天车控制系统设计【字数：9321】
摘 要起重小车近年来广泛应用于我国的工程建设中，而如何精准控制成为研究的热门问题，本次设计主要是对天车控制系统的控制进行设计研究。51单片机具有按位操作的特点，成本较低并且编程较为简便，可操作性好，因此本文硬件部分采用51单片机为整个控制系统的控制核心，其主要功能是根据用户的按键输入对起重小车的运动进行控制，此外还需要一个控制起重小车的吊钩上升或者下降的升降执行机构与控制起重小车前后运动的运动执行机构，即分别控制直流电机和步进电机的转速和运行方向。软件部分分别基于C语言进行程序编程实现系统控制，主要实现功能为独立按键的扫描，根据按键的输入调用相关的电机控制函数。本次设计使用proteus软件来绘制天车控制系统的电路，基于Keil C51开发平台进行控制程序的编译链接测试。最后进行仿真，对系统仿真的结果进行分析与总结。
目录
1.绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 天车控制系统概况 1
1.3 本文主要工作 2
2.天车控制系统设计思路 3
2.1 系统工作流程 3
2.2 系统的需求分析与设计 3
2.3 系统的工作原理 4
2.4 系统的工具介绍 4
3.电机控制 5
3.1 电动机分类及介绍 5
3.2 直流电动机控制 5
3.2.1 直流电动机简介 5
3.2.2 直流电动机驱动电路 5
3.2.3 直流电动机转速控制 6
3.3 步进电动机控制 10
3.3.1 步进电动机简介 10
3.3.2 步进电动机驱动电路 11
4.系统设计 17
4.1 硬件设计 17
4.1.1 硬件系统模块划分 17
4.1.2 硬件系统电路 17
4.1.3 硬件系统典型器件介绍 18
4.2 软件设计 19
4.2.1 系统设计流程框架 19
4.2.2 直流电动机驱动模块 19
4.2.3 步进电动机驱动模块设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
20
4.3 系统软件综合 21
5.系统设计过程 24
5.1 软件部分 24
5.2 硬件部分 25
5.3 仿真调试 27
总结与展望 31
参考文献 32
致谢 33
1.绪论
1.1 研究背景
起重机拥有很悠久的历史，今天，科技快速发展，起重机仍然是机械制造的重要行业，它有着重要的地位，主要用于各种物料的搬运与卸载，在这方面其他设备难以替代，在实际应用中，需要特别重视它的设计和制造技术，这样就能获得更高的工作效率。工业化的今天起重机在各个工程和生产过程中应用普遍，其主要用处为运送大型设备和物资，然而大部分起重机体积庞大，操作比较困难，加上货物的种类和质量又庞大，运送物料中不合适的速度和实际操作中出现失误就会造成意外并且带来不必要的经济损失人员伤亡，因此研究如何精准简单有效安全的控制起重机有着很强的现实意义。因为应用领域不同有着不同的起重机，在工程中应用最多的是桥式起重机也称为天车，它在具体工作环节经常会出现各种各样的操作问题和设备损坏，所以必须对它们进行较好的维护与保修。本文主要是基于天车控制系统进行研究。
1.2 天车控制系统概况
作为一种大型的机器，起重机可以用设计好的机械机构来运输人类无法执行的项目，来提高生产效率。起重设备的运用能大大地降低工人的工作压力，让生产成本减少。而起重机的工作原理是在多组不同电机的控制下，实现一定安全工作范围内的水平搬运货物和垂直搬运货物的功能。它是一种搬运工具，具有间歇性运动的工作特点。所谓间歇性运动，是指它在一个工作周期内起升和运动，装卸和进行其他动作是相互进行的，因此称其为间歇性运动的搬运装置。
天车又被称为桥式起重机，它的工作机制是在高架轨道上运行的一种桥梁起重机，可以沿着高架顶部轨道横向左右运行，也可以在铺设的轨道上纵向运行，形成一个长方形的工作范围，同时可以控制它的高度。这样就可以充分利用空间，做到任何角度运送货物。因此它被广泛的运用在露天仓库和物流中心。
普通桥式起重机一般由以下三部分组成，升降小车，桥架运行机构和桥架金属结构。在这三大部分中，升降小车又由升降机构，小车运行机构和小车机械结构三部分组成。其中，起升机构是由电动机，制动器，减速器，卷筒，轮滑组，钢丝绳组成。工作原理是电动机正常转动时驱动卷轴旋转，控制钢丝绳通过卷筒上升起或者下降进行货物的垂直搬运，工程中小车机械结构一般采用焊接技术进行链接，确保稳定性，它是起升机构及小车运行机构等部件的机架与支撑，影响着系统的安全性和可靠性。
1.3 本文主要工作
本文旨在对天车的起重小车进行控制，用于对起重小车的小车运行机构及起升机构进行控制。对小车运行机构的控制精度不要求太高，只需要能控制起重小车在桥梁上进行前后位移运动即可，而对起重小车的起升机构的控制要求较为严格，需要让起重小车的吊钩悬停在一个指定的位置，这样方便操作人员进行下一步的任务。
本文将分别介绍该系统的硬件设计和软件设计，从而实现该系统的设计需求。硬件部分采用51MCU（单片机）为中心芯片，此外还运用到直流电动机，步进电动机，ULN2003A，电容，电阻，三极管，独立按键等器件，软件部分主要是独立按键，直流电动机，步进电动机部分的程序设计，最后在proteus软件中显示仿真结果。
