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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱 快速輪胎充氣機的設(shè)計
學(xué) 院
專 業(yè)
班 級
學(xué) 號
姓 名
指導(dǎo)教師
定稿日期 2013 年 月 日
9
快速輪胎充氣機的設(shè)計
1 選題背景及其意義
1．課題來源
隨著時代的發(fā)展，汽車已經(jīng)進入了尋常百姓家，汽車工業(yè)也經(jīng)歷了有史以來最高速的發(fā)展期，同時也對汽車制造業(yè)提出了更高的要求。快速輪胎充氣機正是基于這樣的狀況下而產(chǎn)生的提高汽車輪胎裝配效率的一種新型工具。
2．課題目的
該課題的研究對于提高學(xué)生的工程能力，拓展生存空間有著非常重要的意義，以及為今后進一步研究快速充氣機的研究做一個前期的準(zhǔn)備工作，具有重要的社會意義。
為了響應(yīng)國家政策和社會學(xué)術(shù)界的需求，設(shè)計一種方便校內(nèi)教學(xué)以及研究人員開發(fā)的教學(xué)型步進輸送機，可以讓研究人員基于現(xiàn)有的平臺，簡化了后續(xù)研究開發(fā)的程序，為機電一體化產(chǎn)品提供了原型，便于后續(xù)功能的開發(fā)和創(chuàng)新課題的創(chuàng)建，具有便于理解，便于實用，簡單，操作多樣化等特點。
3．課題意義
隨著人們生活水平的不斷提高,目前，汽車工業(yè)的發(fā)展速度很快,傳統(tǒng)的輪胎充氣設(shè)備不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的要求。研制與輪胎流水作業(yè)生產(chǎn)線配套的,機械化、自動化、節(jié)能高效的充氣設(shè)備是現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的實際問題。基于上述兩個原因，我們有了研究基于單片機便攜式自動控制充氣機這一課題的想法，便攜式自動控制充氣機具有自動充氣和放氣功能，氣壓檢測和氣壓預(yù)設(shè)功能，夜間照明、警示功能，體積非常小巧,性能高、無污染氣體排放，適合您的車輛出差、遠(yuǎn)行，是各車主攜帶的應(yīng)急必備工具。
本文介紹了在設(shè)計制作自動充氣機中的工作成果和經(jīng)驗總結(jié)。市面的充放氣機大都不是自動的也不是氣壓可調(diào)的。隨著人們生活水平的提高，小汽車將成為家家戶戶必備的交通工具。再加上生活節(jié)奏的加快，時間已是最寶貴的東西。顯然市面上普通手動控制的充氣機，將滿足不了人們的需求，因此，我們就想到了做一件能夠自動充放氣的充氣機。它能夠給人們在使用過程中節(jié)省時間，同時又能夠很方便的使用。因為它是全自動的，所以只要把電源一安上，再設(shè)定你所需要氣壓值，它就會自動地完成任務(wù)。并且在充/放氣完成之后將自動停止。因此，研究一個能基于單片機自動控制的自動充/放氣機是很有必要的。下面將對自動充氣機的設(shè)計原理及設(shè)計方案思路（主要是涉及單片機控制的部分）做詳細(xì)地介紹。
2 文獻(xiàn)綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢）
輪胎是安全性與可靠性要求都很高的重要部件。都必須依靠輪胎的各種獨特的功能。輪胎是起落架機輪的組成部分，具有氣墊式緩沖器的作用，主要用途是在輪胎是在高負(fù)荷、高速度下使用，其下沉率（一般為30 %～35 %）汽車輪胎，短時間內(nèi)的溫升也非常高，胎圈及胎肩幾分鐘內(nèi)的溫升可達(dá)到150攝氏度左右，所以輪胎只限于短時間、間歇使用。而且所充氣體為空氣，這是因為空氣是惰性氣體，熱膨脹系數(shù)小，充空氣的輪胎內(nèi)的壓力及溫度變化較小，增加輪胎反應(yīng)的Q度，增強汽車避震效果，改善輪胎彈跳的狀況；充空氣輪胎磨擦系數(shù)較小，與地面的摩擦力減少，提高了效率，降低了燃料費，使輪胎上的胎壓均勻，起飛和降落過程中能更平穩(wěn)、更安全，而且空氣分子比氧氣分子體積大，故泄漏量少。
輪胎爆裂事故在國內(nèi)外均有發(fā)生，從網(wǎng)上查到的結(jié)果來看，我國的大約每年發(fā)生一起，因此對輪胎內(nèi)的壓力各航空公司都有嚴(yán)格地規(guī)定。胎壓過低會導(dǎo)致不正常磨損或輪胎內(nèi)部損傷；胎壓過高則會使得輪胎及輪胎圈較易受到不平路面的沖擊而變形，甚至?xí)?dǎo)致爆胎。
隨著我國航空事業(yè)不斷發(fā)展和軍事力量的不斷提升，我們國家的民用以及新型軍用的數(shù)量也在不斷的增加，給輪胎科學(xué)的、定量的安全充氣也擺在了我們的面前，如果能夠研發(fā)出準(zhǔn)確的滿足所有輪胎的自動充氣設(shè)備，將會迎來大好的發(fā)展機遇。
目前除少數(shù)幾個維修廠具有進口的輪胎充氣裝置外，輪胎的充氣工作主要是沿用多年來的傳統(tǒng)方法——使用冷氣瓶直接對接于輪胎的氣嘴如圖1，沒有采用先進的壓力檢測和壓力控制技術(shù)，需憑維修人員的操作經(jīng)驗2 來確定充氣壓力，要達(dá)到輪胎額定壓力往往需經(jīng)過多次的充氣與測量過程，充氣時間長，勞動強度大，且充氣氣壓不受控、不穩(wěn)定、不精確、可靠性差。由于充氣壓力由空氣瓶提供，系統(tǒng)壓力高，所以誤操作可能會引發(fā)安全事故。此外，手動工作每次僅能對一個輪胎進行充、放氣及泄漏檢測，所以維修人員的勞動強度大，并且工作效率較低。
圖 1 傳統(tǒng)方法充氣
國外普遍采用自動充氣檢測裝置完成輪胎的充氣以及檢漏工作。通過選擇不同的型號、輪胎參數(shù)，一臺自動充氣檢測裝置可同時完成多個輪胎的自動充氣、放氣、循環(huán)檢測泄漏等工作如圖2，此外該裝置還能夠自動打印報表。還有的通過檢測輪胎的壓力從而計算出的重量，從而確定型號，給輪胎充氣。
3 研究內(nèi)容
主機的功能結(jié)構(gòu)
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的輪胎充氣工藝遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的要求。研制與輪胎流水作業(yè)生產(chǎn)線配套的，機械化、自動化、節(jié)能高效的充氣設(shè)備是現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的實際問題。
設(shè)備由本體臺架、液壓傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、微機測控系統(tǒng)等4部分組成。其中本體臺架又由工作臺、車輪傳送機構(gòu)、車輪定位機構(gòu)、車輪卡緊機構(gòu)、輪胎充氣裝置等5部分組成。
圖2.1 快速輪胎充氣機的結(jié)構(gòu)示意圖
工作原理
本公開了一種與現(xiàn)用打氣筒操作方式完全不同并裝有安全閥的新型式輪胎打氣機。它操作更省力、簡便，工作效率提高，可避免輪胎打爆，適用于各種 輪胎打氣。其特點是：兩個氣筒內(nèi)各放置一特制活塞體，并由一根推桿連接兩活塞體，兩個氣筒的另一端，分別通過一個內(nèi)裝單向氣門的彎管與一個過渡裝氣筒密封 連接，在推桿的中點安裝一個固定軸及軸套，與操作桿下端的開口滑頭相配合，過渡裝氣筒上裝設(shè)有安全閥。使用時，在安全閥上設(shè)定輪胎的最大充氣量，翻開并腳 踩踏板，前后扳動手柄，當(dāng)安全閥排氣時，即完成充氣。
