电子装置的可靠性设计

电子装置的可靠性设计（精选11篇）

电子装置的可靠性设计 篇1

摘要：本文以STC89C52单片机为核心, 采用电阻应变压力传感器、24位AD转换器、步进电机等模块实现电子式硬币分拣装置, 具有体积小, 识别速度快, 识别率高, 功能丰富等优点, 具有一定的应用价值。

关键词：STC89C52,电阻应变压力传感器,24位AD转换,硬币分拣

1引言

硬币以其成本低, 流通次数多、耐磨损、易回收等无可替代的优势将占领小面额货币市场是大势所趋。在目前国内的小面值货币流通的领域, 硬币分拣大多为人工操作, 生产率低, 浪费劳动成本。部分采用机械式硬币分拣系统, 具有系统体积庞大, 成本高的缺点。

本文旨在设计以STC89C52单片机为核心的电子式金属硬币分拣装置能够快速清分不同种类的金属硬币, 通过LCD显示硬币种类数量, 同时加入了语音播报功能, 使得系统的具有智能化、人性化的特色。

2系统设计方案

由于各个金属硬币重量不同 (1角硬币3.2克, 5角硬币3.8克, 1元硬币6.1克) , 故系统使用电阻应变压力传感器, 对于不同的硬币数值通过HX711芯片将动态变化的阻值进行AD转换, 然后驱动步进电机旋转机械臂相应的角度, 并通过电磁铁吸合金属硬币至指定出口槽, 并通过LCD12864显示硬币类型及数量, 以及语音播报。系统方案框图如1:

3系统电路说明

(1) 压力传感器及24位AD:压力传感器采用高精度电阻应变式压力传感器 (750g) , 其主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成, 内部线路采用惠更斯电桥, 当弹性体承受载荷产生变形时, 电阻应变片 (转换元件) 受到拉伸或压缩应变片变形后, 它的阻值将发生变化 (增大或减小) , 从而使电桥失去平衡, 产生相应的差动信号, 通过HX711芯片 (24位AD) 可以获得精度在0.1g的重量数值。为了尽量避免外界电磁干扰对24位AD转换数值的影响, 选择带金属屏蔽罩的HX711芯片, 实测情况良好。

(2) STC89C52单片机:该单片机是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器, 具有8k字节Flash, 256字节RAM, 32位I/O口线, 3个16位定时器/计数器, 5个中断源, 1个全双工串行口, 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

(3) 步进电机及驱动器:采用两相四线42步进电机, 驱动电压12V, 电流2A。采用THB6128步进电机驱动器, 可以很方便实现对电机的正反转、停转、以及调速控制。通过拨码开关可以灵活调节细分数 (8档) 控制以及电机电流 (6档) 控制, 使电机转动平稳、噪音小、震动小。

(4) 蓝马语音模块:对分拣结果实现语音播报功能。

(5) 电磁铁:与步进电机连接的机械臂连接, 用于吸合金属硬币, 旋转一定角度至指定金属币槽。电磁铁通过继电器控制其导通与关闭。

(6) LCD12864:4行字符液晶, 可以显示汉字, 带字库, 用于显示分拣结果, 包括币种、数量等信息。总电路图如2:

随机选择多枚1角、5角、1元硬币测量, 其结果如下:单种硬币测量:每种测量5次, 每次20枚, 共100枚, 准确率100%;混合硬币测量:每种测量5次, 每次20枚, 共100枚, 准确率99%, 优化算法, 可以达到99.9%以上。

4结束语

本文所设计的电子式硬币分拣装置, 摒弃传统的手工硬币分拣或机械式分拣, 结合电阻应变压力传感器、24位AD转换器、步进电机、电磁铁等结构实现电子分拣硬币, 具有体积小, 识别速度快, 识别率高等优点。同时具有分拣结果LCD显示、语音播报等实用功能, 具有一定的市场应用前景。

参考文献

[1]张毅刚.单片机原理及接口技术[M].北京:人民邮电出版社, 2011.

[2]单成祥.传感器理论设计基础及其应用[M].北京:国防工业出版社, 2010.

[3]俞家琪, 何立民.步进电机基础教程[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2000.

电子装置的可靠性设计 篇2

2、器件特点

电力二极管：由于存在结电容，有反向恢复时间，在未恢复阻断能力之前，相当于短路状态

晶闸管：电流型器件。擎住电流 IL，触发后，当IA > IL 撤除Ig，仍导通。

维持电流IH，当IA < IH时阻断。要关断晶闸管，必须使IA小于维持电流。

电力三极管：电流型器件。二次击穿，当Uce超过超过集电极额定电压后，发生正向雪崩击穿，Ic剧增，称为一次击穿。一次击穿后如不及时限流，大的集电结功耗会造成局部过热，导致三极管等效电阻减小，Ic再次急剧上上升，管子瞬时过热烧毁，称为二次击穿。

电力场效应管：电压型器件。单极性导电，开关速度快，常工作在高频方式，存在寄生体二极管D，有反向恢复过程，易引起管子损坏。导通电阻有正的温度系数，便于并联使用（易于均流）

IGBT：电压型器件。MOSFET与双极晶体管构成的复合管，无二次击穿，有擎住效应。

达到擎住电流后，IGBT失去控制能力。解决办法：工作电流不超过规定最大值，并尽量减小du/dt值。

3、器件缓冲电路

主要作用：抑制开关器件的di/dt、du/dt，改变开关轨迹，减少开关损耗，使之工作在安全工作区内。

分类：无极性、有极性、复合型 RCD关断缓冲电路（P14）

电容选择：原则1：按总损耗为最小确定电容值

原则2：按临界缓冲计算电容

电阻选择：

1、器件最小导通时间应大于电容的放电时间常数

2、电容的最大电流与工作电流之和不超过器件额定值，为防振荡，采用无感电阻

二极管选择：要求快速回复，耐受瞬时大电流，耐压高，一般选用快速恢复二极管。

4、保护技术

保护的类型： 过电流保护、输出过压保护、输入瞬态电压抑制、输入欠压保护、过温保护、器件控制极保护（P19 重点，清楚其中各元件的作用。）

第二章

1、线性电源与开关电源的区别：线性电源管子工作在线性放大区，开关电源工作在开关模式

2、开关电源的基本组成：1.开关电源输入环节，（输入浪涌电流的抑制：限流电阻

加开关、采用负温度系数热敏电阻NTC）2.功率变换电路（P23）：拓扑结构，Buck、Boost、BuckBoost（不带隔离）

正激、反激、推挽、半桥、全桥（带隔离变压器）

重点掌握前5种的工作原理，波形绘制很重要 3.控制及保护电路：控制主要方式是PWM，又分为电压控制模式和峰值电流控制模式

3、反激变换器：开关管导通时电源将电能转为磁能储存在电感（变压器）中，当开关管关断时再将磁能变为电能传送到负载(那么应该知道正激变换器了吧) 单端变换器：变压器磁通仅在单方向变化

4、重点掌握单端反激开关电源（P27）

工作模式：连续和不连续，两种模式输出电压表达式（输入公式困难，自己看书）第三章 逆变器

1、逆变器的主电路拓扑机构：半桥式、全桥式、推挽式（P55）

2、半桥电压利用率低，仅为直流母线电压一半，但其可以利用两个大电容自动补偿不对称波形，这是其一大优点。

3、全桥和推挽电压利用率均为半桥2倍，但存在变压器直流不平衡的问题

4、推挽的主要优点是电压损失小，只有单管压降。而且两个开关管的驱动可以共用，驱动电路简单。

5正弦脉宽调制（SPWM）：利用面积冲量等效的原理获得谐波含量很小的正弦电压输出，其谐波主要分布在载波频率以及载波频率的整数倍附近。

5、SPWM类型：单极性SPWM，双极性SPWM，单极性倍频SPWM

6、怎样区分单极性与双极性：（简单）看输出半周期内脉冲是否正负交替

7、单级倍频的有点：Uab存在三种电平（哪三种因该知道吧），电压脉动幅度比双极性低一倍，相同开关频率下输出SPWM脉动频率单极性倍频比双极性高一倍（单极倍频为载波频率两倍，双极性为载波频率），有利于猴急滤波。

