多绳摩擦提升机钢丝绳张力分析.docx

摘要这篇文章是关于提高机丝绳的一系列研究，特别是张力系统这一方面。第一点，通过本文可以了解到其背景；第二点，也可以了解到其意义；最后，也可以知道迄今为止世界关于这一方面的目前状况。并且需要分析其特性。当然，也需要拿出具体的方案、检测装置部分、信号处理部分进行设计。并在基础上对电阻应变片式压力传感器进行了设计，该压力传感器安装在衬垫内，压紧力信号经过放大电路和滤波电路后传输给MCS-51系列单片机。然后介绍了检测系统部分放大电路、滤波电路、8051时钟电路、扩展芯片8155的电路方案说明。最后是人机交互界面的设计，主要包括工作人员操作控制设计、显示界面设计以及打印机存储装置设计。并基于Lab VIEW软件完成去噪程序设计，利用matlab软件进行数据处理，实验台实验结果表明本次设计检测效果良好。关键词：钢丝绳；压力；张力；提升机目录摘要11 绪论111.2 国内外研究现状12 钢丝绳张力检测方案系统设计32.1钢丝绳张力特性分析32.2 设计方案的制定52.2.1 钢丝绳张力检测方案比较52.2.2 钢丝绳张力检测方案的确立62.3 检测装置部分的设计72.4 信号处理部分的设计83 传感器设计93.1 传感器选型93.2 弹性元件尺寸计算103.2.1 弹性元件刚度校核103.2.2 弹性元件强度校核113.3 应变片的选择123.3.1 工作原理123.3.2 应变片型号选择143.4 电阻应变片电桥电路设计154 钢丝绳张力检测系统设计184.1 总体设计184.2 信号放大电路设计194.3 滤波电路设计214.4 A/D转换电路设计224.4.1 A/D转换器原理224.4.2 ADC0809与8051电路设计244.5 8051芯片的介绍244.5.1 8051简介244.5.2 8051单片机振荡时钟电路设计254.6 8155电路设计264.6.1 8155引脚说明264.6.2 8155工作方式274.6.3 8155与8051电路设计275 人机交互界面设计285.1 操作控制设计285.2 显示器设计295.2.1 LED显示器结构与原理305.2.2 LED显示器接口305.3 打印机电路设计316 钢丝绳张力检测实验326.1 去噪程序设计326.2 实验台测试34结论35参考文献37多绳摩擦提升机钢丝绳张力分析1 绪论1.1 研究背景及意义我们知道，根据时代的发展，我们的生产生活就需要更多的能源。因此，开采矿井就需要更深的程度（从现在的状况来看，7个深度都已经在1200米以上，甚至可以达到1500米，通过了解发现，还有2000米的，这也是目前世界上最深的），对于矿场开采的速度也是越来越快（在其他国家可以25m/s，在我们国家是18m/s），每一次单独的提升量不断的在优化（别的国家大于50吨，中国可超45吨）。而且，多绳的更具有更多的优点，其中最显著的就是他的体积非常小，关于它的重量也很轻，提升的幅度也很大，也非常的安全、适合深井作业等，因此广泛出现煤矿开采应用中。多绳摩擦式提升机在使用时间过长时，由于多跟钢丝绳所受拉力不同，承受拉力较大的钢丝绳会先产生疲劳损伤，滚筒上的衬垫也会收到疲劳损伤。若是不能够即及时了解其状态，会有可能产生难以预料的后果。在采矿的过程中，大多数煤矿会定期对钢丝绳进行检查，对疲劳损伤过度的钢丝绳进行更换。这样不仅会产生浪费，而且会对煤矿生产产生影响，通过更换钢丝绳，需要时常停下检查，且无法从解决安全问题。如果对钢丝绳的张力情况进行实时测量，就可以对钢丝绳的受力进行检测，并且对受力并不正常的钢丝绳进行报警从而保证多摩擦时式升机在运行时的安全问题。1.2 国内外研究现状现在，有很多方法可以监控负载的方法以及设备。依据负载实时变化，负载测量方法分为静态测量和动态测量。静态检测方法主要有柔索法、三轮法、弯曲应变法、标记法、振动波法和压轮力电转换法。从20世纪到现在，我们了解到计算机不断的在发展。除此之外，微电子也在不断的优化，变得越来越好。