課題設(shè)計要求
(1).最大鎖緊力：≥15000N；(2).下行速度：20mm/sec；(3).最大工作壓力：1Mpa；(4).總體尺寸：800X600X2000mm。
4 研究方案
4.1 總體方案
圖5總體方案設(shè)計
根據(jù)輪胎自動充氣系統(tǒng)的功能和使用環(huán)境的分析，對輪胎自動充氣系統(tǒng)提出以下要求：
⑴ 可以在任何位置給輪胎充氣。
⑵ 該裝置具有防水功能。
(3).最大鎖緊力：≥15000N；
(4).下行速度：20mm/sec；
(5).最大工作壓力：1Mpa；
(6).總體尺寸：800X600X2000mm。
7 方便觀察和操作。
由于輪胎自動充氣系統(tǒng)要求可以在任何位置給輪胎充氣，這樣該系統(tǒng)就需要
有獨立的氣源，而飛機輪胎使用的是空氣，那么這里使用的是瓶裝的空氣，為以防萬一，對該充氣系統(tǒng)配備兩個空氣鋼瓶，一個是主氣瓶，另一個是備用氣瓶?？梢韵氲娇諝馄吭谠摮錃庀到y(tǒng)中占的體積最大，為了方便安裝和移動空氣瓶，
4.2 擬采取的技術(shù)措施
設(shè)計要求是進行每項工程設(shè)計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。
????1）主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；
????2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；
????3）液壓驅(qū)動機構(gòu)的運動形式，運動速度；
????4）各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；
????5）對調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；
????6）自動化程序、操作控制方式的要求；
????7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；
8）對效率、成本等方面的要求。
4.3課題預(yù)計達(dá)到的目標(biāo)
通過對市面上的相關(guān)同類產(chǎn)品以及國內(nèi)外的各種專利進行研究與分析，從使用的實用性，可行性，簡易性出發(fā)，以減少制造成本，降低售價且功能齊全，增加可利用性，滿足后續(xù)設(shè)計研發(fā)和創(chuàng)新的目的，設(shè)計一臺用于快速輪胎充氣機，具有完整的結(jié)構(gòu)、功能。
4.4技術(shù)難點
1). 機械系統(tǒng)機構(gòu)的設(shè)計是否準(zhǔn)確、精度是否合理；
2)．控制電路方面的靈敏度是否能達(dá)到理想值；
5 進度計劃
2012.11 收集、研究資料；
2012.12 開題，擬訂總體設(shè)計方案；
2013.1-2 修改、完善開題報告；完成文獻(xiàn)翻譯；
2013.2.13-2013.3.31 系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計計算，繪制總裝配圖；
2013.4.1-2013.4.15 繪制主要零件的零件施工圖；
2013.4.16-2013.4.30 控制系統(tǒng)設(shè)計，繪制接線原理圖；
2013.5.1-2013.5.5 控制系統(tǒng)部分程序編寫；
2013.5.6-2013.5.20 撰寫設(shè)計計算說明書；
2013.5.21-2013.5.25 修改及準(zhǔn)備答辯。
參考文獻(xiàn)
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指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
開題答辯小組意見
1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實用價值；□意義不大。
2、論文的難度：□偏高；□適當(dāng)；□偏低。
3、論文的工作量：□偏大；□適當(dāng)；□偏小。
4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。
5、學(xué)生對文獻(xiàn)資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。
6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達(dá)能力：
□好；□較好；□一般；□較差。
7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力：
□好；□較好；□一般；□較差。
8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差
（在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”）
建議結(jié)論
評議小組組長簽名：
評議小組組員簽名：
年 月 日
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計（論文）
快速輪胎充氣機設(shè)計
系 別：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號：
設(shè)計(論文)題目：
起 迄 日 期:
設(shè)計(論文)地點:
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)教研室負(fù)責(zé)人:
2013年 月 日
摘 要
本設(shè)計是通過對快速輪胎充氣機工作原理、工作的環(huán)境和工作的特點進行分析，并結(jié)合實際，在進行細(xì)致觀察后，對快速輪胎充氣機的整體結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計，對組成的各元件進行了選型、計算和校核。
關(guān)鍵詞：快速輪胎充氣機，設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計
39
Abstract
The design is based on metal nail-making machine working principle, the working environment and the working characteristics of the analysis, and combined with the practice, the careful observation, the metal nail-making machine structure of the overall design, the various parts of the selection, calculation and checking.
