一種壓縮式垃圾車的控制器的設計

本科學生畢業(yè)論文（設計）題目（中文）:一種壓縮式垃圾車的控制器的設計Desig n of a con troller for compressed英 文 garbage truck姓 名 學 號 院 （系）電子工程系專業(yè)、年級電子信息工程2級湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設計），是本人在指導 老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果， 成果不存在知識產(chǎn) 權爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外， 本論文不含任何其他個人或 集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個 人和集體均已在文中以明確方式標明。 本人完全意識到本聲明的法律 結果由本人承擔。本科畢業(yè)論文（設計）作者簽名:二O年 月曰課題名稱： 學生姓名： 系 別: 專 業(yè):指導教師：畢業(yè)論文（設計）任務書一種壓縮式垃圾車的控制器的設計電子工程系電子信息工程湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）任務書1關鍵詞：垃圾車控制器；AVR單片機；PID算法;2、畢業(yè)論文（設計）內(nèi)容要求：本論文工作的主要內(nèi)容是設計、研制基于AVR單片機的垃圾車專用控制器。主要實現(xiàn)控制垃圾車收放動作及車輛液壓油的恒溫控制。大致如以下步驟：1 分析控制要求。充分了解設計的要求，明確被設計系統(tǒng)的全部功能以及技術指標。2 確定核心功能器件和總體設計方案。根據(jù)系統(tǒng)邏輯功能畫出系統(tǒng)的原理框圖，3 將系統(tǒng)分解，確定貫串不同方框之間各種信號的邏輯關系。4 層次化設計。層次化設計方法的基本思想就是分模塊、分層次地進行設計描述。 設計思想就是從設計的總體要求入手，自頂向下地將設計劃分為不同的功能子模 塊，每個模塊完成特定的功能。5 分析電路。分析各單元電路，尤其是對控制信號要從邏輯關系、正反極性、時序 幾個方面進行考慮，確保不存在沖突問題。A3、文獻查閱指引：1 慧忱汽車電子控制技術及發(fā)展趨勢J.交通標準化，2006 (2 ):169-1712 孫根勝現(xiàn)代汽車電子控制技術的應用及發(fā)展趨勢J.上海汽車，2003 (2 ): 60-623 張啟君國內(nèi)垃圾車市場的情況分析及未來預測J.專用汽車，2007 (2): 89-914 左朝永后裝壓縮生垃圾車壓縮裝置設計研究與仿真分析D.南寧:廣西大學，20085 孫仁云，孫春燕汽車電氣系統(tǒng)研究與探討J.汽車工程，2004, 26 (2 ): 32-33 皮曉明，何真?zhèn)ズ笱b式壓縮垃圾車的液壓系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)設計J機械設計與制造，2006 (8 ): 123-1247彭為等單片機典型系統(tǒng)設計實例精講M.北京：電子工業(yè)出版社，2006, 37-408丨高波，馮開林一種垃圾車專用可編程控制器的設計J專用汽車，2009 (5):46-519 V. Yu. Teplov,A. V Anisimov.Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer andThermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ ,200210 Yeager Bren t.How to troubleshoot your electro nic scaleJ. Powder and Bulk Engin eeri ng. 19954、畢業(yè)論文(設計)進度安排:1)2012年11月下旬搜集相關資料，選擇相關方案，確定總體設計思路2)2012年12月下旬兀成開題報告3)2013年1月一2月設計系統(tǒng)，確定系統(tǒng)的各模塊的性能要求完成軟硬件設計。4)2013 年 3 月撰寫論文初稿，排版等一些細節(jié)工作，并交導師審批修改4)2013 年 4 月對論文進行全面的撰寫，并完成論文5)2013 年 5 月整理并修訂論文，答辯教研室意見:負責人簽名：注：本任務書一式三份，由指導教U師填寫，經(jīng)教研室審批后一份下達給學生，一份交指導教師，一份留系里存檔。湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）開題報告書論文（設計）題目一種壓縮式垃圾車的控制器的設計作者姓名李瓊所屬系、專業(yè)、年級 電子工程系 電子信息工程專業(yè)2009級指導教師姓名、職稱賈竹君 副教授預計字數(shù)10000開題日期2012.12.25選題的根據(jù)：1）說明本選題的理論、實際意義2）綜述國內(nèi)外有關本選題的研究動態(tài)和自己的見解1） 目前，我國城市生活垃圾的處理大多米用壓縮式垃圾車，它通過車載電控單兀來控制垃圾的 收放。它的優(yōu)點是能夠?qū)⒗M行預壓縮，大大提高了垃圾的裝載量，冋時采用全封閉式的車廂裝載，保證了運輸過程中避免造成二次污染，因而社會效益和經(jīng)濟效益十分顯著。但是，當今國內(nèi)垃 圾車上的電子控制部分，大多數(shù)的生產(chǎn)廠家都采取引進國外生產(chǎn)的專用控制器來控制，這就造成了 一些缺點：一是控制器成本比較咼，在無形中提咼了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，與垃圾車市場承受力有沖突， 不利于提高該垃圾車生產(chǎn)廠家的市場競爭力；二是由于采用國際上的專用的控制器，同時限定了所使用垃圾車的型號，對不冋型號的國產(chǎn)垃圾車性能的改進形成了一定的阻礙。為此，我們提出了進行 國產(chǎn)垃圾車專用控制器的開發(fā)和研制的課題。2） 國外電子控制技術發(fā)展動向有以下幾個方面：產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展，各有特點；在閉環(huán)過程控制中應用日益廣泛，通訊功能不斷加強；新器件和模塊不斷推出。