江蘇科技大學本科畢業論文本科畢業論文減震器示功特性測控系統設計Indicatormeasurementandcontrolsystemdesignofshockabsorber江蘇科技大學本科畢業論文第一章緒論1.1前言隨著社會的不斷發展，人們對汽車的要求也越來越高，包括有汽車的動力性、經濟性、制動性、操縱穩定性、平順性、通過性等性能的要求。減震器是安裝在車體和負重輪之間的一個阻尼元件，其作用是衰減車體的振動并阻止共振情況下車體振幅的無限增大，能減小車體振動的振幅和振動次數，因而能延長彈性元件的疲勞壽命和提高人乘車的舒適性。長期以來，人們對汽車的平順性一直都在研究，在技術上也有重大的改進，研究發現減震器是改善汽車平順性的最好途徑。一個好的減震器能夠使車的壽命增長，駕駛員操縱輕便，乘員更加舒服。近年來，中國的減震器市場保持著增長的態勢。汽車工業在我國已有50多年的發展歷史，而汽車產業真正得到快速發展是從上世紀90年代開始的。現在汽車工業在我國經濟中已占有很重要的地位，成為了拉動我國經濟發展的“火車頭”。汽車產業的升級換代，與我國的其他行業共同繁榮和進步，共同推動著我國經濟的崛起。2001年我國汽車千人保有量僅為14臺，2008年汽車保有量為49臺；2001年轎車千人保有量僅為7.8臺，2008年上升至34臺。2002年成為汽車工業發展的私車普及年，其標志是轎車產銷量占汽車市場的比例躍升到34%的高位，結束了轎車發展連續五年徘徊在30%的局面。2006又突破50%的平臺，僅僅用了四年。隨后轎車份額相對穩定，MPV、SUV市場開始成為關注的熱點。2007年中國汽車產量近890萬輛，2008年達到934萬，在隨后的幾年中，汽車產量一直在上升。我國汽車產量的年增長幅度令世界矚目。由于發達國家的汽車產量增長停滯，發展中國家的增長成為世界汽車產量的核心熱點。以中國為代表的新興國家增長迅猛，中國汽車的銷售量已經占到世界的15%以上，并且增長量處于世界第一。除了對汽車減震器進行了研究，摩托車的減震器研究也是非常必要的。摩托車作為一種代步工具，90%以上的產量分布在亞洲和歐洲十多個國家和地區，90年代以來，部分發展中國家經濟蓬勃發展，促進了摩托車生產和需求的持續增長，世界摩托車行業在上世紀90年代經歷了飛速的發展，整個摩托車行業獲得了新生。我國摩托車行業自新中國成立以來，其發展歷程大體可分為三個時期：(1)起步發展時期，從新中國建立到70年代末這一時期，我國摩托車工業從無到有，生產發展緩慢，廠家少，產量少，品種少，水平低，沒有規模生產能力。(2)蓬勃發展時期，中國摩托車工業已初步形成了生產規模，摩托車行業作為汽車工業的一部分已不再無足輕重，充分顯示出其強勁的發展勢頭。(3)高速發展時期，1996年全球2000多萬輛摩托車市場中國占了將近一半，中國已成為世界摩托車行業的領導者，從1994年到2000年我國摩托車產量連續七年占世界之首，成為世界矚目的摩托車產量第一大國。經過50多年的發展，汽車和摩托車已成為我國使用最普遍的交通工具，但在行駛過程中，由于路面不平等因素，容易激起車身的振動，影響乘坐人員的乘坐舒適性和車輛的行駛穩定性，減震器是車輛的關鍵部位，是懸架與車輪連接的柔性環節，減震器性能的好壞決定了汽車行駛過程中的平順性、安全性。減震器是減小車輛其他部件疲勞損壞和提高車輛使用壽命的和操作穩定性的重要部件。近年來，隨著汽車品種的不斷更新，人們對車輛的行駛平順性和舒適性提出了更高的要求，而且發動機排量及汽車自身質量的加大，也對減震器的設計要求越來越高，因此對減震器性能的測試是相當有必要的，這對于改進減震器的結構設計，提高減震器的質量，縮短減震器設計開發周期以及節約開發成本是很有意義的。傳統的減震器設計方法主要是憑借設計人員的經驗確定設計參數，然后通過反復的試驗進行參數修正，通常采用將結構參數不同的減震器裝備于與其匹配的汽車，由試車員進行實車試驗評價，這種方式往往需對減震器內部結構參數進行反復調整和多次的開發、試驗，不但設計周期長、資金消耗大，而且較難獲得最優的減震器特性。隨著計算機技術的發展，本課題是運用C++Builder軟件對減震器在壓縮和復原兩個行程中阻尼變化的特性進行編程，采用計算機編程與試驗臺相輔助的方法，對減震器的外特性、示功特性進行檢測，可以精確地顯示出各結構參數對減震器外特性的影響，實現了測試評價自動化，對產品質量提高具有重要意義，對我國汽車行業從大而不強向既大又強的跨越產生積極地影響，也將有利于國內產品打入國際市場。其基本原理：運用C++Builder軟件對檢測減震器在壓縮和復原兩個行程中阻尼變化的特性的系統進行編程，然后結合試驗臺，運用研華PCI-1711L及PCI-1761板卡進行數據采集和控制，并將采集到的數據以示功曲線圖的形式表現出來，并且對示功圖進行分析，得到減震器的相關參數，觀察減震器的整體工作性能，從而判斷該減震器是否合格，如果該減震器為合格產品，曲線應該飽滿，沒有畸變和突變。1.2減震器的發展歷史世界上第一個有記載、比較簡單的減震器是1897年由兩個姓吉明的人發明的。他們把橡膠塊與葉片彈簧的端部相連，當懸架被完全壓縮時，橡膠減震塊就碰到連接在汽車大梁上的一個螺栓，產生制動。這種減震器在很多汽車懸架上仍有使用但其減震效果不佳。1989年，第一個實用的減震器由一個法國人特魯芬特研制成功并被安裝到摩托賽車上。減震器的結構發展主要經歷了以下幾種發展形式：加布里埃爾減震器，它是由固定在汽車大梁上的罩殼和裝在其里面的渦旋形鋼帶組成，鋼帶通過一個彈簧保持張力，鋼帶的外端與車橋軸端連接，以限制彈跳量。平衡彈簧式減震器，它是一個加在葉片彈簧上的輔助螺旋彈簧，由于每個彈簧都有不同的諧振頻率，正好抵消了各自的振顫，但同時增大了懸梁的剛性，很快就停止使用了。空氣彈簧減震器，它不僅兼有彈簧和吸振的作用，而且省去了金屬彈簧。第一個空氣彈簧減震器是1909年由英國考溫汽車工廠研制成功的，它是一個圓柱形的空氣筒，利用打氣筒可以把空氣經外殼上部的氣閥注滿空氣筒，空氣筒的下半部分容納一個由橡膠和簾布制成的膜片。因為它被空氣所包圍，所以其工作原理與充氣輪胎相似，它的主要缺點是常常漏氣。液壓減震器，第一個實用的液壓減震器是1908年由法國人霍迪立設計出來的，其原理是：迫使液體通過小孔產生阻尼作用。門羅在1933年為赫德制造的汽車裝用了第一個采用原始液壓減震器的汽車。到了二十世紀三十年代末，雙作用減震器在美國生產的汽車上被普遍采用。到了二十世紀六十年代，歐洲采用的杠桿式液壓減震器占了優勢，這種減震器與哈德福特的摩擦式減震原理相似，但使用的是液流而不是摩擦緩沖。麥弗遜支柱式減震器，隨著前輪驅動汽車的出現，二十世紀七十年代以來，制造商開始采用麥弗遜支柱式減震器。這種減震器是由通用公司麥弗遜工程師研制成功的。他把螺旋彈簧、液壓減震器和上懸架臂桿組成一個緊湊的部件。其主要優點是體積小，適合前輪驅動的汽車，可在與變速器組成一體的驅動橋上應用。充氣式減震器是二十世紀六七十年代發展起來的一種新型的減震器。充氣式減震器的特殊結構和充氣參數，可以大大地降低噪音，并有利于保證活塞高速運動時的阻尼特征，同時減震器上的減震支柱實質上屬于雙筒結構，除了可以阻尼減震還能和控制臂一起對車輪進行導向。1.3減震器在國內外的發展現狀減震器減振最先于國外提出，并逐漸發展起來，現今已形成了一套完整的研究體系。