基于绿色化化学实验装置的设计与应用

基于绿色化化学实验装置的设计与应用（精选8篇）

基于绿色化化学实验装置的设计与应用 篇1

低碳、绿色、节能与环保已成为当今汽车发展的主体。为适应汽车发动机这一形式发展的要求, 加快创新应用型人才的发展, 结合区域汽车工业现状与本校汽车实验课程体系, 研制了汽车电控发动机实验装置。

1研制目的

(1) 通过汽车实验台设计与制作可以培养学生实践动手能力、实践应用能力和创新能力满足专业技术人才培养的要求。

(2) 直观认识电控发动机的结构、系统组成及工作状况, 并与实践相结合提高学生的实际操作动手能力。

(3) 对发动机能够进行动态检测。

(4) 能够借助诊断设备对人为设置的故障进行诊断, 并进行排除。

(5) 为学校职业技能的培训考核提供有利条件。

2设计方案

本实验台技术方案主要包含:实验台支架、发动机支架、故障设置单元、全车电路总成、面板等部分组成。

2.1 实验台架具体设计

实验台支架与发动机支架采用分体式, 中间通过航空电缆接口相连。发动机支架均由型钢焊接而成, 表面喷塑。底部安有四个万向轮便于移动, 同样实验台支架由四个万向轮支撑。具体结构如下图1所示。

以上所述电路中的汽车电器元件按其在汽车上的实际连结关系用航空电缆接口总线连接起来, 并在面板上按原车位置固定。此实验台采用把电控发动机的全部电路综合到实验台架上进行研究学习, 易于设置故障, 方便电路检测, 更加贴切实际, 减少了实车操作的复杂性。发动机支架外形尺寸应与原车外形尺寸基本相同, 相关电器元件布置按原车方式排放, 这样就直观展示了汽车电器在原车上的安装方式, 提高教学效率和改善教学直观效果。

2.2 故障单元设置

电控发动机故障设置主要是对ECU的控制信号的通断来进行故障设置。断路设置, 则在电路中串接一个钮子开关或电子控制式开关, 将需要设置故障的传感器或执行器的导线切断, 从靠近传感器或执行器的一端引出导线, 依次串接继电器故障设置开关、控制面板上相应的端子, 最后与导线接口的另一端相接;故障设置开关是钮子开关, 手动来控制继电器开关。在工作中不需要故障设置时, 我们制作插接器直接将所有电路短接, 发动机能正常工作实训人员可以通过检测孔测量电压、电阻或者用示波器显示波形来验证理论教学的准确性, 能更深刻地理解其工作原理等;当需要进行故障的诊断与排除时, 拆下正常工作时的插头, 将故障设置装置接入电路, 操作控制装置进行故障设置, 实训人员可通过测电路电阻或电压排除故障, 本实验台可设置10个故障点。

3可完成的实验项目

结合区域汽车工业现状与本校汽车实验课程体系设计等技能型课程, 让学生较快地适应专业应用, 为此特开发以下实验项目:项目一:电控汽油机及总体结构认识;项目二:传感器的检测;项目三:点火系统主要传感元件的检测 (曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、爆震传感器) ;项目四:开关信号的检测;项目五:传感器波形的检测;项目六:燃油供给系统的检修;项目七:空气供给系统的检修;项目八:点火系统的检修;项目十:排气净化系统的检修项目十一:常见车型故障码的调取和清除项目十二:电控发动机综合故障分析。

4实验台的特点

(1) 直观效果好。学生通过本实验台可直接对照电路图, 再描绘彩色电路图, 可以分析、控制其系统工作原理。

(2) 动手操作性强。通过专门设置故障开关, 可直接检测各执行器、传感器、发动机控制单元管脚的电信号, 因此, 也相对延长了各零部件的使用寿命。

(3) 安全性高:实验台上装有漏电保护、短路保护与零压保护;实验台面都做绝缘保护;加装水箱防护罩、飞轮及其他转动部位防护罩等安全保护装置同时该装置外壳接地保护。

5结语

汽车电控发动机实验台研制本着实用、适用与应用为原则进行研发, 其设计和应用是随着汽车新技术的发展而进行升级。这样增强了适应新技术发展的需要, 为创新应用型人才的培养提供了良好的条件。同时也为工科类高校教师科研水平的提高提供了强有力的支持。

参考文献

[1]黄顶强.论柴油车排放污染物的危害和控制措施[J].广西节能, 2013, 6:21-24.

[2]潘宗友, 张亚宁.电控发动机实训台架的研发[J].汽车电器, 2013, 8:56-59.

基于绿色化化学实验装置的设计与应用 篇2

我国非常重视节能减排工作，相关部门都有具体的部署和要求，制定了减税等鼓励措施。但在实际应用过程中，人们对绿色建筑的概念认知不足，接受度不够，缺乏环保理念。节能材料与节能技术的使用，更多的是一种宣传与推广的手段。在建筑领域建筑商真正采用节能减排技术、秉承绿色建筑理念进行设计与施工的不多。同时，利益关联方，无论是设计施工单位还是相关部门，从自身利益出发没有真正将绿色建筑的理念融入到实践当中，使绿色建筑设计没有真正与具体设计开发深度融合，限制了在我国建筑行业采用环保的技术、节能的材料。

4.2缺乏绿色环保技术推广平台

近几年，我国建筑行业在绿色、生态的技术和材料的利用上，有了很大的进步和提高，这主要是由于国家制定了政策进行推动。但绿色建筑的设计理念、先进环保的技术不单纯只能由当局推广，只有真正参与到市场才能形成良性的循环。环保的节能技术、绿色建筑的设计理念由于缺乏推广的平台以及良好的氛围，加之发展配套措施不到位，使得绿色建筑的技术与材料不能真正运用到设计与开发当中。

4.3缺少实施绿色建筑的法规支持

绿色化学的原理及应用 论文 篇3

在这即将过去的20世纪里，化学真正成为了一门最有用的科学。化学科学的研究成果和化学知识的应用，创造了无数的新产品进入每一个普通家庭的生活，使我们衣食住行各个方面都受益匪浅。更不用说化学药物对人们防病去疾、延年益寿、更高质量地创造和享受生活的神奇功效了。另一方面，随着化学品的大量生产和广泛应用，给人类本来绿色平和的生态环境带来了黑色的污水、黄色的烟尘、五颜六色的废渣和看不见的无色毒物⋯ ⋯ 威胁人们的健康、伤害哺育我们生存的地球母亲。人类就在发展生产、提高生活水平与保护环境这一矛盾中奋斗，以求得最佳平衡，不断绵延、前进。