高檔的控制器除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的智能vo模塊、高速計數(shù)模塊、遠程V0模塊等專用化模塊；編程工具多樣化，功能不斷提高，編程的語言趨向標準化，并且有高檔 的指令系統(tǒng)；追求軟硬件的標準化。所以我的總體系統(tǒng)設計盡量使用低成本的方案；生產(chǎn)上也要體現(xiàn)低成本；在產(chǎn)品的研發(fā)過程中體現(xiàn)低成本：使用和技術支持服務上也要體現(xiàn)低成本。主要內(nèi)容：緒論。介紹了課題的研究意義和垃圾車電控技術的發(fā)展及國內(nèi)外研究的現(xiàn) 狀。闡述了課題的來源和需要解決的關鍵問題，并介紹了論文的主要內(nèi)容。1. 系統(tǒng)總體設計方案。簡述了該控制系統(tǒng)的性能要求及特點，系統(tǒng)的硬件和 軟件設計總體方案的提出。2. 主控制器的設計。在控制器性能要求的基礎上提出了硬件系統(tǒng)和軟件設計 方案，其中主要介紹了硬件電路設計。3. 溫度控制系統(tǒng)設計。詳細介紹了溫度控制電路的設計，包括溫度的采集， 信號的輸入、控制算法的實現(xiàn)。并對溫度控制的方法進行了仿真分析和研究。4. 系統(tǒng)抗干擾設計及系統(tǒng)調(diào)試。對控制系統(tǒng)進行抗干擾的設計，包括硬件措 施和軟件措施以及系統(tǒng)調(diào)試。C研究方法:1. 控制器硬件電路和軟件的設計，模擬量和開關量的輸入/輸出功能的實現(xiàn)；2. 具有恒溫控制功能；3. 采用有效的算法，改善溫度控制精度。4. 查閱國內(nèi)外最新資料，開拓視野，對已有的成果加以分析利用。虛心向?qū)熀屯瑢W學習，不 斷積累知識，再運用所學知識，完成論文。完成期限和采取的主要措施：1、完成期限:2013.1.1-2013.5.82、采取的主要措施：(1) 密切聯(lián)系本組設計成員及畢業(yè)設計指導導師，尋求有關畢業(yè)設計信息，確定設計課題方向與設計內(nèi)容；充分利用圖書館和網(wǎng)絡查閱相關資料，廣泛獲取必要的知識，了解最新研究動態(tài)。(3)虛心向老師請教和同學進行學習交流，保障畢業(yè)設計的順利完成。主要參考文獻：1 慧忱.汽車電子控制技術及發(fā)展趨勢J.交通標準化，2006 (2 ):169-1712 孫根勝.現(xiàn)代汽車電子控制技術的應用及發(fā)展趨勢J.上海汽車，2003 (2 ): 60-623 張啟君.國內(nèi)垃圾車市場的情況分析及未來預測J.專用汽車，2007 (2): 89-914 左朝永.后裝壓縮生垃圾車壓縮裝置設計研究與仿真分析D.南寧:廣西大學，20085 孫仁云，孫春燕.汽車電氣系統(tǒng)研究與探討J.汽車工程，2004, 26 (2 ): 32-33 皮曉明，何真?zhèn)?后裝式壓縮垃圾車的液壓系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)設計J.機械設計與制造，2006 (8 ): 123-1247彭為等.單片機典型系統(tǒng)設計實例精講M.北京：電子工業(yè)出版社，2006, 37-408丨高波，馮開林.一種垃圾車專用可編程控制器的設計J.專用汽車，2009 (5):46-51指導教師意見:指導教師簽名：教研室意見:簽名：年月 日開題報告會紀要時間2012.12.25地點三教517與 會 人 員姓名職務（職稱）姓名職務（職稱）姓名職務（職稱）宮彥軍教授包本剛副教授陳愛武講師賈竹君副教授何紅松講師游珍珍講師會議記錄摘要：1. 垃圾車控制系統(tǒng)總體設計是什么？（包本剛老師提問）答：本論文控制系統(tǒng)總體設計是使得垃圾車能夠根據(jù)操作人員的按鈕指令并結合行程開關等 信號狀態(tài)控制電路電磁閥，以達到準確控制垃圾車在工作時各運動臂的時序動作，同時為保證車載液壓系統(tǒng)正常工作，該控制器還能夠?qū)崟r的自動控制液壓油溫度。2. 選題意義是什么？（游珍珍老師提問）答：電子技術和微機控制技術的改進為汽車技術性能的提高，經(jīng)濟性、安全性和舒適性的 改善，以及對減少汽車污染都創(chuàng)造了良好的條件。3. 垃圾車控制器的性能要求？（宮彥軍老師提問）答：（1）可以通過控制車體上的操作按鈕來完成垃圾的裝卸、壓縮收運的過程，提高工作效率；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)對液壓油的恒溫控制，具有保護車體液壓系統(tǒng)的功能得安全性要求；（3）采用市場上的典型、通用的元器件，一旦發(fā)生損壞現(xiàn)象，可以用同樣的元件進行替換;會議主持人： 記 錄 人：2012年12月25日指 導 小 組意 見負責人簽名：年 月曰系 部 意 見負責人簽名：年 月曰注：此表由學生本人填寫，一式三份，一份留系里存檔，指導老師和本人各保存一份E湖南科技學院畢業(yè)論文（設計）中期檢查表畢業(yè)論文（設計）題目一種壓縮式垃圾車的控制器的設計學生姓名李瓊學號200906002241系別電子工程系專業(yè)電子信息工程指導教師賈竹君檢查日期2013.4.8指導教師檢查情況記載及修改意見： 修改意見：已經(jīng)完成的工作：1分析控制要求，明確被設計系統(tǒng)的全部功能以及技術指標。2確定核心功能器件和總體設計方案。根據(jù)系統(tǒng)邏輯功能畫出系統(tǒng)的原理框圖，將系統(tǒng) 分解，確定貫串不同方框之間各種信號的邏輯關系。3層次化設計。層次化設計方法的基本思想就是分模塊、分層次地進行設計描述。設計 思想就是從設計的總體要求入手，自頂向下地將設計劃分為不冋的功能子模塊，每個模塊完成特定的功能。4分析電路。分析各單元電路，尤其是對控制信號要從邏輯關系、正反極性、時序幾個 方面進行考慮，確保不存在沖突問題。下一步的工作：1中文摘要太簡單，要 300字左右；2正文中的圖要標明什么用途，如圖3-圖6沒說明。圖1、圖2標了。3結論部分你只說了體會，沒說結果。也就是把你做的仿真結論再總結一下。最后修改意見：1我把20、21頁的圖2.10和圖2.11合為一頁，請重新整理插圖索引；2參考文獻要兩篇英文； 3.3個仿真圖沒說清楚是什么意思。4.參考文獻的使用在文中標示是用上標，看文中紅色字體。（文中其它的也要改正過來）簽名：注：此表用于指導教師在學生畢業(yè)論文（設計）初稿完成后對學生執(zhí)行任務書情況進行中期檢查時用，由指導教師填寫。