8、会分析什么时候产生什么样的驱动信号，那些管子导通，输出什么样的波形。

9、什么是载波比？什么是调制比？（自己找一下答案比较好）

10、输出电压表达式：幅值 = 直流侧电压 * 调制比。有效值又是什么样的？

11、直流偏磁问题：由于逆变电压中出现直流分量，使变压器磁芯的工作磁滞回线中心偏离了坐标原点 ,正反向脉冲磁过程中工作状态不对称，使得变压器正负半周传输的能量不平衡，称为直流偏磁现象。

12、哪些变换电路存在直流偏磁现象：全桥变换一般存在，半桥变换利用两个大电容自动补偿不对称波形，不存在。

13、直流偏磁危害：造成变压器磁芯单向饱和 ,励磁电流急增, 威胁器件的安全运行。同时逆变器输出电压波形发生严重畸变。

14、直流偏磁产生原因：控制系统的电源电压或元件参数引起三角载波或正弦调制波正、负半周不对称

15、抗不平衡措施：分静态、动态。静态：严格挑选器件，注意驱动电路一致性

动态：模拟补偿、数字适时补偿

16、辅助电源：为控制电路、检测电路、驱动电路等供电

17、感应加热电源：先将市电整流，在逆变为高频交流给感应线圈供电。分为串联谐振和并联谐振两种。其功率调节是靠调节工作频率来实现的，在谐振点附近时负载等效阻抗最低，电流大，功率亦大。提高频率后阻抗增加，电流减小，功率减小。第四章 不间断UPS

1、UPS定义：Uninterruptible Power Supply是指当交流输入电源（习惯称为市电）发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置。

2、UPS的类型：后备式、双变换在线式、在线互动式、Delta变换式

3、后备式原理：原理框图（P95）

市电正常时，充电器给蓄电池充电，市电经过滤波、稳压后向负载供电  市电异常（含掉电）时，蓄电池通过逆变器向负载供电 特点：

1、市电—电池转换时，输出电压有转换时间

2、供电品质不高

3、结构简单、成本低、效率高

4、双变换在线式原理：原理框图（重点掌握P95）

市电正常时，市电经AC/DC，DC/AC两次变换后给负载供电 市电故障时，由蓄电池经DC/AC变换供电

只有当逆变器故障时，才通过装换开关切换，市电直接旁路给负载供电 特点：市电—电池切换时，可实现零时间切换

供电品质高，结构复杂，成本高、效率低

5、在线互动式: 市电正常时，UPS逆变器工作在整流状态，向电池充电，市电通过智能调压直接向负载供电

市电掉电后，逆变器转为逆变状态，电池通过逆变器向负载供电 特点：

1、市电—电池转换时，输出电压有转换时间

2、供电品质较低

3、结构简单、成本低、效率高

6、Delta变换式

只对输出电压的差值进行调整和补偿

特点：

1、市电—电池转换时，可实现零切换时间

2、供电品质高

3、前端变换器功率等级较低

4、结构较复杂、成本较高（低于双变换在线式UPS）、效率高

7、蓄电池的基本性能指标（P106）：

放电终止电压：表示电池不允许再放出电能时的电压，通常为1.75V/单格。放电率：放电至终止电压的电流大小或时间快慢。可用放电电流或放电时间表示。容量：放电电流与放电时间的乘积来表示，单位为安时(A·h)放电电流：就是电池的输出电流

8、逆变、市电切换

a.机械接触器：可以防止电弧，但不能很好解决对后级负载不间断、无扰动供电 b.静态开关：零时间切换，但是有管耗

c.混合式开关：同时导通实现不间断供电，但可能产生环流

9、输出滤波：作用是滤除逆变桥输出SPWM波中的谐波分量。由于输出脉宽调制波中的谐波主要分布在开关频率附近，选取LC滤波器的谐振频率满足（P113 式4-5）

10、同步锁相组成：鉴相器、环路滤波器、压控振荡器 第五章

1、四象限斩波调速（重点分析P135）

各象限运行时的工作原理，各管的通断状态（对照书上进行分析,图不好贴）

2、具有中间环节的DC/DC变换器

为什么采用具有中间变换环节的变换形式：输入输出电压悬殊，采用具有中间高频环节的变换形式，经高频变压器实现降压或升压 工作原理：直流输入电压经输入滤波后加到半桥式逆变器电路上，逆变后的方波经高频变压器降压，再经二极管不空整流，得到低压直流电压。输出电压通过闭环控制逆变器的PWM信号，达到电压的控制，实现电压稳定输出。

3、TL494锯齿波形成（P141）：频率由5端和6端电容、电阻决定f=1.1/RC（知道1.1是都少吗？Ln3,想到什么了吗）。5端产生锯齿波

4、TL494的脉宽控制原理（P141，结合图5.11进行分析）第六章

1、交流调功器：调节输出功率，对电压，电流没有严格要求。

2、交流调功器的控制模式：过零触发半周波控制（定周期/ 变周期）、调相触发 控制

3、过零触发半周波控制：将交流电源每N个电压半周定为一个调节周期T，在该调节

周期内调节导通电压半周的个数M来调节输出功率。

特点：负载得到的电压(电流)波形总是完整的正弦波，避免了电流的瞬时冲击，功率因数高，但负载电流存在频率低于基频的次谐波分量，应用范围受限制，且调节周期较长。

4、调相触发控制：以每个交流电压半周为调节周期，通过调节晶闸管的导通相位角进行调功。

特点：负载的电压(电流)是缺角正弦波，功率因数差，且存在高次谐波，对电网和无线电波会产生射频干扰

5、谐振型逆变器（有可能会画波形）

主电路结构：1.串联谐振逆变电路。

2.电容分压电路（可增强电路承受冲击负载的能力P168）3.移相调压(使得逆变电压可控P168)6、400Hz谐振型逆变器实例分析 总体构成（P169图6.19）：

1浪涌抑制电路（启动电阻R97，接触器JC）2输入滤波电路（滤波电感L01 电容C1-C4）

3移相全桥电路（Q1、Q2、Q3、Q4以及开关器件的RCD缓冲电路）4主变压器、5反馈变压器、6桥臂直通保护电路（上下桥臂直通时，触发QE、QF，强制关断Q2、Q4）

第七章 电力系统用电力电子装置

1、阻抗补偿方案（P175）：1.晶闸管投切电容器TSC

2.晶闸管控制电抗器TCR（晶闸管触发角90-180）3.晶闸管控制串联电容器TCSC

2、电压源变流器补偿方案：1.无功功率发生器 2.开关型串联基波电压补偿

3、谐波危害：公用电网、电缆、用电设备、继电器接触器、电气仪表、环境电磁干扰、电网局部谐振等（P181）

3、无源滤波器的缺点： 1.受参数影响；

2.消除特定次谐波；

3.与无功补偿、调压要求难以协调

4、有源滤波器（APF）的原理： 针对电网中非线性负载，检测其谐波电流，作为电流指令控制一个与电网并联的电流发生源，使之输出电流跟踪指令电流，该电流源就提供了非线性负载所需的谐波电流，电网只需提供基波电流。

5、有源滤波器拓扑结构：串联型、并联型、混合型，其变流器分电压型和电流型

6、直流输电基本原理：包括直流输电线和两个换流站，一站工作在整流，一站工作在逆变，功率从整流站向逆变站传送。直流输电系统通过调节换流器的触发控制角，将两端换流站的直流电压极性同时反向，实现输送功率翻转。

