高棈度轉(zhuǎn)速儀的研制)開(kāi)題報(bào)告

1、三江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目高棈度轉(zhuǎn)速儀的研制學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師姓名應(yīng)包括課題研究的背景、意義、文獻(xiàn)綜述；課題研究的基本內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及要解決的主要問(wèn)題；課題研究計(jì)劃與寫(xiě)作提綱等。(3000字以上) 一、課題研究的背景、意義、文獻(xiàn)綜述 1、課題研究的背景轉(zhuǎn)速儀在自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)裝置中應(yīng)用十分廣泛。目前我國(guó)的轉(zhuǎn)速計(jì)量技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在精度上與發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距。國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督局的文件顯示，目前在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的高精度轉(zhuǎn)速計(jì)量?jī)x器中，90%的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的測(cè)量準(zhǔn)確度只能達(dá)到0.1%左右，而在發(fā)達(dá)國(guó)家的測(cè)量精度能達(dá)到0.05%。可想而知，兩者測(cè)量精度的不一樣，會(huì)在產(chǎn)品的質(zhì)量

2、上產(chǎn)生什么樣的結(jié)果。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速儀是機(jī)械式的,典型的機(jī)械式轉(zhuǎn)速儀連接一根軟軸,軟軸內(nèi)有一根鋼絲纜,軟軸的另一端與設(shè)備旋轉(zhuǎn)部件相連,帶動(dòng)轉(zhuǎn)速表內(nèi)的磁鐵旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生磁力線,使指針偏轉(zhuǎn),指針偏轉(zhuǎn)的角度與旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速成正比。這種轉(zhuǎn)速儀的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用,被廣泛用于汽車(chē)上。同樣由于機(jī)械式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的精度上和測(cè)量方式上遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上電子式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，隨著電子技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在大多采用電子數(shù)字式轉(zhuǎn)速儀,常見(jiàn)的是由光電或霍爾傳感器獲取信號(hào),通過(guò)對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)而推算出轉(zhuǎn)速,并由數(shù)字顯示器件直接顯示,單位為r/min,即每分鐘多少轉(zhuǎn)。所以采用電子轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x是轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x器發(fā)展的一種不可避免的趨勢(shì)。2、課題研究的意義 在工

3、業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域,經(jīng)常會(huì)遇到各種需要測(cè)量轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合,如電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、機(jī)床主軸等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的試驗(yàn)、運(yùn)轉(zhuǎn)和控制,就需要對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行分時(shí)或連續(xù)的測(cè)量和顯示。而且,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用,還要求轉(zhuǎn)速計(jì)具有通訊接口。但目前國(guó)內(nèi)使用的轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x在測(cè)試精度、測(cè)量范圍、性能價(jià)格比等方面均存在明顯的不足。在設(shè)備的測(cè)試、運(yùn)轉(zhuǎn)及控制中，測(cè)速環(huán)境和精確度要求不同，相應(yīng)的測(cè)量方法不同。對(duì)于某一些問(wèn)題，轉(zhuǎn)速測(cè)量的要求的準(zhǔn)確度不是很高；而對(duì)于另外一些問(wèn)題，除了要求能精確地測(cè)得轉(zhuǎn)速外，還要求保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性，要求能測(cè)得瞬時(shí)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速更加是電動(dòng)機(jī)極為重要的一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，其測(cè)量精度將直接影響電動(dòng)機(jī)其它有關(guān)參數(shù)和特性的