大量生產各種各類減震器的國家有美國、德國、英國、前蘇聯、日本和法國等，特別是日本。日本于1937以后為了在螺旋槳飛機上安裝發動機架，開始批量生產防振橡膠，并在1953年開始引入防振橡膠技術制造飛機儀表盤。日本在1960年減震器的消耗量為609噸，膠材料超過了萬噸，在9年內增長了17防振橡膠，隨國外飛機和發動機的進口，開始在日本應用，然后又由其國內制造。德國早在第二次世界大戰前夕，就把天然橡膠制成的減震器用于艦船的動力設備上，并在實戰中獲得卓越成效，同時在60研究。在第二次世界大戰以前和戰爭期間積累起來的防振技術，戰后作為民用工業應用于汽車，鐵路機車車輛土木建筑以及各種機械工業之中。早期的如：1946年對卡車，1947年對公共汽車的各個部位使用了減震器。1951年以后在最早的鐵軌機車車輛各個部件上，尤其是轉向架使用了防振橡膠減震器。自從1955橡膠減震器牢固的建立起了自己的地位。國外減震器的發展趨勢包括：開展橡膠、金屬減震器新型結構設計及其新功能研究；減震與高阻尼兼顧橡膠減震器的研究與開發；加大減震器橡膠材料、粘彈性高阻尼材料、與金屬板夾層復合多功能減震支座的研究、開發和應用的力度；繼續開展粘彈性高阻尼功能材料的研究和應用工作。在性能測試方面，美國MTS公司推出一種由計算機控制的數字電控系統。它能把每次的試驗參數和實驗結果轉化成數字信號記錄在計算機磁盤上，下次試驗時直接調用不在需要重新設置，調整試驗參數，避免了人為誤差，重復精度好，因此測試精度和測試效率較好。我國減震器的研制和生產起步于60年代。隨著我國四個現代化建設步伐的加快,各行業對減震制品的需求與日俱增，而研制開發減震器的部門與單位也相應增多，目前已基本形成一個科研、開發、生產體系。但由于減震制品工業起步較晚，與國外技術力量相比較為薄弱，基礎條件較差，實驗研究與檢測手段不是很健全，開發速度相對較慢,沒有進行過系統的開發和研究，應用規模及技術水平與國外相比還有較大差距。目前，相關減震材料的技術研究已取得階段性成果，但要將這些成果轉換成產品，繼而大規模推向市場尚需一定的時間。我國生產的減震器除了部分橡膠——金屬減震器和XL系列高彈性聯軸節已實現標準化外，大多數產品仍處于“非標準化”狀態。為了滿足社會發展的需要，應該在橡膠裝備、工藝技術、材料和結構幾個方面努力，加快我國減震器的發展步伐。隨著我國現代工業建設的高速發展和環境保護法的實施，國民經濟各部門對振動和噪音控制技術提出了越來越高的要求。在減震器的性能測試方面，我國減震器的測試試驗臺雖然較以前取得了較大進步，但與國際水平差距尚遠。大多采用的是傳統的測試方式，準確度和精度的測試很大程度上依賴于硬件測試。1.4課題研究的主要內容和方法本課題主要研究的內容是減震器的示功特性，示功特性是指減震器阻尼力-位移（F-S）之間的關系，它表示減震器在壓縮和復原兩個行程中阻尼變化的特性。示功特性是減震器的外特性之一，性能良好的減震器應具有良好的外特性，要求外特性不僅在試驗、生產檢測時符合設計要求，且在耐久試驗、道路試驗和實際使用一定時間后仍能保持其良好性能。外特性能夠保持其相對穩定性，是評價減震器性能優劣的一個重要指標。主要方法是：（1）學習C++Builder軟件，運用C++Builder軟件對檢測減震器在壓縮和復原兩個行程中阻尼變化的特性的系統進行編程；（2）結合試驗臺，運用研華PCI-1711L及PCI-1761板卡進行數據采集和控制；（3）將采集到的數據以示功圖的形式表現出來；（4）對示功曲線圖進行分析，得到減震器的相關參數；（5）通過示功曲線圖的形狀，得出減震器的整體工作性能；（6）判斷該減震器是否合格，如果該減震器為合格產品，曲線應該飽滿，沒有畸變和突變。第二章減震器的類型和工作原理2.1減震器的定義減震器(Absorber)，減震器主要用來抑制彈簧吸震后反彈時的振蕩及來自路面的沖擊。在經過不平路面時，雖然吸震彈簧可以過濾路面的震動，但彈簧自身還會有往復運動，而減震器就是用來抑制這種彈簧跳躍的。減震器太軟，車身就會上下跳躍，減震器太硬就會帶來太大的阻力，妨礙彈簧正常工作。在關于懸掛系統的改裝過程中，硬的減震器要與硬的彈簧相搭配，而彈簧的硬度又與車重息息相關，因此較重的車一般采用較硬的減震器。與引震曲軸相接的裝置，用來抗衡曲軸的扭轉震動(即曲軸受汽缸點火的沖擊力而扭動的現象)。圖2-1摩托車減震器圖2-2汽車減震器2.2減震器的用途為加速車架與車身振動的衰減，以改善汽車的行駛平順性（舒適性），在大多數汽車的懸架系統內部裝有減震器。汽車的減震器也稱為“懸掛”，是由彈簧和減震器共同組成的。減震器并不是用來支持車身的重量，而是用來抑制彈簧吸震后反彈時的振蕩和吸收路面沖擊的能量。彈簧起緩和沖擊的作用，將“大能量一次沖擊”變為“小能量多次沖擊”，而減震器就是逐步將“小能量多次沖擊”慢慢減少。如果你開過減振器已壞掉的車，你就可以體會汽車通過每一坑洞、起伏后余波蕩漾的彈跳，而減振器正是用來抑制這種彈跳的。沒有減振器將無法控制彈簧的反彈，汽車遇到崎嶇的路面時將會產生嚴重的彈跳，過彎時也會因為彈簧上下的振蕩而造成輪胎抓地力和循跡性的喪失。2.3減震器的結構與分類減震器的結構是帶有活塞的活塞桿插入筒內，在筒中充滿油。活塞上有節流孔，使得被活塞分隔出來的兩部分空間中的油可以互相補充。阻尼就是在具有粘性的油通過節流孔時產生的，節流孔越小，油的黏度越大，阻尼力越大。如果節流孔大小不變，當減震器工作速度快時，阻尼過大會影響對沖擊的吸收。因此，在節流孔的出口處設置一個圓盤狀的板簧閥門，當壓力變大時，閥門被頂開，節流孔開度變大，阻尼變小。由于活塞是雙向運動的，所以在活塞的兩側都裝有板簧閥門，分別叫做壓縮閥和伸張閥。懸架中用的最多的減震器是內部充有液體的液壓式減震器，汽車車身和車輪振動時減震器內的液體在流經阻尼孔時的摩擦和粘性液體的摩擦形成了驅動阻尼，將振動能量轉化為熱能，并散發到周圍的空氣中去，達到迅速衰減振動的目的。如果能量的消耗只是在壓縮行程或者伸張行程中進行，則把這種減震器稱為單向作用減震器，反之稱為雙向作用減震器。后者因為減振作用比前者好，所以得到廣泛的應用。1、從減震器產生阻尼的材料分，主要有液壓和充氣兩種。（1）液壓式減震器車輛懸架系統中廣泛采用液壓減震器，其原理是：當車架與車橋做往復相對運動，活塞在減震器的缸筒內往復移動時，減震器殼體內的油液反復地從一個內腔通過一些窄小的孔隙流入另一個內腔。此時，液體與內壁的摩擦以及液體分子之間的內摩擦則形成了對振動的阻尼力。圖2-3液壓式減震器圖2-4液壓式減震器結構（2）充氣式減震器充氣式減震器是60年代以來才發展起來的一種新型減震器。其結構特點是：在缸筒的下部裝有一個浮動活塞，在浮動活塞與缸筒一端形成的一個密閉氣室中充有高壓氮氣。在浮動活塞上裝有大斷面的O型密封圈，它把油和氣完全分開。工作活塞上裝有隨其運動速度大小變化而導致通道截面積大小變化的壓縮閥和伸張閥。當車輪上下跳動時，減震器的工作活塞在油液中做往復運動，使工作活塞的上腔和下腔之間產生油壓差，壓力油便推開壓縮閥和伸張閥而來回流動。由于閥對壓力油產生較大的阻尼力，故使得振動衰減。圖2-5充氣式減震器圖2-6雙筒、單筒充氣式減震器充氣式減震器的優點：采用浮動活塞而減少了一套閥的系統，使結構簡化，重量減輕。由于減震器里充有高壓氮氣，能減少車輪受突然沖擊時的驅動，并可消除噪聲。