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机车冲动检测仪设计(无源码).rar

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    编号:20180914220230304    类型:共享资源    大小:2.91MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    机车 冲动 检测 设计 源码
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    密级: NANCHANG UNIVERSITY学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR(2013 —2017 年)题 目 机车冲动检测仪设计 学 院: 信息工程学院 系 自动化系 专业班级: 测控技术与仪器 132 班 学生姓名: 谌鑫 学号: 5801213047 指导教师: 张宇 职称: 讲师 起讫日期: 2017-3——2017-6 南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期:学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 保密□,在 年解密后适用本授权书。不保密□。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名: 日期:导师签名: 日期:摘要I机车冲动检测仪设计专 业:测控技术与仪器 学 号:5801213047学生姓名:谌鑫 指导教师:张宇 摘要机车冲动是指在列车行驶过程中产生的剧烈冲击,这种冲击不仅会影响旅客乘车的舒适性还会给旅客、列车及其设施造成不同程度的损伤。因此设计一套检测列车冲动、考核司机驾驶水平的仪器至关重要,不仅可以保障旅客乘车安全性还可以提高铁路交通的服务质量。基于STC89C52RC单片机,本文提供了一个集加速度采集、处理、显示于一体的解决方案。本设计以 STC89C52 单片机为核心,由 ADXL345 传感器模块进行数据采集,并由显示模块 LCD1602 显示实时加速度值,最后,由单片机将采集的数据通过串口通信模块发送到上位机,并在 PC 机上对数据进行分析。本文首先介绍了该论题的背景与意义,阐述了随着我国铁路建设的发展,设计机车冲动检测仪的必要性。然后介绍了整个方案设计框架,并详细的介绍了各模块电路的设计及其原理,最后阐述了各模块的软件设计及代码编写,对于各模块的软件设计,在下文中给出了流程图,附录中给出了具体的程序。本系统具有可靠性高,性价比高,功能全,人机交互良好,使用方便并且能方便提供给外围扩展设备模块的特点。关键词:机车冲动;加速度检测;STC89C52RC;通信;LCD 显示器AbstractIIThe design of locomotive impulse detectorAbstractLocomotive impulse refers to severe shocks during the running of trains, this impact will not only affect the comfort to passengers, but also cause the degrees of damage to the train and its facilities. Therefore, it is necessary to design a train detection impulse, which could assess the level of the instrument of chauffeur-driven. It can not only protect the passengers’ safety but also improve the quality of rail transport services. The design based on a set of chip STC89C52RC acceleration collection, which concentrates testing, displaying in one of the solutions.This design centered in STC89C52, the data collected by the ADXL345 sensor module and displayed by module LCD1602, and finally through the serial communication module sends the collected data to the PC, then analysis and monitoring numerical on the PC machine.This paper introduces the background and significance at the topic, describes the development of China's railway construction along with the need to design locomotive impulse detector. Then introduced the whole design framework, and describes in detail of the design and the principle of circuit modules, finally elaborated the design of the software coding. The software for each modules are given in the following flow chart, the specific procedures are given in the appendix.This system is high reliability, cost-effective, full-featured, good human-computer interaction, easy to use and it’s convenient to be provided to external expansion device module.Keyword: Locomotive impulse; Acceleration detection; STC89C52RC; Correspondence; LCD monitors目录III目录摘要 ....................................................................................................................................................IAbstract .............................................................................................................................................II第一章 绪论 ......................................................................................................................................11.1 课题研究的背景和意义 .....................................................................................................11.2 国内外研究现状 .................................................................................................................21.3 论文研究的主要内容 .........................................................................................................3第二章 系统结构及方案设计 ..........................................................................................................42.1 系统简介 .............................................................................................................................42.2 系统工作原理 .....................................................................................................................42.3 系统方案设计 .....................................................................................................................42.3.1 微处理器的选用 ......................................................................................................52.3.2 传感器的选择 ..........................................................................................................62.3.3 显示器的选择 ..........................................................................................................72.3.5 通信方式的选择 ......................................................................................................92.3.6 波形显示软件选择 ..................................................................................................92.4 本章小结 .............................................................................................................................9第三章 系统硬件设计 ....................................................................................................................103.1 系统硬件各模块简介 .......................................................................................................103.2 单片机主控电路模块 .......................................................................................................103.2.1 单片机介绍 ............................................................................................................103.2.2 单片机主控电路 ....................................................................................................103.3 数据采集模块电路 ...........................................................................................................113.3.1 加速度传感器 ADXL345 介绍 .............................................................................113.3.2 加速度采集模块电路 ............................................................................................113.4 液晶显示模块电路 ...........................................................................................................123.4.1 液晶显示字符的原理 ............................................................................................123.5 串行通信模块电路 ...........................................................................................................133.5.1 串行通信原理 ........................................................................................................133.4.2 串行通信电路 ........................................................................................................133.6 电源电路模块 ...................................................................................................................14目录IV3.7 本章小结 ...........................................................................................................................14第四章 系统软件设计 ....................................................................................................................154.1 主程序设计 .......................................................................................................................154.2 ADXL345 模块程序设计 ..................................................................................................154.2.1 ADXL345 工作过程 ...............................................................................................154.2.2 数据采集模块流程图 .............................................................................................164.3 LCD1602 模块程序设计 ...................................................................................................164.3.1 LCD1602 初始化 ....................................................................................................174.3.2 LCD1602 显示流程 ................................................................................................174.4 RS-232 串口通信模块程序设计 ......................................................................................174.4.1 串口通信初始化 ....................................................................................................174.4.2 PC 机通信程序的设计 ...........................................................................................184.4.3 串口通信流程图 ....................................................................................................18第五章 系统整体调试 ....................................................................................................................19第六章 结束语 ................................................................................................................................20参考文献 ..........................................................................................................................................21致谢 ..................................................................................................................................................23第一章 绪论 1第一章 绪论1.1 课题研究的背景和意义铁路作为国家重要的基础设施,是国民经济的大动脉,交通运输体系的骨干。随着社会主义市场经济逐渐地趋于健全与完善,国民经济的迅速发展,铁路列车的客货量也在日益增长。目前,全国铁路已经进行了六次大提速,我国铁路建设正进行着前所未有的快速发展,而根据国务院批准的《中长期铁路网规划》,到 2020 年我国铁路将形成以“四纵四横”客运专线为主题,城际客运专线为扩充的快速客运网络。铁路系统的提速,缩短了人们的旅行时间,取得了很好的经济效益,加大了铁路运输的影响力,但列车运行质量、车内环境等影响乘坐品质的因素却没有受到重视,乘客的舒适性难以得到保证。与此同时,随着科学技术的不断进步,人们生活水平的提高,对于公共运输工具的舒适性,乘客的需求和价值观也趋于多样化,舒适性的概念不再局限于设施和服务上的奢华,除了安全性和快速性外,列车的乘坐舒适度也是非常重要的因素。列车在运行期间的平稳性是衡量舒适度一个重要指标,列车冲动不仅严重影响了旅客乘车的舒适性,剧烈的冲击甚至会给旅客、行车及列车设施造成不同程度的损伤,有些冲动事件还涉及到经济赔偿和国家声誉。所以,如何改善旅客列车冲动,改善乘客乘坐品质的问题,越来越引起相关人员的重视。为进一步提高提速旅客列车的乘坐舒适性,针对列车提速后纵向冲动有所加剧的问题,铁道部组织铁道部科学研究院等单位曾展开过专题研究,以研究列车冲动的原因和解决方案。列车冲动是指司机在操纵列车运行过程中, 由于机车工况改变所引起的列车车辆纵向(列车运行方向)冲击。快速列车运行的工况相当复杂, 当使用制动机、惰力运行、牵引、启动、站停等多种不同工况, 都会使列车产生冲动。经分析, 列车发生纵向冲动的部位和现象主要表现在:当冲动发生时, 列车受到的冲动中部最严重、后部较轻、前部最轻;当使用制动机调速时, 有时制动和缓解都使列车发生冲动, 有时仅制动或缓解使列车发生冲动;在正常牵引工况下, 有时会出现瞬时冲动 ( 多发生在曲线弯道);在惰力运行工况下 , 有时发生瞬时冲动或间隔较短的连续性冲动;列车在高速运行中调速制动时, 经常发生第一章 绪论 2不同程度的冲动;线路不同,列车纵向冲动的情况也不一样。在条件较差的线路上, 列车调速频繁,纵向冲动也相对频繁,且相当剧烈;车辆在条件较差的线路上的横向、纵向加速度的量值和频率相对较高。生成机车纵向冲动的工况可以归纳为以下三种:1)启动工况:机车启动时,由牵引力传输迸发的纵向冲动;2)线路断面变化工况:机车在运行时,由线路断面变动迸发的纵向冲动;3)调车作业工况:调车作业时,车辆彼此碰撞引发的纵向冲动 [2]。1.2 国内外研究现状当前,国内主要考虑的是加速度以及加速度的频率特性等要素,且横向与直向冲动是重点分析的方向 [3]。在国外,日本的松井哲、苏联的拉扎良和维坎杰尔等学者都曾提出过机车最大纵向力的解析和计算的方法,但这种情况不仅是线路驾驶员的状况,列车布置方式也会影响机车的纵向力,特别是不同的机车装置和制动缓冲装置会产生很大的影响,所以,不能直接简单得照搬国外的理论公式 [4];另一方面,长期以来,机车纵向动力学理论研究薄弱,只有实验方法,近年来已经研究出了计算机车纵向冲动的电子程序。在机车冲击波检测方法中,“木棒检测法”是国内传统使用的检测司机的方法,首先挑选一些均匀密度较大的硬木,然后把它制作成5根截面为正方形的木棒。木棒的端面需要有一定的粗糙度但整体平整。另外再做一个的拥有五个档位且底面为光滑玻璃的木盒,依据横截面不同的木棒倒下的情况来评定冲动发生的等级,如图1.1所示,但该方法存在众多的缺陷。图 1-1 冲动检测法示意图第一章 绪论 31.3 论文研究的主要内容本文的主要内容如下:1)简要分析此课题的研究背景,它的研究的实际意义以及在国内外的发展情况等。2)为了解决现有机车脉冲检测方法落后、检测结果不准确的问题,完成机车冲动分析、测量的全自动化等功能,设计一种基于单片机的数字智能仪表。3)设计冲动检测硬件系统。这个系统包含设计丰富的外围通讯接口、加速度采集电路以及显示模块,以此来实现微处理器以及传感器之间的数据传输,然后将数据显示出来。4)选用 keil 开发软件环境,利用 C 语言编写程序,根据硬件系统设计的原理,实现软件系统的设计,完成软硬件相结合,以达成机车冲动智能化检测的目标。5)论述整体系统的调试过程并对本设计进行全面的总结,总体分析本课题的设计思路。第二章 系统结构设计与方案4第二章 系统结构及方案设计2.1 系统简介本系统是用来实时监测列车运行的加速度,利用加速度传感器采集信号,经单片机分析处理后显示到显示器上,以便于工作人员对列车实况进行分析。本系统主要测量机车的纵向冲动,首先使用三轴加速度传感器采集加速度信号,经由单片机的分析与处理后,通过显示器显示出来,并传输到 PC 机供工作人员分析和监查。2.2 系统工作原理本系统主要由数据采集模块(传感器装置)、数据分析处理模块、显示模块和通信模块组成。数据采集模块负责按一定采样频率对列车加速度信号进行采集;处理器的应用程序负责分析、处理数据,将传感器采集到的信号转化为对应的加速度值;显示器将由处理器传送过来的加速度值显示出来,串口通信负责把单片机采集到的数据发送给 PC 机。本系统由单片机主控模块、 ADXL345加速度采集模块、RS232 通信模块和 LCD1602 显示模块四部分组成。加速度采集模块主要用来采集列车的加速度信号,其频率在一定的范围内;主控模块的主要任务是处理数据以及分析数据,并将传感器装置采集到的信息转化为对应的加速度值并通过显示模块展示出来;串口通信模块负责对单片机数据的分析处理,发送到上位机。系统结构框图如下所示:图 2-1 系统结构框图2.3 系统方案设计本系统主要由数据采集模块(传感器装置)、数据分析处理模块、显示模块和通信模块组成。为满足实际冲动检测的要求,本节对单片机、加速度传感器和显示模块进行了对比选型。
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