基于单片机的结晶器液压振动波形发生器的设计——下位机部分毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的结晶器液压振动波形发生器的设计——下位机部分毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

加大，特别是高频振动后此速度更大，由于拉速提高后结晶器保护渣用量相对减少，坯壳与结晶器壁之间发生粘结而导致了漏钢的可能性增加，为了解决这一问题，除了使用新型保护渣外，另一个措施就是采用非正弦振动；非正弦振动是结晶器上振动时间大于下振时间，以缩小结晶器上振与铸坯之间的相对运动速度。 由此可见 非正弦振动具有以下特点 : ① 在正滑动时间里结晶器振动速度与拉坯速度之差减小。 因此 ,可减小结晶器施加给铸坯向上作用的摩擦力 ,作用在弯月面下坯壳的拉应力减小 ,减少拉裂。 ② 在负滑动时间里结晶器振动速度 vm与拉坯速度之差较大。 因此 ,作用于坯壳上的压力增大 ,有利于铸坯脱膜。 ③ 负滑动时间短 ,铸坯表面振痕浅。 正滑动时间长 ,可增加保护渣的消耗量 ,有利于结晶器的润滑。 可以通过调节振动频率、振幅和波形偏斜因子来控制波形的变化 ,使非 正弦运动的位移、速度和加速度都发生了变化 ,从而能够得到高质量铸坯 ,并能有效避免粘结的振动波形。 结晶器振动参数 结晶器振动的主要参数包括振幅、频率、波形偏移率和负滑脱时间。 ⑴ 振幅与频率。 结晶器振动装置的振幅与频率是互相关联的，一般频率越高，振幅越小。 如频率高，结晶器与坯壳之间的相对滑移量大，这样有利于强制脱模，防止粘结和提高铸坯表面质量。 如振幅小，结晶器内钢液面波动小，这样容易控制浇注技术，使铸坯表面光滑。 还有利于减少坯壳被拉裂的危险。 ⑵ 波形偏斜率。 非正弦振动的一个参数 是波形偏斜率，用α表示，即 图 中 A1与 A0（ T／ 4）的比值。 显然，正弦振动时α =0。 α = 01AA 100% 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12振幅A 0A 1 图 正弦振动和非正弦振动曲线 1— 非正弦振动； 2— 正弦振动 ⑶ 负滑脱时间 在一个振动周期里，结晶器下振速度大于拉坯速度的时间是负滑脱时间，用 tN表示。 结晶器振动机构 结晶器按一定的运动轨迹振动。 连铸机振动机构有短臂四连杆振动机构、四偏心轮振动机构和液压振动机构。 【 1】 将四连杆机构中的部分或 全部连杆由刚性杆改为弹簧钢版，消除了振动过程结晶器的水平摆动，结构简单，维修方便。 四偏心轮振动仍属于正弦振动。 其优点是：结晶器振动平稳，无摆动和卡阻现象，适合于高频小振幅，但结构复杂。 短臂四连杆振动和四偏心轮振动均属于机械振动。 薄板坯连铸结晶 器 振动形式的方向是液压振动。 目前 ,液压和液压伺服振动系统已在许多连铸机上成功地取代了机械振动系统 ,并取得了良好效果。 通常，期望通过液压振动来改善铸坯表面与结晶器铜壁间的接触状态。 传统的偏心轮传动是结晶器做机械振动，其波形只能达到近似于正弦波。 众所周知，在负脱滑时间 内，连铸保护渣不能够流入坯壳和铜板间的缝隙中，难以形成均匀的保护渣膜。 为此，一般均想尽量缩短负滑 脱 时间TN，而在机械振动条件下，难以进一步降低 TN值，只有采用液压振动形式，才可通过获取非正弦曲线来将 TN减小。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 与机械振动相比 ,板坯连铸机的液压振动装置具有一系列优点 : 【 2】 ⑴ 振动力由两点传入结晶器 ,传力均匀。 ⑵ 在高频振动时运动平稳 ,高频和低频振动时不失真 ,振动导向准确度高。 ⑶ 结构紧凑、简单 ,传递环节少 ,与结晶器对中调整方便 ,维护也方便。 ⑷ 采 用高可靠性和高抗干扰能力的 单片机 控制 ,可长期保证稳定的振动波形。 ⑸ 可改变振动曲线 ,并可在线设定振动波形等 ,增加了连铸机可浇钢种。 ⑹ 改善铸坯表面与结晶器铜壁的接触状态 ,提高铸坯表面质量并减少黏结漏钢。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 第三章 基于单片机的液压振动波形发生器 波形发生器是一种常用的信号源，广泛的应用于电子电路，自动控制等领域。 目前，使用的波形发生器大多是用分立元件组成的。 结晶器液压振动波形发生器 可由单片机、虚拟仪器、 VB 等各种编程语言和可编程逻辑器件实现。 用单片机构成的波形发生器可以产生正弦波，方波，三角波等波形，而且波形的周期和 频率都可以改变。 本文介绍一种用 MCS51 单片机构 成的波形发生器，其线路简单，结构紧凑，价格低廉， 通过键盘 可以 设定 振动 波形的频率 和振幅 等参数。 方案比较与选择 结晶器液压振动波形发生器的设计， 可由单片机、虚拟仪器、 VB 等各种编程语言以及 可编程逻辑器件实现。 本设计主要用单片机构成波形发生器，下面对几种方案进行比较和选择。 方案 1： 采用函数信号发生器 ICL8038 集成模拟芯片，它是一种可以同时产生方波、三角波、正弦波的专用集成电路。 但是这种模块产生的波形都不是纯净的波形，会寄生一些高次谐波分量，采用其他的措施 虽可滤除一些，但不能完全滤除掉。 方案 2： 采用 AT89C51 单片机和 DAC0832 数模转换器生成波形， 通过在函数中对一个数组附值，再经过 DAC0832 输出，在示波器上就会观察到不同函数值的波形。 外接键盘电路，可由键盘进行波形选择，设定波形频率和振幅等参数。 由于是软件滤波，所以不会有寄生的高次谐波分量，生成的波形比较纯净。 它的特点是 线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越 ， 在低频范围内稳定性好、操作方便、体积小、耗电少。 经反复论证及应实际要求，最终选择方案 2。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 设计思路 本 设计以 89C51 单片机为核心，通过单 片机控制各种外围芯片及电路。 波形的产生是通过 89C51 执行某一波形发生程序， 在其数据线上送出一系列按一定规律变化的数据信息，通过 D/A 转换器和运算放大器转化为电压信号。 这次设计主要要完成的波形是正弦波、 三角波 、锯齿波 和方波， 通过在函数中对一个数组附值， 经过 DAC0832 输出，在示波器上就会观察到不同函数值的波形。 