7、直流输电主接线方式: 双极方式、单极大地回线方式、单极金属回线方式、单极

双极线并联大地回线

8、直流输电有点：1.方便电网互联

2．线路造价低，功耗小 3．适宜远距离输电

9、直流输电缺点：

1、换流装置价格昂贵，结构复杂

2、消耗无功功率

3、产生谐波

4、控制装置复杂

10、直流输电适用场合：

1、与距离大功率输电

2、海底电缆隔海输电

3、出线走廊拥挤地区

4、两大系统互联或不同频率电网连接

11、直流输电的控制和调节：稳态直流电流表达式（P193）

明显从式中可以看出改变那些量可以改变直流电流 第八章

1、形成电磁干扰的条件：

1.向外发送电磁干扰的源——噪声源 2.传递干扰的途径——噪声耦合和辐射 3.承受电磁干扰的客体——受扰设备

2、常用抑制电磁干扰的措施：1.用电路和器件抑制电磁干扰

浅谈电子自动化装置的干扰研究 篇3

【关键词】电子自动化；自动化装置；干扰；抑制；措施

1前言

伴随着电子自动化技术的不断发展，电子自动化装置也变得越来越先进，电子自动化装置的种类和功能都发生了较大的变革，有力的服务于工业。然而，在工业控制现场作业的电子自动化装置却受到诸多干扰的影响。由于在工业控制现场分布着种类众多、数量巨大的电磁信号，并且这些杂散的电磁信号在频率上是不尽相同的，由此而带来了噪音。众所周知，工业控制现场的噪声不受接受者的影响和控制，独立于有用信号而存在，因此其是绝对的。同时，不同忽视的一点是电子自动化装置的干扰来源于噪声，是噪声达到一定数值后而形成的。对于电子自动化装置而言，其接受和受影响的信号包括有用信号和干扰信号，通常情况下，干擾信号可以通过一定的技术手段或者设备的感受等等条件下消除，而噪声因其存在的绝对性而无法被消除只能被降低。本文首先分析探索了电子自动化装置的干扰产生和传播的几种因素，详见下述：

2静电干扰因素分析

静电干扰是指在电子自动化装置运行过程中，由于产生的电场与装置中的电容耦合并对电子自动装置产生干扰而形成的电磁干扰现象。其中电子自动化装置受到来自电动机装置、动力线路、变压器、磁铁、交流接触器等所能够产生不同程度的磁场的设备的干扰。这些设备在一定条件下运转时还会产生诸如交变电磁场等干扰信号，例如：流过较大电流的动力线周围存在着较强的电场，电场强度随着电路和动力线之间电容强度的增大而变大从而对周围的电路产生干扰。

2.1磁场耦合干扰因素分析

磁场耦合干扰是一种感受式干扰，其产生主要是由于电子装置流过较强的电流线路时，而在其周围形成变化的电磁场，电磁波的产生伴随着电子自动化装置的运行，而产生于装置所在的空间内，电弧影响的电磁辐射、触点电器运行产生电火花辐射干扰、高频感应加热炉运行产生电磁辐射干扰等是电磁辐射干扰的常见类型，也是极易被电子自动化装置吸收而干扰装置正常运行的主要电磁波。此外，交变电磁场的存在使其附近的动力线、变压器、交流电动机、交流接触器以及电磁铁等也会产生被干扰现象的发生。

2.2共模干扰因素分析

电子自动化装置的接口通产采用差分形式完成信号的传输，但装置收发器的共模电压具有规定的范围，当线路之中的共模电压超出既定范围时，就会对电子自动化装置产生干扰。这中干扰通常伴随着强大的干扰信号，轻则影响到电子自动化装置的正常通信，严重时则能够对电子自动化装置的零部件，尤其是通信接口产生破坏。此外，高频感应加热炉、可控硅中频炉以及各种有触点电器所产生的电火花、电弧等都会产生电磁波，而当电磁波达到一定程度后就会对装置产生干扰。

3总结

通过本文的分析，我们知道电子自动化装置的干扰主要来源于电场、磁场以及电磁场等产生的信号干扰。而针对这些干扰的措施主要从两方面入手：第一是从隔离的角度出发，即通过屏蔽层从电路上吧干扰源和受干扰电路隔离，以此降低或者削弱干扰源同被保护对象之间的干扰作用，保障有用信号的传输，抑制干扰信号的作用。第二从滤波的角度出发，就是采用相应的技术手段或者材料对信号进行有效筛选和传输。总之为抑制干扰，可对电子自动化装置的电流设计、电路设计、线路及线路板设置以及装置屏蔽条件等多方面入手，有针对性的采取抑制措施。

参考文献：

[1]罗鸣.刍议电子自动化控制装置的干扰及抑制[J].中国科技纵横，2010，（14）：237，259.

[2]卢俊棋.论工业电子自动化控制装置常见干扰及对策[J].广东科技，2008，（24）：57—59.

电子装置的可靠性设计 篇4

1 机械电子式软启动装置结构特征

机械传动系统和控制系统组成了机械电子式软启动装置, 其中传动部分则主要包括了电机、差动行星齿轮减速结构以及蜗杆传动机构三部分组成。控制部分由计算机、变频器、可编程程序控制器以及调速电机组成。机械的软启动装置在工作的过程中可以对调速电动机的转速进行有效的调节, 保证输出轴的无极调速。

这种装置和以往的软启动装置相比, 有着非常明显的优势。第一这种装置的内部采用的是双电机差动行星齿轮减速机构, 这个结构和传统的结构相比操作更加便捷, 而且工作效率和工作质量得到了明显的提升, 同时, 这种结构的稳定性和安全性也更强, 能够大大降低运行的成本, 装置采用的技术也非常先进, 所以这也就决定了其在实际应用中可以发挥更大的作用, 这种装置基本可以满足散装货物运输中的所有要求, 而且相关的质量问题很少发生, 所以在安全性和稳定性方面也有了更大的保证, 减少了用于机械设备维修和养护上的投入, 从而也更好地保证了生产的连续性, 同时, 机械电子式软启动装置能够实现无线传递的功能, 这也就说明这种设备能够在速度比较慢的状态下保持长时间的稳定工作, 同时这项技术在应用的过程中可以选择小功率运转, 不用启动液体传动机也能满足传送的需要, 所以受到环境的制约也相对较小。

2 电子式软起动装置的工作原理

机械电子式的软启动装置能够在对启动电压进行有效控制的基础上保证转矩符合相关的运行要求, 而且也不会影响电流的产生, 在保护机械稳定运行的基础上还能保证操作人员的人身安全, 能够有效, 地降低安全事故的发生率, 也能够进一步的促进人力资源和社会资源的合理利用, 根据运送货物重量的差异来对启动电流进行适当的调整。这种设备的启动装置是非常小巧的, 所以也不容易发生故障, 为装置的维护工作也提供了诸多的便利。这种装置当中的回路开关部件都是由大功率的晶闸管来控制的, 使用单片机对整个装置中的重要部分进行控制能够更加方便快捷地对其进行管理, 在电击端的电压不上升的过程中能够对晶匣管调压器的电压进行有效的控制, 根据内部的运转情况对电压进行有效的控制和调节。晶匣管在完全开启的状态下, 电机的电压是额定电压, 利用这种装置能够更好地保证晶匣管的工作时长, 保证电机在稳定的状态下工作, 而且持续的时间也相对更长。在软启动装置需要关闭时, 首先要关闭旁路的接触器, 然后传送的速度由快到慢不断递减, 最终停止, 这样就使该装置处于停止工作的状态。

3 电子式软起动装置设计

3.1 软启动装置的控制系统硬件的设计

通过对电子式软启动装置的结构分析得知其结构上是采用双电机驱动差动行星齿轮减速机构构成的, 经过主电机驱动太阳轮, 行星论和内齿轮来驱动行星架转动, 这些流程的有序运行最终促成工作机的驱动。在这些硬件设备上需要进行怎样的设计来满足实际工作中的需要是控制系统硬件设计的主要任务。

皮带差传送机需要在非常严格的环境下进行工作, 同时对控制过程也提出了比较高的要求。针对这些实际的情况, 系统将可靠性高且性能稳定的可编程控制器作为系统控制的核心。根据实际使用情况中的数据参数来确定控制的具体过程和内容, 计算机在系统中处于上位机的位置, 能够及时、有效的与可编程控制器进行连接, 从而完成现场参数的记录和动态分析。

