模擬汽車限速系統(tǒng)

李 迎（華北電力大學(xué), 河北 保定 071000）

劉生壽1,任林昌2（1.白銀市工業(yè)學(xué)校,甘肅 白銀730900；2.武威職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 武威 733000）

模擬汽車限速系統(tǒng)

李 迎
（華北電力大學(xué), 河北 保定 071000）

摘 要：本文利用8086芯片搭建模擬汽車限速系統(tǒng)，通過8253芯片產(chǎn)生方波信號(hào)，主程序計(jì)時(shí)十秒，通過開關(guān)控制進(jìn)入中斷，記錄中斷次數(shù)。計(jì)時(shí)結(jié)束后根據(jù)中斷次數(shù)進(jìn)入不同狀態(tài)，控制不同LED燈的亮滅和揚(yáng)聲器的工作狀態(tài)。手動(dòng)開關(guān)模擬行車速度，每按動(dòng)開關(guān)一次產(chǎn)生一次中斷，統(tǒng)計(jì)按的次數(shù)，每10秒采集一次統(tǒng)計(jì)結(jié)果，若按開關(guān)次數(shù)超過6次，則行車超速，亮黃燈報(bào)警，若超過8次，則嚴(yán)重違規(guī)，亮紅燈表示攔截，攔截時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警。通過本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)汽車限速的模擬。

關(guān)鍵詞：汽車限速模擬；模擬汽車限速系統(tǒng)；設(shè)計(jì)原理

1　系統(tǒng)工作原理介紹

1.1 具體設(shè)計(jì)原理

（1）產(chǎn)生1HZ方波信號(hào)。首先，利用三片73LS373地址鎖存器，將8086地址鎖存。利用73LS138譯碼器產(chǎn)生各個(gè)芯片的片選地址，其中，將低電平使能端接地，高電平使能端接8086地址線A15，C、B、A分別接地址線A14～A13，這樣輸出端Y0～Y2產(chǎn)生的片選地址即為8000H～A000H。利用8253芯片產(chǎn)生1HZ方波信號(hào)：8253片選地址為9000H，A0～A1接8086地址線A1～A2，所以從8086的角度看，8253的四個(gè)地址是不連續(xù)的，分別為9000H，9002H，9004H，9006H。設(shè)置計(jì)數(shù)器0輸入信號(hào)1MHZ方波信號(hào)，方式3工作方式，計(jì)數(shù)初值1000H（BCD計(jì)數(shù)），輸出信號(hào)作為計(jì)數(shù)器1的輸入，設(shè)置計(jì)數(shù)器1方式3工作方式，計(jì)數(shù)初值1000H（BCD計(jì)數(shù)），這樣輸出信號(hào)即為1HZ方波信號(hào)。（2）利用上文所述產(chǎn)生的1HZ方波信號(hào)計(jì)時(shí)十秒。首先，使用8255芯片，設(shè)置片選地址8000H，A0～A1接8086地址線A1～A2，所以從8086的角度看，8255的四個(gè)地址分別為8000H，8002H，8004H，8006H。利用8055的A口讀入1HZ方波信號(hào)，初始時(shí)，循環(huán)等待低電平，出現(xiàn)低電平時(shí)，再循環(huán)等待高電平，這樣就產(chǎn)生一個(gè)上升沿，每?jī)蓚€(gè)上升沿的間隔即為一個(gè)周期，即1秒。設(shè)置循環(huán)次數(shù)為10，這樣就產(chǎn)生了10秒的計(jì)時(shí)。（3）中斷及輸出部分。由于本方案產(chǎn)生計(jì)時(shí)的方式是通過不斷讀入8255A口數(shù)據(jù)得到了，而8259芯片產(chǎn)生中斷的時(shí)候，循環(huán)等待中斷期間，數(shù)據(jù)總線一旦被其他芯片利用。