一、概念

“绿色化学”由美国化学会提出，目前得到世界广泛的响应。其核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；反应物的原子全部转化为期望的最终产物。按照美国《绿色化学》杂志的定义,绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。

绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的，是一个 “新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。

二、发展背景及主要特点

化学在为人类创造财富的同时，给人类也带来了危难。而每一门科学的发展史上都充满着探索与进步，由于科学中的不确定性，化学家在研究过程中不可避免地会合成出未知性质的化合物，只有通过经过长期应用和研究才能熟知其性质，这时新物质可能已经对环境或人类生活造成了影响。

传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。严峻的现实使得各国必须寻找一条不破坏环境，不危害人类生存的可持续发展的道路。化学工业能否生产出对环境无害的化学品？甚至开发出不产生废物的工艺？绿色化学的口号最早产生于化学工业非常发达的美国。1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令。1991年后在，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号，并立即得到了全世界的积极响应。

绿色化学又称环境友好化学，它的主要特点是：1.充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；2.在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放；3.提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；4.生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。

三、绿色化学的重要性

传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。化学工业能否生产 出对环境无害的化学品？甚至开发出不产生废物的工艺？有识之士提出了绿色化学的号召，并立即得到了全世界的积极响应。绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染。绿色化学给化学家提出了一项新的挑战，国际上对此很重视。1996年，美国设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。绿色化学将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。

迄今为止,化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的，当时的加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。近年来，由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质。以1993年为例，美国仅按365种有毒物质排放估算。化学工业的排放量为30亿磅。因此，加工费用又增加了废物控制、处理和 埋放。环保监测、达标，事故责任赔偿等费用。1992年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元，清理已污染地区花去7000亿美元。1996年美国Dupont公司的化学 品销售总额为180亿美元。环保费用为10亿美元。所以。从环保、经济和社会的要求看。化学工业不能再承担使用和产生有毒。有害物质的费用。需要大力研究与开发从 源头上减少和消除污染的绿色化学。

1990年美国颁布了污染防止法案。将污染防止确立为美国的国策。所谓污染防止就是使得废物不再产生。不再有废物处理的问题，绿色化学正是实 现污染防止的基础和重要工具。1995年4月美国副总统Gore宣布了国家环境技术战略。其目标为:至2020年地球日时。将废弃物减少40-50%,每套装置消耗原材料减少20一 25%。1996年美国设立了总统绿色化学挑战奖。这些政府行为都极大的促进了绿色化学的蓬勃发展。另外。日本也制定了新阳光计划。在环境技术的研究与开发领域。确 定了环境无害制造技术、减少环境污染技术和二氧化碳固定与利用技术等绿色化学的内容。总之，绿色化学的研究已成为国外企业、政府和学术界的重要研究与开发万向。这对我国既是严峻的挑战，也是难得的发展机遇。

四、绿色化学实现途径（1）强化绿色化学意识

绿色化学是用化学去预防污染，是设计研究没有或仅有尽可能小的环境负作用的、并在技术上经济上可行的化学品和化学过程。它是在始端就采用污染预防的科学手段，使过程和终端均有零排放或零污染。从根本上区别于那些通过“三废”处理与利用来治理污染的化学方法，最大限度的追求“原子经济性”。绿色化学不同于传统的化学，它需将绿色化学思想贯穿于化学始终，使化学在设计、合成、分析等每一个环节都应与环境的相容无害。

(2)快速有效的筛选

在化合物的筛选过程中，可以应用组合化学技术，对不同的分子结构单元进行组合合成，得到成千上万个产物以满足下一步高通量筛选系统(HTS)的需要，目前通过改进的组合化学已可以得到各纯度较高的单一化合物供HTS筛选之用。首先建立一个已知的有机合成反应尽可能全的资料库，然后再确定目标产物后，第一步找出一切可以产生目标产物的反应；第二步把这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它们的反应，依次类推下去，直到得出一些反应路线正好使用我们预定的原料。在搜索过程中，计算机按我们制定的评估方法自动地比较可能的反应途径，随时排除不适合的，以便最终找到廉价、物美、不浪费资源、不污染环境的最佳途径。所以，将组合化学技术和计算机辅助设计技术应用到化学合成中，是一种经济、快速的策略，为绿色化学的实现提供了极大的可能性。

(3)开发绿色反应，提高原子利用率

在化学合成特别是有机合成中，减少废物的关键是提高选择性问题，即选择最佳反应途径，使反应物原子尽可能多地转化为产物原子，最大限度地减少副产物，才会真正减少废物的生成。对于大宗基本有机原料的生产来说，选择原子经济反应十分重要。Sd-ChemieInc.公司最近成功地开发了一个新的合成路线：固体氧化物催化剂合成的无废水工艺，事实证明其能够达到零废水排放、零硝酸盐排放，并且没有或很少NOx释放。同时，新合成路线大大减少了水和能量的消耗。由此可见，对于已在工业上应用的原子经济反应，也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究并加以改进。

(4)采用无毒无害的原料

为使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性，在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料。为了人类健康和社区安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。在代替剧毒氢氰酸原料方面，Monsanto公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发，经过催化脱氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠的新工艺，改变了过去的以氨、甲醛和氢氰酸为原料的二步合成路线，避免了使用剧毒氢氰酸原料。Flexsys Americal.P.在生产一种橡胶防降解剂化学品家族的关键中间体4-ADPA过程中，开发了一个新的环境友好路线——使用碱性促进剂实现氢对芳环的亲核取代反应，替代了传统的氯化反应，不仅消除了大量剧毒氯气的储存、使用和处理，也大大减少了废物的排放。