本文的结构安排如下：
第一章：绪论。分别介绍了研究内容的背景以及系统的概况，本次设计的具体要求和主要工作。
第二章：系统设计思路。系统的流程，需求分析，工作原理以及所用到的两个软件的介绍。
第三章：电机控制。分别介绍直流电动机和步进电动机的原理与相关的控制电路。
目录
1.绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 天车控制系统概况 1
1.3 本文主要工作 2
2.天车控制系统设计思路 3
2.1 系统工作流程 3
2.2 系统的需求分析与设计 3
2.3 系统的工作原理 4
2.4 系统的工具介绍 4
3.电机控制 5
3.1 电动机分类及介绍 5
3.2 直流电动机控制 5
3.2.1 直流电动机简介 5
3.2.2 直流电动机驱动电路 5
3.2.3 直流电动机转速控制 6
3.3 步进电动机控制 10
3.3.1 步进电动机简介 10
3.3.2 步进电动机驱动电路 11
4.系统设计 17
4.1 硬件设计 17
4.1.1 硬件系统模块划分 17
4.1.2 硬件系统电路 17
4.1.3 硬件系统典型器件介绍 18
4.2 软件设计 19
4.2.1 系统设计流程框架 19
4.2.2 直流电动机驱动模块 19
4.2.3 步进电动机驱动模块设计 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
20
4.3 系统软件综合 21
5.系统设计过程 24
5.1 软件部分 24
5.2 硬件部分 25
5.3 仿真调试 27
总结与展望 31
参考文献 32
致谢 33
1.绪论
1.1 研究背景
起重机拥有很悠久的历史，今天，科技快速发展，起重机仍然是机械制造的重要行业，它有着重要的地位，主要用于各种物料的搬运与卸载，在这方面其他设备难以替代，在实际应用中，需要特别重视它的设计和制造技术，这样就能获得更高的工作效率。工业化的今天起重机在各个工程和生产过程中应用普遍，其主要用处为运送大型设备和物资，然而大部分起重机体积庞大，操作比较困难，加上货物的种类和质量又庞大，运送物料中不合适的速度和实际操作中出现失误就会造成意外并且带来不必要的经济损失人员伤亡，因此研究如何精准简单有效安全的控制起重机有着很强的现实意义。因为应用领域不同有着不同的起重机，在工程中应用最多的是桥式起重机也称为天车，它在具体工作环节经常会出现各种各样的操作问题和设备损坏，所以必须对它们进行较好的维护与保修。本文主要是基于天车控制系统进行研究。
1.2 天车控制系统概况
作为一种大型的机器，起重机可以用设计好的机械机构来运输人类无法执行的项目，来提高生产效率。起重设备的运用能大大地降低工人的工作压力，让生产成本减少。而起重机的工作原理是在多组不同电机的控制下，实现一定安全工作范围内的水平搬运货物和垂直搬运货物的功能。它是一种搬运工具，具有间歇性运动的工作特点。所谓间歇性运动，是指它在一个工作周期内起升和运动，装卸和进行其他动作是相互进行的，因此称其为间歇性运动的搬运装置。
天车又被称为桥式起重机，它的工作机制是在高架轨道上运行的一种桥梁起重机，可以沿着高架顶部轨道横向左右运行，也可以在铺设的轨道上纵向运行，形成一个长方形的工作范围，同时可以控制它的高度。这样就可以充分利用空间，做到任何角度运送货物。因此它被广泛的运用在露天仓库和物流中心。
普通桥式起重机一般由以下三部分组成，升降小车，桥架运行机构和桥架金属结构。在这三大部分中，升降小车又由升降机构，小车运行机构和小车机械结构三部分组成。其中，起升机构是由电动机，制动器，减速器，卷筒，轮滑组，钢丝绳组成。工作原理是电动机正常转动时驱动卷轴旋转，控制钢丝绳通过卷筒上升起或者下降进行货物的垂直搬运，工程中小车机械结构一般采用焊接技术进行链接，确保稳定性，它是起升机构及小车运行机构等部件的机架与支撑，影响着系统的安全性和可靠性。
1.3 本文主要工作
本文旨在对天车的起重小车进行控制，用于对起重小车的小车运行机构及起升机构进行控制。对小车运行机构的控制精度不要求太高，只需要能控制起重小车在桥梁上进行前后位移运动即可，而对起重小车的起升机构的控制要求较为严格，需要让起重小车的吊钩悬停在一个指定的位置，这样方便操作人员进行下一步的任务。
本文将分别介绍该系统的硬件设计和软件设计，从而实现该系统的设计需求。硬件部分采用51MCU（单片机）为中心芯片，此外还运用到直流电动机，步进电动机，ULN2003A，电容，电阻，三极管，独立按键等器件，软件部分主要是独立按键，直流电动机，步进电动机部分的程序设计，最后在proteus软件中显示仿真结果。
本文的结构安排如下：
第一章：绪论。分别介绍了研究内容的背景以及系统的概况，本次设计的具体要求和主要工作。
第二章：系统设计思路。系统的流程，需求分析，工作原理以及所用到的两个软件的介绍。
第三章：电机控制。分别介绍直流电动机和步进电动机的原理与相关的控制电路。
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