多余的介質(zhì)排放到低壓系統(tǒng)或到大氣中,而壓力回落到設(shè)定壓力和可以自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)穩(wěn)壓罐的平衡

17、水箱壓力大于安全閥設(shè)置,安全閥將開放,直到閥前壓力穩(wěn)定在給定值的要求,通過回流管流流回水箱。隨著柱塞泵提供壓力值為2.5 MPa,設(shè)備需要提供壓力范圍的0.5 MPa2.2MPa,安全閥可以穩(wěn)定壓力所需的數(shù)值。水的量和壓力的每個(gè)測(cè)試都安裝在管道 出口的渦流傳感器,降低了擴(kuò)散硅壓力變送器測(cè)量和記錄數(shù)字顯示裝置。圖2-2 試驗(yàn)裝置的工作原理示意圖2.2 行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)行走系統(tǒng)的主體是一個(gè)可以與牽引車掛接的小車,它包括一個(gè)框架,輪子,一個(gè)操舵裝置和制動(dòng)裝置。車架是整車的骨架,承受車內(nèi)和車外的各種載荷。車架采用框架式結(jié)構(gòu),由兩個(gè)縱梁和橫梁,縱向和交叉梁使用矩形截面輪廓,但也會(huì)減少體重的機(jī)車，以滿足強(qiáng)度

18、要求。車輪使用模型5.00-8低壓充氣橡膠輪胎,離地間隙高,適合野外作業(yè)。轉(zhuǎn)向設(shè)備安裝在車輛前軸,前軸和固定與梁的框架在一起。剎車裝置主要是為了滿足人力驅(qū)動(dòng)的需要,牽引架安裝在兩個(gè)圓弧形的剎車片上,抬起牽引架時(shí)剎車片在前輪輪胎的上方，放下時(shí)會(huì)貼在前面兩個(gè)輪胎上。為了使現(xiàn)場(chǎng)工作更順利,后軸設(shè)計(jì)了四個(gè)緩沖彈簧。2.2.1車架的設(shè)計(jì)根據(jù)試驗(yàn)要求，在框架的基礎(chǔ)上穩(wěn)定可靠的設(shè)計(jì)，盡可能減輕體重，使結(jié)構(gòu)更緊湊。該框架的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示：框架結(jié)構(gòu)使用冷彎方形空心截面(GB / T 6278 - 1986)為材料,長(zhǎng)度為50mm,梁使用空心鋼,長(zhǎng)度為40mm。車架的整體尺寸為2000 mm×120

19、0 mm整個(gè)車架使用焊接連結(jié),框架平面采用厚度為5mm的冷軋鋼板,焊接到車框架上。在兩個(gè)縱向梁焊接四根長(zhǎng)度500mm冷彎等邊槽鋼,槽鋼焊接兩邊的框架來增加強(qiáng)度、緩沖彈簧安裝在兩個(gè)相對(duì)。整個(gè)框架在滿足強(qiáng)度要求下盡量減少自身重量。圖2-3 車架結(jié)構(gòu)圖2.2.2 車輪與緩沖彈簧的選用該測(cè)試裝置可以在水箱裝滿水的情況下進(jìn)行試驗(yàn),要求齒輪應(yīng)能承受測(cè)試裝置也適用于野外作業(yè)。該模型為5.00-8低壓氣動(dòng)橡膠輪胎,會(huì)使車體平面離地間隙高,輪胎也有足夠的寬度,適合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。彈簧在該實(shí)驗(yàn)裝置的主要功能是緩沖器,選擇圓柱螺旋類型的壓縮彈簧,端部并緊磨合,支撐圈數(shù)為1。因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境不高,作為測(cè)試設(shè)備, 對(duì)彈簧的工作期

20、間和其他要求不是太高,彈簧采用普通碳彈簧鋼絲,它的主要優(yōu)點(diǎn)是便宜,原材料來源方便。測(cè)試裝置在水箱裝滿水的情況下,框架的總重量,電機(jī),泵和其他設(shè)備約6000N,水箱空情況下總重量約為3000 N、總重量分別由四個(gè)相同的緩沖彈簧承擔(dān),然后每根彈簧承擔(dān)重量的兩個(gè)情況分別約為1500 N和750N, 彈簧額定行程是40mm。最大工作負(fù)載從上面的分析可以確定彈簧= 1500N、最小負(fù)荷= 750N。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)決定了彈簧直徑D = 60mm,H = 40mm的工作行程。下面根據(jù)上述參數(shù)來確定彈簧的其它參數(shù)。工作極限載荷原始Pj1.25 Pn= 1.25×1500N= 1875N,依照Pj與直徑

21、D表:彈簧材料直徑D= 8mm,工作極限載荷彈簧Pj= 1917.3N,工作在極端負(fù)載圈變形fj= 10.24mm,單圈剛度= Pd=187N3。開始時(shí)的彈簧剛度P，P= 有效的環(huán)數(shù)n，n = 取標(biāo)準(zhǔn)值為7總?cè)?shù)n1，n1= n + 2 = 10 + 2 = 12彈簧的剛度P， P= = =18.7 N/mm變形極限荷載,下的變形量Fj ，F(xiàn)j = nfj = 10 * 10.24 102mm彈簧的節(jié)距t，t = = 彈簧的自由高度H0，H0=nt+1.5d=10*18.2+1.5*8=194mm，按標(biāo)準(zhǔn)取200mm。2.2.3 轉(zhuǎn)向與剎車裝置的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向軸承安裝在車前輪上,和前軸和框架梁固定在