4、測(cè)試以及故障檢測(cè)與診斷的準(zhǔn)確性。為了能精確地測(cè)量轉(zhuǎn)速外, 還要保證測(cè)量的實(shí)時(shí)性, 要求能測(cè)得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速,隨著微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用,特別是高性能及高性?xún)r(jià)格比的單片機(jī)的涌現(xiàn),轉(zhuǎn)速測(cè)量普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字法, 智能化微電腦式代替了一般機(jī)械式或模擬量結(jié)構(gòu)。在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中, 轉(zhuǎn)速更是重要的監(jiān)控參數(shù)之一, 因而測(cè)轉(zhuǎn)速是個(gè)重要而有意義的課題。3、課題研究的文獻(xiàn)綜述目前，轉(zhuǎn)速儀控制系統(tǒng)常用的處理方案主要有以下兩類(lèi)：基于LabVIEW的處理方案，基于單片機(jī)的智能控制方案。第一類(lèi)：基于LabVIEW的處理方案虛擬儀器( Virtual Instruments, 簡(jiǎn)稱(chēng)VI) 由計(jì)算機(jī)、相應(yīng)的硬件( 如數(shù)據(jù)

5、采集卡、輸入/ 輸出卡、GPIB 卡等) 和專(zhuān)用軟件( 如LabVIEW、LabWindows/ CVI 等) 構(gòu)成, 功能主要由軟件實(shí)現(xiàn)。VI可由用戶(hù)按自己的要求自行定義、自行設(shè)計(jì), 變換非常靈活, 不僅能執(zhí)行傳統(tǒng)儀器的功能, 還能執(zhí)行傳統(tǒng)儀器所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的許多功能。采用虛擬儀器思想設(shè)計(jì)的虛擬轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速儀, 其性能是傳統(tǒng)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速儀所無(wú)法比擬的。憑借良好的虛擬儀器操作平臺(tái), 使用者可以方便、精確地測(cè)量轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速。結(jié)合電流變傳動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的測(cè)量, 為構(gòu)建基于NI 虛擬儀器的電流變檢測(cè)與控制系統(tǒng), 開(kāi)發(fā)出一種基于NI 虛擬儀器平臺(tái)的虛擬轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速儀。但由于虛擬儀器在我國(guó)的使用情況還不太

6、可觀，技術(shù)環(huán)節(jié)還比較薄弱，因此此方案可作為參考使用。第二類(lèi)：基于單片機(jī)的智能控制方案隨著單片機(jī)的不斷推陳出新，特別是高性?xún)r(jià)比的單片機(jī)的涌現(xiàn)，現(xiàn)在可以說(shuō)單片機(jī)是百花齊放，百家爭(zhēng)鳴的時(shí)期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補(bǔ)，為單片機(jī)的應(yīng)用提供廣闊的天地。轉(zhuǎn)速測(cè)量控制普遍采用了以單片機(jī)為核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。使用霍爾傳感器進(jìn)行測(cè)量的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，將一塊永磁鐵固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)盤(pán)邊沿，轉(zhuǎn)盤(pán)隨測(cè)軸旋轉(zhuǎn)，永磁體也將跟著同步旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)盤(pán)下方安裝一個(gè)霍爾傳感器

7、，轉(zhuǎn)盤(pán)隨軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，受永磁體所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響，霍爾傳感器輸出脈沖信號(hào)給單片機(jī)，然后經(jīng)單片機(jī)處理后經(jīng)顯示模塊將轉(zhuǎn)速顯示出來(lái)。二、課題研究的基本內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及要解決的主要問(wèn)題1、課題研究的基本內(nèi)容本課題是對(duì)轉(zhuǎn)速儀進(jìn)行的研制，主要完成的是硬件電路設(shè)計(jì)部分的研究和制作及單片機(jī)軟件的編寫(xiě)與調(diào)試。顧名思義，本課題是要求設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)速度的儀器，通過(guò)霍爾傳感器來(lái)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速，霍爾傳感器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)將信號(hào)發(fā)送到顯示器上顯示出轉(zhuǎn)速值。磁鋼通常采用永久磁鐵分割成的小磁塊, 粘于轉(zhuǎn)動(dòng)部件的邊緣（N 極向外） , 霍爾元件應(yīng)固定在距磁塊正面13mm處,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 磁塊