1.2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

編程思路在上文設(shè)計(jì)原理中已經(jīng)介紹，在此不再贅述。下面給出程序流程圖（見下圖）：

1.3 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果

在Proteus中進(jìn)行仿真，十秒計(jì)時(shí)結(jié)束后，當(dāng)中斷次數(shù)大于六時(shí)，黃燈亮；中斷次數(shù)大于8時(shí)紅燈亮，揚(yáng)聲器報(bào)警。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期相同，符合要求。

2　方案第一次改進(jìn)

2.1 改進(jìn)方案

考慮到第一個(gè)方案時(shí)間及中斷次數(shù)無法顯示，適應(yīng)性較差，所以考慮加入兩個(gè)一位數(shù)碼管，同步顯示時(shí)間和中斷次數(shù)，并且設(shè)置當(dāng)中斷次數(shù)不大于6次時(shí)，綠燈亮，表示不超速。

2.2 改進(jìn)方案具體設(shè)計(jì)思路

采用74LS273作為輸出，控制一位數(shù)碼管顯示時(shí)間（9秒～0秒），使用WR非和A000H地址通過或門作為片選地址。使用8255的C口輸出，控制一位數(shù)碼管顯示中斷次數(shù)（0次～9次）。增加8255的B口輸出接入一個(gè)LED綠燈，作為不超速顯示。

其中數(shù)碼管顯示的方法為：首先在數(shù)據(jù)段存儲(chǔ)共陰極數(shù)碼管顯示數(shù)字0～9，取段首地址BX，例如，當(dāng)CX為3時(shí)，則取SI為3，利用基址變址尋址[BX+SI]，取出數(shù)字3相應(yīng)的編碼，然后輸出到數(shù)碼管，此時(shí)即顯示數(shù)字3。其他數(shù)字顯示與此相同。

2.3 程序設(shè)計(jì)

序設(shè)計(jì)大體與第一方案相同，只不過在每次時(shí)間和中斷次數(shù)變化后立即通過數(shù)碼管顯示出來。

3　方案第二次改進(jìn)

3.1 改進(jìn)方案

考慮到實(shí)驗(yàn)器材的限制，實(shí)驗(yàn)箱上沒有NMI接口，所以為了搭接出實(shí)際的硬件結(jié)構(gòu)，必須采用8259中斷，所以需要對(duì)方案進(jìn)行再一次改進(jìn)。

3.2 改進(jìn)方案具體設(shè)計(jì)思路

此次改進(jìn)與前兩次方案的不同之處在于，采用的是8259中斷的方式，設(shè)置上升沿觸發(fā)，通過8255B口讀入1HZ方波信號(hào)，首先循環(huán)等待低電平，并通過8255A口中斷輸入的開關(guān)狀態(tài)，并不斷檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)，一旦開關(guān)為低電平，此時(shí)打開中斷，當(dāng)開關(guān)為高電平時(shí)，此時(shí)產(chǎn)生上升沿觸發(fā)8259中斷，進(jìn)入中斷子程序，中斷次數(shù)加一，關(guān)中斷。當(dāng)方波信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，開始循環(huán)等待方波信號(hào)的高電平，此時(shí)產(chǎn)生上升沿信號(hào)，兩個(gè)上升沿的間隔為一個(gè)周期，即1秒，其中在循環(huán)的等待高電平的時(shí)候，同樣執(zhí)行循環(huán)等待低電平時(shí)相關(guān)中斷操作。

4　總結(jié)

在一開始設(shè)計(jì)時(shí)，沒有直接采用NMI中斷，而是使用的8259中斷，然而8259循環(huán)等待中斷時(shí)，一旦其他芯片占用數(shù)據(jù)總線，例如輸入、輸出數(shù)據(jù)，8259的使用將出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以方案一使用的NMI 中斷，巧妙的避免了這個(gè)問題，達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期。考慮到實(shí)際情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了第一次改進(jìn)方案，加入了綠燈顯示，和數(shù)碼管時(shí)間和中斷次數(shù)顯示，更加人性化，使實(shí)驗(yàn)更加合理。為了搭建出實(shí)際的硬件系統(tǒng)，需要使用實(shí)驗(yàn)箱，而實(shí)驗(yàn)箱沒有NMI接口，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了第二次方案改進(jìn)，調(diào)整設(shè)計(jì)思路，成功加入了8259中斷，搭建出硬件系統(tǒng)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。