湖南科技學院畢業(yè)設計（論文）指導過程記錄表畢業(yè)論文（設計）題目一種壓縮式垃圾車的控制器的設計學生姓名李瓊學號200906002241專業(yè)班級電信0902指導教師賈竹君職稱副教授系（教研室）電子工程系指 導 過 程 記 錄指導內(nèi)容 記錄（一）論文選題,安排和指導查找資料學生簽名：年 月曰指導教師簽名：年 月曰指導內(nèi)容 記錄（二）安排設計任務書學生簽名：年 月曰指導教師簽名：年 月曰指導內(nèi)容 記錄（三）檢查開題報告。修改摘要：其中應該包括設計目的，設計方法， 設計思路，設計結果及達到的設計效果學生簽名：年 月曰指導教師簽名：年 月曰指導內(nèi)容 記錄（四）指導論文設計方案，按照模板規(guī)范來編排論文格式學生簽名：年 月曰指導教師簽名：年 月曰G指 導 過 程 記 錄指導內(nèi)容 記錄（五）檢查寒假中論文準備的情況，并解決其遇到的疑問，布置下一階段工作。學生簽名：年 月曰指導教師簽名：年 月曰指導內(nèi)容 記錄（六）指導如何撰寫論文、組織材料學生簽名：年 月曰指導教師簽名：年 月曰指導內(nèi)容 記錄（七）檢查論文整體情況，定稿打印。學生簽名：年 月曰指導教師簽名：年 月曰指導內(nèi)容 記錄（八）確定答辯時間，交待答辯工作及注意事項學生簽名：年 月曰指導教師簽名：年 月曰答辯小組組長意見（對情況是否屬實做出意見）組長（簽名）：年 月曰注：本表與畢業(yè)論文一起裝訂存檔。HJ論文題目作者姓名指導教師 姓名、職稱關鍵詞（3-5 個）湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）評審表一種壓縮式垃圾車的控制器的謝李瓊所屬系、專業(yè)、年級賈竹君副教授電子工程系電子信息工程專業(yè)2009年級10000定稿日期2013.5.8目前，在國內(nèi)較先進的壓縮式垃圾清運汽車中，其車載電控系統(tǒng)絕 大多數(shù)采用國外著名公司開發(fā)的汽車專用控制器，如西門子、二菱等， 而我們國內(nèi)沒有形成自己有特點的產(chǎn)品。因此，我們選取壓縮式垃圾車 為控制對象，針對它的工作需求，根據(jù)車載電氣設備的應用特點，開發(fā) 了一款高效、可靠并且適合工作的專用控制器本文在分析車載電氣控制系統(tǒng)的基本構成和工作原理的基礎上，我 們研制了一款能夠符合壓縮式垃圾車工作的專用控制器，并給出了控制 器的具體設計制作的過程。首先，從功能需求角度對被控制系統(tǒng)進行分 析，提出軟硬件總體設計方法。然后，確定硬件的選型，根據(jù)控制對象 的要求，完成了硬件電路，同時完成了系統(tǒng)環(huán)境上、下位機串口通訊機 制，并且通過利用AVR軟件開發(fā)工具進行軟件設計。在溫度控制系統(tǒng)環(huán) 節(jié)我們采用了傳統(tǒng)的Pm控制算法的方法。最后，在整個控制器制作完 成后進行電路的軟硬件調(diào)試和抗干擾的測試，以驗證我們所設計的控制 器的可行性。論文描述了各硬件模塊和應用軟件的設計和實現(xiàn)過程，并對主要算 法及典型應用進行了詳盡的闡述。通過對仿真結果的分析表明本文所研 制的專用垃圾車控制系統(tǒng)達到了預期的效果關鍵詞:垃圾車控制器，AVR單片機，PID算法Electronic control system of the advaneed garbage train china,such as Siemens,Mitsubishi and so on. However, we are unable to form our own products. Therefore, we select the compressi on. type garbage truck as the control object, for its work requirements and the application of electrical equipment under the vehicle characteristics, developed a highly efficient, reliable con troller.We have designed a special controller consistent with the work of garbage truck by analysis the structure and the working principle of the vehicle e ectrical con trol system and the con troller is give n the specific desigr process. First, we proposed the software and the hardware desig n methods from the an asis of the con trolled system. Then, we determ ined tne selection of the hardware to complete the hardware circuit design, designed system en vir onment, the lower computer serial com muni cati on mecha ni sm, and through the use of AVR to complete software design .In the desig n of temperature control system, we used thetraditional PID control method. Fi nally, after the completi on ofthe overall desig n, whehaardworeand software debugging and anti jamming circuit test to verify the feasibility of the con troller that we desig ned.rbage truck con trol system goal.關鍵詞（3-5 個）We described of the impleme ntati on process of the hardware modules, software desig n,and the typical applicati on of the main algorithm in detail. Through the an alysis of simulati on result for the garbage f " the con troller we desig ned has achieved expected goal.