22、一起,前面與一個(gè)牽引架連接。轉(zhuǎn)向通過移動(dòng)前輪軸牽引架在轉(zhuǎn)向軸承旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)了小車轉(zhuǎn)向。圖2-4 轉(zhuǎn)向剎車裝置示意圖剎車裝置主要是為了滿足人力驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)和停放時(shí)的需要。在牽引架安裝在兩個(gè)圓形的剎車片,剎車起牽引架上面, 牽引架安裝在兩個(gè)圓弧形的剎車片上,抬起牽引架時(shí)剎車片在前輪輪胎的上方，放下時(shí)會(huì)貼在前面兩個(gè)輪胎上。當(dāng)車停了在不使用時(shí),牽引架自由落下,小車將自鎖。2.3 供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 供水系統(tǒng)主要由一個(gè)電動(dòng)機(jī)、活塞泵、調(diào)壓井、水箱和相應(yīng)的連接管構(gòu)成,如圖2 - 5所示。水箱的作用是為長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)試驗(yàn)貯備足夠的水源，穩(wěn)壓罐的作用是使出水口提供的供水壓力保持相對(duì)穩(wěn)定。3 4 5 6 7 8 9 102

23、1圖2-5 供水系統(tǒng)示意圖1水箱 2穩(wěn)壓罐 3進(jìn)水管道 4流量傳感器 5出水口 6壓力變送器 7安全閥 8回流管道 9柱塞泵 10三相異步電機(jī)2.3.1 壓力泵的選擇本裝置是由三缸柱塞泵,其主要技術(shù)指標(biāo):最大壓力為2.5 MPa,流量36-40 L/ min,回轉(zhuǎn)數(shù)800 - 900 r / min,所需動(dòng)力為3.7到5.15馬力。柱塞泵是依靠活塞在缸體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、形成密封容積的改變,以達(dá)到吸油和壓油的。其主要組成部分和氣缸活塞是圓柱形的,所以加工方便,精度高,密封性能好,結(jié)構(gòu)緊湊，在高壓力的工作下仍然有較高的容積效率。柱塞泵按住賽排列方式不同,可分為徑向往復(fù)活塞泵和軸向活塞泵兩個(gè)主要類別。軸

24、向柱塞泵分為防波板和斜軸式兩種。泵的輸出流量是脈動(dòng)的,當(dāng)柱塞泵為單數(shù)時(shí),脈沖較小,本裝置三缸柱塞泵的活塞數(shù)量3。柱塞泵結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、慣量小,還可以提供高壓,能滿足測(cè)試設(shè)備的要求。2.3.2 電機(jī)的選擇對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的基本要求是:1有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,以克服電機(jī)和機(jī)械載荷的阻力矩,同時(shí)保證機(jī)組有一定的加速能力;2起動(dòng)電流不要太大,以免使電源的電動(dòng)機(jī)電路產(chǎn)生過度的電壓降,從而影響到供電線路其他電氣設(shè)備正常運(yùn)行,也為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)和繞組由于起動(dòng)電流和電磁力過熱的的影響;3起始時(shí)間要短,使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到盡快穩(wěn)定,也使啟動(dòng)時(shí)消耗的能量小;4起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠、經(jīng)濟(jì)4。異步電動(dòng)機(jī)和其他電機(jī)一樣，不

25、僅可以用作發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)行,也可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。但異步電動(dòng)機(jī)是主要用于電懂機(jī),在電廠或電力系統(tǒng)中異步電動(dòng)機(jī)都有廣泛應(yīng)用。異步電機(jī)是按相數(shù)分類的,有單相和三相兩;根據(jù)換向結(jié)構(gòu)的分類,則有換向器式和無換向器式兩種,也有因需要特殊的目的,而用不同的分類方法?；虍惒诫姍C(jī)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī),但有一個(gè)主要的區(qū)別,即異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n,沒有固定的關(guān)系其定子轉(zhuǎn)速n1。此外,轉(zhuǎn)子繞組異步電動(dòng)機(jī)沒有連接到電源、電能量轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子通過電磁感應(yīng)效應(yīng),之間傳輸?shù)漠惒诫妱?dòng)機(jī),它也可以被稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。相比其他類型的異步電動(dòng)機(jī),它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,工作可靠、效率高的優(yōu)點(diǎn)。但它也有低功率因數(shù)和速度性能不利。通常適用于不調(diào)速或調(diào)速的

26、要求較低的場(chǎng)合。對(duì)于起動(dòng)和調(diào)速的需求較高的場(chǎng)合通常可以由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。正確選擇電動(dòng)機(jī)容量是非常重要的。如果是選擇電動(dòng)機(jī)容量過小,導(dǎo)致“小馬拉車”現(xiàn)象,或根本帶不動(dòng)有,或者雖能動(dòng),但因?yàn)轭~定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩比小的負(fù)載轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子和定子繞組電流超過額定電流,導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)過熱,影響電動(dòng)機(jī)的壽命。如果電動(dòng)機(jī)容量選擇過大,不能充分發(fā)揮作用的電機(jī),功率因數(shù)和效率,使電網(wǎng)的功率因數(shù)是壞,造成權(quán)力和資金的浪費(fèi)。額定功率的電動(dòng)機(jī)一般比機(jī)械驅(qū)動(dòng)功率約10%左右5。柱塞泵正常工作所需的動(dòng)力是5 7馬力,約為3.7 5.1 KW,所以選擇5.5 KW三相異步電機(jī)能滿足電力需求。4千瓦及以上的電機(jī)的定子繞組是按照380 V設(shè)計(jì)的,