根据控制系统的流程决定了其功能的完善和全面, 在用户发出开始运行信号以后, 系统就会自动的开始接下来的一系列工作, 做到全自动化操作。在设计的过程中将用户的要求最为最主要的参考目标。

3.2 控制系统的软件设计

电子机械软启动控制系统内部的构造是借鉴了很多国际的领先技术进行发明和创造的, 它充分利用了现在非常流行的电子计算机技术, 有效地对运行过程中的每个环节都进行有效的控制, 所以在设计方面一定要做到科学合理。

3.2.1 可编控制程序的设计

在对可编程序控制器程序进行设计的过程中主要涉及了两个部分的内容, 一个是面向过程的控制语言设计, 另一个是面向问题的形象语言设计。这两种设计都能使装置的结构单位相对简单, 同时以梯形图进行。程序设计过程中方案主要参考的目标是控制系统的流程图和控制系统的功能, 针对实际需要做出合理的设计结果, 完成控制系统全部功能的运用。

3.2.2 上位机编程软件的选取和系统设计

面对目前应用较广的VB开发工具, 成为大规模分布式管理系统和通讯控制等应用的主要设计工具。结合口通接讯实现了软启动系统中的全部过程。汇编的语言程序通常都有着极高的效率和执行速度, 在程序设计过程中紧凑的目标代码发挥着不可取代的作用。机械电子式软启动控制系统则兼顾了二者的长处, 通过界面的设计和软件对数据的处理实现其功能。上位机软件系统中涉及了参数监控、远程控制、参数分析、数据分析、限权设置以及离线编程等系统设计过程, 将这些分系统的功能尽可能全部实现。严格按照设计的要求落实各个控制系统的设计工作, 保证上位机系统的功能完整。为实现机械电子式软启动装置的更新利用做好充分的准备工作。

结束语

机械电子式软起动装置是科技发展的产物, 所以这个装置也有着一定的复杂性, 但是它又极大地推动了散装运输的发展, 机械电子式软起动装置的出现符合我国社会的发展潮流, 能够更好地体现科技的影响力, 为很多其他领域的工作都提供了方便。

参考文献

[1]唐艳云, 唐曙光, 丁伟雄.带式输送机几种常用软启动装置的性能分析[J].矿山机械, 2004 (8) .

电子装置的可靠性设计 篇5

申请公布日：2016.07.20

申请人：株式会社村田制作所

地址：日本京都府

发明人：金山吉广；田边秀雄

Int. Cl.：B41N1/06（2006.01）I；B41M1/10（2006.01）I；H01G4/12（2006.01）I；H01G4/30（2006.01）I

优先权：2015-003062 2015.01.09 JP；2015-172028 2015.09.01 JP

电子装置的可靠性设计 篇6

1 MSP430 系列概述

MSP430系列的单片机在推出的短暂时间即被广泛的应用,其主要的原因在于该单片机具有以下的功能优点 :

第一,功耗低。单片机电源电压则为1.8~3.6V的低电压,RAM的数据存储方式下其其耗电量也仅为0.1u A,而其在活动模式下的耗电量则为250p A /MIPS(MIPS :每秒百万条指令数 ),IO输入端口的漏电流最大也仅50n A。

第二,强大的处理能力。MSP430系列的单片机为16位的单片机,该结构为典型的RISC结构,通过该结构其可在一个时钟周期内执行一条指令,而与传统的51系列相比,则通常要在12个时钟周期其才可以执行一条指令。由此使得其传导指令的速度大大提高,并在性能方面要远远优于一般的单片机。

第三,丰富的外围模块。该系统具有看门狗、比较器等多重功能,通过看门狗可在程序失控的时候对其进行快速的复位 ;通过模拟比较器则可对模拟电压进行比较,设计出更为精度高的A/D转换器 ;通过捕获 / 比较存储器可用于对系统相关事件的计数等等功能。而这些功能都使得该MSP430系列其具备良好的功能模块,被大量的应用。

同时结合 该系列对 其各种各 样型号的分 析和总结,本文决定 采用MSP430F169,其主要的原因在于该芯片的实用性。

2 系统硬件组成

本文所设计的实验教学平台其主要采用由TI公司所制造的MSP430系列中的F169单片机,该型号属于典型的“冯·诺依曼”结构,其中的ROM、RAM以及其外围的模块都在同一个地址空间当中,其最大的寻址范围可达到62KB,其中Flash闪存60KB,2KB的RAM,内部有看门狗定时器、精确模拟比较器1个、硬件乘法器1个、捕捉 / 比较寄存器的定时器2个、2路12位的DAC转换器、8路12位ADC转换器、2个支持IZC的通信协议、48个I/O引导、支持SPI通信协议的USART串行通信接口。同时该系列单片机还有JTAG仿真接口和高级语言编译器。该系列单片机技术其丰富的功能,从而使得其成为应用比较广泛也备受欢迎的单片机技术。其具体的整体设计架构如图1所示。

通过该实验装置,可有效的提高用户的动手和实践能力,在整板上尽量节约I/O资源,通过插针将可用的I/O资源引出,以此让用户可拥有更多的可拓展的功能空间。同时通过仿真调试软件,在线实现对平台的开发和调试,包括C语言、动态调试等。这种在线调试的技术其具有多断点和跟踪调试的功能,并可有效的观察其内部存在的变量数值变化,以此加强对芯片内部资源的应用理解。

3 系统硬件设计

该系统硬件系统包括电源、PCB设计、温度采集、语音采集等模块,对此本文仅选择其中的部分进行设计。

3.1 电源设计

在该实验平台当中,根据学生使用的电源情况的不同,将其电源分为3.3V与5V两种电源电压。其中主控芯片电压需要3.3V,而其他的器件则可能需要5V。因此,在电源电压模块则需要将电压进行转换。对此,本文选用由美国TI公司其生产的TLV1117-3.3线性稳压芯片作为对系统的供电电源进行控制。该芯片其为单输出的LDO,固定的输出3.3V的电源电压,对外可提供大约800m A的负载电流,并且具有对电流的限制和过热保护等方面的功能。该实验装置的电源电路的接口输入电压为5V的直流,通过其中的二极管的稳压作用,从而使得其电压滤波变得平稳,此后再通过TLV1117-3.3芯片,将5V的直流电压转换为3.3V的直流电压,以此实现系统器件对电压的要求。上述在采用二极管的时候,在芯片的输入和输出端都增加了0.1μF和10μF的电容,以此对电压进行滤波,从而保持电压的平稳,提高电压的质量,并减少其对在整个系统的干扰。其具体的原理设计图则如图2所示。

3.2 JTAG 接口设计

在MSP430F169芯片当中,其有着60KB的FLASH闪存空间,并具备JTAG调试接口,通过对程序的编辑,通过JTAG接口将编辑好的相关程序从电脑中下载到FLASH存储空间当中,由此通过该接口控制程序的运行、信息读取、信息下载等。该接口的应用其大大的提高了学习者对程序的调试和开发,并极大的为开发着提供了方便。

如图3所示,在JTAG接口中用到的信号线则主要包括4条,分别为测试模式、测试时钟、测试数据输入和测试数据的输出。在本文中应用到的为具有20针接口的标准。其中控制线为5条,2条复位线路,2条电源线路。其中1、2为电源接口,4、6、8、10、12、14、16、18、20都接地,接口11为时钟返回信号,接口13为串位输出。

3.3 通信射频模块设计

UART是一种通用的异步串行通信数据纵总线,在对其进行连接的时候,其具有连接线少,并且通讯简单等特点。该通信方式支持双向通信,可实现全双工传输和接收。在该设计当中,该通信串口可用于和PC的通信,还可对调试器和其他的器件进行一定范围内的监控,如EEPROM通信。对此该通信射频芯片选用当前比较常用的由美国公司所生产的MAX3221,该芯片的工作电压在3.3V~5V之间,其传输的速率也在250kb Ps, 具有自动掉电功能可自动使驱动器失效以节约电源 , 可有效的满足系统整体的要求,其具体的通信串口电路如图4所示。