(5)使用无毒无害的催化剂

催化剂的合理选择和应用是化工过程中最关键的技术之一。使用新的反应原料就必须新的催化剂来活化，传统的催化剂应进行改进，使其选择性、与反应体系的相容性清洁性都进一步提高。现在以邻苯二酚生产方法为例：新的生产工艺采用酶E.Coli作催化剂，它能使葡萄糖活化，定向地转化为邻苯二酚。这种新工艺避免了风险原料和试剂的使用也不产生副产品或废弃物。由于催化剂在绿色化学中有重要地位，传统工艺的改造需要催化剂，新的工艺同样需要新催化剂，因此，如何设计高效无害催化剂也就成了绿色化学研究的重要内容之一。当前设计和开发的新型催化剂有以下几种类型：分子氧气化催化剂、新型分子筛催化剂。

(6)使用无毒无害的溶剂

水是无毒无害最廉价的催化剂，但对有机物溶解能力差，不适合作有机化工的溶剂。而有机溶剂本身都具有毒性，许多都是致癌物质，还有很强的挥发性，造成严重的污染。近年来，研究无毒无害溶剂的工作正在开展，其中最活跃的是开发超临界流体(SCF)，超临界流体是指处于超临界温度及超临界压力下的流体，是一种介与气态与液态之间的流体状态，其密度接近于液体(比气体约大3个数量级)，而粘度接近气态(扩散系数比液体大100倍左右)。超临界流体CO2用作酸调节剂和惰性气体，在多烯催化氧化反应和多烯双键在酸性条件下的保护反应中有重要的应用。CO2调节β-胡萝卜素催化氧化反应体系酸性，合成角黄素，同时作为惰性气体，能够有效的保护原料和产物中的多烯双键，为多烯氧化和双键保护开辟了新的途径；CO2代替有机酸应用于氯醇化反应，是良好的酸碱调节剂，无毒、无污染，对环境友好，没有危险，原料充足，操作容易控制，这一研究结论为相关化学工业老产品新工艺改造提供了一条可行的途径。

(7)利用可再生的资源合成化学品

生物质是可再生性资源，利用生物质代替当前广泛使用的矿物质资源可大大减轻对资源和环境的压力，是保护环境的一个长远的发展方向。Frost报道以葡萄糖为原料，通过酶反应可制得乙二酸、邻苯二酚和对苯二酚等。尤其是不需要从传统的苯酐始采制运作为尼龙原料己二酸取得了显著进展。由于苯是己知的治癌物质，以经济和技术上可行的方式，从合成大量的有机原料中取除苯是具有竞争力的绿色化学目标。

(8)开发和生产绿色产品

绿色产品，或指环境友好产品，是指产品在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康，产品具有合理的使用功能及使用寿命，产品易于回收、利用和再生，报废后易于处置，在环境条件下易于降解。如为日常生活使用生产的包装材料，可以进行再利用，目前大量使用的聚苯乙烯发泡塑料快餐盒，使用以后成为垃圾，在自然条件下，需数百年方能降解，对环境带来严重的影响。为了加速它的自然降解，我们生产时可以在其中加入光敏剂、化学助剂等，使其在使用后几个月内即分解成无害物质。

六、结束语

基于绿色化化学实验装置的设计与应用 篇4

开展初中化学绿色实验的探索与实践

作者：黄绿红

来源：《数理化学习·初中版》2012年第10期

基于绿色化化学实验装置的设计与应用 篇5

针对目前全自动包装机、制袋机、塑料注塑机等设备均需电加热器进行塑料产品的封装, 电加热器烧断 (断路) 是设备使用中最常见的故障, 一旦电加热器出现断路故障, 不及时排除, 轻则不能保证塑料成形产品的产品质量, 重则会造成原材料浪费, 增加企业运行成本。本技术及专利产品能正确判断电加热器是温度升高自动断电还是电加热器断路故障。

1 该装置的研究意义

该装置的研究意义主要来源于相关设备厂家 (如包装机械、制袋机械、注塑机械等) 及产品的直接应用企业, 这些企业的生产过程表明:

(1) 在包装行业电加热设备具有广泛的应用市场。

(2) 电加热器烧断 (断路) 是设备使用中最常见的故障。

(3) 电加热器烧断故障不及时排除, 轻则不能保证塑料成形产品的产品质量, 重则会造成原材料浪费, 造成人力、物力资源损失, 增加企业运行成本。

针对塑料包装加工行业的需求, 该装置应达到下列要求:

(1) 电加热器断路检测装置能够自动识别温度升高加热器断电和电加热器断路故障。

(2) 电加热器断路后立即控制加工机器停止运行, 给出报警信号。

2 该装置提出的背景

中国是世界包装制造和消费大国, 在20世纪90年代后由于包装制品工业发展的需要而出现了高速度发展, 年平均增长率为30%[1], 而塑料包装在包装产业总产值中的比例已超过30%, 成为包装产业中的生力军, 在食品塑料包装、医药塑料包装、化妆品塑料包装、农药塑料包装及工农业生产各个领域发挥着不可替代的作用[2]。目前国内包装机、制袋机、注塑机等电加热类机械设备产量将大增, 但它的电加热器使用寿命却仅有2～3个月, 一旦加热器出现烧断故障, 将造成原材料的浪费和使产品质量受到影响。

2.1 关键技术

包装机上电加热器一般由温度控制仪表的触点来控制交流电源通断。当电加热器温度低于设定温度时, 温度控制仪表的触点接通, 电加热器温度上升。当电加热器温度高于设定温度时, 温度控制仪表的触点断开, 电加热器温度下降。温度控制仪表的触点通断, 保证电加热器工作在一定温度范围内。一旦加热器出现烧断故障, 操作人员无法判断是温度升高加热器正常断电还是加热器断路故障造成的断电。由于加热器的热惯性, 温度需延迟一段时间才降下来, 这样当操作人员发现产品不合格后, 已造成百上千的产品浪费, 使产品质量受到影响。电加热器断路检测装置应能够自动识别温度升高加热器断电和电加热器断路故障[3]。

2.2 国内外的现有技术情况

目前, 国外智能温度控制仪表中兼有低温检测及报警功能, 而无加热器断路故障检测, 如日本富士、欧姆龙公司产品;国内某些企业生产的相关产品体积大、检测及报警配置复杂、可靠性差、不便于安装维护, 不能很好满足相关企业的需求。