27、所以三相繞組連接形成一個(gè)三角形。2.3.3 穩(wěn)壓罐與水箱的設(shè)計(jì)穩(wěn)壓罐的作用是使出口的壓力保持相對(duì)的穩(wěn)定，在不影響整體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上穩(wěn)壓罐要根據(jù)需要做得盡量大些，這樣就能提高穩(wěn)壓的效果。本裝置的穩(wěn)壓罐采用圓筒形容器，橢圓形封頭，容積70L, 設(shè)計(jì)壓力5.0MPa，設(shè)計(jì)溫度50。介質(zhì)壓力的一個(gè)主要工作參數(shù)的壓力容器,測(cè)試裝置的壓力容器介質(zhì)是水,從安全的角度,水壓力高、容器爆炸能量更大、更危險(xiǎn)。一般來說,壓力容器根據(jù)設(shè)計(jì)壓力(P)分為四個(gè)層面,即壓力。低壓力容器(代碼L)0.1 MPaP < 1 6 MPa 壓力容器(代碼)1.6 MPaP < 10 MPa壓力容器(代碼H)10 MPaP

28、 < 100 MPa 超高壓容器(代碼U)P > 100 MPa穩(wěn)壓罐的設(shè)計(jì)壓力為5.0 MPa,應(yīng)該屬于中等壓力容器。中、低壓力容器屬于薄壁容器的范疇。所謂的薄壁容器意味著外徑D0和內(nèi)徑Di的比值(D0/Di)小于1.2容器。薄壁容器的外形結(jié)構(gòu)較多，除了最常見的圓柱形和球形容器,還有個(gè)別情況下,如矩形截面容器,橢圓形截面容器,容器截面橢圓截面,除了串聯(lián)球面形狀的容器,通常都稱為異形容器。在壓力容器中,圓筒形容器最為常見的。它比球形容器便于制造，便于在內(nèi)部安裝工藝附件,便于工作介質(zhì)在內(nèi)部相互作用,因此被廣泛應(yīng)用。圓筒形容器由一個(gè)圓形筒體和兩端封頭組成。圓筒結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單,但是封頭

29、結(jié)構(gòu)形式較多。薄壁圓簡(jiǎn)體除了小直徑可采用無縫鋼管外,通常都是焊接結(jié)構(gòu),鋼板卷成圓柱形狀后進(jìn)行焊接。小直徑的圓筒體可采用一條縱焊縫，而大直徑的圓筒體因受鋼板尺寸的限制，需采用兩條或兩條以上的縱焊縫。同樣，長(zhǎng)度較短的圓筒體只有兩條環(huán)焊縫，長(zhǎng)的則有多條環(huán)焊縫。焊縫由于可能存在夾渣、未焊透、裂紋、氣孔、咬邊等缺陷，致使焊縫本身的強(qiáng)度削弱；同時(shí)，在焊縫的熱影響區(qū)還會(huì)產(chǎn)生金相組織的變化，使晶粒長(zhǎng)大，這也使得該區(qū)域的力學(xué)性能有所降低。因此要盡量減少焊縫的數(shù)量。本穩(wěn)壓罐的設(shè)計(jì)直徑為400mm，沒有合適尺寸的無縫鋼管，用鋼板卷成圓筒形后進(jìn)行焊接，有一條縱向焊縫。封頭或端蓋是圓筒形容器的重要組成部分，常見的有半球

30、形、橢圓形、碟形、錐形及平板形。這些封頭在強(qiáng)度及制造上各有其待點(diǎn)。半球形封頭受力情況最佳，但最難制造。封頭形式的選擇不單決定于強(qiáng)度與制造，在某些情況下還決定于容器的使用要求。中、低壓容器大多采用橢圓形封頭，本穩(wěn)壓罐的設(shè)計(jì)壓力5.0MPa，屬于中壓容器，故采用橢圓形封頭。橢圓形封頭是由半個(gè)橢球殼和一段直邊部分所組成。由于橢圓曲線的曲率半徑變化是連續(xù)的，所以封頭中的應(yīng)力分布也比較均勻，其受力情況僅次于半球形封頭，是目前壓力容器中應(yīng)用最廣泛的封頭形式。本試驗(yàn)裝置選用的柱塞泵所能提供的最高壓力是2.5MPa，并且工作介質(zhì)是水在常溫下工作，試驗(yàn)所需的最高壓力是2.2MPa，所以設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓罐完全可以滿足裝

