一种用于汽车碰撞实验的电力拖动控制系统的制作方法

本发明涉及一种汽车碰撞试验控制系统，特别是一种用于汽车碰撞实验的电力拖动控制系统,属于电气自动化技术领域。

背景技术：

汽车碰撞实验是综合评价和研究汽车被动安全性最基本和最有效的方法，而开展该实验的基础是一套合理有效的拖动系统。目前的拖动系统对于车速的检测是直接从直流调速器中读出转速，由此换算得到，其对于真实车速反映不够准确；并且被测汽车与实验控制中心的数据交互依靠实体电线，不利于实验进行；此外对于拖车后退的控制、牵引力的检测等方面目前还没有专利技术涉及。因此，需要设计一个更为实用精确、功能更加全面的电力拖动控制系统。本系统能够实现对汽车碰撞实验过程中的拖动速度、拖车分离、拖车制动、拖车正反向运行进行控制，还能对拖车牵引力进行检测，并在牵引力达到警戒值时制动电动机，具有较大的创新性和实用性。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于解决现有的拖动系统对于车速的检测是直接从直流调速器中读出转速，由此换算得到，其对于真实车速反映不够准确；并且被测汽车与实验控制中心的数据交互依靠实体电线，不利于实验进行；此外对于拖车后退的控制、拖车释放的控制、牵引力的检测没有涉及的问题。

技术方案：为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种用于汽车碰撞实验的电力拖动控制系统，包括测试轨道、拖车、被测汽车、可编程控制器、单片机、晶闸管、离合装置、控制按钮、zigbee、光电传感器、速度传感器、力传感器、正反向控制器、制动装置、直流调速器和直流电机，其中：

可编程控制器：安装于测试轨道旁，输入端连接控制按钮、zigbee1接收端、光电传感器，输出端连接zigbee1发送端、正反向控制器、制动装置、直流调速器；

单片机：设置于被测汽车上，速度传感器、力传感器和zigbee2均连接至单片机；

拖车：与被测汽车可分离式连接，拖车的前后两端均连接钢丝绳，钢丝绳与直流电机的滚轴连接，使得拖车能够在钢丝绳驱动下沿轨道正反向运动；

直流电机：设置于地面，直流电机的转轴与钢丝绳连接；

控制按钮：控制按钮与可编程控制器连接，手动控制直流电机；

速度传感器：设置于被测汽车的电机上，用于检测被测汽车的实时速度；

力传感器：设置于离合装置处，用于检测被测汽车的实时受力值；

离合装置：设置于拖车和被测汽车连接处，用于控制拖车和被测汽车的分离；

正反向控制器：连接直流电机，用于自动控制直流电机转向；

制动装置：连接直流电机，用于自动制动直流电机；

直流调速器：连接直流电机，用于自动直流电机调速。

进一步地，所述光电传感器可滑动的设置于测试轨道两侧，且光电传感器的测试头朝向测试轨道，使之能够检测被测汽车是否达到预定位置。

进一步地，所述光电传感器设置于拖车和被测汽车开始分离处。

进一步地，还包括设置于单片机和离合装置之间的能够将单片机的控制信号放大的晶闸管。

进一步地，所述速度传感器为霍尔式速度传感器。

进一步地，拖车两端都与钢丝绳连接。

进一步地，所述可编程控制器为s7-200型可编程控制器。

进一步地，所述单片机为stc89c52型单片机。

进一步地，所述拖车两端连接的两根钢丝绳均连接至直流电机，且在直流电机的转轴上绕扎，两根钢丝绳的绕线方向互为反向。

进一步地，控制按钮连接可编程控制器的x2端子。

工作原理：通过与被测汽车连接的拖车来给被测汽车提供动力，拖车依靠拖车前后两端的钢丝绳连接到直流电机，由直流电机间接提供拖车动力，使用速度传感器和力传感器来检测被测汽车的实时速度和牵引力，并通过zigbee模块来进行可编程控制器和单片机之间的信息交互，可编程控制器根据所接受的信号，进一步对直流电机发出调速、制动等命令；人为使用控制按钮来给出直流电机正反转的控制命令；使用光电传感器来检测汽车是否到达指定位置，并将检测信号传输给可编程控制器，可编程控制器通过zigbee模块向被测汽车上的单片机发送命令，单片机即控制离合装置打开，将拖车与汽车分离。分离后，可编程控制器输出制动电机命令，拖车制动运行，汽车因惯性继续向前运动。

速度传感器采用高灵敏度的霍尔式速度传感器，它安装于被测汽车上，其旋转机构能够随着被测汽车车轮的旋转而转动，带动旋转机构内的霍尔元件的磁场做周期性变化，从而输出变化的电压信号。因此，当汽车被拖动时，它能够检测出汽车实时的速度电信号，并将该电信号传输给单片机的a/d转换接口p0.0，单片机将该电信号转化为速度的数字信号，并通过p1.0接口发送给zigbee2，由其无线传输给与可编程控制器相连接的zigbee1。可编程控制器接收到传输来的速度信号后，与预先设置好的汽车规定时间应达到的速度值相比较，当两者存在差值时，通过y0端子向直流电机发出控制信号，控制电机的转动速度进行调节，直至汽车速度满足实验需要。