3.4温度采集模块设计

在该实验装置的设计当中,其通过MCU的IO端口可实现对单总线温度传感器的控制 , 通过对该器件的操作以加深对单总线协议的理解。MSP430与单总线接口器件的连接方式如图5所示。

4 实验装置研制

通过上述对温度模块、通信模块、温度采集、语音模块、触摸屏模块等等各个模块的设计,从而设计出如图6所示的整体电子实验教学装置,从而使其不仅可以用于教学,还可应用到学生创新实践当中,提高了该系统设计应用的多样性。

5 结语

通过对上述问题设计与调试,从而使得各项功能都能稳定的应用,因此提高了该电子实验装置的实用性,提高了学生的动手能力。同时该系统还预留接口,学生可应用于其他的功能与设计当中,还能快速高效地对实验设计进行调试,这将大大激发学生学习钻研的热情,很好地引导学生进行自主学习,具有一定的实用价值。

摘要：随着当前职业院校对学生实践能力培养的提高,单片机、嵌入式系统课程的实践技能项目也逐步增多。对此,本文设计了基于MSP430单片机嵌入式实验装置,通过该装置的各种模板,学习者可充分学习和使用该单片机,并可利用预留的丰富接口资源进行扩展实验。

机械电子结合软启动装置设计 篇7

关键词：机械电子,软启动,设计探究

近些年来, 带式传输机凭借其连续、高效、运行可靠及地形适应力强等特点, 在冶金、煤炭、采矿、港口、石油等行业中的作用日益凸显, 成为了粉散物料高效运输的主要机械设备。我国学者针对带式传输机的工作原理进行了大量的实验研究, 然而仍然存在一些如传动效率低、系统结构复杂等问题。尤其是伴随现代工业的高速发展, 对带式传输机的要求正逐步向大功率、大运量、大倾角、高带速的方向发展。由于带式传输机经常高负载运行, 其启动、运行及停动过程中存在诸多问题, 因此, 十分有必要研究开发传动效率高、结构及控制系统简单、性能优良、维护方便、安全平稳的机械电子软启动装置控制系统, 它可以使带式传输机在高负载情况下实现整个系统的逐步启动, 达到平稳运行, 安全停动的要求。

1 机械电子软启动控制系统组成

机械电子软启动控制系统总体由上位计算机、变频器、可编程控制器 (PLC) 等组成, 为了实现对控制系统的维护, 可将变频器、可编程控制器等统一安装在控制柜内。将异步电动机作为执行机构, 最终控制带式传输机。

控制系统以计算机为主, 可编程控制器为辅。控制系统软件设计完成后, 计算机将控制程序装载到可编程控制器, 计算机作为控制主机, 主要负责对可编程控制器程序的在线修改、数据采集、处理及控制输出等, 而可编程控制器主要负责处理大量循环动作。

2 机械电子软启动控制系统流程

机械电子软启动控制系统流程是指控制系统在收到运行信号后, 自动对带式传输机进行的一系列调控, 包括带式输送机的启动、运行、验带、软停车等, 完全根据用户的设定及要求来实现。要想完成控制系统流程的一系列操作, 对控制系统的硬件设计也提出了要求, 因此系统选用了高可靠性能的可编程控制器作为控制中心。当控制系统工作时, 可编程控制器根据现场传感器检测到的数据进行分析处理, 通过控制变频器输出来调控调速电机运转, 使其按照设定达到预定转速。之后微型计算机根据可编程控制器的数据分析对现场参数进行跟踪、分析和管理。

机械电子软启动控制系统主要工作流程具体为, 当控制系统受到开始命令后, 系统首先进行自检, 传感器检测数据并传给可编程控制器, 之后调节电机分时空载启动, 输送机主电机开始做启动准备, 当主电机由低速开始运行并按照用户设定曲线开始加速时, 机器设备松闸直到主电机开始正常运行, 此时机器的冷却系统、润滑系统及电机功率自行检测。当机器负载软停车时, 可编程控制器调节变频器的输出频率调节调速电机, 通过速度合成使主电机缓慢减速为零, 直至系统完全停车时, 可编程控制器与主电机断开并切断调速电机的电源, 此时系统工作结束。

3 机械电子软启动控制系统软件设计

机械电子软启动控制系统采用了国际领先、可靠性强的可编程控制器作为核心, 以微型计算机作为上位机来控制整个系统。在硬件配套设施完善的情况下, 就需要根据用户的直接需求, 对可编程控制器和计算机进行软件程序的设定编写, 来作为软启动控制系统运行的媒介。软件程序设计的好坏, 直接影响着带式输送机工作运行的稳定性、可靠性及效率。

3.1 可编程控制器的程序设计

可编程控制器作为软启动控制系统的核心, 其程序设计方案主要是根据控制系统主要功能及控制系统流程图来实现的, 采用结构简单、方便直观的梯形图来表示。

3.2 上位机软件系统的程序设计

上位机软件系统的程序设计涉及用户界面设计及数据处理、硬件接口通讯两大部分内容, 要想保证机械电子软启动控制系统的良好运作, 必须将上位机的用户界面设计和接口通讯两方面完美结合。

当今计算机软件信息技术高速发展, Microsoft Visual Basic软件在大规模通信控制、信息管理系统等方面具有出色的表现, 是一款理想的开发工具。而汇编语言程序具有执行速度高、目标代码高效紧凑等特点, 在硬件的程序设计中也有着不可替代的作用。因此, 机械电子软启动系统的上位机结合以上两款软件的优点, 利用Microsoft Visual Basic软件来设计用户界面和数据处理, 利用汇编语言程序来设计接口模块, 将两者的优点合二为一, 从而实现了其他编程软件都无法达到的优化效果。

上位机软件系统的主界面为简单明了的图形界面, 包含了控制系统中的常用功能, 设置了系统的菜单栏、工具栏、控制栏、数据分析栏、系统状态栏等内容, 为用户提供了一个友好、形象、快捷的人机交互环境。

3.3 上位机软件系统流程

机械电子软启动系统中的上位机软件系统主要包括了权限设置、外接程序、帮助系统、远程控制、参数设定、参数检测、网络通讯七大部分。

用户权限设置系统包含了用户权限和系统锁定两部分内容。机械电子软启动控制系统是对机械设备运行中各个环节的有力控制, 在运行中对机械设备采取合理有效的控制能够保证机械设备稳定、安全运行。而不合格的操作者或非法操作者将会从根本上对设备的运行造成威胁, 甚至会破坏整个生产线从而给企业造成重大损失。因此对上位机软件系统必须加强用户权限设置, 保证除了合格的操作人员能够操作系统外, 其它任何人都无法破坏系统。

外接程序、帮助系统、远程控制和网络通讯能够为用户使用该系统提供最大的便利, 可以及时为用户提供帮助, 遇到疑难杂症还可以使用网络通讯或远程控制解决问题, 更加人性化。外界系统还包括离线编程、动态仿真及程序下载三部分, 使上位机软件系统保持在最新状态。

参数设定系统包括了系统参数设定、技术参数设定和曲线设定三部分内容, 通过对各种参数的设定来满足用户对控制系统使用的要求, 全方面、多方位的设定可有效保证机械设备的良好运行。

参数检测部分主要包含了状态监测、参数显示、故障诊断、错误报警、工作日志、曲线生成和数据采集七部分功能。通过对设备运行的参数显示和状态监测, 可以方便用户根据设备运行情况进行控制。而系统工作日志生成、工作曲线生成和数据采集, 可以方便用户对现场采集到的数据进行进一步的分析整理从而为改进系统功能提供数据支持。错误报警系统设置能够让设备运行在某一环节出错后及时向用户发出警示信息, 从而让用户及时作出挽救措施, 以免造成不必要的损失。故障检测能够对设备运行中的各项指标进行动态跟踪, 以便于在第一时间发现故障的发生, 从而保证控制系统的平稳可靠运行。

4 结论

在我国产业化高速发展的背景下, 大功率传输机械设备的启动控制系统无法满足用户的需求, 无法实现真正的软启动控制要求。虽然造价昂贵的CST控制系统能够有效地解决机械设备软启动问题, 但其高昂的造价和复杂的结构根本无法适应我国的国情, 得不到普及。而机械电子软启动结合装置不仅能够有效解决机械设备的软启动问题, 还具有造价低、结构简单、维护方便等特点, 真正做到了从用户的实际需求出发, 因此它将在我国得到大范围的推广, 在我国日后的机械设备运行中起到举足轻重的作用。

参考文献

[1]郑学坚, 周斌.微型计算机原理及应用[M].北京:清华大学出版社, 2000:35-89.