Key Words: metal nail-making machine, design, structural design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 概述 6
1.1 輪胎充氣機發(fā)展概況 6
1.2 液壓傳動的工作原理及組成部分 6
1.2.1 液壓傳動的工作原理 6
1.2.2 液壓傳動的組成部分 7
1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 7
1.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求 8
1.4.1 設(shè)計步驟 9
1.4.2 明確設(shè)計要求 9
第2章 快速輪胎充氣機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
2.1主機的功能結(jié)構(gòu) 10
2.2 工作原理 10
2.3課題設(shè)計要求 11
第3章 快速輪胎充氣機工作機構(gòu)設(shè)計 12
3.1 液壓缸的主要主要參數(shù) 12
3.2活塞桿強度計算 12
3.3 液壓缸活塞的推力及拉力計算 13
3.4活塞桿最大容許行程 14
3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 15
3.5.1液壓缸內(nèi)徑計算 15
3.5.2液壓缸壁厚計算 15
3.6液壓缸筒與缸底的連接計算 16
3.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 17
3.7.1缸體端部連接結(jié)構(gòu) 17
3.7.2缸體材料 17
3.7.3缸體技術(shù)條件 17
3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 17
3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 17
3.8.2活塞的密封 18
3.8.3活塞的材料 18
3.8.4活塞的技術(shù)要求 18
3.9活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計 19
3.9.1端部結(jié)構(gòu) 19
3.9.2端部尺寸 19
3.9.3活塞桿結(jié)構(gòu) 19
3.9.4活塞桿的技術(shù)要求 19
3.10活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 20
3.10.1導(dǎo)向套 20
3.10.2活塞桿的密封與防塵 20
3.11 缸蓋的材料 21
3.12 自動定心裝置 21
第4章 快速輪胎充氣機機架的設(shè)計 23
4.1 機架的基本尺寸的確定 23
4.2 架子材料的選擇確定 23
5.3 主要梁的強度校核 23
第5章 快速輪胎充氣機電路控制設(shè)計 26
5.1系統(tǒng)分析與設(shè)計 26
5.2 總體設(shè)計流程 26
5.3 單片機控制模塊的設(shè)計 27
5.4 氣壓檢測及A/D、D/A模塊的設(shè)計 30
5.4.1氣壓檢測 30
5.4.2方案選擇 30
5.4.3電路設(shè)計與分析 31
5.5 軟件設(shè)計 33
5.5.1 A/D模塊軟件設(shè)計 33
5.5.2 D/A模塊軟件設(shè)計 35
參考文獻(xiàn) 36
總 結(jié) 38
致 謝 39
第1章 概述
1.1 輪胎充氣機發(fā)展概況
隨著時代的發(fā)展，汽車已經(jīng)進入了尋常百姓家，汽車工業(yè)也經(jīng)歷了有史以來最高速的發(fā)展期，同時也對汽車制造業(yè)提出了更高的要求?？焖佥喬コ錃鈾C正是基于這樣的狀況下而產(chǎn)生的提高汽車輪胎裝配效率的一種新型工具。該課題的研究對于提高學(xué)生的工程能力，拓展生存空間有著非常重要的意義，以及為今后進一步研究快速充氣機的研究做一個前期的準(zhǔn)備工作，具有重要的社會意義。
自動充氣機是通過微處理器和壓力傳感器自動調(diào)節(jié)輪胎氣壓的尖端科技產(chǎn)品，一次性完成對輪胎的充氣/放氣/檢驗，精度高、速度快、經(jīng)久耐用、操作簡單，帶給輪胎更好的保護。它的出現(xiàn)完全替代手動氣壓表消除誤差、更好的保護輪胎。
1.2 液壓傳動的工作原理及組成部分
1.2.1 液壓傳動的工作原理
驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機帶動旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。
如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進入液壓缸右腔，推動活塞和工作臺向左移動，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。
工作臺的移動速度是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油液增多，工作臺的移動速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時，工作臺的移動速度減小。
為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。
如果將開停手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，壓力管中的油液將經(jīng)開停閥和回油管排回油箱，不輸?shù)揭簤焊字腥?，這時工作臺就停止運動。
從上面的例子中可以得到：
1） 動是以液體作為工作介質(zhì)來傳遞動力的。
2）液壓傳動用液體的壓力能來傳遞動力，它與利用液體動能的液力傳
動是不相同的。
3）壓傳動中的工作介質(zhì)是在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進行工作的，
因此液壓傳動和液壓控制常常難以截然分開。
1.2.2 液壓傳動的組成部分
液壓傳動裝置主要由以下四部分組成：
1）能源裝置——把機械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。
2）執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運動的液壓馬達(dá)。
3)制調(diào)節(jié)裝置——對系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。
4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。
1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點
液壓傳動有以下一些優(yōu)點：
1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為
液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動機的12%左右。
2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置
易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運動時可達(dá)500次/min，實現(xiàn)往復(fù)直線運動時可達(dá)1000次/min。
3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還
可以在運行的過程中進行調(diào)速。
4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易
于進行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作，接受遠(yuǎn)程控制。
5） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在失速狀
態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。
6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、
制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機動性。
7） 用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠(yuǎn)比用機械傳動簡單。
液壓傳動的缺點是：
1） 液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄
漏等原因造成的。
2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失
等），長距離傳動時更是如此。
3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影