一Keywords: Garbage truck con troller, AVR micro con troller, PID algorithm指導教師評定成績評審 基兀評審要素評審內(nèi)涵滿分指導教師 實評分選題 品質(zhì)25%目的明確 符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學 計劃的基本要求，達到畢業(yè)論文（設計）綜合訓練的 目的。10理論意義或 實際價值符合本學科的理論發(fā)展，有一疋的學術意義；對經(jīng)濟建 設和社會發(fā)展的應用性研究中的某個理論或方法問題進 行研究，具有一定的實際價值。10選題恰當題目規(guī)模適當，難易度適中；有一定的科學性。5能力水平40%查閱文獻 資料能力能獨立查閱相關文獻資料，歸納總結本論文所涉及的 有關研究狀況及成果。10綜合運用 知識能力能運用所學專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的數(shù)據(jù)進行整 理和運用；能對其科學論點進行論證。10研究方案的 設計能力整體思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手 段的運用能力能運用本學科常規(guī)研究方法及相關研究手段（如計算機、實驗儀器設備等）進行實驗、實踐并加工處理、總結信 息。10外文應用 能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外 文參考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語水平。5論文 品質(zhì)35%文題相符較好地完成論文選題的目的要求。5寫作水平論點鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。15寫作規(guī)范符合學術論文的基本要求。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量 和單位、各種數(shù)據(jù)引用規(guī)范化、符合標準。10論文篇幅10000字左右。5實評總分成績等級指導教師評審意見：指導教師簽名：說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實評總分90100分記為優(yōu)秀，80 89分記為良好，7079分記為中等，60 69分記為及格，60分以下記為不及格。評閱教師評定成績評審 基元評審要素評審內(nèi)涵滿分評閱教師 實評分選題 品質(zhì)25%目的明確 符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學 計劃的基本要求，達到畢業(yè)論文（設計）綜合訓練的 目的。10理論意義或 實際價值符合本學科的理論發(fā)展，有一疋的學術意義；對經(jīng)濟建 設和社會發(fā)展的應用性研究中的某個理論或方法問題進 行研究，具有一定的實際價值。10選題恰當題目規(guī)模適當，難易度適中；有一定的科學性。5能力水平40%查閱文獻 資料能力能獨立查閱相關文獻資料，歸納總結本論文所涉及的 有關研究狀況及成果。10綜合運用 知識能力能運用所學專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的數(shù)據(jù)進行整 理和運用；能對其科學論點進行論證。10研究方案的 設計能力整體思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和 手段的運用 能力能運用本學科常規(guī)研究方法及相關研究手段（如計算機、實驗儀器設備等）進行實驗、實踐并加工處理、總結信 息。10外文應用 能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外 文參考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語水平。5論文 品質(zhì)35%文題相符較好地完成論文選題的目的要求。5寫作水平論點鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。15寫作規(guī)范符合學術論文的基本要求。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量 和單位、各種數(shù)據(jù)引用規(guī)范化、符合標準。10論文篇幅10000字左右。5實評總分成績等級評閱教師評審意見：評閱教師簽名：說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實評總分90100分記為優(yōu)秀，80 89分記為良好，7079分記為中等，60 69分記為及格，60分以下記為不及格。湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）答辯記錄表論文題目一種壓縮式垃圾車的控制器的設計作者姓名李瓊所屬系、專業(yè)、年級電子工程系電子信息工程專業(yè)2009年級指導教師 姓名、職稱賈竹君副教授答辯會紀要時間2013年5月18日地點三教517答亠、丄辯小組成員姓名職務（職稱）姓名職務（職稱）姓名職務（職稱）宮彥軍教授包本剛副教授何紅松講師賈竹君副教授陳愛武講師游珍珍講師答辯中提出的主要問題及回答的簡要情況記錄：會議主持人：記 錄 人：年 月曰L答亠、丄辯小組意見評語：評定等級：負責人（簽名）：年月日系 學 位 委 員 會意見評語：論文（設計）最終評定等級：負責人（簽名）：系部（公章）年月日校學 位 委 員 會意見評語：評定等級：負責人（簽名）：年月日M緒論1課題意義1國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀與動態(tài) .2課題的來源及解決的問題 .51. 垃圾車控制系統(tǒng)總體設計 61.1垃圾車控制器的性能要求 .61.2垃圾車控制器的總體硬件設計 .71.3垃圾車控制器的總體軟件設計 82. 主控制器的設計92.1控制系統(tǒng)結構 92.2控制器的工作方式92.3主控模塊器件的選型及設計 102.4硬件設計 142.5軟件設計 183. 