由于充氣式減震器的工作缸和活塞直徑都大于相同條件的雙向作用筒式減震器，因而其阻尼更大，工作可靠性更強。充氣式減震器內部的高壓氣體和油液被浮動活塞隔開，消除了油的乳化現象。充氣式減震器的缺點：油封要求高，充氣工藝復雜，不易維修，當缸筒受外界較大沖擊而變化時則不能工作。2、減震器按其結構，則分為單筒和雙筒兩種。可以進一步分為：a.單筒氣壓減震器；b.雙筒油壓減震器；c.雙筒油氣減震器。（1）雙筒式圖2-7雙筒式減震器結構圖減震器有內外兩個筒，活塞在內筒中運動，由于活塞桿的進入與抽出，內筒中油的體積隨之增大與收縮，因此要通過與外筒進行交換來維持內筒中油的平衡。所以雙筒減震器中要有四個閥，即除了上面提到的活塞上的兩個節流閥外，還有裝在內外筒之間的完成交換作用的流通閥和補償閥。（2）單筒式與雙筒式相比，單筒式減震器結構簡單，減少了一套閥門系統。它在缸筒的下部裝有一個浮動活塞，在浮動活塞的下面形成一個密閉的氣室，充有高壓氮氣，由于活塞桿進出油液而造成的液面高度變化主要通過浮動活塞的浮動來自動適應之。圖2-8單筒式減震器3、按減震器安裝位置分，有前減震器和后減震器。4、按減震器油缸工作位置分，有倒置式減震器(油缸位置在上方，活塞桿在下方)和正置式減震器(油缸位置在下方，活塞桿在上方)。5、按減震器的工作介質分，有彈簧式減震器、彈簧--空氣阻尼式減震器、液壓阻尼式減震器、油--氣組合式前叉減震器和充氮氣式減震器。6、按減震器的衰減力方向分，有單向作用減震器和雙向作用減震器。2.4減震器的工作原理懸架系統中由于彈性元件受沖擊產生振動，為了改善車輛行駛平穩性和舒適性，在懸架中與彈性元件并聯安裝減震器。為衰減振動，車輛懸架系統中采用的減震器大部分是液壓減震器，其工作原理是：當車架(或車身)和車橋間振動而出現相對運動時，減震器內的活塞上下移動，減震器內腔的油液便反復地從一個腔經過不同的孔隙流入另一個腔內。此時孔壁與油液間的摩擦和油液分子間的內摩擦對振動形成阻尼力，使振動產生的能量轉化為油液熱能，再由減震器吸收并散發到大氣中。在油液通道截面等因素不變時，阻尼力隨車架與車橋(或車輪)之間相對運動速度的增大（或減小）而增大（或減小），且與油液的粘度有關。減震器與彈性元件承擔著減小沖擊和減震的任務，如果阻尼力過大，則可能使懸架彈性變差，甚至可能導致減震器的連接件損壞。因此，要調節彈性元件和減震器這一矛盾：(1)在壓縮行程中(車橋和車架相互靠近)，減震器阻尼力較小，以便充分發揮彈性元件的彈性作用，減小沖擊。在這一過程中，彈性元件起主要作用。(2)在復原行程中(車橋和車架相互遠離)，減震器阻尼力較大，迅速減震。(3)當車橋(或車輪)與車架間的相對速度過大時，要求減震器能自動加大液流量，使阻尼力始終保持在一定限度之內，以避免承受過大的沖擊載荷。在汽車懸架系統中廣泛采用的是筒式減震器，且在壓縮和復原行程中均能起減震作用的是雙向作用式減震器。除此之外，還有采用新式減震器的，如充氣式減震器和阻力可調式減震器。2.5減震器的發展趨勢正在成為主流減震器的是阻力可調式減震器，特別是電子控制式減震器，其可通過傳感器檢測行駛狀態，由計算機計算出最佳阻尼力，使減震器上的阻尼力調整機構自動工作，通過改變節流孔的大小等方式來調節減震器的阻尼力。汽車行駛的平順性和操縱穩定性是衡量懸掛以及減震器性能好壞的主要指標，但這兩個方面是相互排斥的性能要求，因此要在平順性和操縱穩定性之間取得理想的最佳點是比較困難的。特別是在車輛進彎和出彎時，車身重量轉移的速度會影響操控的平衡性，這種影響會持續到重量轉移完成，而車身重量轉移的速度是由減震器所控制的，改變減震器在壓縮和復原行程中的軟硬度可改變車身重量轉移速度。因此，未來理想的減震器必須既能滿足平順性要求又能滿足操縱穩定性要求。大多數汽車會采用阻尼較軟且價格相對便宜的減震器，以降低成本并獲得普通駕駛狀態下的柔軟舒適的感覺，但在劇烈駕駛狀態下，這類減震器就無法勝任。要想獲得高速駕駛的操控感覺，就需要采用阻尼較硬、品質較好且能與彈簧充分配合的減震器。對于減震器改進與措施大致分為以下幾點：(1)加快改造重視技術。最主要的原因是企業的技術能力有余，企業要采用已有的高新技術，通過技術創新來提高企業的技術水平和產品的技術含量。(2)產品要實現系列化、多元化。如美國的蒙諾公司在產品的系列化方面就非常成功，其汽車減震器有5000多種型號，每年有4000多萬支減震器出口到120多個國家和地區；而日本川崎工業株式會社則在產品的多元化方面造詣顯著，利用其在發動機方面的優勢，涉足了船只、摩托車、火車、地鐵、電車、飛機等領域。因此，企業一方面要實現減震器產品的系列化，另一方面可以向工藝相近的液壓、氣壓、緩沖擊產品等方向延伸。(3)以人為本加快改革。國內外企業都比較重視人才管理，強調人在企業發展中的重要作用。人才是科學技術的載體、創新的主體和企業發展的動力，所以企業要締造條件吸引人才、培養人才，最終實現人才資源向人才資本的轉化。(4)推行產品技術的尺度化。減震產品技術的尺度化直接影響著產品的技術含量和企業的技術水平，也影響著產品的經濟規模，甚至影響著相關配件廠。2.6本章小結本章主要介紹減震器的含義、種類、分類的方法、各個類型減震器的工作原理及其用途以及減震器的發展趨勢等。從本章內容中，可以對減震器有一定的了解，更能看出各減震器的優缺點，為后文減震器性能測試做好基礎。第三章硬件設計3.1減震器示功特性的計算機測試系統圖3-1是減震器示功特性計算機測試系統組成框圖。圖中機械部分由調速電機驅動，通過皮帶傳送將運動傳給曲柄滑塊機構，曲柄連同連桿的一端做圓周運動，滑塊和減震器一端在導槽中做往復直線運動，當連桿的長度遠大于曲柄長度時，滑塊做近似簡諧運動。由于曲柄滑塊機構在運動時存在曲柄旋轉時的離心慣圖3-1減震器示功特性測試系統組成框圖性力和滑塊周期性的往復慣性力，因此，一方面在曲柄輪上加平衡配重；另一方面用大皮帶輪兼做飛輪，儲存能量，增加整個轉動件的慣性矩，減少轉矩波動和慣性力的影響。試驗臺采用框架結構，拉壓力傳感器裝在上面，試驗時拉壓力傳感器與減震器的活塞桿相連，用來檢測阻力的大小，飛輪一端與多功能數據采集器相連，多功能數據采集器執行計算機的指令對拉壓力傳感器和減震器上升和下降過程的輸出進行采樣，檢測速度和位移，將力和位移的數值在數碼管上顯示出來，并通過串口將采集到的數據傳送到計算機上，由計算機經過計算，得出減震器的示功圖，并通過示功圖的曲線形狀，對減震器的整體工作性能進行分析，判斷該減震器質量是否合格，最后通過打印機打印出檢測報告。該試驗臺的運動振幅和頻率均可調整。該系統中所用到的多功能數據采集器是研華PCI-1711L和研華PCI-1761板卡多功能采集器，而程序軟件則是C++Builder6.0，這些都將在以下的文章中做出相應的介紹。3.2電機控制柜設計圖3-2和圖3-3是減震器的電機控制柜接線圖。該電機控制柜是采用PLC控制系統控制。圖3-2電機控制柜主電路圖圖3-3電機控制柜控制電路圖T-變壓器；FU-熔斷器；FR-熱繼電器；KM-接觸器；其整個的控制過程如下：主電路：組合開關Q將三相電源引入，結合圖3-3的控制電路圖可知，整個電路中由FU1、FU2、FU3和FU4這四個熔斷器對電路進行保護，防止控制電路因過載或短路而損壞；熱繼電器FR是對升降電機M2起到過載保護作用，KM1、KM2和KM3為M1和M2電動機啟動用接觸器。