模拟汽车限速系统

李 迎（华北电力大学, 河北 保定 071000）

刘生寿1,任林昌2（1.白银市工业学校,甘肃 白银730900；2.武威职业技术学院,甘肃 武威 733000）

模拟汽车限速系统

李 迎
（华北电力大学, 河北 保定 071000）

摘 要：本文利用8086芯片搭建模拟汽车限速系统，通过8253芯片产生方波信号，主程序计时十秒，通过开关控制进入中断，记录中断次数。计时结束后根据中断次数进入不同状态，控制不同LED灯的亮灭和扬声器的工作状态。手动开关模拟行车速度，每按动开关一次产生一次中断，统计按的次数，每10秒采集一次统计结果，若按开关次数超过6次，则行车超速，亮黄灯报警，若超过8次，则严重违规，亮红灯表示拦截，拦截时扬声器发声报警。通过本系统可以实现汽车限速的模拟。

关键词：汽车限速模拟；模拟汽车限速系统；设计原理

1　系统工作原理介绍

1.1 具体设计原理

（1）产生1HZ方波信号。首先，利用三片73LS373地址锁存器，将8086地址锁存。利用73LS138译码器产生各个芯片的片选地址，其中，将低电平使能端接地，高电平使能端接8086地址线A15，C、B、A分别接地址线A14～A13，这样输出端Y0～Y2产生的片选地址即为8000H～A000H。利用8253芯片产生1HZ方波信号：8253片选地址为9000H，A0～A1接8086地址线A1～A2，所以从8086的角度看，8253的四个地址是不连续的，分别为9000H，9002H，9004H，9006H。设置计数器0输入信号1MHZ方波信号，方式3工作方式，计数初值1000H（BCD计数），输出信号作为计数器1的输入，设置计数器1方式3工作方式，计数初值1000H（BCD计数），这样输出信号即为1HZ方波信号。（2）利用上文所述产生的1HZ方波信号计时十秒。首先，使用8255芯片，设置片选地址8000H，A0～A1接8086地址线A1～A2，所以从8086的角度看，8255的四个地址分别为8000H，8002H，8004H，8006H。利用8055的A口读入1HZ方波信号，初始时，循环等待低电平，出现低电平时，再循环等待高电平，这样就产生一个上升沿，每两个上升沿的间隔即为一个周期，即1秒。设置循环次数为10，这样就产生了10秒的计时。（3）中断及输出部分。由于本方案产生计时的方式是通过不断读入8255A口数据得到了，而8259芯片产生中断的时候，循环等待中断期间，数据总线一旦被其他芯片利用。

1.2 系统程序设计

编程思路在上文设计原理中已经介绍，在此不再赘述。下面给出程序流程图（见下图）：

1.3 系统调试结果

在Proteus中进行仿真，十秒计时结束后，当中断次数大于六时，黄灯亮；中断次数大于8时红灯亮，扬声器报警。实验结果与预期相同，符合要求。

2　方案第一次改进

2.1 改进方案

考虑到第一个方案时间及中断次数无法显示，适应性较差，所以考虑加入两个一位数码管，同步显示时间和中断次数，并且设置当中断次数不大于6次时，绿灯亮，表示不超速。

2.2 改进方案具体设计思路

采用74LS273作为输出，控制一位数码管显示时间（9秒～0秒），使用WR非和A000H地址通过或门作为片选地址。使用8255的C口输出，控制一位数码管显示中断次数（0次～9次）。增加8255的B口输出接入一个LED绿灯，作为不超速显示。

其中数码管显示的方法为：首先在数据段存储共阴极数码管显示数字0～9，取段首地址BX，例如，当CX为3时，则取SI为3，利用基址变址寻址[BX+SI]，取出数字3相应的编码，然后输出到数码管，此时即显示数字3。其他数字显示与此相同。

2.3 程序设计

序设计大体与第一方案相同，只不过在每次时间和中断次数变化后立即通过数码管显示出来。

3　方案第二次改进

3.1 改进方案

考虑到实验器材的限制，实验箱上没有NMI接口，所以为了搭接出实际的硬件结构，必须采用8259中断，所以需要对方案进行再一次改进。

3.2 改进方案具体设计思路

此次改进与前两次方案的不同之处在于，采用的是8259中断的方式，设置上升沿触发，通过8255B口读入1HZ方波信号，首先循环等待低电平，并通过8255A口中断输入的开关状态，并不断检测开关状态，一旦开关为低电平，此时打开中断，当开关为高电平时，此时产生上升沿触发8259中断，进入中断子程序，中断次数加一，关中断。当方波信号变为低电平时，开始循环等待方波信号的高电平，此时产生上升沿信号，两个上升沿的间隔为一个周期，即1秒，其中在循环的等待高电平的时候，同样执行循环等待低电平时相关中断操作。

4　总结

在一开始设计时，没有直接采用NMI中断，而是使用的8259中断，然而8259循环等待中断时，一旦其他芯片占用数据总线，例如输入、输出数据，8259的使用将出现错误。所以方案一使用的NMI 中断，巧妙的避免了这个问题，达到实验预期。考虑到实际情况，我们设计了第一次改进方案，加入了绿灯显示，和数码管时间和中断次数显示，更加人性化，使实验更加合理。为了搭建出实际的硬件系统，需要使用实验箱，而实验箱没有NMI接口，所以我们设计了第二次方案改进，调整设计思路，成功加入了8259中断，搭建出硬件系统，达到实验要求。

5　设计缺点分析

由于程序较为复杂，所以利用Proteus仿真时存在程序执行需要时间，造成计时存在误差；并且第二次改进方案思路复杂，程序容易出错。

参考文献：

[1]马平，姚万业，王炳谦.微机原理及应用[M].中国电力出版社（第一版），2003(04).