2.3 市场需求量大, 要求该技术产品性价比高、便于安装

目前国内包装机、制袋机、注塑机等电加热类机械设备产量大增, 用户多为中小型企业。由于市场竞争激烈, 特别是塑料加工机械成形产品的直接用户更需要产品价格低、性能可靠、安装维护方便的电加热器断路故障测控装置以保证塑料包装机械成形产品的质量。

3 该装置的工作原理

电加热器断路故障测控装置是串接于加热器和温度控制仪表触点之间, 主要用加热器断路 (烧断) 的电流检测和仪表触开关点K通断的电压检测。若仪表触点K正常通断, 对本装置没有影响, 无信号输出;只有当加热器出现断路故障, 本装置才有信号输出, 再与其他装置 (显示、蜂鸣、主机控制等) 配合, 实现控制功能要求。

系统配置示意图如图1所示。包装机电加热器断路测控装置, 由触点动作检测电路、加热器故障检测电路、测控信号输出电路及直流电源组成;横封触点动作检测电路、纵封触点动作检测电路分别并接于横封温度控制仪表触点开关 (K1) 和纵封温度控制仪表触点开关 (K2) 的两端, 用于对仪表触点开关处的电压检测。当触点开关K1和K2断开时, 发光二极管L1和L2发光;当触点开关K1和K2闭合时, 发光二极管L3和L4发光。横封 (纵封) 加热器故障检测电路串接于横封 (纵封) 加热器和温度控制仪表触点开关K1 (K2) 之间, 用于对横封 (纵封) 加热器断路的电流检测;当加热器正常时, 发光二极管L5 (L6) 不发光;当横封 (纵封) 加热器断路时, 发光二极管L5 (L6) 发光报警;同时继电器J吸合, 对外给出控制信号。如图2所示[4]。

包装机一般都由横封加热电路和纵封加热电路组成, 两电路结构一样, 故只分析横封加热电路。横封触点动作检测电路包括电阻 (R1, R2) 、整流二极管 (D1) 、滤波电容 (C1) 、光电耦合器件TLP521-1 (U1) 及LED发光二极管 (L1) 。当触点开关 (K1) 断开时, LED发光二极管 (L1) 发光;光电耦合器件 (U1) 输出低电平, 测控信号输出电路三极管 (Q3, Q5) 截止;当触点开关 (K1) 闭合时, LED发光二极管 (L1) 不发光, 光电耦合器件 (U1) 输出高电平, 二极管 (D9) 截止, 三极管 (Q1) 导通, LED发光二极管 (L3) 发光, 钳位二极管 (D10) 导通, 测控信号输出电路三极管 (Q3, Q5) 截止[5]。

由法拉第电磁感应定律知道, 只要线圈所交链的磁通发生变化, 均要在线圈中产生感应电动势, 不管所交链的磁通是否是由本线圈的电流产生[6]。所以, 横封加热器故障检测电路是由互感电路完成, 包括互感器 (H1) 、整流二极管 (D2) 、滤波回路电容 (C2) 、电阻 (R4) 、三极管 (Q1) 、LED发光二极管 (L3) 及双路电压比较器LM393 (U3) ;电阻 (R9, R10) 组成分压电路为电压比较器 (U3) 提供1 V的基准电压;当横封加热器正常时, LED发光二极管 (L3) 发光, 指示横封触点开关K1闭合, 电压比较器 (U3) 输出高电平, 三极管 (Q1) 导通, 钳位二极管 (D10) 导通, 横封加热回路指示LED发光二极管 (L5) 不发光, 输出驱动电路三极管 (Q3, Q5) 截止, 对外没有输出;当横封加热器断路时, 电流检测互感器 (H1) 上没有感应电压, 电压比较器 (U3) 输出低电平, 三极管 (Q1) 截止, 测控信号输出电路三极管 (Q3, Q5) 导通, 发光二极管 (L5) 发光报警;同时继电器 (J) 吸合, 对外给出控制信号[7]。

电源模块采用三端集成稳压器, 在三端集成稳压器中包括了串联型直流稳压的各个组成部分, 另外加上保护电路和启动电路。在W7800系列三端集成稳压器中, 已将三种保护电路集成在芯片内部, 它们是限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路[8]。

电路直流稳压电路由变压器 (H3) 、整流二极管 (D5～D8) 、滤波电容 (C5, C6) 及三端稳压器W7812 (U4) 组成, 为断路测控器提供12 V直流电压[9]。

在电加热器断路故障测控装置设计中主要考虑:

(1) 在实际的电子电路系统中, 不可避免地存在各种各样的干扰信号, 若电路的抗干扰能力差将导致测量、控制准确性的降低, 产生误动作, 从而带来破坏性的后果。若硬件上采用一些设计技术, 破坏干扰信号进入测控系统的途径, 可有效地提高系统的抗干扰能力。采用隔离技术是一种简便目行之有效的方法。隔离技术是破坏“地”干扰途径的抗干扰方法, 硬件上常用光电耦合器件实现电一光一电的隔离, 他能有效地破坏干扰源的进入, 可靠地实现信号的隔离[10]。因此, 在输入/输出电路上采用光电隔离技术, 保证强弱电间的隔离及干扰的串入。

(2) 独立的外观结构, 明确的信号输入/输出接线端子, 保证安装维护的安全与快捷。

(3) 电加热器断路后使主机立即停止运行。

经过反复试验和调试, 产品如图3所示。

4 申报专利转化成果

该装置已申报实用新型专利, 专利号为:ZL2007 2 0096249.2, 专利名称:包装机加热器断路测控器。

由天津电子信息职业技术学院研发的 “电加热器断路故障测控装置”已由天津市富航仪表新技术产业有限公司组织生产, 并为包装机械行业的电加热器控制系统配套使用。

该项目是天津市高等学校科技发展基金计划项目, 项目名称:电加热器断路故障测控装置, 项目号:20060617, 已于2008年7月通过专家验收结题。

5 结 语

该实用新型装置作为相关设备的配套部件, 具备了加热器断路检测, 并且在加热器断路后快速报警输出, 迅速停止主机运行, 同时在故障出现后不浪费塑料成形材料, 降低工业生产成本, 保证产品质量。经过一年来的使用, 该产品结构设计合理, 电路构思巧妙、成本低、性能可靠, 特别是对于旧包装机械的改造安装方便灵活, 取得很好的经济效益和社会效益。