31、置的要求，并且安全可靠。2.3.4 安全裝置的設(shè)計(jì)及安全閥的選用壓力容器的安全裝置系指為了使壓力容器能夠安全運(yùn)行而裝設(shè)在設(shè)備上的一種附屬機(jī)構(gòu)，又常稱之為安全附件。壓力容器的安全裝置，按其使用性能或用途可以分為以下四大類型。（1）連鎖裝置指為了防止操作失誤而設(shè)置的控制機(jī)構(gòu)，如連鎖開關(guān)、聯(lián)動(dòng)閥等。 （2）警報(bào)裝置指容器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)不安全因素致使容器處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)能自動(dòng)顯示聲、光或其他明顯報(bào)警訊號(hào)的儀器，如壓力報(bào)警器、溫度監(jiān)測(cè)儀等。 （3）計(jì)量裝置指能自動(dòng)顯示容器運(yùn)行中與安全有關(guān)的工藝藝參數(shù)的器具，如壓力表、溫度計(jì)等。（4）泄壓裝置容器超壓時(shí)能自動(dòng)泄放壓力的裝置。 本試驗(yàn)裝置在容器的出口處安裝了

32、量程為06.0MPa的耐震壓力表， 耐震壓力表的殼體制成全密封結(jié)構(gòu)，且在殼體內(nèi)填充阻尼油，由于其阻尼作用可以使用在工作環(huán)境振動(dòng)或介質(zhì)壓力（載荷）脈動(dòng)的測(cè)量。選用大表頭，表面面積大，易于在試驗(yàn)過程中觀測(cè)壓力。在壓力容器的安全裝置中，最常用、最關(guān)鍵的是安全泄壓裝置。為了確保壓力容器安全運(yùn)行，防止設(shè)備由于過量超壓而發(fā)生事故，除了從根本上采取措施或減少可能引起的壓力容器超壓的各種因素外，很重要的一個(gè)預(yù)防措施是裝設(shè)安全泄壓裝置。安全泄壓裝置是為保證壓力容器安全運(yùn)行，防止它超壓的一種器具。它具有下列功能：當(dāng)容器在正常的壓力運(yùn)行時(shí)，保持嚴(yán)密不漏，若容器的壓力一旦超過規(guī)定，則自動(dòng)地迅速地排泄出器內(nèi)，使設(shè)備的壓

33、力始終保持在許用壓力范圍內(nèi)。安全泄壓裝置按其工作原理和結(jié)構(gòu)形式可以分為閥型、斷裂型、熔化型和組合型等幾種。本裝置選用閥型安全泄壓裝置，即安全閥。安全閥是通過閥的自動(dòng)開啟排出介質(zhì)來降低器內(nèi)的過高壓力的。這種安全泄壓裝置的優(yōu)點(diǎn)是：僅排放壓力容器內(nèi)高于規(guī)定值的部分壓力，當(dāng)容器內(nèi)的壓力降至正常操作壓力時(shí)，即自動(dòng)關(guān)閉，可避免旦容器超壓就得把全部介質(zhì)排出而造成的浪費(fèi)和生產(chǎn)中斷；裝置本身可重復(fù)使用多次；安裝調(diào)整也比較容易。安全閥若用于介質(zhì)為不潔凈的介質(zhì)時(shí)、閥口有被堵塞和閥瓣被粘住的可能。閥型安全泄壓裝置對(duì)壓力容器介質(zhì)有選擇性，它適用于比較潔凈介質(zhì)。本試驗(yàn)裝置的介質(zhì)是常溫水，不會(huì)出現(xiàn)閥口被堵塞的現(xiàn)象，適合選用

34、安全閥。安全閥主要由三個(gè)部分組成，閥座、閥瓣相加載機(jī)構(gòu)。閥座和座體有的是一個(gè)整體，有的組裝在一起，與容器連通。閥瓣通常連帶有閥桿，緊扣在閥座上，閥瓣上面是加載機(jī)構(gòu)，用來調(diào)節(jié)載荷的大小。當(dāng)容器內(nèi)的壓力在規(guī)定的工作壓力范圍之內(nèi)時(shí)，器內(nèi)介質(zhì)作用于閥瓣上的壓力小于加載機(jī)構(gòu)施加在它上面的力，兩者之差構(gòu)成閥瓣與閥座之間的密封力，使閥瓣緊壓著閥座，容器內(nèi)氣體無法排出；當(dāng)容器內(nèi)壓力超過規(guī)定的工作壓力并達(dá)到安全閥的開啟壓力時(shí)，介質(zhì)作用于閥瓣的力大于加載機(jī)構(gòu)加在它上面的力，于是 閥瓣離開閥座，安全閥開啟，容器內(nèi)氣體通過閥座排出。如果容器的安全泄放量小于安全閥的排量，器內(nèi)壓力逐漸下降，很快降回到正常工作壓力，此時(shí)介

35、質(zhì)作用于閥瓣上的力又小于加載機(jī)構(gòu)施加在它上面的力，閥瓣又壓緊閥座，氣體停止排出，容器保持正常的工作壓力繼續(xù)工作。安全閥通過作用在閥瓣上的兩個(gè)力的不平衡作用，使其啟閉，以達(dá)到自動(dòng)控制壓力容器超壓的目的。安全閥的類型按加裁機(jī)構(gòu)分類可分為重錘杠桿式安全閥和彈簧式安全閥。彈簧式安全閥是利用彈簧被壓縮的彈力來平衡作用在閥瓣上的力，通過調(diào)整螺母來調(diào)整安全閥的開啟(整定)壓力。彈簧式安全閥結(jié)構(gòu)緊湊、輕便，比較靈敏可靠，一般容器宜用彈簧式安全閥，特別是移動(dòng)式容器上，但不宜用于高溫容器，在高溫下彈簧會(huì)失去原有的彈性。根據(jù)閥瓣開啟高度的不同，安全閥分為微啟式和全啟式。微啟式安全閥閥瓣開啟高度很小，但制造、維修、試