響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。
4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價
較貴，而且對油液的污染比較敏感。
5） 液壓傳動要求有單獨的能源。
6） 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。
總的說來，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，它的一些缺點有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進一步得到克服。
1.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟與設(shè)計要求
液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計要同主機的總體設(shè)計同時進行。著手設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。
1.4.1 設(shè)計步驟
????液壓系統(tǒng)的設(shè)計步驟并無嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設(shè)計要求之后，大致按如下步驟進行。
????1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；
????2）進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；
????3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
????4）選擇液壓元件；
????5）液壓系統(tǒng)的性能驗算；
1.4.2 明確設(shè)計要求
????設(shè)計要求是進行每項工程設(shè)計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計之前，必須把設(shè)計要求以及與該設(shè)計內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。
????1）主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；
????2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；
????3）液壓驅(qū)動機構(gòu)的運動形式，運動速度；
????4）各動作機構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；
????5）對調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；
????6）自動化程序、操作控制方式的要求；
????7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；
8）對效率、成本等方面的要求。
第2章 快速輪胎充氣機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1主機的功能結(jié)構(gòu)
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的輪胎充氣工藝遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的要求。研制與輪胎流水作業(yè)生產(chǎn)線配套的，機械化、自動化、節(jié)能高效的充氣設(shè)備是現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的實際問題。
設(shè)備由本體臺架、液壓傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、微機測控系統(tǒng)等4部分組成。其中本體臺架又由工作臺、車輪傳送機構(gòu)、車輪定位機構(gòu)、車輪卡緊機構(gòu)、輪胎充氣裝置等5部分組成。
圖2.1 快速輪胎充氣機的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 工作原理
本公開了一種與現(xiàn)用打氣筒操作方式完全不同并裝有安全閥的新型式輪胎打氣機。它操作更省力、簡便，工作效率提高，可避免輪胎打爆，適用于各種 輪胎打氣。其特點是：兩個氣筒內(nèi)各放置一特制活塞體，并由一根推桿連接兩活塞體，兩個氣筒的另一端，分別通過一個內(nèi)裝單向氣門的彎管與一個過渡裝氣筒密封 連接，在推桿的中點安裝一個固定軸及軸套，與操作桿下端的開口滑頭相配合，過渡裝氣筒上裝設(shè)有安全閥。使用時，在安全閥上設(shè)定輪胎的最大充氣量，翻開并腳 踩踏板，前后扳動手柄，當(dāng)安全閥排氣時，即完成充氣。
2.3課題設(shè)計要求
(1).最大鎖緊力：≥15000N；(2).下行速度：20mm/sec；(3).最大工作壓力：1Mpa；(4).總體尺寸：800X600X2000mm。
第3章 快速輪胎充氣機工作機構(gòu)設(shè)計
快速輪胎充氣機的工作機構(gòu)主要是通過液壓缸來進行實現(xiàn)的。
3.1 液壓缸的主要主要參數(shù)
課題的主要技術(shù)要求：
(1).最大鎖緊力：≥15000N；(2).下行速度：20mm/sec；(3).最大工作壓力：1Mpa；(4).總體尺寸：800X600X2000mm。
快進時采用差動聯(lián)接，并取無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即。為了防止在滑臺突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，初選背壓。最大工作壓力：1Mpa；
初選最大負(fù)載工進階段的負(fù)載F=15000N，按此計算則
(3.4)
液壓缸直徑
由可知活塞桿直徑
按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到最相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得
按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出
3.2活塞桿強度計算
活塞桿在穩(wěn)定工作下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時，便可以近似的采用直桿承受拉、壓載荷的簡單強度計算公式進行計算，
活塞桿應(yīng)力 (3.5)
或 (3.6)
式中P—活塞桿所受的軸向載荷
d—活塞桿直徑
—活塞桿制造材料的許用應(yīng)力
根據(jù)以上公式可知
液壓缸
可見，活塞桿的強度均滿足要求。
3.3 液壓缸活塞的推力及拉力計算
液壓油作用在液壓缸活塞上的作用力P，對于一般單邊活塞桿液壓缸來說，當(dāng)活塞桿前進時的推力：
(3.7)
當(dāng)活塞桿后退時的拉力：
(3.8)
當(dāng)活塞桿差動前進時（即活塞的兩側(cè)同時進壓力相同的壓力油）的推力：
(3.9)
式中 D—活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑）cm
d—活塞桿直徑 cm
-液壓缸的工作壓力
當(dāng)活塞桿前進時的推力：
當(dāng)活塞桿后退時的拉力：
當(dāng)活塞桿差動前進時（即活塞的兩側(cè)同時進壓力相同的壓力油）的推力：
液壓缸活塞的推力及拉力可以直接從附錄中的有關(guān)計算中查出；大部分也可以從《機械設(shè)計手冊》表11-133中直接讀出。
表11-133為活塞桿直徑d采用速度比計算得出，不同液壓缸直徑D和壓力下液壓缸活塞上的推力及拉力數(shù)值。
圖3.1 液壓缸活塞的受力
3.4活塞桿最大容許行程
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表11-141和表11-142即可以概略的求出液壓缸的最大容許行程。
兩個液壓缸均采用如圖固定—自由模式進行安裝。
圖3.2 安裝型式簡圖
根據(jù)長度公式 (3.12)
(3.13)
可知切斷液壓缸活塞桿計算長度l和實際行程S分別為
==52.54cm
=52.54-6=46.5cm
液壓缸活塞桿計算長度l和實際行程S分別為
=
=72.78-5.5=67.28cm
3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定
3.5.1液壓缸內(nèi)徑計算
當(dāng)P和p已知，則液壓缸內(nèi)徑D可按公式得：
(3.14)
式中 P—活塞桿上的總作用力，N
p—液壓油的工作壓力，KN
液壓缸的內(nèi)徑為63mm。
3.5.2液壓缸壁厚計算
一般，低壓系統(tǒng)用的液壓缸都是薄壁缸，薄壁可用下式計算：
(3.15)
式中，—缸壁厚度，m
p—液壓缸內(nèi)工作壓力，Pa
[σ]—剛體材料的許用應(yīng)力
D—液壓缸內(nèi)徑，cm