切负载也有特别明显的发展，通过计算机或微电子信息技术与负载检测结合，产生的同时也优化了检测的方式。动态的检测有很多不同的方式，放在首位的是电机电流法。还有就是串联的负载法、油压换算法等。其方式大概就是这些。举个例子，德国的SIEM AG对其安装了具有特殊功能的装置，显示平台上的显示单元了直接显示传感器所测得的负载情况，这些显示单元可以安装在小型的配电柜中，便于观测和控制，当我们需要实时负载数据是，把这个装置暂停来查看里面的资料，就可以因此来完成其半自动测量。有一个叫ABB的公司实现了关于提高其动态的监测，在其特殊的位置上安装了应变片。第一、这个芯片能够随时检测张力。第二、能够无线传输。而且，在其出现一系列问题的时候，例如：过重，被卡住，或者是不能保持平衡时，系统可以立即发出警报。在中国，关于这个方面的发展速度很快，最特别的有两个方面。第一个方面就是，对其张力检测的方式。还有一个方面表现在信号这方面。 有一部分人，例如雷先生，他们研究出可以提升周期内张力平衡度检测自己过载监控的多路钢丝绳摩擦抬升机遥控检测装置。 一个姓姚的男士，和其他的一些优秀的人才一起创造了先进的系统。其成功的实现了一系列的突破。他还调整了电桥，不仅仅这样，更让人意想不到的是他能够进行采样和预处理。也能够在同一时间对这些内容进行传输。这就可以让计算机能够更加保证时效，也能够提高正确性。对于张力的分析就能够更加的明确。像李先生这样的人通过不断的摸索，特别是对于箕斗的关注，一方面可以检测。 该方案能及时预测超载现象，有力保障煤矿的安全生产。因此，本人将在前人的研究基础上，对这个系统进行了改良。因此可以达成更加精准的数据。更重要的是其可以更加的安全，可以排除更多的隐患。2 钢丝绳张力检测方案系统设计2.1钢丝绳张力特性分析多绳摩擦提升机在提升的过程中存在五个阶段，如图2.4所示。图2.4 提升机提升速度图（1）t1：提升加速阶段，电机需要输出非常大的功率。在此时期，需要面临更多的难题，必须要解决启动时的问题。这个问题就是惯性问题。不仅如此，还需要提高载荷问题。因此，在此时期，存在很多的势能，其也会在一些特殊的时期表现出来，就是匀速的时期。（2）t2：均匀运行时期，根据前面所述，由于存在的势能必须经过这一时期被释放。所以在此时期钢丝绳会有一定幅度的抖动。（3）t3：主要减去时期，由于加速度的变小，这就会导致其产生特别严重的变动。在这个阶段，势能会进一步被释放，因此钢丝绳的抖动会降低很多，比较平稳。（4）t4、t5：这两个时期就是我们所说的爬行以及末减速时期。前者的速度很均匀，当加速度成0的时候，张力就会随之发生变化。前者结束后就会到达后者这一时期了，在这时，速度也会变慢，由于抱闸这一原因，会产生一些阻挡作用。对有尾绳的多绳摩擦提升机，在不考虑钢丝绳的振动、冲击等一些方面的因素，对整个过程的张力进行分析，可以得出来，钢丝绳的张力公式为：在不同的阶段，因为加速度不一样，受力也不一样，五个阶段的受力分别为：通过上面的论述我们能够知道，其张力在这个时期是规律的变化。可是，不一样的时期的特殊事件也容易让其发生变化。除此之外，可以了解到升降的途中，因为其与轨道的接触，信号就会受到很大的干扰。所以，通过这个时期，就会存在很多的问题。凡事有弊也有利，其也会促使信号更加稳定，也会使其得到更好的激励。我们这个设计的主要想法就是能够了解到怎样才能使其信号更加有效，并且能够因此成功的对其进行有时效性的测量。2.2 设计方案的制定2.2.1 钢丝绳张力检测方案比较钢丝绳的动态检测方法主要有液压转换法、拉拔转换法等。 液压法测定可以如下进行:我们通过对其组装了传感器后可以用特殊的计算方法来换算每根的张力。这个特殊的方式就是液压来乘面积，图2.5是油压检测法。油压法检测在使用过程中因为压力过大，容易漏油。我们知道，我们可以通过把其张力变成一种特殊的压力。这个过程被我们称作拉压转换法。