创新点:该装置能够准确判断电加热器是由于温度升高自动断电还是电加热器断路故障, 彻底解决了包装行业电加热器断路故障检测难题。

摘要：全自动包装机、制袋机等设备均需电加热器对塑料产品的进行封装, 电加热器烧断 (断路) 是设备使用中最常见的故障。利用电流检测电路的感应电压, 来判断电加热器是否工作正常, 利用光电耦合器件来判断温度控制器正常通断, 实现报警输出或主机控制。电加热器断路故障测控装置能够自动识别温度升高加热器自动断电和电加热器断路故障。经在包装机上试用, 该装置的各项性能参数均满足包装设备及用户使用要求, 符合包装机械设备的配套需要。

关键词：包装机,电加热器,自动断电,断路故障

参考文献

[1]戴宏民.中国包装机械的发展战略研究[J].包装工程, 2003 (3) :5-9.

[2]塑料包装机械发展迅速[EB/OL].http://news.pack.net.cn.2005.

[3]吕玉明, 刘福顺, 刘印贵.电加热器断路故障传感器[P].中国:ZL2005 2 0123706.3, 2007.1.17.

[4]吕玉明, 刘印贵.包装机电加热器断路测控器[P].中国:ZL2007 2 0096249.2, 2008.3.26.

[5]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:人民教育出版社, 1983.

[6]石生, 韩肖宁.电路基本分析[M].北京:高等教育出版社, 2000.

[7]李春林.电子技术[M].大连:大连理工大学出版社, 2005.

[8]庄渊昭.实用智能窗帘机的设计[J].现代电子技术, 2008, 31 (4) :181-183.

[9]吕玉明.模拟电子技术[M].大连:大连理工大学出版社, 2008.

基于绿色化化学实验装置的设计与应用 篇6

嵌入式系统是一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统四部分组成。本文涉及到的是水槽中水的温度在10℃到60℃的控制, 所以在被控对象端, 需要加热器和冷却器来改变水温。本文采用普通的电阻性加热器和简易型喷雾式冷却器。功率驱动电路通过由主控芯片自带PWM控制加热器和冷却器的平均功率。水温的变化由温度检测电路通过AD接口传送到主控芯片;在用户端主控芯片连接LCD显示屏实时显示温度的变化与控制过程, 同时通过键盘的操作来输入设定数据。系统总体方框图如图1。

2 温控系统硬件设计

该温控系统的硬件部分为主控模块、FLASH接口电路、SDARM接口电路、温度检测电路、功率驱动电路、LCD显示控制模块和按键模块。一般而言主控模块、FLASH接口电路、SDARM接口电路可以选用现有的模块进行兼容, 本文将主要介绍温度检测电路、功率驱动电路和LCD显示控制模块。

2.1 温度检测电路

本文温度检测范围是10℃~60℃, 电路中的温度传感器采用常用的铂热电阻Pt100, 因为Pt100在常温-50~600℃之间变化时线性度非常好。PT100温度与电阻值转换公式为R=R0 (1+αT) 其中α=0.00392, R0即温度为0℃时的电阻值100Ω。本文将Pt100和R6, R7, R8组成桥式电路, 因为测温下限为10, 对应的PT100的阻值为100.04Ω, 为了能使桥式电路输出电压为0 V, 需要调节RV1为100.04Ω, 即为调零电阻, 实际搭建硬件时需要高精度的电阻。为其中为了保证电桥输出电压信号的稳定性, 通过三端可调分流基准源TL431, 电桥的输入电压可以稳定至2.5V。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入到ARM试验台。由于温度检测对精度的要求, 本文运放都采用低温漂的op07。

2.2 功率驱动电路

本文的功率驱动电路采用光电耦合器去驱动绝缘栅晶体管方式, 其中光电耦合器采用的是MOTORLA公司的MOC3083元件。因为此元件具有过零检测功能, 可用低电压、小电流来控制高电压、大电流或者触发电路, 简单可靠, 而且抗干扰能力非常强。本文绝缘栅晶体管采用的是加热器控制电路常用的H20R1202.由ARM自带的PWM定时器0来控制加热电路, 定时器1来控制冷却电路。当控制信号TOUT0/TOUT1为低电平时, MOC3083元件输出端不导通;当控制信号TOUT0/TOUT1为高电平时, MOC3083元件输出端导通, 绝缘栅晶体管触发端收到触发信号并导通, 将负载电源接通, 这样加热器件就开始对水温进行加热/冷却。

2.3 LCD显示控制模块

本文选用的液晶屏为GPG1624UWEI, 单色16级灰度的2.7寸, 与S3C44B0X采用4位单扫描方式连接, 显示实时温度、变化曲线以及与设定值的偏差。液晶显示必须有电源驱动、偏压驱动电路和LCD显示控制器。由于S3C44B0X自带LCD驱动控制, 所以本文LCD控制主要是设计电源驱动电路和偏压驱动电路。它与S3C44B0X的连接, GPD[7:0]引脚的第二功能均是用于LCD的, 依次为VFRAME、VM、VLINE、VCLK和VD[3:0], 直接和LCD驱动器相连即可。另外, GPC[4:7]的第二功能是高4位数据VD[7:4]输出端, 所以也是直接和LCD驱动器模块的VD[7:4]相连。在非实时温度状态下, 通过键盘可以修改对应状态的参数值。通过LCD屏主要显示实时的温度曲线, 曲线部分没隔250秒刷新一次。

3 温控系统软件设计

本文采用C语言编写非嵌入式操作系统程序。为便于程序的使用和维护, 全部程序采用模块化结构, 由一个主程序和若干子程序组成。主程序首先进行初始化, 包括I/O口、中断系统、串口、IIC、ADC、LCD, 然后LCD进行初始化显示, 接着进入检测与控制循环程序中。检测与控制程序包括5个部分:LCD显示控制、键盘检测与控制、A/D采集与滤波处理、功率控制与串口发送。