筋混凝土板受热有限元分析

刘生寿1,任林昌2
（1.白银市工业学校,甘肃 白银730900；2.武威职业技术学院,甘肃 武威 733000）

摘 要：本文针对采用ANSYS软件对钢筋混凝土板构件的高温受力性能进行有限元模拟的方法，提供了一套可行的分析思路。根据正交实验找到钢筋混凝土合理的设计配比，并进行导热系数和体积热容的推算，裂缝扩展的热力学理论值等与有限元分析方法对比，分析各种因素对钢筋混凝土构件温度裂缝的影响，为混凝土的防火等级施工控制提供依据。

关键词：钢筋混凝土；有限元分析；热应力

0 引言

钢筋混凝土构件自重轻、强度高、抗裂能力强、经济性能好，广泛应用于建筑结构中[1]。目前关于钢筋混凝土梁在火灾作用下的研究趋于完善，但对钢筋混凝土板构件高温性能还没有形成统一的认识，尤其是钢筋混凝土构件的钢筋和混凝土强度、弹性模量、两者之间的粘结力、温度场、变形、应力等影响方面[2]。

本文利用ANSYS中的三维实体单元Solid65对钢筋混凝土板构件进行热-结构耦合分析，模拟火灾环境中钢筋混凝土受热膨胀产生的约束作用，对高温作用下断裂热力学性能进行数值模拟，为钢筋混凝土结构火灾试验提供可行性依据[3]。

1 建模

本模型选用ANSYS中的 Solid65号8节点4面体单元，单元的每个节点有三个方向的自由度(Ux，Uy，Uz)，主要用于三维模拟和钢筋混凝土建模[4]。混凝土板构件可忽略厚度方向的变形，看做是二维结构，主要考虑沿平面方向的伸缩变形。在本例中，没有考虑钢筋与混凝土之间的粘结滑移性能，将钢筋与混凝土视为多相复合完全固结构件，板的尺寸为l×b×h/mm，支座简支。研究内容：

（1）以配筋率、保护层厚度、温度、时间为因素，安排正交试验(L934)，确定各因素对应力、挠度的影响规律。（2）ANSYS分析钢筋混凝土板火灾时在一定强度下发生的开裂现象，单元的抗拉，抗压的强度值与构件实体进行对比。（3）建立的混凝土板断裂(沿三个正交方向)压碎的温度-应力计算模型。

2 正交试验结果分析

根据正交实验总结出各影响因素对性能的变化规律。（1）高温作用下混凝土板的截面温度受加热方式、加热边界条件的影响较大，而板的配筋率、保护层厚度、预应力钢筋数量对温度影响不是很大；（2）在其他条件一样的情况下，预应力钢筋数量越多，净保护层厚度越大，配筋率越大，构件抗火性能越好，跨中挠度也越小；（3）在其他条件一样的情况下，火灾温度越高，受热时间越长，构件抗火性能越差，跨中挠度也越大。

3 高温作用下钢筋混凝土板构件的热容

采用LSO834标准升温曲线来模拟火灾时室内空气温度的变化，板表面热量通过热传导至内部各节点，使得构件内部在不同时间、不同位置温度变化不一样。

混凝土密度随温度变化较小，一般取常数2400kg/m3，导热系数和比热容一般按照如下计算。

λc=1.624-1.74×10-3T+6.96×10-7T2（1）

Cc=900+80(T/120)-4(T/120)2（2）

硅酸盐化合物在573℃以上的热容一般都能得到较好的结果。

钢筋密度7850kg/m3，导热系数和比热容一般按照如下计算。

λr=54-3.33×10-2T （3）

Cr=470+0.20T+0.00038T2（4）

对于多相复合材料有如下近似计算式。

C=∑giCi（5）

gi为材料中第i种组成的重量百分数，Ci为材料中第i种组成的比热容。

根据晶态固体热容量子理论

当温度T＜＜θD时，

当温度T＞＞θD时，

其中θD= ћωmax/k称为德拜特征温度，约为熔点的0.2～0.5倍。

4 高温作用下钢筋混凝土板构件的热应力

分析对象为受到环境温度起伏热冲击作用的板构件，在承受荷载的过程中混凝土处于二维平面应力状态（若考虑板厚则为二维平面应变状态），因此可用无限大薄板计算，外表温度高，中间温度低，板的膨胀受到约束，板件受力为压应力εx=εy=0，因而产生应力+σx及+σy，z方向可以自由胀缩σz=0。根据广义胡克定律：

在t=tmax的瞬间，σx=σy=σf，即在数值上达到或超过了材料的极限抗拉强度，板表面将开裂破坏，临界温差：

5 结束语

通过实验实例对比，验证了应用ANSYS对火灾时钢筋混凝土板的温度场进行力学模拟的可行性；并对高温下工程中较常见的混凝土简支板进行模拟，通过距迎火面不同距离节点的温度随时间变化及不同时刻混凝土板的温度云图，总结了温度场的变化规律，为温度-应力计算提供依据；从挠度变化看，预应力板具有较强的耐火性。

[1]周亚,翟莉萍.混凝土裂缝方面问题的具体分析[J].公路交通技术, 2014,2(01):88-90.

[2]张博,何沛祥.高温下预应力混凝土板温度场及力学性能的数值分析[J].工程与建设,2010,24(03):298-300.

[3]阮祎萌.钢筋混凝土梁受压区温度裂缝分析与ANSYS仿真模拟[J].城市建设理论研究(电子版),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.

作者简介：李迎(1994-), 男，河北河间市人，本科，研究方向：自动化。 刘生寿（1987-），男，助理讲师。