当其被装置在滑轮上时，他受到的力就并非是张力了，在这个时候就有活塞杆提供，因为没有涉及到活塞杆和油缸内壁的摩擦力，得到的数据是直接来自于钢丝绳的张力，反映了钢丝绳的真实值，这个就是拉压转换法测量钢丝绳张力的方法。但是安装维修困难，环境恶劣，信号传输困难，需要做防尘防潮处理，这种方法不可取。图2.5 油压检测法图2.6 拉压转换法结构示意图2.2.2 钢丝绳张力检测方案的确立基于以上分析，因此提出了一种新的解决方案：发挥压力传感器的重要作用。通过一些方法方式利用其来实现对张力的检测。图2.7 安装示意图将压力传感器安装在衬垫里面，将接收信号的设备安装在滚筒内部，通过空心螺栓把信号线引入滚筒内。这样做的优点是：设备安装在机房的滚筒中，避免了矿井下恶劣环境，防止对信号的干扰。压力信号经过放大电路和滤波器后进入A/D转换电路，再经接口电路进入单片机进行处理输出，如图2.8所示。图2.8 检测流程图2.3 检测装置部分的设计本文提供的钢丝绳张力检测系统是在参考了许多不一样的方式，采用更加通俗易懂，能够提高时效性的系统。其利用的是一个特别的原理，其是跟压力具有密切关系。其拥有很多的特殊之处，例如：第一，需要测试的区间是040吨；第二，能够使4跟一起测量；第三，能够测试的直径区间是2250毫米。通过调查我们可以知道，对于JK M-3.25/4这个需要有进一步的关于系统的改动。型号为JKM-3.25/4的主要参数如表2-1所示：表2-1 JKM-3.25/4型号的主要参数主导轮直径导向轮直径钢丝绳最大张力钢丝绳最大静张力根数钢丝绳最大直径钢丝绳之间间距最大提升速度3.25m3m45t10t432.5mm300mm12m/s想要使信号更好更优，这就需要我们付出更多的努力。这时候就不能只是简简单单的要求是张力了，而需要其与其他信号组合起来，实现最优的结局。这样我们就可以更好的去处理信号。其装置是单控制，作用也非常的多。首先，其可以实现各种不一样的处理。其次也可以对信息的形式进行多种变化。就包括了采集，放大，滤波。2.4 信号处理部分的设计单片机因为具有体积小、功能强、可靠性高、性能价格比高等许多优点，因而成为自动化信息系统的重要组成部分。以单片机为中心部件，与其他电器元件结合共同组成张力检测系统，在软件的支持下，完成检测、分析等各种任务。其本装置的组成框图如图2.9所示。图2.9 信号处理装置组成框图装置具有以下的主要功能特点：（1）系统具有自动检测的功能；（2）其能够更加的准确及时的采集多种信号。并且对他们进行检测和处理；（3）可以及时的为我们传达张力；（4）这个系统可以使用微型打印机，这样就可以在未来有需要的时候再拿出来；（5）在其张力可以在被允许范围或系统出现问题时，具有报警功能；（6）允许技术操作人员通过键盘进行人机通讯。3 传感器设计3.1 传感器选型不难发展其具有很多的优点。其不仅仅可以做到精简，也可以使用在使用的时候更加的快捷。当然不可忽视的也是其性能，这些都是不可否认的优点，我们可以通过实验非常清楚的了解到其这些优点。这也就是当前社会上被使用最多的传感器之一了。其的构成也很简单，就由两部分构成。第一就是弹性原件，还有另一个就是我们所提到过的跟电阻应变有关的。在前者发现到一些能够测量的东西时，就会发生一些变化，随之而来的也会带动电阻数值的变动。研究这个电阻数值的变动，我们能够间接的研究到一些其他的参数。例如：位移，加速度等等。3.2 弹性元件尺寸计算3.2.1 弹性元件刚度校核通过力学这方面的内容，不难发现，能够使弹性原件更加的简便。这就需要将其转换为一种简支梁，这个时候就可以算出其变形量。通过叠加法可以看出，其变形量的极大值，也就是我们所说的挠度，就是这样的： （3-1）弹性元件的最大转角为： （3-2）其中：-弹性元件在力P作用下的变形量； -弹性元件的在力P作用下的转角； 在这里可以得到钢弹性的模量，如下图所示： 这也就是属于E-材料的弹性模量 这里还有一个另外的量，就是关于I-弹性原件的转动惯量；这里可以发展，作为横截面的矩形原价是 ； L弹性元件的长度； P作用在弹性元件中点即L/2处的力；要满足弹性元件的刚度要求，则需要满足： （3-3） （3-4）其中 现设定弹性元件的长度L=480毫米，横截面的宽度b=60mm、厚度h=35mm；则弹性元件的转动惯量为 当这个力等于10T的时候，通过对其装置进行一些变动，这可以得到这个时候的力就变成了0.44T。