基于单片机自动控制电动机闸门提升系统设计
摘要
本泄水闸工作门属于大型平板闸门，控泄调度频繁，本文针对闸门、电动机、提升系
统设计方案的选定，闸门结构设计和提升系统等进行了介绍，并对其中所运用的新技术、
新材料和新思路进行了论述，通过计算，运用单片机输出控制信号，控制三相交流电动机，
实现了对闸门的升降控制。采用三相交流电动机作为动力，因为它成本低，功率高，控制
方便。
该闸门系统就是在步进电机和提升系统的基础上设计而成的，具有结构合理、控制、
安装、调试、使用、维护等方便、性能可靠的特点。
关键词：闸门;交流电动机;提升系统
绪 论
展望新世纪，审时度势，把握未来，清醒地看到中国经济火车头正驶向知识经济的高
速公路上，充分认识信息技术——互联网时代对人类社会产生生活方式已经和可能带来的
巨大而深远的影响，从资源水利、环境水利和节约型社会的战略高度，积极探索中小水电
开发利用的大方向、新模式，从规划设计的指导思想、编制原则和可行性评价标准，以及
可能的运行管理方式等等方面，作出有科学依据的预测，以调整发展战略，才是我们现在
需要认真加以思考和对待的。
由于该工程采用了水力自控翻板闸门活动坝，闸门平时挡水发电，洪水期翻倒泄洪冲
沙，有效地减少了上游的洪水淹没损失及水库泥沙淤积，同时闸坝又采用地下混凝土连续
墙进行地基防渗处理及面流消能，降低了工程投资。这种设计对其他建固定坝淹没损失过
大或在软基上建造低重力式堰坝的类似工程有一定的参考价值。
模型试验验证了闸门结构及门槽设计的合理性，采用新的主梁、主轮荷载分配算法后，
设计计算结果同有限元复核计算结果相吻合，可为同类工程提供一定的参考作用。影响闸
门振动的因素很多，闸门运行时应加强现场观测，避开振动较大的运行工况，确保闸门运
行安全。
用单片机自动控制电动机闸门提升系统设计增加了自动化进程，为防洪工程
迈开了新的步伐。
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn
徐州工程学院毕业设计(论文)
2
第一章 方案的设计及其论证
1.1 传动系统比较
此水闸是建在平原地区的软土地基上。地基土壤承载能力、抗冲能力低，抗渗稳定性
差，压缩性大以及水头低而水位变幅大是水闸的主要工作特点。水闸设计包括：选择闸址
和闸孔形式，确定闸孔尺寸，拟定消能防冲、防渗、地基处理、闸室布置方案，进行稳定、
沉降、结构计算等。
方案1： 利用步进电机和同步带传动。
优点：传动装置简单、易于控制、加工方便、成本低、已形成标准、易于购买。
缺点：易于变形、远距离时一般不能保证传动需要。
方案2： 利用丝杠传动。
优点：结构简单、承载能力强、远距离传动时也能保证一定的传动标准。
缺点：加工成本高、传动装置复杂。
由于我所设计的闸门跨度比较大且承载能力强，所以选用方案2 比较合适。
1.2 单片机的选择：
AT98S51 系列单片机的特点
优点：结构简单 价格便宜 易于开发
通用型 有总线扩展 适于教学与一般应用
有较强的位处理功能 有全双工异步串行通信口
缺点：功能少 访问外部数据有瓶颈 工作电压范围窄
型号与性能
型号 8031 8051 8751 8032
基本配置 ROM 无 4k 4k/E 无
RAM 128B 128B 128B 256B
16 位定时器 2 2 2 3
中断源 5 5 5 6
串行口 1 1 1 1
总线扩展 64k 64k 64k 64k
基于以上的特点，故本提升系统使用MCS-51系列单片机作为控制。
1.3 闸门方案的选择
从安全和经济出发，结合该闸受双向水头作用的特点，同时兼顾防止海水侵蚀的要求，
运行中的特点是闸门开启频繁、双向挡水、挡潮高度大。因此对闸门的选用作方案比较，
见表1。经方案比较，考虑到此闸门的运用特点，选用平面钢闸门，螺杆启闭。
表1 闸门方案对照表
存在的问题 优点
橡胶坝 橡胶坝设计规范中，最大坝高5m，不
能满足挡潮要求，频繁充起、塌落在时间上
不能保证。另外还存在冰刺和冰压力等问
题，不宜采用。
美观、造价低
弧形钢闸门 弧形闸门无法满足双向挡水的承压要
求，更无法实现频繁起闭的的功能
跨度大，造价
低
PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.com.cn
徐州工程学院毕业设计(论文)
3
混凝土平板门 面板较薄、跨度小、保护层更小，一旦出现
裂缝，钢筋将发生锈蚀，锈胀后混凝土破坏
更加严重。水封不好、易卡阻、启闭力大、
不美观。
造价低、省钢
材
平面钢闸门 造价高、跨度一般。 耐腐蚀、止水
好、安装简单、
操作方便使用
寿命长。
目 录
绪论…………………………………………………………………………………1
第一章 方案的设计及其论证
1 . 1 传动系统比较……………………………………………………………2
1.2 单片机的选择………………………………………………………………2
1.3 闸门方案的选择………………………………………………………………3
第二章 传动部分计算
2 .1 钢丝绳以及卷筒直径的确定………………………………………………4
2.2 齿轮轴校核……………………………………………………………………4
2.3 支承架计算…………………………………………………………………7
第三章 露顶式平面钢闸门的设计
3.1 闸门主次梁的布置及形式……………………………………………………8
3.2 主板的计算……………………………………………………………………9
3.3 水平次梁、顶梁、底梁的设计及计算………………………………………11
3.4 截面腹板的设计及校核……………………………………………………16
3.5 横隔板的选择及计算………………………………………………………22
3.6 纵向联结系设计……………………………………………………………24
3.7 边梁设计……………………………………………………………………25
3.8 行走支承设计………………………………………………………………28
3.9 闸门启门力和吊座计算……………………………………………………28
3 . 10 轨道底板的计算………………………………………………………2 9
第四章 电动机的选择
4.1 如何正确选择电动机……………………………………………………31
4.2 常用三相异步电动机产品型号、结构特点及应用场合…………………32
4.3 确定电动机的功率………………………………………………………33
4.4 总传动比计算……………………………………………………………34
第五章 小型闸门提升系统的单片机控制
5.1 应用背景……………………………………………………………………35
5.2 提升系统的控制要求………………………………………………………35
5.3 单片机选型 ……………………………………………………………… 35
5.4 提升系统的单片机控制图设计……………………………………………35
结语…………………………………………………………………………………37
参考文献……………………………………………………………………………38
附录
附录1………………………………………………………………………3 9
附录2………………………………………………………………………4 8
参考文献
[1]水工建筑物的启闭机械 水利电力出版社
[2]课程设计图册 高等教育出版社
[3] 单片机原理及接口技术 西安电子科技大学出版社
[4] 简明机械零件设计手册 机械工业出版社
[5] 机械设计基础 中国矿业大学出版社
[6]可编程控制器应用技术与实际实例 清华大学出版社
[7]电路与电机 中国人民出版社
[8]水工钢结构 中国人民出版社