當(dāng)額定壓力Pn≤16MPA時，Pp=Pn×150/100
當(dāng)額定壓力Pn＞16MPA時，Pp=Pn×125/100
(3.16)
—缸體材料的抗拉強度，Pa
n—安全系數(shù)，一般可取n=5
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)計算出的液壓缸壁較薄時，要按結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)加厚。
因此，根據(jù)上述公式可得，
切斷液壓缸
液壓缸
故切斷液壓缸的壁厚為18mm，液壓缸的壁厚為15mm。
關(guān)于液壓缸的安全系數(shù)，在設(shè)計液壓缸時通常取n=5。但是這在比較平穩(wěn)的工作條件下，強度有些余量；相反，假如工作條件為動載荷或沖擊壓力超過超耐壓力時，有時會出現(xiàn)危險狀態(tài)。因此合理的安全系數(shù)，應(yīng)根據(jù)實際使用條件選取。
3.6液壓缸筒與缸底的連接計算
缸體法蘭連接螺栓計算
缸體與端部用法蘭連接或拉桿連接時，螺栓或拉桿的強度計算如下：
圖3.3 缸體聯(lián)接
螺紋處的拉應(yīng)力
(3.17)
螺紋處的剪應(yīng)力
(3.18)
合成應(yīng)力
(3.19)
式中 Z—螺栓或拉桿的數(shù)量
—材料為45鋼時，=30
3.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計
3.7.1缸體端部連接結(jié)構(gòu)
采用簡單的焊接形式，其特點：結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時應(yīng)小心注意。主要用于活塞式液壓缸。
3.7.2缸體材料
液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的機械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時，則應(yīng)采用焊接性能比較號的35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285HB。
缸體毛坯可采用鍛鋼，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個牌號或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。
3.7.3缸體技術(shù)條件
a. 缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時，Ra為0.1~0.4，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。
b. 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB241~285。
c. 缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級精度選取。
d. 缸體端面T的垂直度公差可按7級精度選取。
e. 當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時，螺紋應(yīng)取為6級精度的公制螺紋。
f. 當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑或軸徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應(yīng)按9級精度選取。
g. 為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進行衍磨或拋光。
3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計
3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式
表3.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式
聯(lián)接方式
備注說明
整體聯(lián)接
用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況
螺紋聯(lián)接
常用的聯(lián)接方式
半環(huán)聯(lián)接
用于工作壓力、機械振動較大的情況下
這里采用螺紋聯(lián)接。
3.8.2活塞的密封
活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)見下表
表3.2常用的密封結(jié)構(gòu)
密封形式
備注說明
間隙密封
用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封
活塞環(huán)密封
適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長的活塞密封
O型密封圈密封
密封性能好，摩擦系數(shù)??；安裝空間小，廣泛用于固定密封和運動密封
Y型密封圈密封
用在20MPa下、往復(fù)運動速度較高的液壓缸密封
結(jié)合本設(shè)計所需要求，采用O型密封圈密封比較合適。
3.8.3活塞的材料
液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼及鋁合金等，這里采用45號鋼。
3.8.4活塞的技術(shù)要求
a. 活塞外徑D對內(nèi)孔的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。
b. 端面T對內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級精度選取。
c. 外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級精度選取。
圖3.3 活塞
3.9活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計
3.9.1端部結(jié)構(gòu)
活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷等多種形式。根據(jù)本設(shè)計的結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護，可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
3.9.2端部尺寸
如圖，為內(nèi)螺紋聯(lián)接簡圖。查表11-148，按照本設(shè)計要求，選用直徑螺距-螺紋長=。
圖3.2 螺紋聯(lián)接簡圖
3.9.3活塞桿結(jié)構(gòu)
活塞桿有實心和空心兩種，如下圖。實心活塞桿的材料為35、45號鋼；空心活塞桿材料為35、45號無縫鋼管。本設(shè)計采用實心活塞桿，選用45號鋼。
圖3.3 空心活塞桿 圖3.4 實心活塞桿
3.9.4活塞桿的技術(shù)要求
a. 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為HB229~285，必要時，再經(jīng)過高頻淬火，硬度達(dá)HRC45~55。在這里只需調(diào)質(zhì)到HB230即可。
b. 活塞桿的圓度公差值，按9~11級精度選取。這里取10級精度。
c. 活塞桿的圓柱度公差值，應(yīng)按8級精度選取。
d. 活塞桿的徑向跳動公差值，應(yīng)為0.01mm。
e. 端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級精度選取。
f. 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按6級精度加工（如載荷較小，機械振動也較小時，允許按7級或8級精度制造）。
g. 活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra0.63, 為了防止腐蝕和提高壽命，表面應(yīng)鍍以厚度約為40的鉻層，鍍后進行衍磨或拋光。
3.10活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵
3.10.1導(dǎo)向套
a. 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式、結(jié)構(gòu)
表3.3 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式
導(dǎo)向方式
備注說明
缸蓋導(dǎo)向
減少零件數(shù)量，裝配簡單，磨損相對較快
管通導(dǎo)套
可利用壓力油潤滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)
可拆導(dǎo)向套
容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導(dǎo)向套的場合
球面導(dǎo)向套
導(dǎo)向套自動調(diào)整位置，磨損比較均勻
本設(shè)計采用缸蓋導(dǎo)向。