通过函数对数组中的数附值之后不是一次就输出显示出来的，这要对 51单片机编写控制字，使其开中断，再用计数器计数，当计数器溢出时便提出中断请求，这时调用中断函数，将数组中一个值送到 DAC0832 中，这 样连续不断的进行 送值，输出的就是一完整波形。 总体设计框图 高精度波形发生器分为上层应用软件和下层软硬件两大部分。 其中上层软件提供人机交互界面即操作员控制台，用于选择波形，生成波形数据 ,以及串口通讯控制和人机通讯；下层硬件为 I/O 控制器，由 CPU， DAC，计数器，定时器等模块组成，主要是用于对上层波形数据的接收，存储，同时可以单独使用，通过 CPU 向 DAC 发送所需波形数据。 本设计主要做下位机部分，即基于单片机的波形发生器的波形生成部分。 该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和 锯齿波。 总体设计 方框图 如下： 单 片 机 系 统D / A 转 换波 形 输 出与 上 位 机 通 讯接 口 M A X 2 3 2键 盘上 位 机 图 总体设计 方框图 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 硬件设计 总体电路设计 波形发生器的原理 是通过 89C51 单片机 执行某一波形发生程序， 在其数据线上送出一系列按一定规律变化的数据信息，通过 D/A 转换器和运算放大器转化为电压信号。 单片机 P0 口外接键盘电路， 可通过键盘 选择 波形类型 和 设定所需要的波形频率 及振幅。 波形发生器的原理接线图如图 所示： GNDGNDC1 0 u fR11 0 k GNDY1 2 M H zC12 7 pC22 7 pGND+ 5 V5VV C C2374615U4U A 7 4 1R X DT X DP 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T9R X D10T X D11I N T 012I N T 113T014T115WR16RD17X T A L 218X T A L 119GND20V C C40P 0 . 039P 0 . 138P 0 . 237P 0 . 336P 0 . 435P 0 . 534P 0 . 633P 0 . 732E A / V P P31A L E / P R O G30P S E N29P 2 . 728P 2 . 627P 2 . 526P 2 . 425P 2 . 324P 2 . 223P 2 . 122P 2 . 021U18 9 C 5 1CS1W R 12W R 218X F E R17V R E F8D I 07D I 16D I 25D I 34D I 416D I 515D I 614D I 713R f b9I o u t 111I o u t 212AGND3DGND10U2D A C 0 8 3 2CS1W R 12W R 218X F E R17V R E F8D I 07D I 16D I 25D I 34D I 416D I 515D I 614D I 713R f b9I o u t 111I o u t 212AGND3DGND10U3D A C 0 8 3 2GNDR 3 = R2374615U5U A 7 4 1R 4 = 2 RR5R E S 2R 2 = 2 R2374615U6U A 7 4 1R 7 = R2374615U7U A 7 4 1R 8 = 2 RR9R 6 = 2 RV o u t 1V o u t 2+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V 5 V 5 V 5 V 5 V 图 波形 发生器 硬件 原理图 单片机电路 功能：形成扫描码、键值识别、键处理、参数设置；形成波形的数字编码，并输出到 D\A 转换 电路。 89C51 的 P0 口作为扩展 I\O 口，与 DAC0832 相连接。 P0（分时复用）提供 16 位地址线。 P1 口接 16 键的矩阵键盘。 D/A 转换电路功能：将波形样值的 数据 转换成模拟 电压信号。 D/A 转换电路采用双极性电压输出， 由 DAC0832 和两 块 uA741 运放组成， 单片机向 0832 送数字编码，产生不同的输出。 0832 输出波形信号时，其幅度是可调的。 生成波形样值编码，经 D/A 转换得到波形的模拟样值 点。 假如 N 个点构成波形的一个周期，内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 则 0832 输出 N个样值点后，样值点形成运动轨迹，即一个周期。 重复输出 N个点，成为第二个周 期。 AT89C51 单片机简介 AT89C51是美国 ATMEL公司生产的低电压，高性能 CMOS8位单片机 ，片内含 4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 128bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元。 AT89C51 提供以下标准功能： 4k 字节 Flash 闪速存储器， 128 字节内部 RAM， 32个 I/O 口线，两个 16 位定时 /计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工 串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C51 可降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行口通信及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。 AT89C51 单片机的引脚结构图有双列直插封装方式和方形封装方式。 图 是AT89C51 单片机 引 脚 图 ，有些引脚具有两种功能。 P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78P 3. 0 /R X D10P 3. 1 /T X D11P 3. 2 /IN T 012P 3. 3 /IN T 113P 3. 4 /T 014P 3. 5 /T 115P 3. 6 /W R16P 3. 7 /R D17R S T9X T A L 218X T A L 119GND20V C C40P 2. 021P 2. 1。