模擬汽車限速系統

李 迎（華北電力大學, 河北 保定 071000）

劉生壽1,任林昌2（1.白銀市工業學校,甘肅 白銀730900；2.武威職業技術學院,甘肅 武威 733000）

模擬汽車限速系統

李 迎
（華北電力大學, 河北 保定 071000）

摘 要：本文利用8086芯片搭建模擬汽車限速系統，通過8253芯片產生方波信號，主程序計時十秒，通過開關控制進入中斷，記錄中斷次數。計時結束后根據中斷次數進入不同狀態，控制不同LED燈的亮滅和揚聲器的工作狀態。手動開關模擬行車速度，每按動開關一次產生一次中斷，統計按的次數，每10秒采集一次統計結果，若按開關次數超過6次，則行車超速，亮黃燈報警，若超過8次，則嚴重違規，亮紅燈表示攔截，攔截時揚聲器發聲報警。通過本系統可以實現汽車限速的模擬。

關鍵詞：汽車限速模擬；模擬汽車限速系統；設計原理

1　系統工作原理介紹

1.1 具體設計原理

（1）產生1HZ方波信號。首先，利用三片73LS373地址鎖存器，將8086地址鎖存。利用73LS138譯碼器產生各個芯片的片選地址，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產生的片選地址即為8000H～A000H。利用8253芯片產生1HZ方波信號：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的四個地址是不連續的，分別為9000H，9002H，9004H，9006H。設置計數器0輸入信號1MHZ方波信號，方式3工作方式，計數初值1000H（BCD計數），輸出信號作為計數器1的輸入，設置計數器1方式3工作方式，計數初值1000H（BCD計數），這樣輸出信號即為1HZ方波信號。（2）利用上文所述產生的1HZ方波信號計時十秒。首先，使用8255芯片，設置片選地址8000H，A0～A1接8086地址線A1～A2，所以從8086的角度看，8255的四個地址分別為8000H，8002H，8004H，8006H。利用8055的A口讀入1HZ方波信號，初始時，循環等待低電平，出現低電平時，再循環等待高電平，這樣就產生一個上升沿，每兩個上升沿的間隔即為一個周期，即1秒。設置循環次數為10，這樣就產生了10秒的計時。（3）中斷及輸出部分。由于本方案產生計時的方式是通過不斷讀入8255A口數據得到了，而8259芯片產生中斷的時候，循環等待中斷期間，數據總線一旦被其他芯片利用。

1.2 系統程序設計

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

1.3 系統調試結果

在Proteus中進行仿真，十秒計時結束后，當中斷次數大于六時，黃燈亮；中斷次數大于8時紅燈亮，揚聲器報警。實驗結果與預期相同，符合要求。

2　方案第一次改進

2.1 改進方案

考慮到第一個方案時間及中斷次數無法顯示，適應性較差，所以考慮加入兩個一位數碼管，同步顯示時間和中斷次數，并且設置當中斷次數不大于6次時，綠燈亮，表示不超速。

2.2 改進方案具體設計思路

采用74LS273作為輸出，控制一位數碼管顯示時間（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，控制一位數碼管顯示中斷次數（0次～9次）。增加8255的B口輸出接入一個LED綠燈，作為不超速顯示。

其中數碼管顯示的方法為：首先在數據段存儲共陰極數碼管顯示數字0～9，取段首地址BX，例如，當CX為3時，則取SI為3，利用基址變址尋址[BX+SI]，取出數字3相應的編碼，然后輸出到數碼管，此時即顯示數字3。其他數字顯示與此相同。

2.3 程序設計

序設計大體與第一方案相同，只不過在每次時間和中斷次數變化后立即通過數碼管顯示出來。

3　方案第二次改進

3.1 改進方案

考慮到實驗器材的限制，實驗箱上沒有NMI接口，所以為了搭接出實際的硬件結構，必須采用8259中斷，所以需要對方案進行再一次改進。

3.2 改進方案具體設計思路

此次改進與前兩次方案的不同之處在于，采用的是8259中斷的方式，設置上升沿觸發，通過8255B口讀入1HZ方波信號，首先循環等待低電平，并通過8255A口中斷輸入的開關狀態，并不斷檢測開關狀態，一旦開關為低電平，此時打開中斷，當開關為高電平時，此時產生上升沿觸發8259中斷，進入中斷子程序，中斷次數加一，關中斷。當方波信號變為低電平時，開始循環等待方波信號的高電平，此時產生上升沿信號，兩個上升沿的間隔為一個周期，即1秒，其中在循環的等待高電平的時候，同樣執行循環等待低電平時相關中斷操作。

4　總結

在一開始設計時，沒有直接采用NMI中斷，而是使用的8259中斷，然而8259循環等待中斷時，一旦其他芯片占用數據總線，例如輸入、輸出數據，8259的使用將出現錯誤。所以方案一使用的NMI 中斷，巧妙的避免了這個問題，達到實驗預期。考慮到實際情況，我們設計了第一次改進方案，加入了綠燈顯示，和數碼管時間和中斷次數顯示，更加人性化，使實驗更加合理。為了搭建出實際的硬件系統，需要使用實驗箱，而實驗箱沒有NMI接口，所以我們設計了第二次方案改進，調整設計思路，成功加入了8259中斷，搭建出硬件系統，達到實驗要求。