36、驗(yàn)和調(diào)節(jié)比較方便，宜用于排量不大，要求不高的場(chǎng)合12安全閥動(dòng)作的可靠性直接關(guān)系到設(shè)備乃至人身的安全。而按照被保護(hù)設(shè)備的工作條件正確選用安全閥，是保證安全閥正常工作，甚至關(guān)系安全閥能否起到安全保護(hù)作用的先決條件。選用安全閥涉及兩個(gè)方面的問題，一方面是被保護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)的工作條件，例如上作壓力、允許超壓限度、防止超壓所必須的排放量、工作介質(zhì)的特性、工作溫度等等；另一方面則是安全閥本身的動(dòng)作特性和參數(shù)指標(biāo)。下面主要從幾個(gè)主要的方面來選用合適的安全閥。公稱壓力的選定。公稱壓力表示安全閥在常溫狀態(tài)下的最高許用壓力，試驗(yàn)所需的最高壓力為2.2MPa，故選用公稱壓力為2.5 MPa的安全閥。工作壓力級(jí)的確定。

37、安全閥的開啟壓力(即整定壓力)可以通過改變彈簧預(yù)緊壓縮量來進(jìn)行調(diào)節(jié)。但每一根彈簧都只能在一定的開啟壓力范圍內(nèi)工作，超出了該范圍就要另換彈簧。這樣，同一公稱壓力的閥門就按彈簧設(shè)計(jì)的開啟壓力調(diào)整范圍劃分為不同的工作壓力級(jí)。對(duì)于公稱壓力為2.5 MPa的安全閥，查表得知共有5個(gè)不同的工作壓力級(jí)，相應(yīng)配備5根不同的彈簧。 通徑的選取。安全閥通徑應(yīng)根據(jù)必需排放量來確定。就是使所選用安全閥的額定排尾大于并盡可能接近必需排量。當(dāng)發(fā)生異常超壓時(shí)，防止過分超壓的必需排放量，由系統(tǒng)或設(shè)備的工作條件以及引起超壓的原因等因素決定。而安全閥的額定排量按下列公式計(jì)算，當(dāng)介質(zhì)為液體時(shí) （2-1）式中 額定排量(kg / h

38、)，P閥前后壓力差 (MPa)， -額定流量系數(shù)，A-流道面積(mm²),-介質(zhì)密度(Kg/m³)。微調(diào)閥Kdr 取0.16,水作為工作介質(zhì)所以= 1000Kg/m³, = 2.5 MPa,設(shè)置額定排量為柱塞泵的吸水量,即2400Kg/h。上述數(shù)據(jù)帶入公式得58.92mm²,安全閥直徑d0 = mm，查表得流道直徑20mm，相應(yīng)的公稱直徑為DN25。安全閥確定后, 將安全閥安裝到回流管上(如圖2 - 5),根據(jù)所需壓力水平的不同選擇不同等級(jí)的彈簧,同一型號(hào)規(guī)格的安全閥通過更換彈簧來改變其工作壓力級(jí), 而在某一工作壓力級(jí)范圍內(nèi)則通過調(diào)整螺桿來調(diào)節(jié)開啟壓力。

39、通過這種方式,安全閥能起到泄壓的效果,還可以使壓力保持在穩(wěn)定的設(shè)定數(shù)值。在實(shí)際的測(cè)試中,壓力可以維持在穩(wěn)定的設(shè)定值。2.3.5 管路聯(lián)接與過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 管道連接包括管和管,管和管件及管道和閥門的連接,主要方法有:乘插、螺紋、法蘭和焊接連接9。本裝置的所有管道采用不銹鋼管,以防止生銹。管路聯(lián)接采用螺紋聯(lián)接的方式。安裝時(shí)在管子接頭絲扣上涂上鉛油，纏上麻繩來增強(qiáng)密封性。為了防止水中雜質(zhì)進(jìn)入管道,活塞泵和流量傳感器無法正常工作,在水箱的水出口和平衡水箱的水管分別安裝了一個(gè)過濾器裝置。通過對(duì)水中雜質(zhì)的兩次過濾,確保設(shè)備的正常運(yùn)行。2.4 本章小結(jié) 本章介紹了流體噴射試驗(yàn)裝置的工作原理, ,論述了機(jī)械結(jié)

40、構(gòu)流體噴射試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)過程,特別是對(duì)柱塞泵,安全閥,緩沖槽和電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵組件合理選擇和設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析。3 移動(dòng)式流體噴射試驗(yàn)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 3.1.1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)是以個(gè)人計(jì)算機(jī)為核心，配以兩個(gè)傳感器，通過信號(hào)采集，由測(cè)試軟件處理數(shù)據(jù)。由于充分利用強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力,系統(tǒng)在流體噴射試驗(yàn)不僅可以快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和打印輸出的結(jié)果,還能將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示在液晶顯示器,以使測(cè)試更準(zhǔn)確,操作更為方便。整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。下位機(jī)包括流量傳感器、壓力傳感器、信號(hào)處理電路、單片機(jī)和接口電路、通訊接口;上位機(jī)主要包括通信接口,個(gè)人電