溫控系統(tǒng)設計223.1設計原理 223.2硬件電路設計 .243.3系統(tǒng)軟件設計 .323.4溫度控制方法與仿真 .35結論44附錄46參考文獻 47致謝48插圖索引圖1. 1汽車電子控制系統(tǒng) 2圖2. 1硬件總體結構框圖 9圖2.2ATmega128 芯片引腳 12圖2. 3鐵電存儲器電路 13圖2.4 復位電路和時鐘電路 13圖2.5電源模塊1 5圖2. 6輸入電路1 6圖2. 7輸出電路 1 6圖2. 8串行通信電路 1 7圖2 . 9PLC程序1 8圖2.10ICCAVR中程序設計圖 20圖 2.11AVR Studio 調(diào)試界面 20圖3.1 溫控系統(tǒng)總體框圖 22圖3.2Pt100 的溫度特性曲線23圖3. 3恒流源電路24圖3.4TL431 內(nèi)部結構圖 24圖3.5 鉑電阻測溫電路圖 26圖3.6ICL7135的工作時序圖 28圖 3. 71 CL7135 電路 29圖3. 8溫控信號 30圖3.9 報警電路 31圖3.10 主程序流程圖 32圖3.11數(shù)據(jù)采集流程圖 33圖3.12 過程控制原理框圖 35-III35圖3.13溫控系統(tǒng)原理圖圖3.14PID控制系統(tǒng)原理框圖36圖3. 15系統(tǒng)的簡化 37圖3.1 6系統(tǒng)框圖 37圖3.17系統(tǒng)仿真模型 49圖3.1 8階躍相應 4041圖3.19 主程序流程圖 41圖3.20溫度報警電路仿真圖圖3.21溫度報警電路仿真圖142圖3.22溫度報警電路仿真圖24243圖3.23溫度報警電路仿真圖3-iii一種壓縮式垃圾車的控制器的設計摘要目前，在國內(nèi)較先進的壓縮式垃圾清運汽車中，其車載電控系統(tǒng)絕大多數(shù)采用 國外著名公司開發(fā)的汽車專用控制器，如西門子、三菱等，而我們國內(nèi)沒有形成自 己有特點的產(chǎn)品。因此，我們選取壓縮式垃圾車為控制對象，針對它的工作需求， 根據(jù)車載電氣設備的應用特點，開發(fā)了一款高效、可靠并且適合工作的專用控制器。本文在分析車載電氣控制系統(tǒng)的基本構成和工作原理的基礎上，我們研制了一 款能夠符合壓縮式垃圾車工作的專用控制器，并給出了控制器的具體設計制作的過 程。首先，從功能需求角度對被控制系統(tǒng)進行分析，提出軟硬件總體設計方法。然 后，確定硬件的選型，根據(jù)控制對象的要求，完成了硬件電路，同時完成了系統(tǒng)環(huán) 境上、下位機串口通訊機制，并且通過利用 AVR軟件開發(fā)工具進行軟件設計。在溫 度控制系統(tǒng)環(huán)節(jié)我們采用了傳統(tǒng)的 PID控制算法的方法。論文描述了各硬件模塊和應用軟件的設計和實現(xiàn)過程，并對主要算法及典型應 用進行了詳盡的闡述。通過對仿真結果的分析表明本文所研制的專用垃圾車控制系 統(tǒng)達到了預期的效果。【關鍵詞】：垃圾車控制器，AVF單片機，PID算法-IVDesign of a controller for compressed garbage truckAbstractCurrently, international dedicated programmable controllers are used on vehicle electro nic con trol system of the adva need garbage truck in chi na,suchasSieme ns,Mitsubishi and so on. However, we are unable to form our own products. Therefore, we select the compressi on. type garbage truck as the con trol object, for its work requireme nts and the application of electrical equipment under the vehicle characteristics, developed a highly efficie nt, reliable con troller.We have desig ned a special con troller con siste nt with the work of garbage truck by analysis the structure and the working principle of the vehicle electrical control system and thec on troller is give n the specific desig n process. First, we proposed the software and the hardware desig n methods from the an alysis of the con trolled system. Then, we determ ined theselection of the hardware to complete the hardware circuit design, designed system en vir onment, the lower computer serial com muni cati on mecha ni sm, and through the use ofAVR to complete software design. In the design of temperature control system, we used thetraditional PID control method.We described of the implementation process of the hardware modules, software desig n,and the typical applicati on of the main algorithm in detail. Through the an alysis of simulation result for the garbage truck control system, the controller we designed has achieved expected goal.