控制電路（左）：接通電源，通過電源進線L1、L2和L3為整個控制電路引進電源，該控制電路運用了控制變壓器，對輸入電壓進行控制，保障電路的安全性和經濟性。在此過程中，電路還用熔斷器FU1、FU2、FU3和FU4對電路進行保護，從而保護電路因過載或短路而造成的電路損壞。電源被引入后，電源指示燈通電發出光亮，同時控制電路的接觸器KM得電，接觸器KM的常開輔助觸點閉合。按下行程開關SQ1，接觸器KM1通電，接觸器KM1的常開輔助觸點閉合形成自鎖，主電路中的常開輔助觸點KM1閉合，主電機（調速電機）開始運轉，此時電機指示因通電而發出光亮。按下起升按鈕，接觸器KM2通電，接觸器KM2的常開輔助觸點閉合形成自鎖，常閉輔助觸點斷開保證KM3不得電，主電路中的常開輔助觸點KM2閉合，升降電機開始正轉（即減震器活塞桿上升），需保證升降電機的持續運轉，保證信號采集時的連續性。減震器的活塞桿持續上升，當上升到一定程度時，起升限位開關1SQ斷開，接觸器KM2斷電，接觸器KM2的常開輔助觸點斷開，常閉輔助觸點閉合，主電路中接觸器KM2的常開輔助觸點斷開，升降電機停止運轉，減震器的活塞桿停止上升。接著再按下下降按鈕，由于起升限位1SQ是斷開的，所以接觸器KM3通電，接觸器KM3的常開輔助觸點閉合形成自鎖，接觸器KM3的常閉輔助觸點斷開，升降電機開始反轉（即減震器活塞桿下降），減震器的活塞桿持續下降，起升限位開關1SQ閉合，當下降到一定程度時，下降限位開關2SQ斷開，接觸器KM3斷電，接觸器KM3的常開輔助觸點斷開，常閉輔助觸點閉合，升降電機停止運轉，減震器的活塞桿停止下降，然后就開始進行減震器活塞桿的上升和下降的循環，當采集數據結束后，如果想停止整個控制系統，則按下總的停止按鈕SB即可。整個控制過程中，在減震器的活塞桿的上升和下降階段時，采用了互鎖這一操作，保證了接觸器KM2和接觸器KM3不能同時通電，保護電路不使其短路。在控制電路中，利用了變壓器、熔斷器和熱繼電器對整個控制電路進行了保護，以免電路損毀。控制電路（右）：接通電源，電源輸入為220V，輸出為24V，利用接近開關和壓力傳感器進行信號的采集，并將其與電腦相連接，將采集到的信號傳給電腦，由專門的軟件對采集到的數據信號進行處理和分析，從而得到減震器的示功特性曲線圖。3.3主元器件及其工作原理和作用本課題研究需要的元器件包括變頻器和電機控制柜，電機控制柜中又包括：1個電動機、1個升降電機、接觸器、熱繼電器、電源開關、變壓器、熔斷器、啟動開關、升降限位開關、接近開關、拉壓力傳感器、緊急停止按鈕、停止按鈕、指示燈、升降停止按鈕、開關電源、接線端子、五孔插座。其中，比較重要的元器件為：變頻器、變壓器、熔斷器、熱繼電器、接觸器、壓力傳感器、接近開關。以下是對這些主元器件工作原理和作用的介紹：(1)變頻器，其工作原理：主電路是給異步電動機提供調壓調頻電源的電力變換部分。變頻器的主電路大體上可分為兩類:一是電壓型，將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容；二是電流型，將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。它由三部分構成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。圖3-4acs800變頻器圖3-5acs800變頻器接線圖本系統所選用的變頻器型號為：ACS800，其性能指標如下：①相位、電壓、頻率：三相、380V、50/60Hz②過載電流：不大于額定電流的1.5倍③額定頻率：50/60Hz④最高輸出頻率：500Hz(2)變壓器，其工作原理：當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯(或磁芯)中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓(或電流)，變壓器由鐵芯(或磁芯)和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。圖3-6CXB-150變壓器圖3-7變壓器原理圖變壓器的作用：變壓器是一種利用電磁感應變換交流電壓、電流和阻抗的器件，能將某一數值的交流電壓、電流和阻抗變為同頻率的另一數值，使電能得到傳輸、分配和使用，能夠做到既安全又經濟。本系統選用的變壓器型號為CXB-150，其性能指標如下：①額定電壓：220V②視在功率：150VA③額定頻率：50Hz(3)熔斷器，其工作原理：利用金屬導體作為熔體串聯于電路中，當過載或短路電流通過熔體時，因其自身發熱而熔斷，從而分斷電路的一種電器。圖3-8熔斷器（RT18-32）熔斷器的作用：用來保護電氣設備免受過載和短路電流的損害。熔斷器的優點：①選擇性好；②限流特性好，分斷能力高；③相對尺寸較小；④價格較便宜。本系統所選用的熔斷器的型號為RT18-32/4A：其性能指標如下：①額定電壓：500V②額定電流：32(A)③額定分斷電流：100K(A)④外形尺寸：10×38（mm）(4)熱繼電器,其工作原理：熱繼電器是利用電流的熱效應來推動動作機構使觸頭閉合和斷開的保護電器，它是由電阻絲做成的熱元件，其電阻值較小，工作時將它串聯在電動機的主電路中，電阻絲所圍繞的雙金屬片是由兩片線膨脹系數不同的金屬片壓合而成，左端與外殼固定，當熱元件中通過的電流超過其額定值而過熱時，由于雙金屬片的上面一層熱膨脹系數小，而下面的大，是雙金屬片受熱后向上彎曲，導致扣板脫扣，扣板在彈簧的壓力下將常閉觸點斷開，觸點是串接在電動機的控制電路中，使得控制電路中的接觸器的動作線圈斷電，從而切斷電動機的主電路。圖3-9熱繼電器結構圖熱繼電器的作用：主要用來對異步電動機進行過載保護，它的工作原理是過載電流通過熱元件后，使雙金屬片加熱彎曲去推動動作機構來帶動觸點動作，從而將電動機控制電路斷開實現電動機斷電停車，起到過載保護的作用。鑒于雙金屬片受熱彎曲過程中，熱量的傳遞需要較長的時間，因此，熱繼電器不能用作短路保護，而只能用作過載保護。本系統所選用的熱繼電器的型號為LR2-D1305C，其性能指標如下所示：①額定絕緣電壓：660V②額定工作電流：0.65A③額定頻率：50/60Hz④脫扣器電流：10A(5)接觸器，其工作原理：接觸器廣泛用于電力的開斷和控制電路，它利用主接點來開閉電路，用輔助接點來執行控制指令，主接點一般只有常開接點，而輔助接點常有兩對具有常開和常閉功能的接點，小型的接觸器也經常作為中間繼電器配合主電路使用。當線圈通電時，靜鐵芯產生電磁吸力，將動鐵芯吸合，由于觸頭系統與動鐵芯是聯動的，因此動鐵芯帶動三條動觸片同時運動，觸點閉合，從而接通電源，當線圈斷電時，吸力消失，動鐵芯聯動部分依靠彈簧的反作用力而分離，使主觸頭斷開，切斷電源。圖3-10接觸器LC1-D3210M7C圖3-11接觸器LC1-D2510M7C圖3-12接觸器LC1-0910M7C接觸器的作用：接觸器是控制元件，廣泛用作電力的開斷和控制電路，起到頻繁開關作用。