41、腦(PC)等。3.1.2 系統(tǒng)工作過程流體噴射試驗(yàn)裝置工作時(shí),出水口壓力和流量傳感器將采集到的信號(hào)送到相應(yīng)的信號(hào)處理電路,經(jīng)轉(zhuǎn)換和過濾后變成統(tǒng)一的邏輯信號(hào),然后所有的信號(hào)被發(fā)送到下位機(jī),下位機(jī)接收信號(hào)后進(jìn)行預(yù)處理,一方面可以將出口水壓力和流量顯示在液晶屏幕上,以便操作人員可以監(jiān)視。另一方面,按約定的通訊協(xié)議格式數(shù)據(jù)打包,借助通信線路傳輸?shù)缴衔粰C(jī),然后電腦將接收到的數(shù)據(jù)與處理和存儲(chǔ)。3.2 硬件結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、串行通信和電源五部分。整體以MSP430單片機(jī)為中心,配與壓力和流量傳感器和相關(guān)接口電路,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示和收集測(cè)試數(shù)據(jù)。硬件電路設(shè)計(jì)框架如圖3

42、- 1。數(shù)據(jù)處理部分主要是由軟件組成。 模擬輸出ADCMSP430電池模擬放大 3V輸入恒壓電路顯示器EEPROMRS-232接口 按鍵 圖 3-1 硬件電路設(shè)計(jì)框架3.2.1 傳感器的選擇傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。其中敏感元件是直接感受被測(cè)量、并且輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的某一物理量的元件。轉(zhuǎn)換元件接受敏感元件的輸入，并且將其轉(zhuǎn)換成電路參數(shù)量。轉(zhuǎn)換電路將電路參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量輸出。傳感器的選擇要綜合考慮諸如可靠性、靜態(tài)精度、動(dòng)態(tài)性能、抗干擾能力、通用性、輪廓尺寸、低成本和低功耗等

43、方面的因素10。 （1）待測(cè)參數(shù)及其變化范圍 這個(gè)系統(tǒng)測(cè)量的是流體噴射試驗(yàn)裝置出口壓力和流量,由于設(shè)計(jì)的多用途性,所以壓力和流量的范圍相對(duì)較大。壓力范圍為0.5 2.2 MPa.（2）壓力傳感器的選擇根據(jù)壓力傳感器工作原理不同 ,主要有電阻式,電容式,電感式三種。根據(jù)本課題的特點(diǎn), 選擇利用半導(dǎo)體材料（擴(kuò)散硅）的壓阻效應(yīng)設(shè)計(jì)制造的傳感器。壓阻效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體材料受外界壓力作用下,電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。壓阻式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是:靈敏度非常高,有時(shí)傳感器的輸出不需要放大可以用來直接測(cè)量;分辨率高; 測(cè)量元素的有效面積可以非常小,所以響應(yīng)頻率高。缺點(diǎn)是溫度誤差很大,所以需要溫度補(bǔ)償或或在恒定的溫度下使用

44、。擴(kuò)散硅壓力變送器是由擴(kuò)散硅壓力芯片和信號(hào)處理電路組成,在精密的補(bǔ)償技術(shù),信號(hào)處理技術(shù),具有測(cè)量范圍大,測(cè)量精度高的特點(diǎn),可以長(zhǎng)期在線檢測(cè)壓力信號(hào)。擴(kuò)散硅壓力傳感器采用24 v直流供電,當(dāng)外加壓力時(shí),會(huì)對(duì)壓力芯片引起輸出電壓的變化,信號(hào)處理電路放大輸入壓力,并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)4-20mA直流信號(hào)輸出線性對(duì)應(yīng),可以直接連接到兩儀和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 11。對(duì)于出水口壓力的測(cè)試,該設(shè)備選擇的是擴(kuò)散硅壓力傳感器，型號(hào)為ADS-801，其,技術(shù)指標(biāo):量程為0 - 3MPa,供電24VDC,輸出4-20mA ，,測(cè)量精度為0.5FS，1 "管螺紋接口。（3）流傳感器的選擇對(duì)于出水口處流量的測(cè)量，本裝置選

45、用利用磁電效應(yīng)設(shè)計(jì)制造的渦輪型流量傳感器。其工作原理是：在流道內(nèi)設(shè)置一個(gè)渦輪，當(dāng)流體流動(dòng)時(shí)，由于渦輪的葉片與流體的流向有一定的角度，所以流體沖擊渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪的轉(zhuǎn)速與流體的流速成正比，渦輪的一側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)由永久磁鐵和線圈組成的檢測(cè)裝置，由于渦輪具有導(dǎo)磁性，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的葉片周期性地切割磁力線，使該檢測(cè)裝置的磁路磁阻發(fā)生周期性的變化，渦輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，該裝置就會(huì)發(fā)出一個(gè)脈沖，流道內(nèi)流體流動(dòng)的快，渦輪就轉(zhuǎn)動(dòng)的快，單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的脈沖數(shù)目就多。根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖量計(jì)算流道內(nèi)的流體流速，然后乘于流道的面積，就可以計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)流體的流量。其原理方框圖如圖3-2所示流量渦輪磁 電轉(zhuǎn) 換脈 沖整 形