b. 導(dǎo)向套材料
導(dǎo)向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導(dǎo)向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。
c. 導(dǎo)向套的技術(shù)要求
導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合一般取為H8/f9，其表面粗糙度則為Ra0.63~1.25。
3.10.2活塞桿的密封與防塵
這里仍采用O型密封圈，材料選擇薄鋼片組合防塵圈，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。
3.11 缸蓋的材料
液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。在這里選擇ZG45鑄鋼。缸蓋按9、10或11級精度選取。
3.12 自動定心裝置
氣動帶動滑動體，然后帶動平行四邊形連桿體，氣缸上升或下降，實現(xiàn)平行四邊形連桿體松開或擰緊。
第4章 快速輪胎充氣機機架的設(shè)計
4.1 機架的基本尺寸的確定
機架是支撐及其所有附件的可移動機構(gòu)。要保證拆裝方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且每個總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機架上。
為了使機架能夠方便移動，須在架子上裝輪子，因此在架子的4個側(cè)面通過螺栓各連接兩個輪子，使得架子和輪子連接牢固?？拷D(zhuǎn)盤這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。
4.2 架子材料的選擇確定
架子的結(jié)構(gòu)確定后，就需要準(zhǔn)備材料，買材料時要考慮鋼材的性能，同時也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過到市場調(diào)查分析后，臺架選用60㎜×60㎜的方鋼和50×50的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。
受力比較小的底架就用50㎜的角鋼制作，其他的受力大的轉(zhuǎn)架就用60㎜的方鋼制作。在轉(zhuǎn)架與支撐板的固定處需要用軸連接。
表5-1 鋼材的尺寸
規(guī)格
60㎜×60㎜
50㎜×50㎜
橫截面圖
長度
500㎜
567㎜
材料
Q235
Q235
5.3 主要梁的強度校核
估算支撐的質(zhì)量為25㎏（250N），考慮到一些外在壓力，按照重量為600N進行校核。支承軸160㎜，查機械工程材料 P105頁表5-2得，Q235鋼材的屈服強度σ b =375～460MPa，取σ b=375 MP a
解：和軸一樣建立如圖所示的坐標(biāo)系。
以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點為圓點建立如圖6.1所示的平面直角坐標(biāo)系。
因為：FRD =600N ，把RDE從D點移到E后的受力情況如圖6.1所示。
圖5.1
得到一個F和一個力矩M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m
計算軸的集慣性矩Ip和抗彎截面系數(shù)Wz，因為材料和軸的是一樣的，
所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=180/（6773.69×10--6）P a=0.26MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進行制作。解：以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點為圓點建立如圖2.2.1所示的平面直角坐標(biāo)系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡圖如圖2.2.1-b所示。通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在BE點之間。
把F從C點移到B 后的受力情況如圖2.2.1- b 所示。
得到一個F和一個力矩M=F×Lbe=600×0.3N·M=180 N·m
因為：Fba+Fde=2F=1200N
由于軸的受力完全對稱，故Fba=Fde=F=600N
B點和F點的彎矩為：MB=WF=Fba×Lde+M=600×0.01+180 N·m=601.8N·m
受力情況如圖2.2.1所示.
計算軸的極慣性矩Ip 和抗彎截面系數(shù)Wz因為材料和軸的是一樣的，所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=305/（6773.69×10--6）P a=0.45MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.45 MP a=2.25 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進行制作。
第5章 快速輪胎充氣機電路控制設(shè)計
5.1系統(tǒng)分析與設(shè)計
總體設(shè)計思路[1]：首先由壓力傳感器將檢測到的車輪胎內(nèi)部的當(dāng)前氣壓參數(shù)， 傳輸?shù)侥?數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832的一路模擬信號通道，轉(zhuǎn)換出八路數(shù)字信號傳給單片機AT89S52，接著單片機把計算氣壓值送給LCD1602并讓它顯示當(dāng)前氣壓值。然后鍵盤輸入我們需要的氣壓值，經(jīng)單片機AT89S52鍵盤掃描程序讀出鍵值，并在LCD1602上顯示出來，接著通過控制核心(單片機)比較當(dāng)前氣壓值與輸入的氣壓值：如果輸入值大于當(dāng)前氣壓值時，通過單片機發(fā)出一個控制命令驅(qū)動電機工作，開始充氣，在充氣的同時繼續(xù)對氣壓進行采樣，當(dāng)兩個值相等時，中斷驅(qū)動電路，停止充氣；而如果當(dāng)前氣壓值大于輸入值時，單片機發(fā)送控制命令到電磁閥驅(qū)動器，開通電磁閥，放氣開始，與此同時仍然進行氣壓采樣，當(dāng)兩值相等時，電磁閥斷開，停止放氣。在夜間，特別是在有車輛行駛的路邊加氣時，我們有照明燈和警示燈，通過特殊功能鍵可使照明燈發(fā)光工作或警示燈發(fā)出警示信號，給使用者的操作帶來方便，避免發(fā)生交通事故。
5.2 總體設(shè)計流程
本設(shè)計以AT89S52單片機為核心，對所有的數(shù)據(jù)進行處理。將掃描到的鍵盤輸入值在LCD1602上顯示，并運用ADC0832對氣壓傳感器采集到的模擬數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送給單片機進行處理。同時用LCD1602來顯示外部采集到的氣壓值。如果檢測到的氣壓值小于設(shè)定的氣壓值，則單片機控制充氣工作，若檢測到的氣壓值大于設(shè)定的氣壓值，則TLV5616對單片機處理好的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉(zhuǎn)換再將轉(zhuǎn)換好的模擬信號傳送給電磁閥，電磁閥隨著放氣的進行，電磁閥的閥門慢慢變小，放氣的速度也隨著減慢，這樣可以減小誤差。系統(tǒng)的總流程圖如圖2-1所示
比較
相等
初始化
電流采樣（壓力傳感器）
AD轉(zhuǎn)換
單片機
LCD顯示
鍵盤掃描
驅(qū)動電機充氣
電磁閥
放氣
停止電機
相等
大于
小于
是
是
否
否
圖2-1 總體流程圖
5.3 單片機控制模塊的設(shè)計
方案一：采用AT89S52 8位單片機
AT89S52[3]是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS?8位單片機，片內(nèi)含8k?bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS－51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89S52單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。
AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。
AT89S52主要功能特性：
1、兼容MCS51指令系統(tǒng)
2、8k可反復(fù)擦寫(>1000次)Flash ROM
3、32個雙向I/O口等。
此單片機是小型電子產(chǎn)品普遍采用的微控芯片，性價比高。在控制領(lǐng)域應(yīng)用也比較普遍。
方案二：采用高檔高位機——凌陽的61單片機