5　設(shè)計(jì)缺點(diǎn)分析

由于程序較為復(fù)雜，所以利用Proteus仿真時(shí)存在程序執(zhí)行需要時(shí)間，造成計(jì)時(shí)存在誤差；并且第二次改進(jìn)方案思路復(fù)雜，程序容易出錯(cuò)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬平，姚萬業(yè)，王炳謙.微機(jī)原理及應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社（第一版），2003(04).

筋混凝土板受熱有限元分析

劉生壽1,任林昌2
（1.白銀市工業(yè)學(xué)校,甘肅 白銀730900；2.武威職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 武威 733000）

摘 要：本文針對(duì)采用ANSYS軟件對(duì)鋼筋混凝土板構(gòu)件的高溫受力性能進(jìn)行有限元模擬的方法，提供了一套可行的分析思路。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)找到鋼筋混凝土合理的設(shè)計(jì)配比，并進(jìn)行導(dǎo)熱系數(shù)和體積熱容的推算，裂縫擴(kuò)展的熱力學(xué)理論值等與有限元分析方法對(duì)比，分析各種因素對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件溫度裂縫的影響，為混凝土的防火等級(jí)施工控制提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土；有限元分析；熱應(yīng)力

0 引言

鋼筋混凝土構(gòu)件自重輕、強(qiáng)度高、抗裂能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性能好，廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中[1]。目前關(guān)于鋼筋混凝土梁在火災(zāi)作用下的研究趨于完善，但對(duì)鋼筋混凝土板構(gòu)件高溫性能還沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，尤其是鋼筋混凝土構(gòu)件的鋼筋和混凝土強(qiáng)度、彈性模量、兩者之間的粘結(jié)力、溫度場(chǎng)、變形、應(yīng)力等影響方面[2]。

本文利用ANSYS中的三維實(shí)體單元Solid65對(duì)鋼筋混凝土板構(gòu)件進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，模擬火災(zāi)環(huán)境中鋼筋混凝土受熱膨脹產(chǎn)生的約束作用，對(duì)高溫作用下斷裂熱力學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值模擬，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)試驗(yàn)提供可行性依據(jù)[3]。

1 建模

本模型選用ANSYS中的 Solid65號(hào)8節(jié)點(diǎn)4面體單元，單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)方向的自由度(Ux，Uy，Uz)，主要用于三維模擬和鋼筋混凝土建模[4]。混凝土板構(gòu)件可忽略厚度方向的變形，看做是二維結(jié)構(gòu)，主要考慮沿平面方向的伸縮變形。在本例中，沒有考慮鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)滑移性能，將鋼筋與混凝土視為多相復(fù)合完全固結(jié)構(gòu)件，板的尺寸為l×b×h/mm，支座簡(jiǎn)支。研究?jī)?nèi)容：

（1）以配筋率、保護(hù)層厚度、溫度、時(shí)間為因素，安排正交試驗(yàn)(L934)，確定各因素對(duì)應(yīng)力、撓度的影響規(guī)律。（2）ANSYS分析鋼筋混凝土板火災(zāi)時(shí)在一定強(qiáng)度下發(fā)生的開裂現(xiàn)象，單元的抗拉，抗壓的強(qiáng)度值與構(gòu)件實(shí)體進(jìn)行對(duì)比。（3）建立的混凝土板斷裂(沿三個(gè)正交方向)壓碎的溫度-應(yīng)力計(jì)算模型。

