专利名称：电动轮电脑控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动轮电脑控制器，属于车辆自动控制装置领域。
电动轮是电传动矿用汽车的简称(上、下同)，国外矿山自60年代开始使用，国内70年代研制成功第一台108吨电动轮，80年代投入批量生产，现在总量已达220台，占重型矿用车在用量的40％，但就其电气控制系统而言，国内电动轮还存在着许多问题，如由于国内绝大多数电动轮的电控装置，采用的是晶体管元件和集成电路元件，例如湘潭电机厂生产的SF3102型108吨电动轮自卸车，其电控部分安装在一个1910×1810×700mm的控制箱内，共有12块插板，控制过程是由晶体管元件、运算放大器、功放电路及常规继电器完成，即主要利用模拟电路来实现电磁的控制过程，其硬件电路非常复杂，不便于调试和维护，另外模拟电路受其自身电气特性的限制，也存在着控制时间常数难以确定和系统元件老化快的缺陷，在使用中由于主回路电压、主回路电流、左右轮电流没有参与控制，对重车、空车、上坡和下坡等工况识别不清，常常会发生主回路电压、主回路电流、左右轮电流超限的现象，加速了电机和马达的老化，严重时会烧坏电机和轮马达等设备，造成几十万元甚至几百万元的经济损失，因而改善电动轮的电气控制状况的要求相当迫切。
本实用新型的目的在于针对上述电动轮存在的控制难问题，采用微型计算机(简称电脑)及其他电路组成一种电动轮电脑控制器。
本实用新型的上述目的是这样实现的一般的微型计算机控制系统是由微型计算机(电脑)和工业控制对象两大部分构成，其中包括硬件和软件，硬件主要有主机(CPU)，它是整个控制系统的指挥部，通过接口向各部分发出命令，并进行数据检测、逻辑判断等；接口与输入输出通道，它主要完成主机与被控对象间的信息交换，主要有并行接口(PIO)，实时时钟和A/D及D/A转换器；存贮器包括有随机存取存贮器(RAM)和只读存贮器(ROM)，只读存贮器(ROM)又包括有可编程ROM(PROM)和可改写ROM(EROM)，它们用来存放计算机的数据代码，及运算结果，相当于计算机的仓库；检测元件及仪表，主要用来在工业控制中收集和测量各种参数，并把这些参数转换成统一的计算机标准电平后输入计算机；操作台(板)是人机对话的纽带，一般包括显示器、作用开关及功能键，可以输入程序、数据以及显示参数；软件一般包括有系统软件、应用软件及数据库，是计算机的中枢，可使整个装置在软件协调下工作，按照上述组成原理，并结合电动轮的电气特性，本实用新型应采用如下方式组成首先主回路电压、电流、左右轮电流、车速、发动机转速、牵引和制动深度，均是控制变量，并参与控制发电机的励磁电流，构成非线性闭环控制，从而完成对各变量进行实时监控，达到控制发电机励磁电流的目的，保证电动轮合理的工作状态，具体结构设置包括有电脑控制器外壳、电脑控制器面板以及布置有电脑控制器全部电路硬件的印刷电路板，电脑控制器的实现电路包括有内设电路和外部电路两部分，其中内设电路中含有单片机以及与其配套的并行输入输出接口(PIO)、串行只读存贮器接口(EPROM)、监视跟踪定时器以及时钟振荡信号发生器、A/D参考电压电路6个单元，外部电路含有多路模拟输入信号开关、低通滤波、励磁脉冲输出、制动深度检出、光电隔离输入信号、光电隔离中断请求信号输入、光电隔离输出控制信号，显示及其控制、功能键输入、线路端子输出、控制继电器等11个单元，上述电路由存贮在串行存贮器(EPROM)中的程序控制完成各项功能。
本实用新型的有益效果在于1、采用多变量非线性控制方式，可对各种变量进行实时监测，保证其合理的工作范围。
2、控制核心采用16位单片机功能强大，特别适用于励磁脉冲控制。
3、多变量参与控制可实现车况监视，自动调速，保证安全驾驶。