本系統共選用了三種類型的接觸器，分別為：LC1-D3210M7C、LC1-D2510M7C、LC1-D0910M7C，其性能指標如下：①額定電壓：220V②額定電流：10A③額定頻率：50Hz(6)壓力傳感器，其工作原理：壓力傳感器又叫電阻應變式傳感器，屬于稱重傳感器系列，是一種將物理信號轉變為可測量的電信號輸出的裝置，其廣泛運用于工業稱重系統、平臺秤、電子秤、吊鉤秤、配料秤等測力場合。壓力傳感器是以彈性體為中介，通過力作用在傳感器兩邊的電阻應片上，使它的阻值發生變化，再經過相應的電路轉換為電信號，從而實現后面的控制。它的優點是精度高、測量范圍廣、壽命長、結構簡單、頻率特性好。圖3-13壓力傳感器壓力傳感器的特點：①線性度：傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離擬合直線的程度。其定義為：在全量程范圍內實際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。②靈敏度：靈敏度是傳感器靜態特性的一個重要指標。其定義為：輸出量的增量與引起該增量的相應輸入量增量之比。③遲滯：傳感器在輸入量由小到大(正行程)及輸入量由大到小(反行程)變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現象稱為遲滯。對于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。④重復性：重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。⑤漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現象稱為漂移。產生漂移的原因有兩個方面：一是傳感器自身結構參數；二是周圍環境(如溫度、濕度等)。本系統運用的壓力傳感器的型號為PMR300，其性能指標是：⑴供電電源：12VDC～36VDC、典型24VDC⑵輸出信號：4～20mA、1～5V、0～10mA、0～20mA、0～5V、1～10kHz⑶量程范圍：–0.10～0.02100Mpa⑷滯后性：±0.03%FS⑸重復性：R±0.03%FS⑹直線度L：±0.03%FS⑺補償溫度：–10～70℃⑻介質溫度：–40～125℃⑼環境溫度：–40～85℃⑽激勵電壓：12VDC⑾絕緣電阻：2000MΩ/100VDC⑿壓力類型：表壓、絕壓、密封壓⒀精度：0.1、0.3、0.5級可選⒁長期穩定性：≦0.2%FS/年⒂過載壓力：200%FS⒃固定頻率：5kHz～650kHz（7）接近開關，其定義：可以在不與目標物實際接觸的情況下檢測靠近傳感器的金屬目標物。器大致可以分為以下三類：利用電磁感應的高頻振蕩型、利用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。本課題選用的是電感式接近開關，所以主要對電感式接近開關作相關介紹。圖3-14接近開關接近開關的特性：①非接觸檢測，避免了對傳感器自身和目標物的損壞；②無觸點輸出，操作壽命長；③即使在有水或油噴濺的苛刻環境中也能穩定檢測；④反應速度快；⑤小型感測頭，安裝靈活。接近開關的主要功能：①檢驗距離檢測電梯、升降設備的停止、起動、通過位置；檢測車輛的位置，防止兩物體相撞；檢測工作機械的設定位置，移動機器或部件的極限位置；檢測回轉體的停止位置，閥門的開或關位置；檢測氣缸或液壓缸內的活塞移動位置。②尺寸控制金屬板沖剪的尺寸控制裝置；自動選擇、鑒別金屬件長度；檢測自動裝卸時堆物高度；檢測物品的長、寬、高和體積。

③檢測物體存在有否檢測生產包裝線上有無產品包裝箱；檢測有無產品零件。

④轉速與速度控制

控制傳送帶的速度；控制旋轉機械的轉速；與各種脈沖發生器一起控制轉速和轉數。

⑤計數及控制

檢測生產線上流過的產品數；高速旋轉軸或盤的轉數計量；零部件計數。

⑥檢測異常

檢測瓶蓋有無；產品合格與不合格判斷；檢測包裝盒內的金屬制品缺乏與否；區分金屬與非金屬零件；產品有無標牌檢測；起重機危險區報警；安全扶梯自動啟停。

⑦計量控制

產品或零件的自動計量；檢測計量器、儀表的指針范圍而控制數值或流量；檢測浮標控制面高度、流量；檢測不銹鋼桶中的鐵浮標；儀表量程上限或下限的控制；流量控制，水平面控制。

⑧識別對象

根據載體上的碼識別是與非。

⑨信息傳送

ASI(總線)連接設備上各個位置上的傳感器在生產線(50-100米)中的數據往返傳送等。3.4研華PCI-1711L板卡介紹一、概述PCI-1711L是一款功能強大的低成本多功能PCI總線數據采集卡，PCI-1711L沒有模擬量輸出通道，能夠節省成本，適合那些不需要模擬量輸出的應用。圖3-15PCI-1711L板卡二、主要特點1、16路單端模擬量輸入2、12位A/D轉換器，采樣速率可達100KHz3、每個輸入通道的增益可編程4、自動通道/增益掃描5、卡上1K采樣FIFO緩沖區6、16路數字量輸入及16路數字量輸出7、可編程觸發器/定時器三、作用及其功能1、即插即用PCI-1711L完全符合PCI規格Rev2.1標準，支持即插即用，在安裝插卡時，用戶不需要設置任何跳線和DIP撥碼開關，實際上，所有與總線相關的配置，比如基地址、中斷，均由即插即用功能完成。2、靈活的輸入類型和范圍設定PCI-1711L有一個自動通道/增益掃描電路，在采樣時，這個電路可以自己完成對多路選通開關的控制，您可以根據每個通道不同的輸入電壓類型來進行相應的輸入范圍設定，所選擇的增益值將儲存在SRAM中，這種設計保證了為達到高性能數據采集所需的多通道和高速采樣(可達100Ks/s)。3、卡上FIFO(先入先出)存儲器PCI-1711L卡上提供了FIFO(先入先出)存儲器，可儲存1KA/D采樣值，可以啟用或禁用FIFO緩沖區中斷請求功能，當啟用FIFO中斷請求功能時，用戶可以進一步指定中斷請求發生在1個采樣產生時還是在FIFO半滿時，該特性提供了連續高速的數據傳輸及Windows下更可靠的性能。4、卡上可編程控制器PCI-1711L有一個可編程計數器，可用于A/D轉換時的定時觸發，計數器芯片為82C54或與82C54兼容的芯片，它包含了三個16位10MHz時鐘的計數器，其中有一個計數器作為事件計數器，用來對輸入通道的事件進行計數，另外兩個計數器級連成1個32位定時器，用于A/D轉換時的定時觸發。四、PCI-1711L板卡引腳圖圖3-16PCI-1711L引腳圖3.5研華PCI-1761板卡介紹一、概述PCI-1761是一款PCI總線的繼電器輸出及隔離數字量輸入卡，它提供8路光隔離數字量輸入通道，在噪聲環境下為采集數字量輸入提供3750VDC的隔離保護；它帶有8個SPDT繼電器可以用作開關控制設備或小型電源斷路開關。為了便于監控，每個繼電器都帶有一個紅色的LED指示燈，用來顯示繼電器的開/關狀態。PCI-1761的8路光隔離輸入通道是噪聲環境或電位漂移下數字量輸入的理想選擇。圖3-17PCI-1761板卡二、特性1、8路繼電器輸出2、提供8路光隔離數字量輸入通道3、每個繼電器都帶有一個紅色的LED繼電器工作狀態指示燈4、帶有4個C型和4個A型繼電器輸出通道5、輸出回讀狀態6、系統熱啟動時保持繼電器輸出值7、輸入通道高電壓隔離(3750VDC)8、高靜電釋放保護(70VDC)9、寬輸入范圍(10-50VDC)10、具有中斷處理能力11、板載地址ID撥碼開關三、具體功能及其作用1、強大的保護功能PCI-1761在工業、實驗室和設備自動化應用方面具有強大的隔離保護功能，它能夠經住3750VDC的電壓，防止系統被意外損壞，如果連接到具有浪涌保護的外部輸入源，PCI-1761可以為輸入通道提供最大2000VDC的ESD(靜電釋放)保護，如果輸入電壓上升到70VDC，PCI-1761的輸入通道仍然可以在很短的一段時間內正常工作。