最后我们会发现，在这个阶段其变形量就会变为： （3-5）在的范围内；扭转角为所以有上述可知该弹性元件满足刚度的要求。3.2.2 弹性元件强度校核弹性元件长为宽为=厚为=35mm （3-6） （3-7） （3-8）弹性元件的尺寸的选用符合要求a 弹性元件受力图 b 弹性元件剪力图 c 弹性元件扭矩图图3.1 弹性元件的受力简图3.3 应变片的选择3.3.1 工作原理其原理也很简单，就是金属应变。在其电阻因为一些外力导致变化时，就是我们常说的应变效应了。我们在了解到R,L的具体含义后就可以得知计算电阻的具体公式就是： （3-9）当电阻丝受到拉力轴向发生形变，伸长量为，横截面的面积机减小，电阻率的变化设为，可得电阻的变化率为 （3-10）对于半径为的圆柱体，。根据材料力学可知，在弹性范围之内，则可得 （3-11）为为导体的纵向应变，且数值一般很小；为电阻丝材料的泊松比，受材质影响；为应力值；E为材料的弹性模量。随其尺寸在不断的变大或者变小，我们不难发展，在不同的情况下其结果的差距是非常大的。一般的，我们喜欢会把更喜欢叫做灵敏系数。这也是我们所说的电阻值的变化。通常我们使用表示，则 （3-12）与金属材料和电阻丝形状有关。显然，在变大的时候，其电阻的数值将会随之而变化，其也是呈正相关的。当然，这里的的原因就是单位纵向应变。这也向我们说明了这个时候的应变片是非常灵敏的。根据多次研究数据表明，当处于拉伸的最值时，其是成正相关的，这就是为常数。故此，上式可表示为 （3-13） 接下来再来看看应变片，由于其变动不大，甚至几乎可以是没有，所以我们这里可以直接忽略，因此， （3-14）不难看出，其相对的和纵向的是成正相关的的。这里我们也可以看出面对这相同的材料时，是一个数。通常的，我们会将其利用在变换区间在1.73.6的灵敏系数，这样就可以用来创照金属丝。3.3.2 应变片型号选择在本设计中选用BE120-10AA型电阻应变片，其电阻值120W、栅长10mm、材料为康铜。（1）应变片的灵敏度系数 通过多数实验研究可以发现，在丝变片，这个阶段其特性就会产生一定的变动。所以在这个时候就需要我们重新对其进行研究，测定结果。通过多数的研究，最终我们可以发现，与的关系在很大范围内仍然有很好的线性关系，即： （3-15）在这个公式里，K就是我们常说的灵敏度的系数。在经过不断的研究，我们最终就会发现，影响灵敏系数的就是其横向效应。当然的，这里是应变片会始终比电阻线小。但是，假设我们采用的是康铜的材料时，这个结果就会不一样，则其灵敏度系数。（2）对于一部分应变片补偿这个方法，有很多，最重要的就是电桥以及自动，这两个方法。此系统就是选择的后者这一个方法。其含义也很简单，就是一个贴在需要测量对象上的一个特定的应变片。在温度产生变动的时候，其附加值会响应变化，要么是零，要么就被抵消了。这就是温度自补偿的含义。在应变片粘贴过程中，可以在弹性元件变形量最大部位采用上下对称贴片的方式，并采用全桥式测量电路来实现温度的自动补偿，从而不需要再加其他的温度补偿电路。3.4 电阻应变片电桥电路设计我们可以了解到，能够将扩展器进行一系列的变换。例如，我们可以将其转换成电阻的变动：想要让我们明确的看出其大小，这就需要我们再将其变换为电压的变化。由此我们可以看出，在这里就要求我们采用一些特别的方式。一般我们会选择直流桥，也可以是交流桥。如图3.2所示，电桥的各臂的电阻分别为他们可以全部或部分是应变片。则电桥的输出电压为 （3-16）当时，电桥处于平衡状态，输出电压。若电桥的各臂均有相应的电阻增量，则由式（3-10）得 （3-17）图3.2 直流电桥的电路图3.3 电阻应变片在弹性元件上的布置图在实际所使用的电桥中，往往采用等臂电桥，即：。