4 结论

在实验过程中, 通过使用键盘将设定温度值先后设置在8℃和40℃, 水温温度从初始的21℃逐渐提高或者降低, 先后稳定在8℃和40℃, 温度偏差小于r值, 迅速得出结果。本文采用的PID控制算法具有很好的鲁棒性, 很好地控制了加热器/冷却器的平均功率, 从而较为精确的控制了温度, 进入正式实验后, 在实际操作过程中需要观察至少14天的实验也可在几分钟内完成, 计算结果也随之出现。

参考文献

基于绿色化化学实验装置的设计与应用 篇7

温度是工业生产中最常见和最基本的工艺生产参数之一, 许多物理变化和化学反应的过程均与温度密切相关。因此, 温度控制系统是典型的控制系统。目前, 单片机已普遍应用于生产过程的自动控制领域。以其体积小、价格低廉和可靠性高等特点, 用其构成计算机控制系统中的智能控制单元, 受到广大工程技术人员的重视。下面的PID自动温度控制系统, 采用8051单片机作为PID控制器, 具有可编程、控制算法可选、体积小、稳定性好、抗干扰能力强等优点。采用单片机进行对它控制不仅具有控制方便、简单和灵活性等优点, 而且大幅度提高被控温度的技术指标, 从而能够大大提高产品的数量和质量。因此, 单片机的温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。我们之所以选择该实验装置, 是因为它不仅可以使我们把所学的理论知识加以升华, 而且可以起到举一反三和触类旁通的效果, 对单片机在其他情况下的应用, 有了一个基础性的了解与掌握。

二、总体设计

本装置的主要任务, 是利用MCS-51单片机实现对电热水箱水温度的控制。即预先设定要达到的理想温度值, 水箱中的温度或升或降 (本装置中限于实验条件, 仅限于水温的升高) , 最终达到预设值。此过程的实现可描述如下:集成传感器AD590检测电热水箱中水的温度, 得到一微弱的模拟信号, 此信号经运算放大器放大后, 经A/D转换器转换, 实现了由模拟量到数字量的转变。该数字信号传输进单片机后, 经数字PID算法处理后输出一控制信号 (数字量) , 控制固态继电器的通断。从而实现对加热电阻丝加热功率的控制。

本课题的设计可分为硬件设计和软件设计两大部分。硬件设计主要包括温度检测电路、前向通道 (A/D转换接口) 、人机接口 (单片机扩展存储器单片机与键盘显示器的接口电路、单片机与A/D转换器的连接) 以及其他外围电路 (显示电路、电源电路、温度控制电路) 的设计。软件的设计主要应用MCS-51汇编语言编程, 要完成的程序设计包括A/D转换子程序, 键盘显示子程序, PID算法程序。其中, 重点和难点是PID算法程序的设计, 它是整个课题设计的中心环节。另外, 考虑到外界环境存在的干扰, 如机械震动, 各种电磁波和环境温差都可能影响到系统的性能。为此, 需进行抗干扰设计。抗干扰措施可分为软件抗干扰和硬件抗干扰, 软件抗干扰措施主要采用数字滤波和指令冗余技术, 硬件抗干扰措施主要采用滤波技术和接地技术。

三、温度检测电路

采用美国模拟器件公司生产集成温度传感器AD590。它是单片集成两端感温电流源, 其输出电流与温度成正比。使用简便, 不需外接线性补偿和零点补偿器件, 精度高互换性好, 线性度好, 具有标准化输出, 能很好地消除电源变动和交流纹波对器件产生的影响, 且耐用, 输出电流可用于长距离传送, 不会因线路压降而影响测量精度。

实际应用电路设计:尽管AD590比其他温度传感器有较好的特性, 但在使用范围内, 仍然存在着一定的非线性。另外, 各器件间也存在着离散性, 所以在实际中, 欲获得测量精度, 尚需采用两点校正 (零点校正和满刻度校正) 。由基准电压源AD590输出一个标准的+10.000伏电压通过输入端加到AD590上。AD590的输出电流在输入端上产生压降, 从而使运算放大器的输入端的电压岁温度而变化, 该电压经过运算放大后输出。这样, 该测量电路可大大改善由传感器本身非线性误差而引起的误差。

四、信号输入通道 (前向通道A/D)

本装置采用逐次逼近型的ADC0809是 8位A/D转换芯片, 它由单一的+5V电源供电, 片内带有锁存功能的8路模拟多路开关, 可对8路0-5V的输入模拟电压信号分时进行转换, 完成一次转换约100us。片内具有多路开关的地址译码器和锁存电路、高阻抗斩波器、稳定的比较器, 256欧电阻T型网络和树状电子开关以及逐次逼近寄存器。输出具有TTL三态锁存缓冲器, 可直接接到单片机数据总线上。通过适当的外接电路, ADC0809可对0-5V的双极性模拟信号进行转换。在本实验中, 见于简单起见, 只选取了一个温度控制信号, 故A/D0809只接一路输入信号IN0。

五、人机接口

1.键盘、显示器接口电路

键盘显示电路中, 采用的是8031单片机扩展I/O接口芯片8255A实现的四位LED显示和16键的键盘显示器接口电路。8255A的PA口地址为7CH, PB口地址为7DH, PC口的地址为7EH, 控制字寄存器地址为7FH。这里8031单片机对8255A采用了线性选址法。8255A的RAM的地址为7E00H～7EFFH, I/O口地址为7F00H～7F05H, 8255A的PB口为输出口, 控制键盘的列线的电位, PB口作为键扫描口, 同时又是4位共阴极显示器的位扫描口。PC口作为显示器的段码输出口, 8255A的PA口作为输入口, PC0～3接行线X0～X3, 称为键输入口。键盘需输入参数Kp、Ti、Td、T及PID算法的给定值, 显示器显示温度值。

在8051单片机上扩展一片8255A芯片, 无需外加任何逻辑电路, 74LS373时地址锁存器, 8255A的地址线A1、A0经74LS373接于P0.1、P0.0;片选端CS经74LS373与P0.7接通, 其它地址线悬空;8255A的控制线/RD、/WR直接接于8031的RD、/WR端;数据线D0～D7接于P0.0～P0.7。