【Keywords : Garbage truck controller, NR microcontroller, PID algorithm-V緒論課題意義電子技術和微機控制技術的改進為汽車技術性能的提高，經(jīng)濟性、安全性和舒 適性的改善，以及對減少汽車污染都創(chuàng)造了良好的條件。近十年以來，汽車電子控 制技術得到了快速的發(fā)展，無論是哪種用途的車輛，設計人員在改進產(chǎn)品或設計新 型產(chǎn)品時，都離不開電控技術的支持。目前，我國城市生活垃圾的處理大多采用壓縮式垃圾車，它通過車載電控單元 來控制垃圾的收放。它的優(yōu)點是能夠?qū)⒗M行預壓縮，大大提高了垃圾的裝載量， 同時采用全封閉式的車廂裝載，保證了運輸過程中避免造成二次污染，因而社會效 益和經(jīng)濟效益十分顯著。但是，當今國內(nèi)垃圾車上的電子控制部分，大多數(shù)的生產(chǎn) 廠家都采取引進國外生產(chǎn)的專用控制器來控制，這就造成了一些缺點：一是控制器成本比較高，在無形中提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，與垃圾車市場承受力有沖突，不利于 提高該垃圾車生產(chǎn)廠家的市場競爭力；二是由于采用國際上的專用的控制器，同時限 定了所使用垃圾車的型號，對不同型號的國產(chǎn)垃圾車性能的改進形成了一定的阻礙。 為此，我們提出了進行國產(chǎn)垃圾車專用控制器的開發(fā)和研制的課題。本課題設計的專用控制器正是針對壓縮式垃圾車這一特定對象，突出了設計的 專用性。該控制器能夠利用邏輯回路保證各操作指令按順序執(zhí)行，而且其外部只有 線路連接，降低了故障發(fā)生率，避免誤操作造成的事故，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。 另外，控制器具有相當高的運算能力，能夠?qū)ν獠枯斎胄盘栕龀鰷蚀_的判別，發(fā)出 正確的控制指令，驅(qū)動外部執(zhí)行元件工作，從而準確地完成系統(tǒng)的控制要求。除此 之外，系統(tǒng)在設計時，盡量降低了開發(fā)成本，考慮到垃圾車工作的環(huán)境和操作人員 的情況，該控制器在現(xiàn)場的維護簡單方便，適應環(huán)境的能力較強。根據(jù)設計要求， 該控制器能夠監(jiān)控垃圾車上的液壓油溫度，保證其液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。較之以往 的垃圾車控制器使用的單一性，即其軟件程序固化在電路中，無法進行控制功能的 更改，該控制系統(tǒng)的大多硬件設計工作都已轉(zhuǎn)化為軟件設計工作，當需要提升裝備 的性能或增加裝備的功能時，多數(shù)情況下只要對軟件部分進行修改即可實現(xiàn)，這樣 便于裝備的升級和改造，從而使得維護垃圾車的工程技術人員更容易掌握理解。本次設計的實施，將主要在產(chǎn)品質(zhì)量、易用性上與國外產(chǎn)品能夠形成一定的競 爭力，而在價格方面則具有極大的優(yōu)勢。同時我們可以利用目前國內(nèi)在這方面的研 究和產(chǎn)品開發(fā)的空白，占領一個制高點，擺脫對國外技術的依賴，并且對其它不同 的應用條件下的專用型控制器的開發(fā)具有推動與借鑒的意義。通過開發(fā)自主研制的 能力，使我國的垃圾車車載電子控制技術盡快縮小與國外先進水平的之間的差距， 并且能夠在技術成熟以后，通過市場向其它類型的工程車生產(chǎn)企業(yè)推廣以替代當前 的進口產(chǎn)品。因此，該控制器的市場前景將極為廣闊 。國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀與動態(tài)汽車電子控制單元(ECU)是現(xiàn)代汽車中技術含量高、。利潤空間大的部件之一， 長期以來一直受到汽車生產(chǎn)廠家及供應商的高度重視。在高新科學技術飛速發(fā)展的 今天，隨著人們對汽車的安全性、動力性、經(jīng)濟性、操縱性、排放性等方面的要求 不斷提高，汽車上應用的電子裝備功能不斷的增強，性能也在不斷的提高。1汽車電子發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢汽車電子就是指汽車制造及運行過程中所需要的電子技術產(chǎn)品。按照對汽車行 駛性能作用的影響劃分，汽車電子產(chǎn)品分為兩類：第一類是汽車電子控制裝置。汽車 電子控制裝置是指能和車上的機械和液壓系統(tǒng)進行配合使用的，即所謂的“機電結 合”的汽車電子裝置。它們主要包括車身以及車體動作的電子控制，比如電子燃油 噴射系統(tǒng)，制動防抱死控制、車體動作控制、牽引力控制、電子控制自動變速器等；第二類是車載汽車電子裝置。車載汽車電子裝置是在汽車上能夠獨立使用的電子裝 置，它主要是為車輛駕駛提供某些服務，它主要包括汽車信息系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、汽 車音響娛樂系統(tǒng)、車載通信案統(tǒng)等。汽車電子控制系統(tǒng)如圖1.1所示。其主要組成都可分為信號輸入裝置、電子控制 單元(ECU)和執(zhí)行元件三部分，它是與車上的機械系統(tǒng)配合使用，利用電纜或電波互 相傳輸信息。信號輸入裝置包括各種傳感器，用來采集控制系統(tǒng)的信號，并轉(zhuǎn)換成 電信號輸送給電子控制單元。電子控制單元(ECU)是給各傳感器提供參考電壓，接受 傳感器的信號，并且進行存儲、計算和分析處理后執(zhí)行器發(fā)出指令。執(zhí)行元件是由 電子控制單元(ECU)控制，執(zhí)行某項指令控制功能的裝置。圖1.1汽車電子控制系統(tǒng)近幾年來，隨著電子技術、計算機和信息技術的應用，汽車電子控制技術得到 了迅猛的發(fā)展，尤其是在控制精度和范圍、智能化和網(wǎng)絡化等多方面有了較大突破, 汽車電子控制技術已明顯向集成化、智能化和網(wǎng)絡化三方面發(fā)展 。智能化智能化傳感技術和計算機技術的發(fā)展，加快了汽車的智能化進程。因此，汽車 智能化相關的技術問題已受到汽車制造商的高度重視。智能系統(tǒng)的開發(fā)主要依賴于 電子技術并將與電子、衛(wèi)星定位等多個交叉學科相結合。例如，它能根據(jù)駕駛員提 供的資料，向駕駛員提供距離最短且能繞開車輛密度相對集中處的最佳行駛路線。 