4、具有对一次设备保护功能，防止电机，马达的意外事故。
图1为本实用新型的控制原理图；图2为本实用新型硬件框图；图3为本实用新型整体结构图；图4为本实用新型的内设电路(不包括串行只读存贮器、监视跟踪定时器以及时钟振荡信号发生器单元)的电路图；
图5为串行只读存贮器电路图；图6为监视跟踪定时器电路图；图7为时钟振荡信号发生器电路图；图8为励磁脉冲输出电路图；图9为制动深度检出电路图；图10为一路光电隔离信号输入电路图(电动机转速输入，其他二路略)；图11为一路光电隔离中断请求信号输入电路图(牵引踏板位置中断请求，其他五路略)；图12为光电隔离输出控制信号电路图；图13为输出控制继电器电路图；图14为显示器七段发光管电路图；图15为显示器译码一驱动电路图；图16为显示器发光管电路图；图17为功能键电路图；图18为控制信号输入/出接线端子图；图19为电源接线端子图；图20为显示线路端子以下结合附图对本实用新型的技术方案做详细说明附图所示为本实用新型的控制原理及硬件电路，其中附图3-20提供了本实用新型的一种实施例，它是由电脑控制器外壳(1)、电脑控制器面板(2)以及布置有电脑控制器全部硬件的印刷电路板(3)组成，其特点在于硬件电路包括有内设电路和外部电路两部分，其中内设电路含有16位型单片机(U6)即MCS系列80C198机型(该机型内部设有A/D转换及脉冲宽度调制寄贮器)作为控制核心，与单片机(U6)配套使用的有外接并行输入输出口(PIO)(U2)，采用可编程单片机外围芯片PSD311，做为数据传输接口，外接串行只读存贮器接口(U4)采用电改写串行只读存贮器(EEPROM)芯片94LC46，存贮电脑控制器的所用程序，监视跟踪定时器(U3)采用定时器MAX705芯片，做为电脑控制器的硬件看门狗，时钟振荡信号发生器电路(2D)采用8MH2晶振器与单片机内部振荡电路配合产生时钟信号，A/D转换参考电压电路采用外接方式，总计6个内设电路单元；外部电路含有多路模拟输入信号开关(UB)采用多路模拟开关芯片MAX358，用以选通输入量，低通滤波电路利用阻容特性，防止高频于扰，励磁脉冲输出采用缓冲器(U5)4N25和双级晶体管驱动电路输出控制电动轮发电机励磁电流的脉冲信号，制动深度检出电路采运算放大器(IC2)芯片(AD654)和光电隔离器(24)(GN137)检出电动轮紧急刹车时产生的开关量信号，供电脑控制器处理，光电隔离输入信号电路和中断请求信号，输入电路都采用光电隔高器(TLP621)防止外界干扰，其中在光电隔离输入信号电路的输出部分接有施密特反相触发器(74LS14)，用以反转电平，在光电隔离输出信号控制电路中光电隔离器(TLP621)用以防止干扰，驱动器(U11)采用集成运放ULN2003用以导通六路输出信号控制的各继电器动作；显示及控制电路中包括有八位七段数码管显示电路和六路控制状态发光二极管显示电路及一路电源显示电路，八位七段数码管显示电路采用二-十进制译码驱动器(M1)MAX29进行位段选控制，线路端子包括有输入输出信号端子(D27)采用DB50型，用以输入输出控制重的引线，显示板端子(D21)用以显示板上各电路信号端的引线，采用26PIN型，电源端子(D29)用以对电脑控制器各电路提供电源引线端，其采用DB36型，上述各部分电路间的连接关系是并行输入输出口(PIO)(U2)的地址线(A8-A15)和数据线(AD0-AD7)分别与单片机(U6)的地址线(A8-A15)，数据线(AD0-AD7)连接；串行只读存贮接口(U4)(EPROM)的输入输出数据端分别与单片机(U6)的I/O口的(TXD)、(RXD)端相接，控制信号(9346)和时钟信号(CLK)端分别与单片机(U6)的高速输出口的(HS0.0)和(HS0.2)端相接；监视跟踪定时器(U3)的控制信号(705)和复位端(RST)分别与单片机的高速输出口的(HSO.3)端、复位信号输出端(RST)连接，时钟振荡信号发生器(ZD)的输入输出信号端分别与单片机(U6)内设时钟电路的输入、输出信号端(XTAL1)、(XTAL2)相接；A/D转换参考电压提供电路的输出端与单片机(U6)的参考电压(VREF)端相接，外部电路与内设电路间的连接关系是多路模拟输入信号开关(U8)的输入端分别与主回路电压(V)、主回路电流(I)、左轮电流(LI)、右轮电流(RI)连接，连接方式为输入信号经输入输出信号线路端子(D27)引入，主回路电压(V)、主回路电流(I)直接接入多路模拟输入信号开关(U8)的两个输入端(IN1)和(IN2)，左轮电流(LI)和右轮电流(RI)经限流电阻(R54及R51)后接入多路模拟输入信号开关(U8)的两个输入端(IN3)和(IN4)，多路模拟输入信号开关(U8)的选通控制信号端(A0、A1、A2)分别与并行输入输出接口(U2)(PIO)的输出端口A的(PA0)、(PA1)、(PA2)端相接，多路模拟输入信号开关(U8)的输出端(OUT)与低通滤波电路的输入端相接，低通滤波电路的输出端与单片机(U6)的A/D输入端(ACH6)相接；励磁脉冲输出电路的输入端与单片机(U6)的脉冲宽度调制器的输出端(HSO0)相接，其输出端接输入输出信号线端子(A)、(B)端，MCS80C198机型其内设有脉冲宽度调制控制寄存器，因而可用来调节电机的转速，制动深度检出电路的输入端(BRAKE)与输入输出信号线路端子(D27)的(BRAKE)端相接，输出端(TF)与单片机I/O口的(T2LCK)端相接，输入制动状态信号；光电隔离输入信号电路有发动机转速(DDJ)、左轮转速(ZL)、右轮转速(YL)三个模拟量输入经输入输出端子(D27)引入，各分别与一路光电隔离输入信号电路的输入端相接，三路光电隔离输入信号电路的输出端分别与单片机(U6)的高速输入口的(HSI0)、(HSI1)、(HSI2)相接，光电隔离中断请求信号输入电路，以中断请求方式输入牵引踏板位置(STA0)、制动踏板位置(STA1)、励磁接触器(STA2)、牵引踏板最低位置(STA5)、牵引接触器触点(STA4)和制动接触器(STAS)六路信号，六路信号经输入输出端子(D27)相应端子引入后分别与一路光电隔离中断请求信号的输入端相接，六路光电隔离中断请求信号的输出端(IN0)、(IN1)、(IN2)、(IN3)、(IN4)、(IN5)分别与并行输入输出口(U2)的端口A的(PA4)、(PA5)、(PA6)、(PA7)及端口B的(PB6)、(PB7)相接；光电隔离输出控制信号电路包括6路信号的控制产生；即牵引继电器控制信号(P10)、制动继电器1(P11)、制动继电器1控制信号(P12)、励磁接触器控制信号(P13)、弱磁控制继电器控制信号(P14)、仿误反向继电器控制信号(P15)，六路光电隔离输出控制信号电路的输入端分别与并行输入输出口(U2)的端口B的(PB0)、(PB1)、(PB2)、(PB3)、(PB4)、(PB5)、(PB6)、(PB7)相接，输出端(J0、J1、J2、J3、J4、J5)分别与牵引继电器(JD1)、制动继电器1(JD2)、制动继电器2(JD3)、励磁接触器(JD4)、弱磁控制继电器(JD5)、仿误反向继电器(JD6)的输入端(J0-J5)相接，各继电器及励磁接触器的输出端接输入输出端子(D27)相应端；显示及控制电路中包括八位七段数码管显示电路、六路控制状态发光二级管显示电路和一路电源发光二级管显示电路，其中八个七段数码管显示片(DISl-DIS7)为DISP2数码管，固定在电脑控制器的面板上，其位选、段选信号(A-F)端与二一十进制数码驱动器(M1)MAX219的输出端(DIG0-DIG7)和(SEGA-SEGE)相接，接地端与MAX219接地输出端连续，MAX219的数据输入端经显示线路端子(D21)与单片机(U6)的I/O的(TXD)端相接，时钟信号(CLK)和锁定信号(LOAD)输入端经显示线路端子(D21)分别与单片机(U6)的高速输出口的(HSO.2)、(HSI305)端相接，六路控制状态发光二级管显示电路的输入端经显示线路端子(D21)分别与触发器(UPA)、(UPB)、(UPC)、(UPD)、(UPE)、(UPF)、的输出端相接，触发器的各输入端分别与并行输入输出接口(U2)(PIO)的B端口的(PB0)、(PB1)、(PB2)、(PB3)、(PB4)、(PB5)端相接，一路电源指示发光二级管接在电源与共用地之间；功能键输入电路中四个功能键固定在电脑控制器面板(2)上，至左向右依次为参数选择键(K0)、位选键(K1)、修改键(K2)和确认键(K3)，它的采用接触式按键，其中参数选择键(K0)经显示线路端子(D21)与并行输入输出口(U2)(PIO)的端口A的(PA3)端相接，位选键(K1)、修改键(K2)和确认键(K3)经显示线路端子(D21)与单片机(U6)的I/O口的(ACH7)、(ACH5)和(ACH4)端相接，上述电路焊接固定在印刷电路板(3)上，安装在电脑控制器的外壳(1)之中。
本实用新型由于采用了单片机(80C198)为控制核心，因而具有励磁控制功能，使用时与电动轮内设的检测元件配合，完成对电动轮的综合电气控制，具有一般控制器无法比拟的优越性。
权利要求一种电动轮电脑控制器由电脑控制器外壳、电脑控制器面板以及布置有电脑控制器全部电路硬件的印刷电路板组成，其特征在于电脑控制器的硬件电路包括内设电路和外部电路两部分，其中内设电路含有16位型单片机及与其配套使用的并行输入输出接口(PIO)、串行只读存贮器接口(EEPROM)、监视跟踪定时器以及时钟振荡信号发生器和A/D转换参考电压提供6个单元电路；外部电路含有多路模拟输入信号开关、低通滤波、励磁脉冲输出、制动深度检出、光电隔离输入控制信号、光电隔离中断请求信号输入、光电隔离输出控制信号、显示及其控制、功能键输入、线路端子(输入输出信号线路、显示板线路、电源线路三个端子)、输出控制继电器11个单元电路；内设电路间的连续关系是并行输入输出口(PIO)的地址线、数据线与单片机的地址线、数据线连接；串行只读存贮器接口(EEPROM)的输入和输出数据端分别与单片机I/O的(TXD)、(RXD)端相接，控制信号(9346)和时钟信号(CLK)端分别与单片机的高速输出口的(HSO.0)和(HSO.2)端相接；监视跟踪定时器的控制和复位端分别与单片机的高速输出口(HSO.3)端和复位信号输出端(RST)连接，时钟振荡信号发生器的输入、输出信号端分别与单片机内设时钟电路的输出、输入信号端(XTAL2)和(XTAL1)相接；A/D转换参考电压提供电路的输出端与单片机的参考电压(VREF)端相接，外部电路与内设电路间的连接关系是多路模拟输入信号开关的输入模拟信号包括主回路电压(V)、主回路电流(I)、左轮电流(LI)和右轮电流(RI)，它们经输入输出信号线路端子引入，主回路电压(U)、主回路电流(I)直接接入多路模拟输入信号开关的两个输入端(IN1)和(IN2)，左轮电源(LI)和右轮电源(RI)经限流电阻后接入多路模拟输入信号开关的两个输入端(IN3)、(IN4)，多路模拟输入信号开关的选通控制信号端(A0)、(A1)、(A2)分另与并行输入输出接口(PIO)的输出端口A的(PA0)、(PA1)、(PA2)端相接，多路模拟输入信号开关的输出(OUT)端与低通滤波电路的输入端相接，低通滤波电路的输出端与单片机的A/D输入端(ACH6)相接；励磁脉冲输出电路的输入端与单片机的脉冲宽度调制器的输出端