8255A的B口作为显示器接口, 采用静态显示, 74LS373为锁存器。74LS48为共阴极译码/驱动器, LED数码管采用8 HEADER, 键盘处理为中断方式。由此可见, 8255A的B口工作在两种方式下:在显示状态下R。键盘为4×4矩阵键盘, 8255A口的PA3 -PA0为行扫描接口, 从B口的PB3-PB0读入列值, 该系统键为输出方式;在键盘中断服务程序处理过程中为输入方式。为此, 只需在相应操作前重新设置8255A的工作方式即可。

2.存储器的扩展

在MCS-51单片机的16位地址, 分为高8位和低8位, 高位由P2输出, 低位由P0输出。但P0同时又是数据输入输出接口, 故在传送时采用分时方式, 先输出低8位地址, 然后, 在传送数据。但是, 在对外部存储器进行读写操作时, 地址必须保持不变, 这就需要选择适当的寄存器存放低8位地址, 这个外界的寄存器就是地址锁存器。在进行外部存储器扩展时, 凡具有输入输出控制的8位寄存器均可作为地址锁存器。这里选用的是27128。

3.输出执行电路 (反馈部分)

这一部分主要完成经单片机控制系统后的控制信号如何反作用于被控对象, 在MCS-51单片机控制各种各样的高压、大电流负载, 这些大功率负载如电动机、电磁铁、继电器、灯泡等, 显然不能用单片机的I/O线来直接驱动, 而必须通过各种驱动电路和开关电路来驱动。此外, 为了隔离和抗干扰, 有时需加光电耦合器。

本装置主要完成电热负载的调功输出控制。此处选用的核心元件为SSR (Solid State Relay) , 即固态继电器。它是一种新颖的四端以弱控强的无触点功率控制元件。

其特点是输入控制电压低 (3V-14V) , 驱动电流小 (3mA-15mA) , 输出与输入采用光电隔离, 使强电与弱电完全分离, 输出无触点、无噪声, 开关速度快。它事实上将光电隔离器、驱动器、可控硅、阻容吸收等器件做在一起, 用环氧树脂全灌封装, 具有防尘、耐湿、耐振、寿命长等优点。

这里采用的固态继电器是非过零触发的SSR。当中断服务程序将P1.5置“1”时, BG 导通, SSR 导通, 电阻丝上得到完整周波, 当P1.5置“0”时, SSR被关断, 电阻丝上得不到完整的周波。单片机通过控制P1.5的高低电平的占空比来控制电阻丝的功率输出。

六、硬件抗干扰措施

为了防止外界交流电路产生的工频干扰对模拟信号的影响, 在电路设计中 (放大器和比较器) 采用低通滤波器和有源滤波器。为了防止由于外时钟是高频噪声源引起的硬件电路产生的干扰, 选用低频率的单片机来提高提高抗干扰性, 本装置中采用8051的时钟频率为6MHz。为了切断干扰信道, 避免强电流对回路的冲击, 常用光电隔离方法, 本装置中采用的SSR集成了光电耦合器, 应用于输出通道。为了防止电磁波干扰, 在开关电源内部把高频电压器和扼流圈进行屏蔽, 对整个开关电源进行屏蔽保护。

七、软件设计部分

软件的主要任务是完成初始化工作, 如参数显示、键盘命令识别、信号的采集、滤波和工程量转换控制算法处理、中断处理等。

主程序包括:键盘置数程序、键盘数值处理程序、系统初始化。

中断服务程序:A/D转换结束中断、系统时钟溢出中断、8255A读键盘中断。

子程序:数据采集子程序、数字滤波子程序、显示子程序、A/D转换子程序、控制算法子程序。

本装置中重点完成A/D转换子程序和PID控制算法子程序的设计。

八、结语

本装置给出了一个基于MCS51系统的PID温度控制系统较完整的解决方案和实现方法, 该实验装置在教学中极具典型性, 可以使同学们把所学的理论知识加以升华, 而且可以起到举一反三和触类旁通的效果, 对单片机在其他情况下的应用, 有了一个基础性的了解与掌握。在装置实现的过程中采用的一些芯片也许不能很好地满足工业现场的要求, 可作一些更换。

摘要：本文以MCS-51单片机为核心, 以水箱为被控对象, 将水箱给定温度与实际温度对比, 利用PID算法设计了水温调节器实验装置。该实验装置的设计有利于同学们加深对单片机控制系统和PID控制算法特点的了解。且该装置结构原理简单、稳定性好、可靠性高、参数易于整定, 控制精度高, 有一定的实用价值, 可以向实际推广。

关键词：水温调节器,单片机,PID算法

参考文献

[1]潘新民.微型计算机控制技术[M].北京:电子工业出版社, 2003, 1.

[2]张毅刚.MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨工业大学出版社, 1997, 12 (第二版) .

基于绿色化化学实验装置的设计与应用 篇8

伴随着化石燃料燃烧造成的大气污染,各国越来越重视电动车辆和混合动力车的研究。其中的独立驱动电动汽车尤为热门,它的牵引力和动力学控制系统需要汽车内部ECU实时采集电机的转速、行驶状态和道路状况,然后通过中央控制器分配合理的输出转矩来满足每个电机的行驶要求,同时达到能量利用率的最大化[1]。 典型的四轮独立驱动汽车由四个轮毂电机组成,去除了质量较大的传动系统,使汽车实现了轻量化,节省了能量,但是电机控制过程为分别控制,很难保证电机的运行转速达到有效组合,而转速不一致将导致汽车的侧滑移,转向失去灵敏度等不利情况,同时对车轴有一定的纵向力损伤,所以需要实时采集和控制电机转速。国内外研究车速采集与控制主要通过传感器采集到的电压、 电容或者电流的变化来测量,通过脉冲或者A/D转换进入单片机显示。文中利用光电脉冲编码器输出量化的脉冲信号送到单片机,设计了可以高精度累加和计数脉冲的下位机程序,省去了模拟量输入单片机前的电路放大、削波、滤波、反相和量化等电路,节省了资源。下面重点讨论如何利用编码器,单片机和下位机程序实现四轮独立驱动电动车的实时转速测量[2，3]。