凌陽的16位單片機就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽最新推出的μ’nSP?（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理器芯片（以下簡稱μ’nSP?）。圍繞μ’nSP?所形成的16位μ’nSP?系列單片機（以下簡稱μ’nSP?家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以μ’nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。
具有以下等性能 ：
① 16位μ’nSP?微處理器；
②工作電壓(CPU) VDD為2.4~3.6V (I/O) VDDH為2.4~5.5V
③ CPU時鐘：0.32MHz~49.152MHz ；
④ 內(nèi)置2K字SRAM；內(nèi)置32K FLASH；
⑤ 使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)；
⑥ 32位通用可編程輸入/輸出端口；
⑦ 7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；
此類單片機功能更強，但是價格比較昂貴。
綜合本設(shè)計所要實現(xiàn)的各部分功能！僅需一片AT89S52單片機就可以滿足設(shè)計的需要，因此采用AT89S52作為主控芯片。
為了使電路更加緊湊，外部引線更加少，需合理設(shè)計整個系統(tǒng)的原理圖[2]，以便硬件規(guī)劃與設(shè)計。硬件總電路圖如圖3-1所示
圖3-1 硬件總體布局
整個系統(tǒng)的控制核心是AT89S52，因此對單片機的資源要合理分配與利用。
單片機的IO口資源分配。
表3-1 IO口分配
鍵盤控制模塊
P0.0-P0.7
設(shè)置比較的氣壓值
氣壓采集模塊
P2.4-P2.7
通過ADC0832采集氣壓
電機模塊(充氣)
P3.3
控制電機的轉(zhuǎn)動
電磁閥（放氣）
P2.1-P2.3
通過TLV5616控制電磁閥
LCD模塊
P1.0-P1.7
LCD數(shù)據(jù)
P3.0-P3.2
LCD控制信號
照明燈控制
P3.4
控制燈的亮滅
在自動充氣機中的各個部分，并不是每一個部分都用到了單片機的控制。由于本文研究的是單片機在自動充氣機中應(yīng)用，因此，對于沒有用到單片機的部分就不做過多的闡述，主要針對有用到單片機的重要部分做詳細(xì)地闡述。在自動充氣機中的氣壓檢測及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊和照明報警模塊都是由單片機來控制，下面將對這四個模塊的設(shè)計做詳細(xì)介紹。
5.4 氣壓檢測及A/D、D/A模塊的設(shè)計
5.4.1氣壓檢測
通過壓力傳感器檢測輪胎當(dāng)前的氣壓參數(shù)并經(jīng)由ADC0832傳給單片機，由單片機給LCD1602送數(shù)據(jù)，讓其顯示當(dāng)前的輪胎氣壓值。
5.4.2方案選擇
方案一：采用ADC0809
8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位，采樣頻率，數(shù)據(jù)并行傳輸，可對8路信號進行分時采樣。多用于對多路信號進行采樣的設(shè)計中。軟件編程比較簡單，ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，因此對它的硬件接線比較麻煩，同時也會加大硬件設(shè)計難度。
方案二：采用ADC0832
ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5V之間。8位2路AD轉(zhuǎn)換器即8位分辨率、采樣頻率、數(shù)據(jù)串行傳輸。此轉(zhuǎn)換器一般用于對少數(shù)信號進行采樣的電路中。外部只有8個引腳，連線簡單方便，但是相對而言軟件編程稍微復(fù)雜一點。
方案三：采用TLV5616 12位轉(zhuǎn)換器。
TLV5616是一個12位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），帶有靈活的4線串行接口，可以無縫連接TMS320、SPI、QSPI和Microwire串行口。數(shù)字電源和模擬電源分別供電，電壓范圍2.7～5.5V。輸出緩沖是2倍增益rail-to-rail輸出放大器，輸出放大器是AB類以提高穩(wěn)定性和減少建立時間。rail-to-rail輸出和關(guān)電方式非常適宜單電源、電池供電應(yīng)用。通過控制字可以優(yōu)化建立時間和功耗比。精度高，數(shù)據(jù)是串行傳輸?shù)摹Ｖ挥?個引腳便于接線，軟件編程簡單。
方案四：采用DAC0832 8位轉(zhuǎn)換器。
DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。數(shù)據(jù)是進行并行傳輸，是以電流的形式輸出。有14個引腳，硬件連線較煩。軟件編程簡單。但是使用它并需外加外部轉(zhuǎn)換電路將電流轉(zhuǎn)換成電壓。
從軟件和硬件制作的角度考慮，采用8引腳的ADC0832對采集到的氣壓值進行AD轉(zhuǎn)化。采用TLV5616對數(shù)據(jù)進行DA轉(zhuǎn)化。
5.4.3電路設(shè)計與分析
ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC083可以使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們對單片機技術(shù)水平的提高。
1、ADC0832 具有以下5個特點：
· 8位分辨率；
· 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；
· 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；
· 5V電源供電時輸入電壓在0～5V之間；
· 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μS；
其引腳電路圖如圖4-1所示
圖4-1 ADC0832引腳圖
芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32μS，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易地實現(xiàn)通道功能的選擇。
正常情況下ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI（如圖4-1）。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效且與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。
當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片處于禁用狀態(tài)，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下降沿之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進行輸入。到第3個脈沖的下降沿之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖的下降沿開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖的下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下降沿輸出DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。
在本設(shè)計中，我們只用到了一個CH0轉(zhuǎn)換口。故本設(shè)計的DO/DI兩端口的數(shù)據(jù)應(yīng)為“1”、“0”。分別用P2.1和P2.2口控制。
CPU向TLV5616發(fā)送的串行數(shù)據(jù)每幀為16位，其中高4位為控制位，低12位為轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，高位在前，低位在后。VREF為參考電壓輸入端（系統(tǒng)中接運放1的輸出），VOUT是電壓輸出端。片內(nèi)有一個2倍的輸出放大器，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
??? VOUT＝2×VREF×Di／4096
VREF參考電壓的范圍為0V-3.5V。所以我在設(shè)計時參考電壓的選擇是外接一個上拉電阻可選電壓為0V-5V。這樣可以方便選擇參考電壓。為硬件調(diào)試打下好的基礎(chǔ)。其與單片機的接口如圖4-2所示。
圖 4-2 TLV5616引腳接線
5.5 軟件設(shè)計
5.5.1 A/D模塊軟件設(shè)計
A/D模塊的軟件設(shè)計流程圖如圖4-3所示
圖4-3 AD轉(zhuǎn)換流程
其程序[5]如下:
uchar adc0832(uchar channel) //讀ADC0832函數(shù),采集并返回
{
uint dat2=0;
uchar ndat=0,i=0,j;
if(channel==0)channel=2;
if(channel==1)channel=3; //通道選擇.