它還可以安裝電子地圖，采用衛(wèi)星導航，從全球定位衛(wèi)星獲取沿途天氣、車流量、 交通堵塞，自動篩選出最佳行車路線等各種情況。(2) 集成化隨著嵌入式系統(tǒng)、局域網(wǎng)控制和數(shù)據(jù)總線技術的日益成熟，汽車電控系統(tǒng)的集 成成為汽車技術發(fā)展的必然趨勢。這主要表現(xiàn)在以下幾個方面：將發(fā)動機管理系統(tǒng)和 自動變速器控制系統(tǒng)，集成為動力傳動系統(tǒng)的綜合控制 ；將制動防抱死控制系統(tǒng)、牽 引力控制系統(tǒng)和驅(qū)動防滑控制系統(tǒng)綜合在一起進行制動控制；將制動、懸架、轉(zhuǎn)向等控制系統(tǒng)通過總線進行連接，控制器通過復雜的控制運算，對各子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)， 形成一體化發(fā)的控制系統(tǒng)。(3) 網(wǎng)絡化隨著越來越多的電控器件在汽車上應用，車載電子設備間的數(shù)據(jù)通信變得越來 越重要。構造以分布式控制系統(tǒng)為基礎的汽車車載電子網(wǎng)絡系統(tǒng)是十分必要的，大 量數(shù)據(jù)的快速交換、高可靠性及低成本是對汽車電子網(wǎng)絡系統(tǒng)的要求。在該系統(tǒng)中， 主處理機收集整理各子處理機的數(shù)據(jù)，各子處理機獨立運行，控制改善汽車某一方 面的性能，同時在其它處理機需要時提供相關的數(shù)據(jù)服務 。2. 國外發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢國外汽車電控技術始于20世紀60年代，共分為三個階段：第一階段是從20世 紀第二階段是從20世紀70年代末期到90年代中期，為解決安全、污染、和節(jié)能 三大問題，研制出電控汽油噴射系統(tǒng)、電控點火系統(tǒng)等 ；第三階段是20世紀90年 代中期以后，電子技術廣泛的應用在底盤、車體動作和車用發(fā)動機等多個領域2。國外的汽車電子控制系統(tǒng)大大的提高了汽車的動力性、經(jīng)濟性、安全性、舒適 性，同時電子技術在汽車工業(yè)上的廣泛應用能夠很好地解決全球范圍的汽車尾氣排 放問題和能源危機問題。因此，廣泛和深入采用電子技術，不僅是汽車制造廠本身 為了提高產(chǎn)品的性能和競爭力的迫切需要，同時也是得到了外國政府和社會的大力 支持。針對汽車控制系統(tǒng)的高度電子化的情況，國外汽車電控技術的設計人員在進 行汽車電子控制系統(tǒng)設計的同時，增加了各種不同功能的控制模塊，對汽車電子單 元的發(fā)展起到了巨大的推動作用。與為適應社會發(fā)展的需求，國外的垃救手制造嚴業(yè)起步早，研友投人大，許多 -3 -比較大的工程車生產(chǎn)廠家紛紛研究出高效多功能的垃圾車。與普通汽車電子技術的 發(fā)展一樣，垃圾車電控技術也達到比較成熟的階段，許多型號的垃圾車都同時具備 全自動、半自動、電手動、純手動等不同的操作功能。大部分的車載電氣控制系統(tǒng) 采用的是專用的可編程控制器，比較有名的廠家包括美國的通用電氣、 莫迪康公司; 日本的三菱、富士、歐姆龍、松下電工；德國的西門子公司；法國的施耐德公司等。汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也是電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的縮影，因為幾乎所有的信息產(chǎn)品都可 以應用于汽車整車，隨著計算機技術迅猛發(fā)展及廣泛普及，其應用領域日益擴大。 如今在任何一輛汽車上，都不難發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代電子技術的痕跡，現(xiàn)代汽車上電子裝備的 價值比重也在不斷的增加。據(jù)統(tǒng)計，從 1989到2006年，電子設備在整個汽車制造 成本中所占的比例已經(jīng)由16%曾至35%國外廠商在我國汽車電子市場仍占據(jù)主導 地位，其中博世、De nso, Delphi和西門子分列市場占有率的前四位，市場占有率 為 12.2%, 10.8%, 9.2% 和 8.8%。綜上所述，國外電子控制技術發(fā)展動向有以下幾個方面：一、產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個方向發(fā)展，各有特點；二、 在閉環(huán)過程控制中應用日益廣泛，通訊功能不斷加強；三、 新器件和模塊不斷推出。高檔的控制器除了主要采用CPU以提高處理速度外， 還有帶處理器的EPRO或RAM的智能vo模塊、高速計數(shù)模塊、遠程v0模塊等專用 化模塊；四、編程工具多樣化，功能不斷提高，編程的語言趨向標準化，并且有高檔的指令 系統(tǒng)：五、追求軟硬件的標準化；六、發(fā)展容錯技術。3. 國內(nèi)的發(fā)展狀況當前，國內(nèi)在垃圾處理時主要使用的是壓縮式垃圾車。由于敞開式、加蓋式垃 圾車的密封性能差，同時因為受到國家法規(guī)的制約，它的使用成本也比較高。而集 裝箱式垃圾車裝載的利用率低，還存在很多缺陷，在市場上已很少見。相對于其他 型式的垃圾車容量小、壓縮性差以及容易產(chǎn)生二次污染等缺點，壓縮式垃圾車是現(xiàn) 在國內(nèi)大多數(shù)使用的車型34。20世紀90年代后期開始，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了一些小型公司及高等院校對垃圾車車 用電控系統(tǒng)的研究，但是大部分都是在研究國外一些著名公司的成熟產(chǎn)品。一方面 主要是因為受到電子器件缺乏、軟硬件設計經(jīng)驗不足、控制策略的理解不深以及市 場需求等條件的限制，研發(fā)的力度不夠，研究發(fā)展的速度比較緩慢，大部分也只是 簡單的停留在硬件功能的實現(xiàn)階段；另一方面是研究的方向和市場的定位不明確，無 法與國外的產(chǎn)品形成競爭力，也就不可能實現(xiàn)一定量的產(chǎn)業(yè)化。除此之外，從技術 層面上看，完全的通過模仿來掌握國外先進控制器的硬件或軟件還是比較困難的。 一是目前硬件的集成度在不斷提高，隨著電路向智能化方向發(fā)展，驅(qū)動電路的高度 集中，一個芯片己能完成以前多個芯片的功能。另一方面，隨著軟件技術的不斷發(fā) 展和完善，國際上先進的軟件開發(fā)難以掌握。