电子装置的可靠性设计 篇8

电子束焊接技术是利用高速运动的电子束流轰击工件的原理进行焊接加工的一种比较精密的焊接技术。然而, 设计者多着眼于焊接精度的提高, 而忽视起辅助作用的配套装置, 导致焊接的效率没有实质性的提高, 例如现有的直流伺服驱动器存在驱动电路复杂、驱动装置本身消耗的功率大等问题。为解决这些不足, 设计了一种结构简单、小功率的直流伺服驱动装置。

二、电子束焊直流伺服驱动装置的组成及工作原理

该装置主要由宽范围供电电源模块、开关量模块、模拟量模块、功率驱动模块、使能控制功能模块、报警模块等组成。其部分设计框图如图1所示。

其工作原理是:宽范围供电电源模块为其他各功能模块提供电源, 外部信号通过开关量模块与模拟量模块转换后送入内部控制电路部分, 最后控制电路输出指令信号至功率部分, 从而驱动电机运行。

1. 开关量模块:

主要由开关量接口模块及开关量数据隔离模块组成, 电路图见图2。

其基本功能是接收各种外部装置或过程的开关信号, 并通过开关量数据隔离模块将其转换为相应的电流信号送入其内部的控制电路。开关量数据隔离模块不但起着信号转换的作用, 同时还起到了将此接口模块的外部电路与其内部电路在电气上进行隔离, 隔离电压可达1 500V以上。从而确保了内部电路的电气安全。

2. 模拟量模块:

此部分主要由放大器、调制器、解调器、基准源及拟谐器等组成, 框图如图3所示。

工作时, +15V电源连接到拟谐器, 使其工作。从而产生频率为25kHz的载波信号。通过变压器耦合, 经整流和滤波, 可完成±10V直流或5kHz的交流瞬态变化的电压隔离。

这种直流模拟隔离技术能完成3 000V的输入与输出方式的隔离。为直流伺服在多种复杂环境下使用提供了方便。

在输入电路中, 输入信号经放大器放大后, 通过调制器调制成载波信号, 再经变压器送入解调器, 以致在输出端重现输入信号。由于解调信号要经三阶滤波器滤波, 从而使得输出信号中的噪声和纹波达到最小, 为后级应用电路提供良好的激励源。

3. 功率驱动模块:

此部分采用PWM等效脉冲驱动方式, 高频的开关频率可达到22kHz, 电流输出峰值50A, 连续工作功率238W。可驱动无刷DC伺服电机在直流电压反馈闭环模式 (即伺服自身电压闭环方式) 、直流电流输出电流闭环方式 (即伺服自身输出电流闭环方式) 、直流伺服电机转速全闭环模式、开环模式下工作。

4. 报警模块:

具有过流监视功能, 可实现过载保护, 驱动器过热保护, 以及过电压报警等功能。当功率及功率控制电路发生异常时, 出现报警。此时, 直流伺服驱动停止工作, 前面板的红色指示灯长亮。电流限制起作用时, 当直流伺服驱动的工作电流大于设定的极限报警电流时, 出现报警。此时, 直流伺服驱动停止工作, 前面板的红色指示灯长亮。

输出报警极限电流由10～30A 8挡不同的范围开关设定, 如图4所示。当开关1闭合时, 此时的极限报警电流为12A, 限流电阻与极限报警电流对应关系见表1。

三、电子直流伺服驱动装置设计特点

1. 在宽范围的交流40～150V的条件下都能正常运行。

2. 具有左向行驶禁止、右向行驶禁止、终端使能 (即“允许”信号) 、运行使能、停止运行系统设备, 准备就绪等各种条件功能。

3. 有伺服输出的电流范围选择, 输出报警极限电流有10～30A等8挡不同的范围开关设定。

4. 伺服系统可选择直流电压反馈闭环模式 (即伺服自身电压闭环方式) 。直流电流输出电流闭环方式 (即伺服自身输出电流闭环方式) 。直流伺服电机转速全闭环模式。开环功能工作模式等多种选择。

四、结束语

本电子束焊直流伺服驱动装置具有结构简单, 操作方便, 成本低等优点。同时, 输入输出的开关量接口均采用光电隔离技术来设计完成, 为直流伺服驱动装置在多种复杂环境下使用提供了方便。

参考文献

[1]王亚军.电子束焊加工技术的现状与发展.中国机械工程动力学会第八次全国焊接会谇论文集, 1991.

[2]刘春飞.电子束焊接技术发展历史、现状及展望.航天制造技术, 2003.

机械电子式软起动装置设计分析 篇9

1 机械电子式软起动装置结构及其特点

1.1 软起动装置的组成和结构

机械电子式软起动装置由机械传动系统、控制系统两部分组成,其系统如图1所示。传动部分主要由主电机、差动行星齿轮减速机构、蜗杆传动机构等组成。控制部分由计算机、可编程序控制器、变频器和调速电机等组成。在软起动、软停车过程中,通过对调速电动机的转速控制,实现对输出轴的无级调速[1]。

1.2 工作原理及功能

机械电子式软起动装置机械传动系统原理如图2所示。其包括主电机I和调速电机II。主电机I的输出轴通过联轴器9、齿轮8、7与差动行星传动机构的输入轴相联;差动行星机构中的太阳轮3经行星轮4和内齿圈5驱动行星架H,通过输出轴6将动力输出;在内齿圈5上固联有蜗轮2,蜗轮2与蜗杆1相啮合;蜗杆1通过联轴器与调速电机II相连接。

主电机通过差动行星轮减速机构驱动负载,调速电机通过蜗杆传动机构控制差动行星机构中内齿圈的转速,从而控制输出轴的转速。

机械电子式软起动装置开始工作时,先启动调速电机并加速,同时主电机被动加速到额定转速,然后主电机通电。通过使用变频控制器对调速电机II的转速进行控制,使调速电机II的转速与主电机I的转速始终保持一定的比例关系,使行星架H和输出轴6的转速保持为零。使主电机I能够实现在空载的状态下启动。

然后,根据预先确定的输出轴6的加速度,逐步降低调速电机II的转速,即逐步降低内齿圈5的转速,使主电机I的动力逐渐加到与输出轴6相连的机械设备上,从而实现机械设备的软起动。

同理,通过变频控制器控制调速电机的速度,实现机械设备的软停车,即根据要求的速度使机械设备逐渐停下来。

从工作原理分析可知,机械电子式软启动装置可实现以下主要功能:

(1)软起动——按照用户的要求,对负载进行可控制的起动;

(2)软停车——按照用户的要求,对负载进行可控制的停车;

(3)无级调速——具有较宽的无级调速范围,调速准确可靠;

(4)过载自动保护——负载过大时,系统自动卸载,保护系统安全。

1.3 主要特点

与液体粘性软启动(CST、BOSS)等常用软启动形式相比,机械电子式软起动装置有许多值得注意的优点。

在结构上,机械电子式软起动装置采用了双电机差动行星齿轮减速机构,取代复杂的液体粘性制动器及其辅助控制油路系统,不仅可以降低成本,也使得该装置成为一种“纯”的传统机械装置。在这种装置中,没有明显的薄弱环节,这将提高软起动工作的可靠性,也大大简化了加工工艺。

在功能上,机械电子式软起动装置能够实现大范围内无级调速,能够可靠和稳定地长期工作在低速状态。

在控制上,机械电子式软起动装置可以使用比较可靠的、价格低廉的小功率变频控制技术,而不必研究复杂的液体粘性传动机理,也不必使用对环境要求很高的液压伺服系统。

2 机械电子式软起动装置传动系统的差动原理分析

应用差动轮系可实现变速运动,获得较大的传动比,实现运动的合成。在机械电子式软起动装置传动系统中,应用了2K-H型差动行星机构,如图2所示。

在太阳轮3、内齿圈5和行星架H为基本构件组成的差动行星齿轮机构中,必须给定两个基本构件的独立运动,第三个基本构件的运动才能唯一确定。由差动轮系的变速原理[2]可以求得:

其中:n3、n5分别为太阳轮和内齿圈的转速;Z3、Z5分别为太阳轮和内齿圈的齿数;k为内齿圈和太阳轮的齿数比。

在机械电子式软起动装置中,选择行星架H作为输出端以承受载荷,太阳轮3、内齿圈5作为原动件,分别连接电机。由公式(1)可以看出,当给定n3、n5时,nH就有确定的输出,即

差动轮系有三个外力矩T3、T5、TH,在稳定输出的情况下,根据整个轮系的力矩平衡条件有:T3+T5+TH=0。

同时,在不计摩擦损失的前提下,输入输出功率也应该是平衡的。即:

结合以上公式可得:

3 机械电子式软起动装置工况分析

机械电子式软起动装置在工作中,呈现出以下几种工况。其中主电机I、调速电机II和负载在不同工况下的转速变化曲线如图3中(a)、(b)、(c)所示。

3.1 阶段I

调速电机首先启动并加速,通过差动轮系将调速电机动力传递给主电机输出轴和减速器输出轴,主电机随着调速电机被动旋转,减速器输出轴6端由于负载阻力转矩大,转速为零,如图3中(a)、(b)、(c)第I阶段所示。此时,差动行星机构中由于行星架转速nH=0,可等效为以蜗杆为输入轴的定轴轮系。

3.2 阶段II

当主电机转速nI在空载阶段被动加速到接近额定转速时,主电机通电,然后调速电机从额定转速nII开始减速,负载开始从零按照一定的加速度和速度起动,如图3中(a)、(b)、(c)第II阶段所示。当调速电机转速降至nI-I=0时,负载软起动结束。此过程中,差动行星机构处于差动状态,输出轴的转速:

3.3 阶段III

软起动结束后,调速电机停止运行,即保持nII=0,主电机在额定转速下平稳地运行,负载进入稳定运行阶段,如图3中(a)、(b)、(c)第III阶段所示。此时,由于蜗杆机构反行程自锁,差动行星机构中内齿圈5的转速n5=0,此时,差动行星机构相当于2K-H型行星轮系。这一阶段,输出轴的转速:

3.4 阶段IV

软停车时,即主电机不停车,仍在额定转速下平稳地运行,而由调速电机加速,使负载转速逐步减至零,如图3中(a)、(b)、(c)第IV阶段所示。这一阶段,差动轮系又重新恢复差动状态,输出轴的转速:

3.5 阶段V

当工作需要紧急停车或完全停车时,则主电机先停车,其转速由额定转速快速减至零。此时,由于负载有机械惯性,所以调速电机需要继续运转减小负载的惯性力矩,直到两者的转矩达到平衡,即负载转速为零,即nH=0,调速电机停车。如图3中(a)、(b)、(c)第V阶段所示。

4 机械电子式软起动装置中的蜗杆传动机构

蜗轮蜗杆传动是一种常用的交错轴传动,由于具有传动比大、结构紧凑、冲击小、噪音低等方面的优点,被广泛用于机械设备的传动系统中。

在机械电子式软起动装置中,蜗杆机构的主要作用一是与差动行星轮进行调速(速度合成),即控制差动行星机构中内齿圈的转速,实现调速电机对输出轴转速的控制;另一作用是当带式输送机软起动结束时,为确保主电机的动力施加给负载,蜗杆传动机构必须自锁,使系统处于锁定状态或稳定工作在低速状态。总之,通过对蜗杆轴的无级调速,可实现对输出轴的软起动、软停车、无级调速等功能。但其传动效率低是存在的主要问题,而且蜗杆传动机构能否有效地实现自锁,受到摩擦、润滑条件,啮合状态、滑动速度等因素的影响,设计时,应尽可能综合考虑。

参考文献

[1]汤蕴璆,罗应立,梁艳萍.电机学[M].北京:机械工业出版社,2008.

电子装置的可靠性设计 篇10

关键词：停车场;电子计时收费装置;计时误差;不确定度

中图分类号： E951      文献标识码： A      文章编号： 1673-1069（2016）30-95-2

1  停车场电子计时收费装置

停车场电子计时收费装置是停车场管理系统中最为重要的一个组成部分，一般具有车辆表示的作用，能够通过识别车辆的身份信息对其入场和出场的时间进行比较分析，实现测量的及时处理和收费。当前我国停车场电子计时收费装置在其软件设计的过程中已经充分的融入了卫星定位系统和同步信号传感系统，以实现装置的准确性和精确性。停车场电子计时收费装置的普遍应用实现了我国停车场管理的科学化、系统化和整体化，为我国停车场基础设施的建设和管理做出了重要的贡献。

2  停车场电子计时收费装置计时检定方法

停车场电子计时收费装置的检定原理主要是根据被检定计时装置中显示的T值与检定装置设定的标准T0值进行比较，从而实现停车时差ΔT的测量。

停车场电子计时收费装置在实际停车场检定的过程中其检定的第一步是选择合理的检定点。因此，检定点的选取方法为设定的停车时间长度以保障停车时间不超时的标准时间TM、单位收费时间TN和累计计费时间n·TN三个检定点。首先，在实际检定过程中根据停车场入口处设定的检测监控装置触发被检测装置和标准检测装置，实现停车场电子计时收费装置的计时;其次，在停车场的出口处利用标准装置计时设计的设定时间，确定何时触发出口处的标准装置和被检测装置，实现停车场出口处的计时停止。其触发的动因是当标准装置的显示时间与计时市场设定的时间相一致;最终，根据停车场电子计时收费装置的停车计时误差公式计算停车计时误差。

3  停车场电子计时收费装置计时误差检定模型

停车场电子计时收费装置计时误差检定模型的构建主要分为数学模型的建立、灵敏系数的确定、不确定度分量的确定和不确定来源的确定四个过程。

第一，数学模型的建立。数学模型的建立是利用信息技术手段构建数学模型，从而实现停车场计时收费装置的测量实践工作。在停车场电子计时收费装置检定模型构建的过程中确定停车场电子计时收费装置的停车计时误差公式：

ΔT=T-T0                        （1）

式中T——被检定装置显示的停车时间长度;

T0 ——标准装置显示的停车的时间长度;

ΔT——停车计时误差。

第二，灵敏系数的确定。灵敏系数的确定关系着停车场电子计时收费装置的准确性和精确度。因此，在其灵敏系数确定的过程中需要选择合理性。本次设计研究中灵敏度系数确定为：

C1==1           （2）

C2= =1       （3）

第三，不确定度分量的确定。本次停车场计时收费装置在其数学模型构建的过程中不确定分量为：

μ1=C

μ（T）=μ（T）         （4）

μ2=C

μ（T）=μ（T）            （5）

第四，不确定来源的确定。不确定来源主要是根据停车场电子计时收费装置在实际设计和应用过程中产生的不确定度对其进行预先总结和设定，从而保障电子计时收费装置在实际停车场应用中的准确性。本次对停车场电子计时收费装置检定模型不确定来源确定的过程中主要是根据A类不确定度和B类不确定度对其不确定度实现分类总结设定。

B类不确定度：μT1——电子停车收费表的分辨率的不确定度来源;

μT01——电子停车秒表日差产生的不确定度来源;

μT02——电子停车秒表按键操作误差的不确定度来源;

μT03——电子停车秒表分辨率不确定度来源。

A类不确定度：μT04——电子停车秒表反复测量后所引发的测量不确定度来源。

综上所述，停车场电子计时收费装置计时误差检定模型设定的过程中必须从数学模型的建立、灵敏系数的确定、不确定度分量的确定和不确定来源的确定四个过程中准确、全面、系统的建立计时误差检定模型，满足实际工程应用中的需求性。