AD_CS=0;_nop_(); //拉低CS端，AD片選
DI=1;_nop_(); //在第一個脈沖下降之前 DI 必須是高電平,表示啟始信號
SCK=1;_nop_(); SCK=0;_nop_(); SCK=1;
DI=channel&0x1;_nop_();//在第二和第三個脈沖下降之前 DI 輸入兩位表示通道
SCK=0;_nop_(); SCK=1;
DI=(channel>>1)&0x1;_nop_();
SCK=0; //寫命令完成,DI失去輸入作用
DI=1;_nop_();
dat2=0;
for(i=0;i<8;i++) //讀出8字節(jié)數(shù)據(jù)
{
dat2|=DO;
SCK=1;_nop_(); SCK=0;_nop_();
dat2<<=1;
if(i==7)dat2|=DO;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
j=0;
j=j|DO;
SCK=1;_nop_();SCK=0;_nop_();
j=j<<7;
ndat=ndat|j;
if(i<7)ndat>>=1;
}
AD_CS=1;
SCK=0;
DO=1;
dat2<<=8;
dat2|=ndat;
return(dat2); //返回數(shù)據(jù)
}
A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理過程是用采樣兩次數(shù)據(jù)對比的方法。第一次數(shù)據(jù)采集是使用正向存儲的方式，就是高位在前低位在后。而第二次則是反向存儲的方法。低位在前，高位在后，所以在做數(shù)據(jù)對比時，必須把第二次數(shù)據(jù)反過來。當(dāng)測得的兩次數(shù)值是一樣的時候，則返回數(shù)值，若不一樣則再次進行測試。這樣就保證了測得的值的準(zhǔn)確性。
5.5.2 D/A模塊軟件設(shè)計
D/A轉(zhuǎn)換模塊是采用是TLV5616。對數(shù)值進行D/A轉(zhuǎn)換。其主要程序如下：
void spiwrite(int temp) //寫數(shù)據(jù)
{
uint i;
setcs(0);
for(i=0;i<16;i++)
{
pindin=(bit)(temp&0x8000);
setsclk(1);
temp<<=1;
nnop(1);setsclk(0);nnop(1);
}
setcs(1);
}
TLV5616的控制僅靠數(shù)據(jù)的第14，15位。所以一般情況下寫控制和數(shù)據(jù)是同時進行的。這樣的程序就簡潔了。TLV5616的數(shù)據(jù)傳送是串行發(fā)送的,因此對時序的要求很嚴(yán)，要嚴(yán)格按照時序來發(fā)送。
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總 結(jié)
時間過得真快，轉(zhuǎn)眼間XX個月的畢業(yè)論文設(shè)計就要結(jié)束了。由于基礎(chǔ)薄弱，設(shè)計起來很困難，剛拿到課題時找資料是第一大難關(guān)，那時腦子里一片紊亂，無從下手，記得當(dāng)時在圖書館呆了幾個下午，挑了好多的書，但總是無法把那些片段串聯(lián)成一個方案，后來通過老師和同學(xué)們的幫忙，漸漸有了頭緒，確定了方案，正式著手設(shè)計。設(shè)計時只有拿著書本慢慢學(xué)，參考書本，經(jīng)過兩個月的摸索和學(xué)習(xí)，把原本不清楚的東西都學(xué)會了，在這期間走過彎路，不知所措，經(jīng)過指導(dǎo)老師俞老師細(xì)心的講解加上自己的努力，同學(xué)的幫助，終于完成了設(shè)計。
這次畢業(yè)設(shè)計對我以前學(xué)過的理論知識起到了很好的回顧作用，以前在校學(xué)習(xí)時不夠清楚如何應(yīng)用所學(xué)知識，對所學(xué)的課程不能很好的融會貫通。以前我們每學(xué)期都會有一些各個科目的課程設(shè)計，但那樣的設(shè)計都會在老師的不斷提醒下完成，這次的畢業(yè)設(shè)計就有所不同，它需要自己去查找資料，自己拿出方案，找出設(shè)計的突破口，經(jīng)過一個月左右的努力，這次設(shè)計才有了一個明確的思路。參考書本，經(jīng)過兩個月的摸索和學(xué)習(xí)，把原本不清楚的東西都學(xué)會了，在這期間走過彎路，不知所措，經(jīng)過指導(dǎo)老師俞老師細(xì)心的講解加上自己的努力，同學(xué)的幫助，終于完成了設(shè)計
在設(shè)計中遇到很多困難卻令我難忘，特別在用AUTO CAD制圖在繪制液壓原理圖時，由于對AUTO CAD軟件應(yīng)用不熟練，還得邊翻書自學(xué)邊畫圖，畫一張簡單的圖往往要花上幾天的時間，還要將畫好的原理圖復(fù)制到WORD中，進行排版。雖然麻煩，但這次課程設(shè)計使我對AUTO CAD軟件有了進一步的了解，并能較為熟練的應(yīng)用它。
通過本次設(shè)計，我對液壓方面的知識有了更深一步的了解，也進一步掌握了各類液壓元件的功能以及經(jīng)常會出現(xiàn)的故障。為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
我們即將步入社會，我們面臨的將會是更多的困難和挑戰(zhàn)，只要我們努力學(xué)習(xí)，勇于實踐，勤學(xué)好問，就會懂得以前不明白或不十分明白的道理，就會很快地成長和成熟起來，我也相信，憑著我自強不息，勇于拼搏的精神，定能很快 適應(yīng)這個多變的社會，充分發(fā)揮長處，朝我的方向不斷前進，前進，再前進！
這次的畢業(yè)設(shè)計就有所不同，它需要自己去查找資料，自己拿出方案，找出設(shè)計的突破口，經(jīng)過一個月左右的努力，這次設(shè)計才有了一個明確的思路。
總之，通過這次畢業(yè)