8、與霍爾元件的相對(duì)位置發(fā)生變化, 通過(guò)霍爾元件感磁面的場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生變化。當(dāng)磁塊靠近霍爾元件時(shí), 磁場(chǎng)增強(qiáng),霍爾元件導(dǎo)通，輸出低電平。當(dāng)磁塊遠(yuǎn)離霍爾元件時(shí), 輸出高電平。因此, 當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 霍爾元件輸出連續(xù)脈沖信號(hào), 其脈沖頻率正比于轉(zhuǎn)速?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào),AT89C51 單片機(jī)對(duì)該脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、運(yùn)算處理, 得到轉(zhuǎn)速值通過(guò)LED顯示出來(lái)。為了實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量, 我們采用對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖周期計(jì)時(shí)的方法進(jìn)行測(cè)量, 即測(cè)量轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周所需的時(shí)間, 該時(shí)間的倒數(shù)即為轉(zhuǎn)速，這種方法跟蹤測(cè)量周期的上限可達(dá)1n(n為轉(zhuǎn)速)。該儀器測(cè)量的轉(zhuǎn)速時(shí)要求有一定的測(cè)量精度和測(cè)速范圍要求，例如.的

9、數(shù)字顯示，且要穩(wěn)定可靠。當(dāng)通過(guò)手動(dòng)設(shè)定轉(zhuǎn)速的上下限后，儀器在測(cè)速時(shí)要提示正常，下限和上限指示和報(bào)警功能。2、課題研究的重點(diǎn)難點(diǎn) 硬件電路部分在硬件電路部分，以AT89C51單片機(jī)為CPU控制單元的核心，包括了電源單元、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊(霍爾傳感器)、LED顯示、鍵盤(pán)模塊、報(bào)警裝置等多功能單元模塊。脈沖信號(hào)霍爾傳感器AT89C51 單片機(jī)串口通信電源單元LED顯示鍵盤(pán)模塊報(bào)警裝置軟件設(shè)計(jì)部分在軟件程序的設(shè)計(jì)部分，采用8051單片機(jī)的C語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，在系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)中， 可采用模塊化編程實(shí)現(xiàn)。整個(gè)軟件由主程序模塊、轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、動(dòng)態(tài)顯示模塊等組成。各模塊均采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)，

10、因而具有較強(qiáng)的通用性， 而采用模塊化程序結(jié)構(gòu)則可使軟件易于調(diào)試、維護(hù)和移植。主程序模塊LED顯示模塊鍵盤(pán)輸入模塊轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊轉(zhuǎn)速超限報(bào)警模塊3、要解決的主要問(wèn)題 本設(shè)計(jì)課題要求所設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速儀在測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)要求有一定的測(cè)量精度和測(cè)速范圍要求，例如.的數(shù)字顯示，且要穩(wěn)定可靠。然而，眾所周知測(cè)量精度正是我國(guó)在轉(zhuǎn)速儀這一塊與西方發(fā)達(dá)國(guó)家的弱點(diǎn)所在，并且在測(cè)量精度的處理上也是有一定的難度的。因此，測(cè)量精度成為了本課題需要解決的主要問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題可以從兩個(gè)方面考慮。第一個(gè)是硬件方面。在轉(zhuǎn)軸周長(zhǎng)的平分處粘N個(gè)小磁塊, 這時(shí)可直接測(cè)量的最小轉(zhuǎn)速數(shù)為n/N(n為轉(zhuǎn)速)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單, 但隨著N的增多,