4  不确定度评定分析

4.1 A类不确定度评定分析

电子停车秒表反复测量后所引发的测量不确定度评定方法是采用独立评定测量的方式，将实验停车场电子计时收费装置的10次测量结果进行统计分析，并且采用残差计算公式v=X- 对其测量的数据进行处理，最终计算得出A类不确定度评定的方差数值v。结果见表1。

根据表1中计算A类不确定评定分析的每次检测的平均测量值为1740.315，平均方差：

v=Σv=0.04705     （6）

进一步计算其实验标准偏差为：

S（X1）=0.071s                    （7）

计算停车场电子计时收费装置由于重复性产生的不确定度为μT04=0.071s。

4.2 B类不确定度评定分析

①电子停车收费表的分辨率的不确定度为：

μT1=μ×T==0.28s

式中：——电子停车收费停车时间显示分辨率的区间因子k;

0.5——电子停车收费停车时间可能的区间值为±0.5s/d。

②电子停车秒表日差产生的不确定度：

μT01==0.02s

式中：2——电子停秒表日差所允许的最大值s/d;

0.5——是电子秒表所允许的实验误差值为±0.5s/d;

25——电子秒表实验室设定为温度范围20℃～35℃之间。

③电子停车秒表按键操作误差的不确定度：

μT02=μT02==0.12s

式中：0.14——检定人员的实际操作与反应时间的精度;

——反应人员与操作按键时间不确定度动态分布的正弦因子k。

④电子停车秒表分辨率不确定度：

μT03=μT01==0.003s

式中：0.005——电子秒表显示时间分辨率的区间误差范围为±0.005s;

——秒表时间显示分辨率的区间因子k。

4.3 停车场计时收费不确定度的合成及拓展

根据对停车场计时收费设备不确定的各个不确定来源计算，对整体停车场计时收费的不确定进行合成，完成最终的停车场计时收费计时误差的不确定度评定。

4.3.1  停车场计时收费不确定度的合成：

μ=

==0.313s

4.3.2  停车场计时收费不确定度的拓展：

μn=k×μ=2×0.313=0.626s

式中：k——为收费表分辨率与秒表计量率的政要分布因子，k=2。

5  总结

本文中针对当前我国停车场计时收费装置进行深入研究，发现停车场计时收费装置在其计时收费的过程中采用检定装置控制被检定计时装置和标准检定装置同时启动，以计算停车时长的误差。因此，我国停车场电子计时收费装置在其实际设计和应用的过程中必须根据实际应用的场地和停车市场误差值对其进行修正和完善，以提高停车场计时收费装置的检定准确率，降低其测量的不确定度，发挥其在实际工程项目中的应用价值和作用。

参 考 文 献

[1] 阳光磊，郭力.停车场电子计时收费装置检定经验谈[J].中国计量，2016，05（03）：114-115.

[2] 魏鹏.电子停车计时收费表检定装置的研制[J].质量技术监督研究，2014，04（01）：37-39.

电子清管器信号发射装置电路设计 篇11

关键词：清管器,低频电磁脉冲,AT89S52,发射装置

1 引言

清管是管线生产的一项重要工作, 在输气管线安装完成投产前和管线输气运行之中, 都要清管, 以除去管道内固、液杂质, 减小流动阻力, 提高输气效率。对输气管线进行清管的过程中, 当清管器发生丢失、卡堵事故时, 使用清管器跟踪定位装置及时了解清管器的运行位置, 能够避免造成巨大损失。

2 清管器定位跟踪装置的原理

在地下管道内的清管器上安装一台超低频 (23Hz) 电磁脉冲发射机, 清管器靠管内气体压力推动前进, 用电子定位接收机沿管道接受发射机的信号, 从而测定清管器的位置, 并可作为固定观测点在清管器通过时, 进行指示。

清管器位置与深度的测量, 是基于电磁感应定位原理[]。接收到的信号大小取决于发射机交变磁场的强度以及磁场力线与接收机探头线圈纵向轴相切还是相交以及相交的角度。磁场力线与探头线圈轴平行时感应电压有一最大值;发射的磁场力线与接收探头线圈轴垂直时, 感应电压为零有最小值。磁场力线与接收线圈垂直的点就是发射机所在位置。在接收机探头线圈平行地面时, 感应电压有最大值, 感应值最大和最小两点间距离的0.8倍为清管器的埋地深度。

3 电子清管器发射装置电路硬件设计

3.1 电子清管器发射装置电路原理

由AT89S52控制产生稳定的高精度间断超低频脉冲信号, 产生的频率和节拍信号经功率放大后, 由发射线圈发送出去, 发射装置原理图如图1所示。

3.2 电子清管器发射装置电路设计

电子清管器发射装置电路设计如图2所示, 其主要包括6个部分, 即电源电路、MCU、时钟电路、复位电路、功放电路及发射线圈。该装置中电源电路产生各个部分正常工作所需要的电压;M C U电路控制产生稳定的频率和节拍信号;时钟电路、复位电路保证M C U电路正常工作;功放电路对功率的放大作用;经放大后的信号最后由发射线圈发射出去, 供接收装置接收、识别, 进而判断其的位置。

3.2.1 电源电路[2]

电源电路主要由I/V转换器和电阻组合而成, 向发射装置的各个元件提供其所需要的工作电压。4节1.5V电池串联后经过电压转换电路分压后获得如±15 V电压为放大滤波等电路提供工作电压, +5 V电压为MCU电路及功放电路提供工作电压, +2.5 V电压。图3为发射装置的电源电路原理框图。

3.2.2 时钟电路

时钟电路一般由晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成。单片机程序指令的执行是以振荡器的振荡来驱动的, 振荡器频率高, 它执行指令的速度就越快。X T A L 1是片内振荡器的反相放大器输入端, X T A L 2则是输出端, 使用外部振荡器时, 外部振荡信号应直接加到X T A L 1, 而X T A L 2悬空。内部方式时, 时钟发生器对振荡脉冲二分频, 如晶振为1 2 M H z, 时钟频率就为6MHz。晶振的频率最高可以达到33 MHz。电容取30p F±10 p F。如图4所示, 为发射装置的时钟电路图。

3.2.3 复位电路

当单片机上电时, 由于电容的作用, R S T引脚会处于短暂的高电平状态, 直到电容充电到一定程度时, RST引脚的电平会被8.2K的电阻拉低, 单片机开始运行程序。也可以在图中加一个手动复位按键, 当按下复位按键后, RST引脚会被其串联的电阻 (一般为1K) 上拉至高电平, 单片机复位, 按键松开后, RST恢复低电平, 单片机重新从程序存储器的0 0 H处运行程序。手动复位按键并不是必须的。图5为发射装置的复位电路图。

3.2.4 功放电路及发射线圈

功率放大电路的实质是通过晶体管的控制作用, 把电源提供给放大器的直流功率转换成负载上的交流功率, 即利用三极管的电流控制作用将电源的功率转换为按照AT89S52输出信号变化的电流。经过不断的电流及电压放大, 完成功率放大, 燃后输入到由电容和电感组成的发射线圈中把信号发射出去。如图6所示为功放电路及发射线圈电路图。

4 电子清管器发射装置电路软件设计

通过程序设计使AT89S52前半个周期发射脉冲, 即在1 s周期内, 其中0.5 s输出23 Hz超低频脉冲, 0.5 s不输出[]。本程序设计选用工作模式2, 有8位计数器, 且具有自动恢复功能。由于每两次中断之间的间隔为250us, 每溢出2000次, 就是间隔0.5s。精确定时0.5s程序如下:

5 结束语

本文简单介绍了一个低频电磁脉冲信号发射电路, 通过AT89S52精确控制出0.5 s输出23 Hz超低频脉冲, 0.5 s不输出。经测试, 发射频率能保持在23Hz±0.1Hz。

参考文献

[1]赵钟明.电子跟踪清管器在天然气管线的应用[J].腐蚀与防护, 2002, 23 (1) :24-25.

[2]李建, 夏静.清管器中的信号发射装置电路设计[J].电子设计工程, 2011, 19 (15) :136-138.