力传感器安装于汽车与拖车连接部位，用来检测连接部分牵引力的大小。传感器的电阻应变片会在力的作用下产生机械形变，导致其阻值变化，进而改变输出的电压值。传感器将此电信号传输给单片机的a/d转换接口p0.1，单片机将电信号转换为数字信号，并通过p1.0接口发送给zigbee2，由其发送给zigbee1。可编程控制器接收到力的值后，判断它是否超过警戒值。在力值超过警戒值时，通过y1端子向制动装置发送制动命令，使得直流电机制动并进一步控制拖车制动。

在分离拖车与汽车处放置光电传感器，用于检测汽车是否到达该位置。未有遮挡物在光电传感器中间时，传感器使可编程控制器的x0端子置1；当汽车车头遮挡住光电传感器的检测光束时，传感器使可编程控制器x0端子置0，此时在可编程控制器x0端子产生一个下降沿。可编程控制器捕捉到该下降沿，并立即通过zigbee1给zigbee2发送释放命令。单片机接收到命令后，将控制信号通过p1.2发送给晶闸管放大电路，由晶闸管去控制离合装置打开，完成拖车与汽车的分离。

用于控制直流电机正反向转动的控制按钮与可编程控制器的x2端子相连。在按钮没有按下去时，x2端子状态为0，此时直流电机正反向控制器控制电机正向转动，与拖车前面挂钩连接的钢丝绳拖动拖车向靠近碰撞墙的方向运动；在需要拖车后退时，按下控制按钮，x2端子被置为1，可编程控制器给正反向控制器发送反向运行直流电机的命令，由它控制直流电机作反向转动。此时，与拖车后面挂钩连接的钢丝绳将拖动拖车向远离碰撞墙的方向运动。

有益效果：本发明与现有技术相比：该系统可以对被测汽车碰撞实验中的拖动速度、被测汽车释放、拖车制动、正反向运行进行控制；此外，它还能对拖车牵引力进行检测，并在力达到警戒值时制动电动机。该系统基于zigbee无线高速传输功能，使得汽车与实验控制中心的数据交互不受实体电线的限制。此外，该系统在释放汽车后依旧可以对车速进行检测，因此可以很好地采集碰撞前一刻的瞬时车速。

附图说明

图1是系统框架图；

图2是可编程控制器部分的原理图；

图3是单片机部分的原理图。

具体实施方式

下面为本发明的一种实施例：

系统中的上位机采用西门子公司的s7-200型可编程控制器，单片机采用stc89c52型单片机。

一种用于汽车碰撞实验的电力拖动控制系统，包括测试轨道、拖车、被测汽车、可编程控制器、单片机、晶闸管、离合装置、控制按钮、zigbee、光电传感器、速度传感器、力传感器、正反向控制器、制动装置、晶闸管、直流调速器和直流电机，其中：

可编程控制器：安装于测试轨道旁，输入端连接控制按钮、zigbee1接收端、光电传感器，输出端连接zigbee1发送端、正反向控制器、制动装置、直流调速器；

单片机：设置于被测汽车上，速度传感器、力传感器和zigbee2均连接至单片机；

拖车：与被测汽车可分离式连接，拖车的前后两端均连接钢丝绳，钢丝绳与直流电机的滚轴连接，使得拖车能够在钢丝绳驱动下沿轨道正反向运动；

直流电机：设置于地面，直流电机的转轴与钢丝绳连接；

控制按钮：控制按钮与可编程控制器连接，手动控制直流电机；

速度传感器：设置于被测汽车的电机上，用于检测被测汽车的实时速度；

力传感器：设置于离合装置处，用于检测被测汽车的实时受力值；

离合装置：设置于拖车和被测汽车连接处，用于控制拖车和被测汽车的分离；

正反向控制器：连接直流电机，用于自动控制直流电机转向；

制动装置：连接直流电机，用于自动制动直流电机；

晶闸管：设置于单片机和离合装置之间，能够将单片机的控制信号放大；

直流调速器：连接直流电机，用于自动直流电机调速。

光电传感器可滑动的设置于测试轨道两侧，且光电传感器的测试头朝向测试轨道，使之能够检测被测汽车是否达到预定位置。

光电传感器设置于拖车和被测汽车开始分离处。

拖车两端都与钢丝绳连接。

拖车两端连接的两根钢丝绳均连接至直流电机，且在直流电机的转轴上绕扎，两根钢丝绳的绕线方向互为反向。或者，拖车的前面与后面均有钢丝绳拖动，两头钢丝绳与拖车连接的部分缠绕在两个并排放置的卷曲套筒上，缠绕方向相反，且两个卷曲套筒由同一个电机驱动。这样安排排线装置的功能是：当直流电机往某一方向转动时，其中一个卷曲套筒回收钢丝绳，而另一个将释放钢丝绳；当直流电机改变转动方向时，钢丝绳的回收与释放也同样改变。

控制按钮连接可编程控制器的x2端子。

通过与被测汽车连接的拖车来给被测汽车提供动力，拖车依靠拖车前后两端的钢丝绳连接到直流电机，由直流电机间接提供拖车动力，使用速度传感器和力传感器来检测被测汽车的实时速度和牵引力，并通过zigbee模块来进行可编程控制器和单片机之间的信息交互，可编程控制器根据所接受的信号，进一步对直流电机发出调速、制动等命令；人为使用控制按钮来给出直流电机正反转的控制命令；使用光电传感器来检测汽车是否到达指定位置，并将检测信号传输给可编程控制器，可编程控制器通过zigbee模块向被测汽车上的单片机发送命令，单片机即控制离合装置打开，将拖车与汽车分离。分离后，可编程控制器输出制动电机命令，拖车制动运行，汽车因惯性继续向前运动。

速度传感器采用高灵敏度的霍尔式速度传感器，它安装于被测汽车上，其旋转机构能够随着被测汽车车轮的旋转而转动，带动旋转机构内的霍尔元件的磁场做周期性变化，从而输出变化的电压信号。因此，当汽车被拖动时，它能够检测出汽车实时的速度电信号，并将该电信号传输给单片机的a/d转换接口p0.0，单片机将该电信号转化为速度的数字信号，并通过p1.0接口发送给zigbee2，由其无线传输给与可编程控制器相连接的zigbee1。可编程控制器接收到传输来的速度信号后，与预先设置好的汽车规定时间应达到的速度值相比较，当两者存在差值时，通过y0端子向直流电机发出控制信号，控制电机的转动速度进行调节，直至汽车速度满足实验需要。

力传感器安装于汽车与拖车连接部位，用来检测连接部分牵引力的大小。传感器的电阻应变片会在力的作用下产生机械形变，导致其阻值变化，进而改变输出的电压值。传感器将此电信号传输给单片机的a/d转换接口p0.1，单片机将电信号转换为数字信号，并通过p1.0接口发送给zigbee2，由其发送给zigbee1。可编程控制器接收到力的值后，判断它是否超过警戒值。在力值超过警戒值时，通过y1端子向制动装置发送制动命令，使得直流电机制动并进一步控制拖车制动。

在分离拖车与汽车处放置光电传感器，用于检测汽车是否到达该位置。未有遮挡物在光电传感器中间时，传感器使可编程控制器的x0端子置1；当汽车车头遮挡住光电传感器的检测光束时，传感器使可编程控制器x0端子置0，此时在可编程控制器x0端子产生一个下降沿。可编程控制器捕捉到该下降沿，并立即通过zigbee1给zigbee2发送释放命令。单片机接收到命令后，将控制信号通过p1.2发送给晶闸管放大电路，由晶闸管去控制离合装置打开，完成拖车与汽车的分离。

用于控制直流电机正反向转动的控制按钮与可编程控制器的x2端子相连。在按钮没有按下去时，x2端子状态为0，此时直流电机正反向控制器控制电机正向转动，与拖车前面挂钩连接的钢丝绳拖动拖车向靠近碰撞墙的方向运动；在需要拖车后退时，按下控制按钮，x2端子被置为1，可编程控制器给正反向控制器发送反向运行直流电机的命令，由它控制直流电机作反向转动。此时，与拖车后面挂钩连接的钢丝绳将拖动拖车向远离碰撞墙的方向运动。

用于人工控制电机正反向转动的控制按钮与可编程控制器的x2端子相连。控制按钮未按动时，x2端子始终为0状态，当碰撞完成时，直流电机处于停止状态，按下控制按钮，x2端子状态变为1。可编程控制器对x2端子的状态持续监测，并由此决定直流电机的正反向运行。

可编程控制器作为本系统的上位机，对采集到的信号进行综合处理：将速度值与设定的规定时间应该达到的速度作比较，通过y0输出端子来驱动直流调速器去调整直流电机转速；将力的值与设定的警戒值比较，在力值超过警戒值时，通过y1端子向制动装置发送制动命令；当x0采集到光电传感器的一个开关信号时，可编程控制器即通过zigbee1将信号传输给单片机，单片机控制晶闸管来打开离合装置，使被测汽车与拖车分离；当x2处于0状态时，即此时控制按钮未按下，可编程控制器即发送一个正向转动的信号给正反向控制器，当x2变化为1状态时，可编程控制器通过y2端子发送一个反向转动的信号给正反向控制器，控制直流电机反向转动。