(HSO0)相接，其输出端接输入输出信号线路端子；制动深度检出电路的输入端(BRAKE)与输入输出信号线路端子的(BRAKE)端相接，输出端(TF)与单片机I/O口的(T2CLK)端相接；光电隔离输入信号电路有发动机转速(DDJ)、左轮转速(ZL)、右轮转速(YL)三个模拟量输入，经接线端子引入，分别与一路光电隔离输入信号电路的输入端相接，三路光电隔离输入信号电路的输出端分别与单片机的高速输入口的(HSI0)、(HSI1)、(HSI2)相接；光电隔离中断请求信号输入电路包括有牵引踏板位置(STA0)、制动踏板位置(STA1)、励磁接触器(STA2)、牵引踏板最低位置(STA3)、牵引接触器触点(STA4)和制动接触器(STA5)六路中断请求输入信号，经输入输出端子引入后分别与一路光电隔离中断请求信号输入端相接，六路光电六路隔离中断请求信号的输出端(IN0)、(IN1)、(IN2)、(IN3)、(IN4)、(IN5)分别与并行输入输出口(PI0)的端口A的(PA4)、(PA5)、(PA6)、(PA7)及端口B的(PB6)、(PB7)相接；光电隔离输出控制信号电路包括六路信号的控制产生牵引继电器控制信号(P10)、制动继电器1控制信号(P11)、制动继电器2的控制信号(P12)、励磁接触器控制信号(P13)、弱磁控制继电器控制信号(P14)、仿误反向继电器控制信号(P15)，这六路光电隔离输出控制信号电路的输入端分别与并行输入输出口(PI0)的端口B的(PB0)、(PB1)、(PB2)、(PB3)、(PB4)、(PB5)、(PB6)、(PB7)相接，输出端(J0-J5)分别与牵引继电器、制动继电器1、制动继电器2、励磁接触器、弱磁控制继电器、仿误反向继电器的输入端相接，各继电器及励磁接触器的输出接输入输出线路端子相应端；显示及控制电路中包括八位七段数码管显示电路、六路控制状态发光二级管显示电路和一路电源指示电路组成，其中八位数码管显示电路的数码管和状态显示的发光二级管固定在电脑控制器面板上，数码管其位选、段选信号、接地端与译码-驱动器的输出端连接，译码-驱动器的数据输入端经显示线路端子与单片机I/O的(TXD)端相接，时钟信号、锁定信号输入端经显示线路端子与单片机的高速输出口的(HSO2)、(HSO5)端相接，六路控制状态发光二级管显示电路的输入端经显示线路端子分别与触发器(UPA)、(UPB)、(UPC)、(UPD)、(UPE)、(UPF)的输出端相接，触发器的输入端分别与并行输入输出接口(PIO)的B端口的(PB0)、(PB1)、(PB2)、(PB3)、(PB4)、(PB5)端相接，一路电源显示发光二级管电路一端与电源相接，另一端接地；功能键输入电路中四个功能键固定在电脑控制器面板上，至左向右依次为参数选择键(K0)、位选键(K1)、修改键(K2)和确认键(K3)，采用接触按键，其中参数选择键(K0)经显示线路端子与并行输入输出口(PI0)的端口A的(PA3)端相接，位选键(K1)、修改键(K2)和确认键(K3)，经显示线路端子与单片机的I/O的(ACH7)、(ACH5)和(ACH4)端相接，上进电路固定在印刷电路板上，印刷电路板固定安装在电脑控制器的外壳中。
专利摘要本实用新型涉及一种电动轮电脑控制器,属于车辆自动控制装置领域,由外壳、面板及布置有全部电路硬件的印刷电路板组成,其特点在于由单片机为控制核心,组成多变量控制的电动轮励磁控制电路,完成对电动轮工作状况的监视、调整等控制功能,使电动轮工作在合理状态下,对于电动轮各种设备具有保护作用,从而延长了电动轮的使用寿命。
文档编号B60T8/60GK2341852SQ9824617
公开日1999年10月6日 申请日期1998年10月29日 优先权日1998年10月29日
发明者芦晓民 申请人:芦晓民