46、十 進(jìn)制計(jì)數(shù)頻 率/電 壓轉(zhuǎn) 換瞬 時(shí) 流 量指 示總 流量計(jì)算圖3-2電磁式渦淪流量傳感器轉(zhuǎn)換電路方框圖 該設(shè)備使用利用磁電效應(yīng)設(shè)計(jì)制造的LWGY式渦輪流量傳感器,其技術(shù)指標(biāo)如下:量程1 10m3，測(cè)量精度為1級(jí)，直流供電5VDC，輸出4 20 ma,最大工作壓力為6.3 MPa,連接方式為兩線制，封裝形式為串接防水封裝,1 "管螺紋接口。渦輪流量傳感器的標(biāo)定工作是在工廠進(jìn)行,一般提供的流量系數(shù)是水校準(zhǔn)12。該裝置的介質(zhì)雖然對(duì)水,但為了準(zhǔn)確起見重新對(duì)流量傳感器進(jìn)行了校準(zhǔn)，用脈沖數(shù)與流量的比值作為依據(jù)。3.2.2 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是微型機(jī)的一種,它是把微型計(jì)算機(jī)的主要部分集中在單

47、個(gè)芯片上的單芯片微型機(jī)。單片機(jī)本身是按工業(yè)測(cè)、控環(huán)境設(shè)計(jì)的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般的CPU，程序指令及常數(shù)、表格固化在ROM中不易破壞13。本系統(tǒng)采用TI公司的MSP430系列單片機(jī)。MSP430系列微控制器是美國德州儀器公司在九十年代末推出的新型16位微控制器?？刂扑俣群湍芰Ρ葌鹘y(tǒng)的mcs51等8位單片機(jī)提高了一大步,是一個(gè)低功率,16位RISC結(jié)構(gòu)的家族系列,擁有先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和豐富的外設(shè)。除了定時(shí)器結(jié)構(gòu)先進(jìn),還具有同樣強(qiáng)大的中央處理器。MSP430系列中的MSP430F1x子系列具有FLASH存儲(chǔ)器，在系用設(shè)計(jì)、開發(fā)調(diào)試及實(shí)際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點(diǎn)。MSP430F1x系列具有以下共同的

48、特點(diǎn):(1)超低功耗MSP430系列單片機(jī)、操作在1.8 3.6 v電壓,1 MHz時(shí)鐘條件,根據(jù)不同的工作模式不同的工作電流是0.1 400A;有16個(gè)中斷源,可以任意嵌套、靈活和方便使用;使用中斷請(qǐng)求CPU醒來只有6s (2)強(qiáng)大的處理功能MSP430F1x系列單片機(jī),16位RISC結(jié)構(gòu),指令尋址模式中,27個(gè)內(nèi)核富裕簡(jiǎn)單和模擬許多指令;大量的寄存器和內(nèi)存芯片上的數(shù)據(jù)可以參與各種計(jì)算,具有較高的處理速度,在8 MHz晶體驅(qū)動(dòng),指令周期125 ns。(3)各種各樣的記憶形式各種類型的MSP430F1x是相同的性能和內(nèi)存不同的ROM,OTP,為了適應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)的各個(gè)階段需要。(4)

49、豐富的片上外圍模塊每個(gè)成員的MSP430F1x系列單片機(jī)集成了豐富的片上外設(shè)。他們是不同的組合模塊:看門狗定時(shí)器,串行端口,比較器,硬件乘法器,液晶驅(qū)動(dòng)程序,10/12 ADC,P0,P1P6斷裂,基本定時(shí)器。(5)以方便高效的開發(fā)環(huán)境對(duì)于FLASH,由于該芯片JTAG調(diào)試接口,可以擦除閃存,所以第一個(gè)下載程序到FLASH,那么設(shè)備通過一個(gè)軟件程序運(yùn)行,通過JTAG接口讀取表信息為設(shè)計(jì)師使用調(diào)試方法的發(fā)展。這種方法只需要一個(gè)電腦和一個(gè)JTAG調(diào)試器,不需要模擬器和程序員。語言的發(fā)展與匯編語言和C語言。 (6)適應(yīng)工業(yè)環(huán)境MSP430F1x的操作溫度范圍- 40 85,產(chǎn)品設(shè)計(jì)在工業(yè)環(huán)境中操作1

50、4。壓力與流量對(duì)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和記錄,使用單片機(jī)MSP430 MSP430F1232系列一,單片機(jī)集成256B RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,8 KB閃速存儲(chǔ)器程序內(nèi)存,8通道A/ D轉(zhuǎn)換器,一個(gè)不能接口,看門狗定時(shí)器,22個(gè)的I / O端口,溫度傳感器15。3.2.3設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集部分(1)數(shù)據(jù)收集方法數(shù)據(jù)采集是將溫度、壓力、流量、位移和其他模擬采集轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后,通過計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理、顯示、打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù),具體的就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),然后把它們發(fā)送到計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)根據(jù)不同的需進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理,取得了必要的數(shù)據(jù),然后將數(shù)據(jù)顯示和打印

51、,以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制某些物理量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由兩部分組成:硬件和軟件。從硬件方面,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有兩種:一種是微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),另一個(gè)是集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)16。如圖3 - 3結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)放大器A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器多路開關(guān)傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器計(jì) 算 器定時(shí)與邏輯控制器圖3-3微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖從圖3 - 3顯示,微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、模擬多路開關(guān),可編程放大器、采樣/保持轉(zhuǎn)換器,A / D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)及周邊設(shè)備等組成。該傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常需要采集多路信號(hào),在不需要高速采樣的場(chǎng)合,一般使用常見的A / D轉(zhuǎn)換