1电机转速测量原理概述

1.1总体框架

实验搭建是利用信号发生源产生方波脉冲,经过驱动电路使直流电机转动,通过飞思卡尔控制器对编码器送进的脉冲进行计数,得到电机转速。实验使用的器材包括示波器,信号源,无刷直流电机,飞思卡尔控制器。系统总体设计如图1所示。

1.2测量原理

通常电机的转速测量方法有模拟式和数字式两种, 模拟式采用的测试元件有测速发电机,输出的信号是电压量;数字式采用传感器,常用来输出脉冲信号的有光电编码器,霍尔元件等装置[1]。信号有正弦波(电流或者电压),方波如TTL电平,集电极开路信号(PNP, NPN),推拉等形式。通过光电编码器利用光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换为脉冲或数字量,实验中编码器输出的是长线差分驱动的TTL电平,经过后面的电路处理后,送入单片机的接收引脚,进行脉冲的累加计数。通过下面的公式(1)[5]计算电动机的实际转速Y(t)(r/min):

式中:n是脉冲累加器计算出的1秒钟的脉冲数,N是编码器在电动机转动一圈过程中输出的脉冲个数。

1.3测量模型

直流电机的换向刷较易产生电火花,不宜在粉尘易燃易爆的工作环境中工作,实验中采用带有H桥驱动的小型无刷直流电机,H桥有四个三极管组成两套相同的电路,同一个电路中,同时一个上拉,另一个下拉,两者保持相反的输出,可以在单电源的情况下使负载极性倒过来,导通对角线上的一对三极管,使电流流向不同从而来控制电机的转向[2]。试验用到的无刷直流电机是一种用电子换相的小功率直流电机,电机由同步电动机和驱动器组成,结构简单,运行可靠,电磁噪声低[3]。 控制器是由飞思卡尔公司生产的MC9S12XET256型号的单片机,内嵌V2内核,功能强大,性能稳定,自带高容量的FLASH存储器,内部自带I/O口驱动提供电源, 锁相环电源等外围电路,减少了开发者独自布线带来的麻烦。实验使用ATF20E型的信号源实时发送方波脉冲经过H桥驱动控制直流电机的转动,控制信号源发送不同频率和占空比的脉冲。首先确保上位机和下位机能够正常通信,然后在Code Warrior开发环境下,通过上位机设计程序,编写代码下载进单片机,计算单位时间内编码器送回的脉冲,计算后通过上位机直接显示。实验测量模型如图2所示。

2系统软件设计方案

系统软件架构步骤:首先设置锁相环的频率以提高总线运行频率;定义输入输出端口的方向;初始化ECT模块、PIT模块;设置PAI函数;初始化PWM模块。然后启动电机,在主程序里每次周期中断到来时,程序转向中断函数。最后当计时结束后清除中断,显示脉冲数。具体的设计如图3所示。

在中断函数里首先将count每次加1,当count不等于20时,PIT模块通道0发生时间溢出,当count等于20时进入循环。然后当ECT模块计算3125次达到12.5ms,再循环80次,共采集1000ms来计算脉冲个数。最后把间隔1秒的前后两次数据相减即得到1秒钟的脉冲个数,经过换算便得到转速。实验采用了MC9S12XET256开发板的ECT和PIT模块,设置1秒的中断采集。通过主函数调用中断来采集脉冲通过上位机显示,也可以通过示波器显示数值[3]。

中断函数如下:

3系统硬件环境设计与搭建

3.1硬件搭建

系统硬件环境主要以单片机作为主控制器,外部设置有驱动电路,电源电路,编码器处理电路等。具体模块如图4所示。

3.2电源转换电路

飞思卡尔MC9S12XET256单片机采用外部供电,可以使用5V的直流电源直接给单片机供电,但是考虑到单片机目前广泛的用在汽车电子产品中,而汽车上的主流电源是12V和24V。因此需要设计专门的电源电路对12V或者24V进行降压。如3.3V给内部的芯片使用, 7.2V供给驱动桥控制电机等[9]。电路如图5所示。

3.3驱动电路

实验利用H桥电路驱动电机,H桥使用了全桥的集成芯片MC33886来搭建,是单片机控制电机的重要电路,用来实现电机的正反转和速度大小调节。H桥由四个MOS管组成,通过不同MOS管的关断来控制电流经由VBAT流过MOTOR+和MOTOR-之间的电流方向,通过设置PWM占空比连续调节电机转速[4]。MC33886模块如图6所示。

3.4编码器处理电路

一般的光电编码器给出的信号幅度较小,所以首先必须进行放大整形,得到标准的方波信号,实验中设计了一种集光电隔离、鉴相、频率电压转换、电压调整输出等功能于一体的综合性电路[11]。该电路结构简单、 调整方便、线性度好。可以满足不同输出信号和不同分辨率转换要求,同时,为了满足对输出电压极性的不同要求,输出电路提供了互为反相的电压信号输出。利用A,B两种信号脉冲个数计算旋转过的角度,Z相信号计算编码器轴转过的圈数[11～13]。采用TPL521-2实现对于脉冲信号的光电隔离;采用了正交解码芯片LS7084判断电机的正反转;采用稳定性比较好的电压转换芯片LM331;电压调整模块采用LM324调整,使输出的电压信号幅度值得到提高,便于识别。编码器信号的处理电路如图7所示[5]。

4实验步骤及实验结果

四轮独立驱动的电动汽车一般为四个电机,由于本实验主要是验证电机通过单片机程序采集的有效性和精确性,使用了单个电机来验证。实验分为以下四步:

1)通过H桥把单片机和电机连接,按下单片机开关;

2 )为了可以把不同的转速送给电机,控制信号源发送不同占空比的脉冲送给电机,实时改变电机转速(利用单片机的PWM模块发送脉冲也是切实可行的);

3)电机的转速输出通过编码器接入单片机计数引脚,通过程序进行累加脉冲,控制电机旋转的同时,计算进入单片机接收引脚的脉冲个数;

4)编码器将脉冲送到单片机中计算1秒内的输出脉冲进而换算为电机转速[16]。

分别设置信号发生器的频率为900Hz,1.45KHz, 上位机显示的结果分别为900和1451,这个实验结果证明了装置的有效性。转速曲线反映了转速的不稳定性, 但是基本保持在900和1450上下。结果如图8、图9所示。

5结论