2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)總結(jié)出各影響因素對(duì)性能的變化規(guī)律。（1）高溫作用下混凝土板的截面溫度受加熱方式、加熱邊界條件的影響較大，而板的配筋率、保護(hù)層厚度、預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量對(duì)溫度影響不是很大；（2）在其他條件一樣的情況下，預(yù)應(yīng)力鋼筋數(shù)量越多，凈保護(hù)層厚度越大，配筋率越大，構(gòu)件抗火性能越好，跨中撓度也越小；（3）在其他條件一樣的情況下，火災(zāi)溫度越高，受熱時(shí)間越長(zhǎng)，構(gòu)件抗火性能越差，跨中撓度也越大。

3 高溫作用下鋼筋混凝土板構(gòu)件的熱容

采用LSO834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線來模擬火災(zāi)時(shí)室內(nèi)空氣溫度的變化，板表面熱量通過熱傳導(dǎo)至內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)，使得構(gòu)件內(nèi)部在不同時(shí)間、不同位置溫度變化不一樣。

混凝土密度隨溫度變化較小，一般取常數(shù)2400kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容一般按照如下計(jì)算。

λc=1.624-1.74×10-3T+6.96×10-7T2（1）

Cc=900+80(T/120)-4(T/120)2（2）

硅酸鹽化合物在573℃以上的熱容一般都能得到較好的結(jié)果。

鋼筋密度7850kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容一般按照如下計(jì)算。

λr=54-3.33×10-2T （3）

Cr=470+0.20T+0.00038T2（4）

對(duì)于多相復(fù)合材料有如下近似計(jì)算式。

C=∑giCi（5）

gi為材料中第i種組成的重量百分?jǐn)?shù)，Ci為材料中第i種組成的比熱容。

根據(jù)晶態(tài)固體熱容量子理論

當(dāng)溫度T＜＜θD時(shí)，

當(dāng)溫度T＞＞θD時(shí)，

其中θD= ?ωmax/k稱為德拜特征溫度，約為熔點(diǎn)的0.2～0.5倍。

4 高溫作用下鋼筋混凝土板構(gòu)件的熱應(yīng)力

分析對(duì)象為受到環(huán)境溫度起伏熱沖擊作用的板構(gòu)件，在承受荷載的過程中混凝土處于二維平面應(yīng)力狀態(tài)（若考慮板厚則為二維平面應(yīng)變狀態(tài)），因此可用無限大薄板計(jì)算，外表溫度高，中間溫度低，板的膨脹受到約束，板件受力為壓應(yīng)力εx=εy=0，因而產(chǎn)生應(yīng)力+σx及+σy，z方向可以自由脹縮σz=0。根據(jù)廣義胡克定律：

在t=tmax的瞬間，σx=σy=σf，即在數(shù)值上達(dá)到或超過了材料的極限抗拉強(qiáng)度，板表面將開裂破壞，臨界溫差：

5 結(jié)束語

通過實(shí)驗(yàn)實(shí)例對(duì)比，驗(yàn)證了應(yīng)用ANSYS對(duì)火災(zāi)時(shí)鋼筋混凝土板的溫度場(chǎng)進(jìn)行力學(xué)模擬的可行性；并對(duì)高溫下工程中較常見的混凝土簡(jiǎn)支板進(jìn)行模擬，通過距迎火面不同距離節(jié)點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化及不同時(shí)刻混凝土板的溫度云圖，總結(jié)了溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，為溫度-應(yīng)力計(jì)算提供依據(jù)；從撓度變化看，預(yù)應(yīng)力板具有較強(qiáng)的耐火性。

[1]周亞,翟莉萍.混凝土裂縫方面問題的具體分析[J].公路交通技術(shù), 2014,2(01):88-90.

[2]張博,何沛祥.高溫下預(yù)應(yīng)力混凝土板溫度場(chǎng)及力學(xué)性能的數(shù)值分析[J].工程與建設(shè),2010,24(03):298-300.

[3]阮祎萌.鋼筋混凝土梁受壓區(qū)溫度裂縫分析與ANSYS仿真模擬[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013(14).

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作者簡(jiǎn)介：李迎(1994-), 男，河北河間市人，本科，研究方向：自動(dòng)化。 劉生壽（1987-），男，助理講師。