2、寬輸入范圍PCI-1761具有從10到50VDC的寬輸入電壓范圍，非常適合于要求12VDC、24VDC和48VDC輸入電壓的工業應用。3、復位保護當系統熱啟動(比如不關閉系統電源)時，PCI-1761根據卡上的跳線設置，能夠保持每個通道的輸入值，或返回到它們打開狀態的默認配置，該功能能夠避免在系統意外重啟過程中的誤操作對系統帶來的危險。4、即插即用PCI-1761是一款PCI總線數據采集卡，完全符合PCI總線的Rev2.2標準，所有與總線相關的配置，比如基地址和中斷分配等都是由軟件自動完成的，用戶無須進行跳線或撥動DIP撥碼開關進行配置。5、板載地址ID撥碼開關的切換作用PCI-1761帶有一個DIP撥碼開關，當PC機箱中安裝了多塊PCI-1761采集卡時，可使用此開關來定義每塊卡的ID，當用戶使用多塊PCI-1761采集卡構建自己的系統時，ID功能將十分有用，如果板卡的ID設置正確，用戶就可以很方便的在硬件配置和軟件編程過程中區分和訪問。四、PCI-1761引腳圖PCI-1761提供一個DB-37型接口，引腳圖如下所示：圖3-18PCI-1761引腳圖3.6研華PCI-1711L板卡和PCI-1761板卡接線圖本課題用到的多功能數據采集器主要有兩個：一個是研華PCI-1711L板卡，還有一個是研華PCI-1761板卡。圖3-19是減震器示功特性測試系統所用到的多功能數據采集器研華PCI-1711L板卡的接線圖，主要用于速度的采集。圖3-20是研華PCI-1761板卡的接線圖。（PCI-1711L比較簡單，PCI-1761相對比較重要且復雜）圖3-19PCI-1711L板卡接線圖圖3-20研華PCI-1761板卡接線圖3.7本章小結本章主要介紹了減震器電氣部分的系統設計，其中包括計算機測試系統、電機控制柜的設計和多功能數據采集器的設計等。計算機測試系統主要用于顯示和存儲減震器的示功特性及示功曲線，并由此判斷減震器的優劣。電機控制柜中包含有很多的元器件，其中主要的元器件包括：變頻器、變壓器、熔斷器、熱繼電器、接觸器、壓力傳感器和接近開關等，這些元器件都在本章內容中做了詳細的介紹，對這幾種主要元器件的原理、特性、作用以及應用都有了準確的認識，為本課題的研究打下了堅實的基礎。對于多功能數據采集器的設計，這是進行減震器示功特性測試的關鍵部分，本課題主要采用研華PCI1711L板卡及PCI1761板卡進行數據采集和控制，然后將采集到的數據傳送給計算機測試系統，以圖形化的方式顯示減震器的示功特性。因此，數據采集器研華板卡接線圖的設計也是至關重要的。第四章軟件編程4.1C++Builder6.0簡介C++Builder是Borland公司開發的Windows下一款可視化集成開發的C++編程環境，它常被簡稱為BCB(分別取Borland、C++、Builder的第一個字母)或CB，BCB不僅功能強大，而且學習簡單、使用方便，深受軟件開發人員的喜愛。BorlandC++Builder6.0是Interprise(Borland)公司推出的基于C++語言的快速應用程序開發(RAD)工具，它是最先進的開發應用程序的組件思想和面向對象的高效語言C++融合的產物。C++Builder具有快速的的可視化開發環境：只要簡單地把控件(Component)拖到窗口(Form)上，定義一下它的屬性，設置一下它的外觀，就可以快速的建立應用程序界面，C++Builder6.0充分利用了已經發展成熟的Delphi的可視化組件庫(VCL)，吸收了BorlandC++Builder5.0這個優秀編譯器的諸多優點。C++Builder6.0結合了先進的基于組件的程序設計技術，成熟的可視化組件庫和優秀編譯器、調試器，發展到6.0這個版本。C++Builder6.0已經成為一個非常成熟的可視化應用程序開發工具，功能強大而且效率高。4.1.1C++Builder6.0的特點(1)C++Builder6.0是一個高性能開發工具C++Builder6.0是基于C++的，具有高速的編譯、連接和執行速度的一個軟件。同時，C++Builder6.0具有雙編譯器引擎，不僅可以編譯C/C++程序，還能編譯ObjectPascal語言程序。(2)C++Builder6.0具有強大的數據庫應用程序開發功能C++Builder6.0提供了強大的數據庫處理功能，它使得程序員不用寫一行代碼就能開發出功能強大的數據庫應用程序，這些主要依賴于C++Builder6.0眾多的數據庫感知控件和底層的BDE數據庫引擎。C++Builder6.0除了支持MicroSoft的ADO(ActiveDataObject)數據庫連接技術，還提供了一種自主開發的數據庫連接技術BDE(BorlandDatabaseEngine)數據庫引擎。(3)C++Builder6.0是一個優秀而完善的可視化應用程序開發工具C++Builder6.0是一個優秀而完善的可視化應用程序開發工具，它能使程序員從繁重的代碼編寫過程中解放出來，使他們能將注意力重點放在程序的設計上，而不是簡單的重復的勞動中。同時，它提供的完全可視的程序界面開發工具，使程序員對開發工具的學習周期大大縮短。(4)C++Builder6.0具有優化的32位原碼(NativeCode)編譯器C++Builder6.0的32位原碼編譯器具有高度安全性、可靠性、快速性的編譯優化方法，可完全編譯出原始機器碼而非中間碼，軟件執行速度大大提高。在編譯和連接過程中，C++Builder6.0自動忽略未被修改的原代碼和沒有使用的函數，從而大大提高了編譯和連接速度。(5)C++Builder6.0可以編譯所有符合ANSI/ISO標準的原代碼C++Builder6.0可以編譯所有符合ANSI/ISO標準的原代碼，支持最新ANSIC++/C語言特征，包括模板(Templates)、例外(Exceptions)、運行類型信息(RuntimeTypeInformation)、Namespaces等。它還可以使用標準C++庫且支持標準模板庫(STL)，以前的所有C++/C原代碼可以不經過修改，直接移植到C++Builder6.0環境下來。(6)C++Builder6.0具有強大的網絡編程能力C++Builder6.0含有眾多的Internet應用程序開發控件，如WebBroker,CppWebBroswer,WinSocks等，它們基本上涵蓋了Internet應用的全部功能，程序員可以利用它們方便的建立自己地Internet應用程序。(7)C++Builder6.0具有集成開發環境方面的特點C++Builder6.0的集成開發環境(IDE)提供了可視化窗體設計器、對象觀察器、控件板、工程管理器、集成編輯器和調試器等一系列可視化快速應用程序開發(RAD)工具，讓程序員可以很輕松地建立和管理自己的程序和資源。(8)C++Builder6.0完全支持32位長文件名、多線程程序設計，且允許程序員直接調用任何Win95和NTAPI函數。