5　設計缺點分析

由于程序較為復雜，所以利用Proteus仿真時存在程序執行需要時間，造成計時存在誤差；并且第二次改進方案思路復雜，程序容易出錯。

參考文獻：

[1]馬平，姚萬業，王炳謙.微機原理及應用[M].中國電力出版社（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.白銀市工業學校,甘肅 白銀730900；2.武威職業技術學院,甘肅 武威 733000）

摘 要：本文針對采用ANSYS軟件對鋼筋混凝土板構件的高溫受力性能進行有限元模擬的方法，提供了一套可行的分析思路。根據正交實驗找到鋼筋混凝土合理的設計配比，并進行導熱系數和體積熱容的推算，裂縫擴展的熱力學理論值等與有限元分析方法對比，分析各種因素對鋼筋混凝土構件溫度裂縫的影響，為混凝土的防火等級施工控制提供依據。

關鍵詞：鋼筋混凝土；有限元分析；熱應力

0 引言

鋼筋混凝土構件自重輕、強度高、抗裂能力強、經濟性能好，廣泛應用于建筑結構中[1]。目前關于鋼筋混凝土梁在火災作用下的研究趨于完善，但對鋼筋混凝土板構件高溫性能還沒有形成統一的認識，尤其是鋼筋混凝土構件的鋼筋和混凝土強度、彈性模量、兩者之間的粘結力、溫度場、變形、應力等影響方面[2]。

本文利用ANSYS中的三維實體單元Solid65對鋼筋混凝土板構件進行熱-結構耦合分析，模擬火災環境中鋼筋混凝土受熱膨脹產生的約束作用，對高溫作用下斷裂熱力學性能進行數值模擬，為鋼筋混凝土結構火災試驗提供可行性依據[3]。

1 建模

本模型選用ANSYS中的 Solid65號8節點4面體單元，單元的每個節點有三個方向的自由度(Ux，Uy，Uz)，主要用于三維模擬和鋼筋混凝土建模[4]。混凝土板構件可忽略厚度方向的變形，看做是二維結構，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滑移性能，將鋼筋與混凝土視為多相復合完全固結構件，板的尺寸為l×b×h/mm，支座簡支。研究內容：

（1）以配筋率、保護層厚度、溫度、時間為因素，安排正交試驗(L934)，確定各因素對應力、撓度的影響規律。（2）ANSYS分析鋼筋混凝土板火災時在一定強度下發生的開裂現象，單元的抗拉，抗壓的強度值與構件實體進行對比。（3）建立的混凝土板斷裂(沿三個正交方向)壓碎的溫度-應力計算模型。

2 正交試驗結果分析

根據正交實驗總結出各影響因素對性能的變化規律。（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、保護層厚度、預應力鋼筋數量對溫度影響不是很大；（2）在其他條件一樣的情況下，預應力鋼筋數量越多，凈保護層厚度越大，配筋率越大，構件抗火性能越好，跨中撓度也越小；（3）在其他條件一樣的情況下，火災溫度越高，受熱時間越長，構件抗火性能越差，跨中撓度也越大。

3 高溫作用下鋼筋混凝土板構件的熱容

采用LSO834標準升溫曲線來模擬火災時室內空氣溫度的變化，板表面熱量通過熱傳導至內部各節點，使得構件內部在不同時間、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2400kg/m3，導熱系數和比熱容一般按照如下計算。

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果。

鋼筋密度7850kg/m3，導熱系數和比熱容一般按照如下計算。

λr=54-3.33×10-2T （3）

Cr=470+0.20T+0.00038T2（4）

對于多相復合材料有如下近似計算式。

C=∑giCi（5）

gi為材料中第i種組成的重量百分數，Ci為材料中第i種組成的比熱容。

根據晶態固體熱容量子理論

當溫度T＜＜θD時，

當溫度T＞＞θD時，

其中θD= ?ωmax/k稱為德拜特征溫度，約為熔點的0.2～0.5倍。

4 高溫作用下鋼筋混凝土板構件的熱應力

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

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

5 結束語

通過實驗實例對比，驗證了應用ANSYS對火災時鋼筋混凝土板的溫度場進行力學模擬的可行性；并對高溫下工程中較常見的混凝土簡支板進行模擬，通過距迎火面不同距離節點的溫度隨時間變化及不同時刻混凝土板的溫度云圖，總結了溫度場的變化規律，為溫度-應力計算提供依據；從撓度變化看，預應力板具有較強的耐火性。

[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, 2014,2(01):88-90.

[2]張博,何沛祥.高溫下預應力混凝土板溫度場及力學性能的數值分析[J].工程與建設,2010,24(03):298-300.

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

[4]Kim Y R, Baek C, Underwood B S, et al. Application of Viscoelastic Continuum Damage Model Based Finite Element Analysis to Predict the Fatigue Performance of Asphalt Pavements[J]. KSCE Journal of Civil Engineering, 2008,12(02):109-120.

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