此时，式（3-11）可写为 （3-18）当时，略去上面的高阶微量。 （3-19）利用式（3-9），式（3-13）可写为 （3-28）上式表明：（1）的时候，桥路输出和应变是呈正相关的。(2）如果挨着的应变的最大值或者最小值相同，这个时候也就是说他们都是拉应变，应压变的这个阶段。输出电压的计算就是其的差值。反过来说，如果其不同时，他们的结果就是两者想加。（3）在遇到电桥的U变大的时候，输出电压就会与其呈正相关的变化。（4）当我们吧K不断的增加的时候，我们可以发现，这个时候电桥的输出电压也是与其呈正相关的。因为全桥的灵敏度特别的高，也因为如果我们选择其就可以优化一些隐患，从而我们可以提高准确性。因此，在设计，制作的阶段选择了全桥。我们这里尝试着把变形量带入，如下所示： 4 钢丝绳张力检测系统设计4.1 总体设计钢丝绳检测系统通过检测装置所检测的信号最终要通过一些特殊的方式对其进行处理。通过此系统，第一我们应该把其所接收的信号放大。第二，我们也应该对其他干扰的信号进行反思，由此我们可以把其进行滤波。最后我们才能进行转换，最终把其传输到这个MCS-8051为核心的单片机中进行处理，再通过显示器显示出各根钢丝绳的张力。图4.1 检测系统简图4.2 信号放大电路设计在数据收集系统中，检测到的信号经传感器转换后，大多是非常微弱的毫伏级电压信号。 因此，必须用放大电路将该微弱的电压信号放大到05v，可以用单片机进行A/D转换。 这里是采用的一种特殊的方法，叫做，温度漂移。其含义就是通过通运算放大器的特点来达到我们的目的。由此可见，我们是不可以直接的去放大微弱信号。想要解决这一问题，我们发现可以选择仪表放大器。其就是能够更加精密，而且其特征也更加明显，更具有优势。可以说其高低阻抗都可以，还能够非常有效的去减少噪音等等。所以，其作为被我们广泛使用的仪表，我们可以通过一个图来表示其电路。在4.2中，我们可以明确的看出来其电路。这里我们能够非常清晰明了，其拥有3个放大器，其也分为两级。第一级就是们说的相同的，第二级就是较为普通的了。其之间是单端输出。当然，我们也可以知道，其的增益可由以下公式决定： （4-1） （4-2） （4-3）图4.2 仪表放大器原理电路因此，我们想要将这个影响或者是抑制比变得更高，其就必须要选着一种对称的结构，在这里我们采用R1=R2，R3=R4，R5=R6，根据以上各式，从（4-3）式中可以看出，通过调节外接电阻的大小可以很方便地改变仪表放大器的增益。 图4.3 AD620的封装图系统采用620仪器放大器放大传感器发出的信号。D620是一种增强的仪器放大器，它比典型的用于复杂数据采集系统(如传感器接口)的操纵放大器有所改善。它具有低价格、高精度、低噪音、低输入电压和低功耗等优点。图4.3是620的芯片封装。在这里我们可以看出，电压对620端口有相关关系。如果我们将620接地，那么就可以很便捷的开展对压力的测试。不难看出，AD620内部增益R1以及R2设为24.7欧姆。可以通过一只外接电阻精确地调节之间的所有的增加的好处。通过这个系统，我们看到往后的信号仍然还可以再次被放大，甚至还可以乘以二。因此，我们在放大的时候就只用把信号放大999倍，就可以满足A/D转换的要求。根据公式（4-3）可以计算出 （4-4）4.3 滤波电路设计该测试系统所加是直流电压理想状态下所输出的信号是没有频率的，但在实际中由于压轮随着提升机上滚筒的转速运动会产生震动，振动频率与滚筒转速有关大约是10HZ，电磁干扰频率约为50HZ实际工业现场存在多种来自外来的干扰，这就会影响我们对于信号的收集。正是因为受到了一些外界因素的影响，被检测到的数据就会不那么的准确。其会使得信号叠加于噪音里面。我们已经知道了噪音对其的严重影响，这个时候就会出现信号变弱，同时也会使得到的结果不准确。所以我们必须要找出方法来解决这一难题，为了信息能够更加准确，我们必须想尽办法来减少噪音。该系统主要抑制传感器信号输入通道噪声。我们知道RC有源滤波器是通过RC原件以及放大器所构成的。