11、 由于受霍爾元件的帶寬限制, 測(cè)量上限會(huì)隨之減少。因此, 這個(gè)方法主要適用于測(cè)量范圍在低速的一些場(chǎng)合。第二個(gè)方法是修改測(cè)量軟件。當(dāng)一個(gè)測(cè)量周期結(jié)束時(shí), 首先檢查計(jì)數(shù)次數(shù)寄存器的內(nèi)容m, 當(dāng)m=0時(shí), 則說(shuō)明在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)轉(zhuǎn)軸沒(méi)有轉(zhuǎn)完一周。這時(shí)我們?cè)O(shè)置一個(gè)單元存放直到m0時(shí)的測(cè)量周期次數(shù)K , 同時(shí)將每個(gè)測(cè)量周期的計(jì)數(shù)值Y存入內(nèi)存。每個(gè)測(cè)量周期只讀取T1,清零重新計(jì)數(shù), 但不做其它運(yùn)算處理, 直至在某個(gè)測(cè)量周期結(jié)束時(shí)m0。三、課題研究計(jì)劃與寫(xiě)作提綱1、課題研究計(jì)劃第 1 周（2011年2月21日-2011年2月25日）：下達(dá)任務(wù)書(shū)，學(xué)生接受任務(wù)，學(xué)生搜集資料，開(kāi)始開(kāi)題報(bào)告的撰寫(xiě)；第 2周第 4

12、 周（2011年2月28日-2011年3月18日）：學(xué)生查閱資料，完成開(kāi)題報(bào)告；第 5 周第 10 周（2011年3月21日-2011年4月29日）：課題實(shí)施階段，其中第8周：期中檢查。第10周：成果驗(yàn)收。第 11 周第 14 周（2011年5月 2日-2011年 5月 27日）：學(xué)生撰寫(xiě)論文。其中第13，14周：指導(dǎo)老師和評(píng)閱老師評(píng)閱學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），并填寫(xiě)相關(guān)評(píng)閱表。第 15 周第 16 周（2011年5月30日-2011年6月10日）：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯，完成資料整理，評(píng)優(yōu)工作。2、課題寫(xiě)作提綱在近一周的時(shí)間，通過(guò)翻閱資料及在網(wǎng)上瀏覽相關(guān)內(nèi)容，對(duì)本課題有了初步的認(rèn)識(shí)和了解，并且對(duì)于硬件電

13、路設(shè)計(jì)部分的研究和制作及單片機(jī)軟件的編寫(xiě)與調(diào)試在大腦中已經(jīng)形成了一個(gè)整體的框架。現(xiàn)在將對(duì)論文寫(xiě)作部分作一個(gè)提綱，可作為論文寫(xiě)作時(shí)的參考。在本次設(shè)計(jì)的論文部分將主要包括以下幾個(gè)部分：摘要、緒論、轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)的思路及解決方案、軟件程序設(shè)計(jì)的思路及解決方案、系統(tǒng)的整機(jī)調(diào)試過(guò)程、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)及附錄等幾個(gè)部分。在摘要部分將對(duì)本設(shè)計(jì)的核心器件單片機(jī)作一個(gè)簡(jiǎn)短介紹，并且對(duì)整個(gè)電路所包括的幾個(gè)功能模塊部分作下描述。在緒論部分將對(duì)此課題的背景及測(cè)速系統(tǒng)的概況、轉(zhuǎn)速儀的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢(shì)作一個(gè)簡(jiǎn)短的描述。在轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)部分將對(duì)本次設(shè)計(jì)中所使用的測(cè)速方法及測(cè)速原理作一個(gè)系統(tǒng)的闡述。在硬件電路設(shè)計(jì)部分將對(duì)傳感器的選擇、單片機(jī)、按鍵部分、顯示模塊等部分作一個(gè)詳細(xì)的描述。在軟件設(shè)計(jì)部分將對(duì)設(shè)計(jì)的方案、各個(gè)功能模塊作下介紹。在系統(tǒng)的整機(jī)調(diào)試過(guò)程部分、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)及附錄等幾個(gè)部分將根據(jù)以后實(shí)操過(guò)程進(jìn)行概括。學(xué)生簽名： 年 月 日指導(dǎo)教師批閱意見(jiàn)（指導(dǎo)教師應(yīng)對(duì)課題研究的思路、方法、對(duì)策、措施和預(yù)期成效等做出評(píng)價(jià)，并提出具體的改進(jìn)意見(jiàn)）開(kāi)題報(bào)