4.1.2C++Builder6.0集成開發環境圖4-1BCBIDE的各個組成部分啟動BCB，進入IDE，如圖4-1所示，我們將該環境分解為四個窗口和六個組成部分。這四個窗口是：程序主窗口、對象監視器、應用程序窗體設計區和代碼編輯器。其中，前兩個窗口分別位于IDE的上方和左方，后兩個窗口都位于IDE的右下方，其中應用程序窗體設計區疊在代碼編輯器之上。主窗口的標題是“C++Builder6"，它可被進一步分解為主菜單、工具欄、組件面板三個部分。這三個部分加上另外三個窗口就是BCBIDE主界面的六個主要組成部分。程序主窗口：(1)主菜單在BCBIDE主窗口頂部是主菜單，它由File、Edit、Search、View、Project、Run、Component、Database、Tools、Windows、Help等項及相應的下拉菜單組成，IDE的大部分功能都可由該菜單系統提供。(2)工具欄BCBIDE的工具欄位于主菜單的左下方，上面排列著若干個圖標。它們分別與主菜單上的某些常用選項相對應，點擊這些圖標能更快捷地執行相應的菜單命令。每個圖標都有自己的名稱，只要將鼠標箭頭在圖標上停留一點時間，IDE就會提示該圖標的名稱。如圖4-2所示，上排從左往右依次為New、Open、Save、SaveAll、OpenProject、AddfiletoProject、RemovefilefromProject、Help圖標；下排從左往右依次為ViewUnit、ViewForm、ToggleForm/Unit、NewForm、Run、Pause、Traceinto、StepOver圖標。工具欄是可以通過設置進行改變的，所以上述的排列不是固定不變的。圖4-2BCB的工具欄(3)組件面板組件面板位于BCB主窗口的右下方，它由若干個頁面組成。點擊頁標簽，可切換當前頁。點擊位于面板右端的兩個小箭頭，可橫向滾動頁標簽，是所有的頁能顯示。不同版本BCB的組件面板的頁數和每頁上的組件是有差別的，但差別不是很大。BCB支持用戶創建自己的組件并把它安裝到面板上，此外它也允許改變組件在面板上的排列。因此，即使對同一版本的BCB，不同用戶組件面板的內容也不盡相同。下面介紹的是BCB6.0標準安裝下的組件面板：①Standard頁Standard頁上有16個組件，常用的有：主菜單(MainMenu)、標簽(Label)、文本編輯框(Edit)、備注框(Memo)、按鈕(Button)、復選框(CheckBox)、列表框(ListBox)、組合框(ComboBox)、滾動條(ScrollBar)、單選按鈕組(RadioGroup)和面板(Panel)等，如圖4-3所示。這些組件主要用于創建應用程序界面和各種對話框。圖4-3Standard頁上的組件②Additional頁Additional頁上有22個組件，常用的有：快速按鈕(SpeedButton)、掩碼編輯器(MaskEdit)、圖像(Image)、圖形(Shape)和圖表(Chart)等,如圖4-4所示。這些組件用于程序界面設計，圖形、圖像顯示等。圖4-4Additional頁上的組件③Win32頁Win32頁上有19個組件，常用的有：RTF編輯器(RichEdit)、頁面控制框(PageControl)、進度顯示欄(ProgressBar)、微調按鈕(UpDown)、日期輸入框(DateTimePicker)、月份牌(MouthCalendar)和樹結構顯示框(TreeView)等，如圖4-5所示。這些控件功能強大，應用廣泛。圖4-5Win32頁上的組件④System頁System頁上有8個組件，常用的有：Timer（定時器）、MediaPlayer（媒體播放器）和OleContainer（Ole容器）等，如圖4-6所示。這些組件用于時間控制、播放多媒體和插入Ole對象等。圖4-6System頁上的組件⑤Dialogs頁Dialogs頁上有10個對話框組件，最常用的有：打開文件對話框(OpenDialog)、保存文件對話框(SaveDialog)、字體對話框(FontDialog)、顏色對話框(ColorDialog)和打印對話框(PrintDialog)等，如圖4-7所示。它們將Windows標準風格的對話框提供給應用程序，使用十分方便。圖4-7Dialogs頁上的組件⑥DataControls、BDE、ADO、DataAccess頁DataControls、BDE、ADO、DataAccess這幾個頁上的組件都是用于對數據庫應用系統開發提供支持的，與以前版本相比，BCB6.0對這幾個頁面作了較大調整。DataControls頁上的組件主要用于數據庫程序的界面設計，如圖4-8所示。其中，DBEdit、DBMemo、DBListBox、DBComboBox、DBRadioGroup等組件分別與Standard頁上Edit、Memo、ListBox、ComboBox、RadioGroup等組件用法相似，但使用時要與數據表中的字段對象相聯系。圖4-8DataControls頁上的組件DataAccess頁上的組件主要用于連接各種數據集，其中最常用的是數據源(DataSource)組件。BDE是“BorlandDatabaseEngine”的縮寫，主要提供對本地數據庫或符合ODBC標準的數據庫服務器的訪問。BDE頁上的組件有表(Tabel)、查詢(Query)、數據庫(Database)以及存儲過程(StoredProc)等。圖4-9DataAccess頁上的組件ADO是Microsoft提出的新一代數據庫標準，ADO頁面上各個組件為數據庫應用程序采用ADO訪問方式提供支持。BCB最大限度地在不同的數據庫技術標準之間保持兼容性，使現有的采用BDE技術的數據庫應用能很方便的轉換成基于ADO的數據庫應用。圖4-10ADO頁上的組件(4)對象監視窗口(ObjectInspector)ObjectInspector是BCBIDE的另一個重要組成部分。它是一個可獨立控制的窗口，由一個位于窗口上方的組合框和位于該組合框下方的兩個頁面的列表組成。這兩個頁分別稱為屬性（Properties）頁和事件（Events）頁，單擊頁標簽可在這兩個頁之間切換，如圖4-11所示。圖4-11ObjectInspector的兩個頁從圖4-11可看到，屬性頁分為若干行和兩個欄，每一行對應一項屬性，顯示在第一欄中的是屬性名，第二欄中的是屬性值，圖4-11上部的組合框內顯示的“Form1”告訴我們，這是Form1的屬性頁，它屬于TForm1類，圖中顯示的各項屬性值多數是缺省定義的初值。在這些屬性中，Caption、Color、Cursor、DragMode、Enabled、Font、Height、Hint、Left、Name、ShowHint、Top、Visible、Width是所有可視控件的共有屬性。窗體是一種組件，同時又是一個容器，即窗體中可放入其他組件。因此，窗體是比較復雜的組件，相應地具有較多的屬性。(5)代碼編輯器代碼編輯器窗口被一個垂直分隔條分成左右兩部分，其左側被稱為“Explore”區(可以被關閉)，右側是代碼編輯器。源文件在“Explore”區內顯示為一棵樹，樹節點可以折疊或展開，雙擊某節點，即能使編輯器內的光標轉移到對應的代碼上。