其功能不多，其仅仅是在一定区间内的信号能够被传播，而其他的并不能被传播。因为一定程度上的束缚，这就导致了其只可以在一些低频率的情况下去选择其。根据频率范围，可分为4个低通、高通、还有就是带有阻挡作用的一种滤波器。这个系统研究的是一种特别的滤波器。其可以理解为有源的也是低通的。其具体的原理我们可以参照我们的图4.4。通过此图我们可以了解到，指示灯的位置是非常特别的。这个特别之处就在于其位于高低的同一个方向，而我们这里的所需要的电压源就是滤波器了。这样做有一个非常显著的优势，其能够更好的保持电路的稳定，也能够让我们更好的去调节。图4.4 二阶RC有源低通滤波器4.4 A/D转换电路设计信号经过滤波后仍然是我们所假设的这个量不能够被直观的反映出来，这就要求我们必须去将其转换为具体的数字量，显然的，这也就是我们所说的A/D转换器的功能了，以便于信号的进一步处理。4.4.1 A/D转换器原理八个串行近似A/D的转换器，其实就是CMOS的器件。这里面包括的内容就有很丰富，不仅仅拥有模数的转换器。更重要的就是其还能拥有复用器，还可以控制逻辑。在ADC0809中也同样存在很多的复杂的内容。其可以将复用器变为8路时间，其同样也具有大量的解码电路，当然，其也是存在着锁存的电路，跟器想对比起来的话，256R这个电阻是一个不一祥的网络，其开关也是属于电子的。SAR距离寄存器的距离也是越来越近。传播出来缓冲器是可以直接用来和数据线相连接在一起的。其也拥有各种各样的功能：首先我们来谈一谈一个模拟量的通道，其就是我我们所说的：INO-IN7:8其次我们来看一看数字量的输出端口，其就是DO-D7：8最后我们来看一看一些特殊的端口，START,OE，这两个分别为启动，和输出。其是可以组合在一起的，这样就可以表示转换已经结束了。OE的排序就是从低到高的方法来排列的，其是可以在经过一定的程序后把最后的结果传输给总线的。在这里我们将会提到几个输入端。例如REF(+)或者REF(-)这就是我们所说的参考电压的输入端。接下来就是我们所了解到的VCC了，其是跟主电源有关的。GDN就是接地端。通常的，我们可以把REF(+)与VCC相组合，也会将REF(-)与GND相结合。表4.1 地址码与输入通道的对应关系地址码对应的输入通道100IN0001IN1010IN2111IN3100IN4101IN5110IN6011IN7我们这里所提到的时钟的输入端其实就是CLK。在我们需要采用对应的通道的时候，就需要我们去应用到ADDA、B、C、：8。下图4.1所描述的就是地址吗和通道的一些关系，具体内容见下图。4.4.2 ADC0809与8051电路设计ADC0809与单片机的接口方式有多种，如查询、中断、等待延时等。在该信号处理过程中采取的是查询的一些方法。因为这个芯片中不存在时钟，所以我们就可以去选择8051。通过其所为我们带来的二分频从而來获得我们想要的结果。其与8051的接口电路如图4.5所示。图4.5 ADC0809与8051的接口电路4.5 8051芯片的介绍4.5.1 8051简介本系统采用MCS-51系列的8051集成电路芯片作核心部件。8051芯片内部有很多的不同的结构，首先就我们所知道的必须要拥有的中央储存器。当然，除此之外也有制度的储存器，这就包括了4k和128字节的。此外，我们了解到还有端口，计时器以及中断源，当然其个数以及型号都是不同的。仅仅是端口就拥有32条，而且是I/O，mall 这9个部件都通过片上总线连接。下面对MCS-51系列的芯片做下简单的介绍。4.5.2 8051单一的关于振荡时钟电路的研究这种类型就是由振荡和时钟所组成的。其根据硬件电路的差距，组合在一起，这就可以区分为内外部两种时钟。此时此刻，其周期也就是能够决定Cpu的时间。MCS-51这种类型的芯片里面存在着移相器，其作用就是能够产生振荡器。我们来看看输入/出，那就是XTAL4以及XTAL2的发射角。其能够与外部的一些晶体组成一种原件。同时与陶瓷谐振器结合也可以产生同样的效果。