52、器,以簡(jiǎn)化電路、由模擬開關(guān)分時(shí)對(duì)每個(gè)信號(hào)模/數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集時(shí),來自傳感器的通常是較弱的低電平信號(hào)、程控放大器的作用是將傳感器的微弱信號(hào)放大,以便進(jìn)行A / D轉(zhuǎn)換。采樣保持器的作用是將輸入信號(hào)保持時(shí)間的A / D轉(zhuǎn)換器在A / D轉(zhuǎn)換器保持不變,以保證較高的轉(zhuǎn)換精度。A / D轉(zhuǎn)換器的作用是將傳感器的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的模擬信號(hào)，A / D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集通道的核心。接口電路是用來加工和水平調(diào)整數(shù)字信號(hào)輸出的傳感器,然后發(fā)送到計(jì)算機(jī)總線。定時(shí)與邏輯電路用來產(chǎn)生控制個(gè)部分工作時(shí)序電信號(hào)。集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的產(chǎn)物,它由若干個(gè)數(shù)據(jù)采集站和上位機(jī)及通信線路組成。數(shù)據(jù)采集站由

53、一個(gè)單片機(jī),位于生產(chǎn)設(shè)備附近,可以獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理任務(wù),也可以將傳輸數(shù)據(jù)與數(shù)字信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)。集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)系統(tǒng)的適應(yīng)能力強(qiáng)、系統(tǒng)的可靠性高,數(shù)字信號(hào)傳輸中抗干擾能力強(qiáng)。集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3 - 4:上位機(jī)通訊接口數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站數(shù)據(jù)采集站 圖3-4 集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖 用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,采集系統(tǒng)需要與計(jì)算機(jī)通信,數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)于與計(jì)算機(jī)的通訊方式,通信接口的計(jì)算機(jī)主要并行接口、串行接口、USB接口和I / O擴(kuò)展槽等四個(gè)方面,其中前兩個(gè)是最常用的,對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸速度而言并行接口快于串行接口,串行接口具有強(qiáng)大的抗干擾能力, 允許更長(zhǎng)的傳輸線路 17

54、。(2)傳感器接口電路本監(jiān)控系統(tǒng)需要采集的是壓力傳感器和流量傳感器輸出壓力、流量和其他信號(hào),采用集散型數(shù)據(jù)采集模式。前端的數(shù)據(jù)采集發(fā)送任務(wù)是由一片MSP430微控制器完成的。程序使用MSP430匯編語言(參見軟件程序)。MSP430的最大特點(diǎn)是Orthogonality，即三方自由尋址，也就是說對(duì)于單操作數(shù)指令可以使用指令系統(tǒng)中的任意尋址方式。對(duì)于雙操作數(shù)指令,可以使用源地址和目的地址選擇方式的任意組合。程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上,設(shè)計(jì)的前端數(shù)據(jù)采集處理程序時(shí),傳感器信號(hào)采樣使用中斷模式。以便適應(yīng)不同傳感器的不同需求18。圖 3-5流量傳感器接口電路3.2.4 數(shù)據(jù)顯示部分 (1)液晶顯示模塊的選擇圖形

55、點(diǎn)陣液晶顯示模塊,由于其豐富的信息(顯示器可以顯示漢字、字符、圖形、曲線)、低功耗、壽命長(zhǎng)、不產(chǎn)生電磁輻射污染和其他的優(yōu)勢(shì),而成為一種理想的顯示設(shè)備,但傳統(tǒng)的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊顯示漢字,往往因占用ROM容量大和漢字顯示字符的數(shù)量限制,同時(shí)存在接口電路的硬件和軟件編程相對(duì)復(fù)雜的缺陷,因而限制了液晶顯示技術(shù)的單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。本系統(tǒng)選擇型號(hào)OCMJ 4 x 8的 128 x 64點(diǎn)陣中文液晶顯示模塊。模塊由于內(nèi)含中文字庫,使得漢字顯示異常方便,并且硬件接口電路簡(jiǎn)單。這對(duì)于硬件資源非常緊張的單片機(jī)來說是非常重要的。OCMJ 4 x 8模塊是非常適合顯示漢字信息量較大的智能儀器系統(tǒng)19。以下主要特征的模塊:包含了GB 2312標(biāo)準(zhǔn)16×16點(diǎn)陣標(biāo)準(zhǔn)水平簡(jiǎn)體中文;包含ASCII碼的8×8(半最大值)和8×16(全高度)晶格英語字體;輸入?yún)^(qū)號(hào)或ASCII代碼來實(shí)現(xiàn)漢字或字符顯示;與晶格和字節(jié)數(shù)組兩個(gè)圖形顯示功能,完全兼容普通液晶顯示模塊;可以實(shí)現(xiàn)漢字,ASCII碼,點(diǎn)圖形和曲線在屏幕上顯示;用戶界面使用8數(shù)據(jù)行和點(diǎn)播/繁忙的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn);+ 5 v單電源; 可以提供一種液晶顯示負(fù)電壓驅(qū)動(dòng);用LED背光;與規(guī)劃和1