代碼編輯器不僅是一個精致的文本編輯器，它還能夠提供許多與處理C++代碼有關的便利。該編輯器可打開多個頁面便于同時處理若干代碼文件，點擊頁標簽可在頁面間切換。(6)窗體設計區窗體設計區和代碼編輯區都是位于BCBIDE右下部的獨立窗口，相互間經常會重疊，因此，經常要利用View菜單的ToggleForm/Unit或者Forms(或使用工具欄上相應的按鈕)在這些窗口間切換，當應用程序創建新窗體時，窗體設計區會增加一個新窗口，與此同時代碼編輯器內增加一個新的頁面用于編輯相應的代碼文件。窗體設計是可視化的，利用鼠標操作，用戶可把各種組件放入窗體內，改變窗體或控件的位置、尺寸等。幫助系統Help窗口有兩個頁，一個是目錄（Topic）頁，它有樹狀的目錄結構；另一個是索引（Index）頁，使用時，在窗口上方輸入關鍵字，按“顯示”按鈕就能打開瀏覽相關內容的窗口。(8)系統工具BCB提供許多開發工具用于不同的場合，如Database、SQLExplorer可用于數據庫管理，WinSight32、ObjectBrowser是深入編程所需的分析工具等。4.2應用程序界面設計在主菜單中選擇文件中的新建，在新建對話框中選擇應用程序,按“是”。圖4-12應用程序新建界面(1)編譯程序在菜單中選擇“工程”中的“創建工程1”就可以把程序編譯成為可以直接運行的.exe文件。但是這樣編譯而來的執行文件因為是動態連接到庫函數，所以在沒有裝C++Builder的機子上不能正常運行。如果編譯成靜態連接庫，則可以在所有的機上運行的程序，具體操作：打開【project】的【Options】，把packages頁中的“buildwithruntimepackages”的勾去掉，linker頁中的“usedynamicRtl”的勾去掉，再在compiler頁中按release鍵。(2)保存程序在主菜單中選擇“文件”中的“工程另存為”選項，再把所有文件(包括.cpp、.bak)都保存到一個目錄下面。圖4-13工程保存(3)運行程序在菜單中選擇【Run】，或者直接按快捷菜單上的運行按鈕，還有就是按快捷鍵F9，這就可以運行當前程序。4.3軟件設計過程(1)程序設計思路新建立一個程序，要求正確反應設計內容，結合各組件的關系，加入適當的程序，以實現其具有控制電機啟動及停止功能，能實時采集拉壓力傳感器信號，采集到減震器活塞桿做上升和下降運動時的位移和阻尼力的數據，經電腦處理后，由軟件工作界面自動得出反映減震器示功特性的示功圖，且具有自動保存、打開數據功能。程序設計的具體流程如下圖所示：圖4-14程序設計流程圖按下啟動按鈕SQ1后線路通電，研華PCI-1761板卡將開關量信號傳輸給變頻器，變頻器處理完開關量信號后，電動機M1開始轉動。因為電動機有一個提速過程，所以在電動機到達全速之前，接近開關1不工作，所以要延時4秒鐘，延時結束之后，接近開關1將啟動，此時多功能數據采集器開始采集數據，采集減震器活塞桿的一個上升與下降的過程，即高速采樣。隨后進行一個循環判斷，因為本課題的要求是1次測試，最多包括15次循環，最終測試結果是15次的平均值，測試次數可設定，1次循環所采集的數據不少于360個，所以判斷循環次數是否小于15次。如果小于15次的話就繼續循環采樣，而如果大于等于15次的話則停止循環采樣，然后將采集到的數據傳輸給計算機，由計算機對采集的數據進行計算與分析，取采樣數據的平均值，最終得出減震器示功特性曲線圖，這是程序運行的全過程，程序編輯的時候則按照這個流程進行，其中高速采樣部分會在下面詳細介紹。(2)通信程序設計①通信方式通信方式采取上位機程序(C++Builder6.0)主動讀取下位機程序的方式，也就是利用研華PCI-1711L和研華PCI-1961板卡把需要傳輸的數據存放在寄存器中，上位機通過讀取這些寄存器的地址來獲得其中的數據，本程序中讀取的量有減震器的阻尼力和位移。②通信前的準備本軟件需要MXComponent通信控件的支持，其安裝順序為：a、安裝EnMEL，這是一個軟件環境；b、安裝MXComponent(見目錄SW3D5C-ACT-E)，需要序列號，見光盤；c、進行MXComponent通信配置。單擊“CommunicationSetupUtility”，彈出對話框，單擊“Wizard..”，在“Logicalstationnumber”中輸入0，下一步選擇通信串口號，再下一步選擇CPU類型,再下一步默認設置，再下一步“Comment”可不填，點Finish按鈕，配置結束。③編程前的準備在C++Builder6.0中需要導入一個Active控件，“MITSUBISHActPcComControlsVer3.0”。安裝后在ActiveX控件出現下圖幾個控件：選擇即可。(3)程序部分本課題數據采集采用高速采樣方式，通過模擬量的輸入，高速采集數據信號。下面將介紹一下數據采集的過程及相應的方法。①初始化采樣數據緩沖區對于FAI(FastAnalogInput，高速模擬量輸入)數據采集操作，緩存的大小不是由FIFO決定的。在開始采樣操作前，必須設置要采樣的個數即采樣緩存的大小。如果板卡使用了FIFO，并且是中斷傳輸方式，那么buffer大小應該是FIFO/2大小的整數倍(偶數)，且推薦為通道數的整數倍。如果是DMA傳輸方式，則buffer大小應該是偶數。如果是總線主控DMA(bus-masterDMA)傳輸方式，buffer大小沒有限制，推薦大于4K字節。②啟動數據采集操作通過函數DRV_FAIIntStart啟動中斷方式數據采集操作，函數DRV_FAIDmaStart和DRV_FAIDmaScanStart用來啟動DMA方式數據采集操作，DRV_FAIDmaExStart用來啟動總線主控DMA(bus-masterDMA)數據采集操作。不同的數據采集方法需要不同的設置，因此需要為每種方法創建一個相應的數據結構，并且使用數據結構的指針作為函數的參數，把相應的設置信息傳送給驅動程序。③數據傳輸一旦開始數據采集操作，用戶必須知道當前的采樣狀態，以便及時的把數據從采樣緩存中傳輸到用戶緩存中，用戶根據需要再做進一步的處理。有兩種方法可以實現這個過程，一是允許驅動向用戶發預定的事件(調用函數DRV_EnableEvent)，并等待事件發生的通知(調用DRV_CheckEvent)，當得到事件通知后，調用函數DRV_FAICheck查詢當前的數據采集狀態；二是通過時刻查詢數據采集狀態(反復調用DRV_FAICheck)。當有事件發生或查詢到的狀態表明半個采樣緩存已填滿，用戶就可以通過調用函數DRV_FAITransfer及時的把數據從采樣緩存中傳輸到用戶緩存中去。(4)數據傳輸方式：

上面4幅圖顯示了循環模式時采樣緩存的使用過程：①數據采集緩存被分為相等大小的兩部分，稱為第一半(低半)和第二半(高半)緩存。當采樣開始后，驅動先填充第一半緩存。②如果用戶調用了DRV_EnableEvent函數允許事件觸發，那么當驅動填滿第一半緩存后，會發送ADS_EVT_BUFCHANGE事件，用戶這時需要及時取走數據，否則在循環模式的情況下，當驅動再次填充該緩存時數據會被覆蓋。③當第一半緩存填滿后，數據采集繼續進行，這時驅動開始填充第二半緩存。④當第二半緩存填滿以后，如果用戶調用了DRV_EnableEvent函