这两种都被我们称之为自激振荡器。不难发现，其组合的方式就是我们所提到的MSC-51的时钟方式。在我们的外部的晶体以及电容器形成并联谐振电路，连接到放大器反馈电路，此时内部振荡器是自激式的。我们在研究中会发展，处于外部的值非常不规范，然后电容的数值会对振荡器的频率产生一定的影响。不仅仅是其高度，还有其稳定性等。晶体外接时，两个电容器的值经常选择在30PF左右；当陶瓷谐振器外部连接时，两个电容器的额定值估计是在47 PF。那么在一个电路设计的时候，我们就需要吧这两者尽最大的能力来将其放到微控制器的芯片上，从而我们可以降低寄生电容，这样子我们就可能更加的优化其稳定性和可靠性。如果想要使温度更加的平稳，这就需要尽力去稳定电容器。其晶体采用的区间是在12 MHz12MHZ，电容区间就要求要控制在5PF60PF。其实，电容对频率的干扰是非常小的，但是其也可以起到一些小作用，如果采用的是6MHZ的晶体信号，那就仅仅只是其的1/6。换句话说，1MHZ，通过一定的程度后传输到ADC0809中的频率就会变为500KHZ。4.6 8155 关于电路的设计其芯片包括了拥有256个字节的RAM，同时也有二个八位，一个六位的计时器。我们可能知道，其是可以与MCS-51直接连接的，这就排除了其他的干扰。4.6 15155 有关于引脚的一部分说明其总共拥有四十个引脚，某一部分的内容如下：AD0-AD7:这是一种地址数据总线。单片机就可以和8155的一些进行传递。例如，地址，数据，等；：为片选信号线，它表示在低电平时有效；：为存储器读信号，低电平有效；：为储存器提供信号，低电平也是可以使用的；ALE:这是一个信号线，与上面的不同的是，他们是相反的，其在高电平才可以使用，其也可以将信号进行锁存；IO/：这里指的就是I/O和储存器选择信号线。其中，高表示I/O，显然的低就表示的是储存器了；TIMERIN:这就是我们所说的定/计时器的输入端了；：这就是跟上面相反的，既然上面是输入端，那这里就是输出端了；RESET:这个含义简单来说就是复位信号线；VCC:就是+5V电源；VSS:简单来说就是接地端。其内部就是有两个八位和一个六位的输入/出的端口，同时其还拥有256个字节的一种静态的存储器。除此之外也是还有有关于地址的锁存器，当然也拥有14位的定/计时器，和能够用来控制逻辑的电路。其中不同的部件以及存储器地址的采用是根据IO/信号来最终确定的。4.6.2 8155 关于工作方式其设置了两种命令日志，这是对于其审计有关的内容。这两种分为，审计命令以及状态标记。其的工作的行为最终决定作用的是CPU的命令字。当然，我们必须知道，有关于控制命令这个方面的他是不允许修改或者编辑的。8位，4位以下的也是只可以用于设置端口a.、b和c的行为。使用位4和5来确定端口a和端口b是否通过通道输入工作，以及是否允许抢占请求。位6.7用于设置计时器/计时器。8155端口a、b和a可用于基本I/O方法或选择方法，端口c可用作输入和输出，也可用作选择方法a和b的状态。8155还设置了端口a以及b的状态标志/寄存器。前者的地址是和命令日志的地址一样的，CPU不允许修改。4.6.3 8155以及8051的电路设计其能够和MCS-51这种类型的单片机结合，不用加入其他任何的部件。在这里，8155和8051单片机的接口电路如图4.6所示：图4.6 8155与8051的接口电路5 人机交互界面设计5.1 操作控制设计本操作控制在于能控制每根钢丝绳的信号输入的顺序通过这个控制系统我们可以及时任意的看到每根钢丝绳的张力的大小，以便于工作人员对钢丝绳做出及时的调整。用单个键各控制一个功能，方便快捷。图5.1 键盘的接口电路S1控制1通道的选择，当S1按下时通道一接通。S2控制2通道的选S2按下时通道二接通。S3控制3通道的择，当S3按下时通道三接通。S4控4通道的选择，当S4按下时通道四接通。S5控制系统的开启，当S5按下时系统开启。S6控制系统的停止，当S6按下时系统停止工作。