專家在分析我國汽車電子產(chǎn)業(yè)狀況時認為，目前我國汽車電子的總體實力較弱， 汽車電子產(chǎn)品水平與國際先進水平相比大約落后十年左右，而且科研與產(chǎn)業(yè)結合不 緊密。國內(nèi)汽車電子產(chǎn)業(yè)在企業(yè)規(guī)模、市場開拓，產(chǎn)品銷量，技術水平等方面，與 國外還存在較大差距，企業(yè)規(guī)模普遍較小，生產(chǎn)能力不足，形不成規(guī)模效益。另外， 各地汽車電子企業(yè)沒有形成完善的配套體系，汽車電子形不成配套能力0所以說目前我國汽車電控技術尚處于起步階段，汽車電子技術的發(fā)展面臨雙重 壓力，一個是技術上的壓力，另外一個就是缺乏市場。國內(nèi)工程車生產(chǎn)廠家的電子 控制單元主要是通過引進國外的技術，進行消化吸收，這樣不但造成成本比較高， 而且在一些應用上存在著一定的缺陷。所以發(fā)展汽車電子控制技術必須立足于本土 化，其發(fā)展應該要突出經(jīng)濟化的特征，要以產(chǎn)品的綜合經(jīng)濟性為根本點，主要表現(xiàn) 在以下幾個方面：總體系統(tǒng)盡量使用低成本的方案；生產(chǎn)上也要體現(xiàn)低成本；在嚴品的 研友過程甲體現(xiàn)低成本：使用和技術支持服務上也要體現(xiàn)低成本。課題的來源及解決的問題本課題來自湖南科技學院垃圾車專用可編程控制系統(tǒng)研制項目。項目要求控制 器能夠根據(jù)操作人員的按鈕操作指令，并結合行程開關等信號狀態(tài)，控制各路電磁 閥，達到控制垃圾車各運動臂的目的。同時，該控制器還能夠?qū)崟r的監(jiān)測垃圾車的 液壓油溫度，避免油溫過高或過低，即該液壓油溫度自動控制系統(tǒng)應該滿足以下要 求:能夠及時地控制加溫裝置和散熱裝置的工作，使油液的溫度保持在規(guī)定的范圍之 內(nèi)。同時具備保護的功能，在油液溫度過高危及系統(tǒng)安全的情況下能夠及時報警， 保證垃圾車在工作時處于最佳的狀態(tài)。本課題需要解決的關鍵問題如下：(1) 控制器硬件電路和軟件的設計，模擬量和開關量的輸入 /輸出功能的實現(xiàn)；(2) 具有恒溫控制功能；(3) 采用有效的算法，改善溫度控制精度。-10 -1垃圾車控制系統(tǒng)總體設計本論文所設計的是垃圾車專用的控制系統(tǒng)，設計的目的是使得垃圾車能夠根據(jù) 操作人員的按鈕指令并結合行程開關等信號狀態(tài)控制電路電磁閥，以達到準確控制 垃圾車在工作時各運動臂的時序動作，同時為保證車載液壓系統(tǒng)正常工作，該控制器還 能夠?qū)崟r的自動控制液壓油溫度，當油溫過高或過低時，對車輛控制系統(tǒng)起到保護 作用。下面討論系統(tǒng)總體設計方案，包括系統(tǒng)的性能要求和特點以及硬件、軟件方 案的分析。1.1垃圾車控制器的性能要求根據(jù)垃圾車工作方式，本次設計的垃圾車控制系統(tǒng)的功能要求如下：(1) 可以人為方便地通過控制車體上的操作按鈕來完成垃圾的裝卸、壓縮收運的 過程，包括全自動和手動控制兩種方式，從而有效實現(xiàn)整個垃圾裝卸過程的自動化， 提高工作效率；(2) 能夠?qū)崿F(xiàn)對液壓油的恒溫控制，具有保護車體液壓系統(tǒng)的功能得安全性要求。 如果實際測得溫度不符合設定的安全溫度，保護電路會做出報警反應，從而實現(xiàn)對車體安全保護；(3) 模塊化設計，安裝拆卸方便，維修簡單方便；(4) 盡量采用市場上的典型、通用的元器件，一旦發(fā)生損壞現(xiàn)象，可以及時買到 同樣的元件進行替換；(5) 確保系統(tǒng)可靠性高，故障率低。鑒于上述系統(tǒng)功能要求以及垃圾車車輛控制器應該所具有的體積小、成本低、 功能強、抗干擾能力強和盡可能達到更高精度的要求，本系統(tǒng)在硬件設計方面具有 以下幾個特點：一、控制主板采用AVR單片機作為核心芯片，無論在運算速度，還是在內(nèi)部資 源上均可達到本系統(tǒng)的性能要求。二、根據(jù)車輛液壓系統(tǒng)油溫范圍的要求，本系統(tǒng)適合采用Ptl 00鉑電阻作為溫度傳感器，而Ptl 00鉑電阻在大溫度范圍內(nèi)測溫時表現(xiàn)出的不可忽視的非線性不容 忽視，因此在溫度測量的過程中必須對鉑電阻溫度傳感器的非線性進行優(yōu)化，從而 提高系統(tǒng)溫度測量的精確度，我們采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理，設計了一種高精度的測溫非線性校正方案。為了簡化系統(tǒng)硬件，控制量采用固態(tài)繼電器的方式輸出。整個系統(tǒng)遵循了冗余 原則以及以軟代硬的原則，并盡可能選用典型、常用、易于替換的芯片和電路，為 系統(tǒng)的開放性、標準化和模塊化打下良好基礎。系統(tǒng)擴展和配置在滿足功能要求的 基礎上留有適當裕量，以便于擴充和修改。1.2垃圾車控制器的總體硬件設計目前，壓縮式垃圾車液壓及控制系統(tǒng)主要是采用專用控制器及電磁閥進行自動 控制。一般情況下在某控制系統(tǒng)進行電路設計時主要采取兩種方案，即純粹的模擬 電路和以單片機為控制核心的電路兩種形式。模擬控制電路的最大的優(yōu)點是快速的對系統(tǒng)做出反應，對系統(tǒng)的實時控制方面 也有較大的優(yōu)點。但是，對于控制系統(tǒng)，它的采樣速率也不是越快越好，它還要取 決于被控系統(tǒng)的響應的特性。在本系統(tǒng)中需要對溫度進行采樣控制，溫度的控制是 一個相對緩慢的變化過程，我們不能很精確的對溫度進行實時控制，因此不能更好 的體現(xiàn)模擬電路的優(yōu)勢所在。另外，模擬電路的控制算法主要是通過元器件之間的 電氣關系來實現(xiàn)，對于一些較復雜的算法實現(xiàn)起來比較困難。單片機是把中央處理單元CPU隨機存取存儲器RAM只讀存儲器ROM定時計 數(shù)器及輸入輸出接口電路等都集成在一塊集成芯片上的微型計算機。目前單片機廣 泛地應用于軍事、工業(yè)、電器、智能玩具、便攜式智能儀表和機器人制作等領域， 使產(chǎn)品的功能、精度和質(zhì)量得到大幅度的提升，而且其電路構造簡單，故障率低， 可靠性高，成本低廉。它的主要特點包括：一、品種全，型號多。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了開發(fā)的產(chǎn)品能順利 移植，較容易地使產(chǎn)品進行升級換代；二、性能提升，容量擴大。