5.2 显示器设计我们都应该知道的是，显示器的接口是最重要的接口之一。我们经常使用的就是LED的（Lightemiting Diode)。还有液晶的也是我们比较常见的，也可以称之为LCD(Liquid CRYSTAL DISPLAY);还有一种就是荧光的。最近这些年以来，出现了越来越多的接口其中之一就是CRT。其的优势就在于可以展示图案和文字。我们可以看出来，前三个的显示器可以很明显的看出来其结构。其有两个结构，第一个就是分段的显示器，那还有一个就是阵列。在二极管亮的时候又有其他的分类。首先，其可以是显示的，其次他又是可以收集的。更重要的是这两者就是固定的。除此之外，其他的也可以是共有的比例。在研究中可以得出，最亮的就是荧光的，其次就是我们所知道的二极管。当然，值得关注的就是如果想要在最弱的那一类上面显示的话就必须要拥有来自于外界的光线。在考虑到我们的这个研究中的事实和需要，我们这里规定使用LED显示器。因为其有点非常符合我们本次研究的这个系统所需要的特点。比如寿命长，对于光线的控制很便捷等等。5.2.1 LED显示器结构与原理LED显示屏共有阳极和阴极部分。在本项目中选择了7个普通的属于阴极的LED显示屏。这里的LED是和二极管的阴极相组合的，一般都是共阴极接地的。在其阳极偏高的时候，LED就会变亮，并且会展现出与之对应的那个段。在5.1中就为我们提供了这一次设计中我们会遇到的一些字形码-显示字符字型码。表5.1 共阴极LED字型码显示字符0123456789字型码3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH5.2.2 LED显示器接口本设计将张力检测精度控制在±10N，使用6位LED数字代码管进行整数展现。在这个设计里，我们就可以采用74LS06来进行驱动，其不仅仅可以显示，还可以反向的来驱动。具体的内容，以及具体的方案就是在下图5.2中所示。图5.2 显示器的接口电路5.3 打印机电路设计系统中装有打印机装置，可以随时将所检测到的数据有效的方便的储存，这样就能够更好的储存，在未来的发展中可以更好的调用，发挥其作用。这一个系列的打印机非常的先进，其功能更多更完善。值得去关注的是其接口与普通的可以兼容。可以说其能够拥有多种打印机的功能，无论是传统还是微打印，其都可以很干的驾驭。所以说，这一系列是非常智能的。本系统采用的是型号为TPUP-40A的打印机，其接口电路如图5.3所示。图5.3 TPUP-40A打印机与8051的接口电路6 钢丝绳张力检测实验6.1 去噪程序设计去噪模块程序流程图如图6.1所示：图6.1 信号去噪模块程序流程图这个软件利用到了一个事件的结构，其目的就是能够成功的完成下图的这些功能。在这中间有一个特殊的事件可以在这里表示出来。其就是我们所知道了“开始去噪”，想要更好更直观的了解就如6.2所示。图6.2 “开始去噪”事件通过一些研究我们发现Lab VIEW自身并不能够计算复杂的数值。然而能够使用MATIAS Script来将Lab VIEW与MATLAB相结合。所以在这里我们以这两者为基础，创作出了wavelet den kiss sub 去噪子vi。接下来我们来了解一下子vi的一些程序其框图如图6.3所示。图6.3 张力信号去噪程序6.2 实验台测试实验现场布置图如图6.4所示。图6.4 实验现场布置图在做好前期的工作后，就可以吧2KN慢慢的增加到60KN。而且需要我们记录下在不同的时期传达出来的信号，从而让我们可以得出不同时期的不同数值。具体内容我们可以参照表6.1。表6.1 钢丝绳不同张力下检测信号的感应电压值张力/（KN）感应电压/(mV)平均值/(mV)1234104658.454568.174542.024563.894583.13124572.934508.554501.494498.124520.27144516.274435.154487.614454.264473.32164459.344382.914405.79