三江學院畢業(yè)設計(論文)開題報告.doc

三江學院畢業(yè)設計（論文）開題報告題目高棈度轉速儀的研制學生姓名、學號 袁學衛(wèi) 32007091033 專業(yè)電子信息工程指導教師姓名戴義保職稱副教授應包括課題研究的背景、意義、文獻綜述；課題研究的基本內容、重點難點及要解決的主要問題；課題研究計劃與寫作提綱等。(3000字以上) 一、課題研究的背景、意義、文獻綜述 1、課題研究的背景轉速儀在自動化生產(chǎn)設備和旋轉運動裝置中應用十分廣泛。目前我國的轉速計量技術與發(fā)達國家相比，在精度上與發(fā)達國家還有一定的差距。國家質量監(jiān)督局的文件顯示，目前在我國工業(yè)領域應用的高精度轉速計量儀器中，90%的轉速測量儀的測量準確度只能達到0.1%左右，而在發(fā)達國家的測量精度能達到0.05%?？上攵?，兩者測量精度的不一樣，會在產(chǎn)品的質量上產(chǎn)生什么樣的結果。傳統(tǒng)的轉速儀是機械式的,典型的機械式轉速儀連接一根軟軸,軟軸內有一根鋼絲纜,軟軸的另一端與設備旋轉部件相連,帶動轉速表內的磁鐵旋轉而產(chǎn)生磁力線,使指針偏轉,指針偏轉的角度與旋轉設備的轉速成正比。這種轉速儀的特點是結構簡單實用,被廣泛用于汽車上。同樣由于機械式轉速測量儀的精度上和測量方式上遠遠比不上電子式轉速測量儀，隨著電子技術的發(fā)展,現(xiàn)在大多采用電子數(shù)字式轉速儀,常見的是由光電或霍爾傳感器獲取信號,通過對脈沖進行計數(shù)而推算出轉速,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。所以采用電子轉速測量儀是轉速測量儀器發(fā)展的一種不可避免的趨勢。2、課題研究的意義 在工業(yè)自動控制領域,經(jīng)常會遇到各種需要測量轉速的場合,如電動機、發(fā)電機、機床主軸等旋轉設備的試驗、運轉和控制,就需要對轉速進行分時或連續(xù)的測量和顯示。而且,隨著計算機技術在工業(yè)控制中的廣泛應用,還要求轉速計具有通訊接口。但目前國內使用的轉速測量儀在測試精度、測量范圍、性能價格比等方面均存在明顯的不足。在設備的測試、運轉及控制中，測速環(huán)境和精確度要求不同，相應的測量方法不同。對于某一些問題，轉速測量的要求的準確度不是很高；而對于另外一些問題，除了要求能精確地測得轉速外，還要求保證測量的實時性，要求能測得瞬時的轉速。轉速更加是電動機極為重要的一個狀態(tài)參數(shù)，其測量精度將直接影響電動機其它有關參數(shù)和特性的測試以及故障檢測與診斷的準確性。為了能精確地測量轉速外, 還要保證測量的實時性, 要求能測得瞬時轉速,隨著微型計算機的廣泛應用,特別是高性能及高性價格比的單片機的涌現(xiàn),轉速測量普遍采用了以單片機為核心的數(shù)字法, 智能化微電腦式代替了一般機械式或模擬量結構。在工業(yè)測控系統(tǒng)中, 轉速更是重要的監(jiān)控參數(shù)之一, 因而測轉速是個重要而有意義的課題。3、課題研究的文獻綜述目前，轉速儀控制系統(tǒng)常用的處理方案主要有以下兩類：基于LabVIEW的處理方案，基于單片機的智能控制方案。第一類：基于LabVIEW的處理方案虛擬儀器( Virtual Instruments, 簡稱VI) 由計算機、相應的硬件( 如數(shù)據(jù)采集卡、輸入/ 輸出卡、GPIB 卡等) 和專用軟件( 如LabVIEW、LabWindows/ CVI 等) 構成, 功能主要由軟件實現(xiàn)。VI可由用戶按自己的要求自行定義、自行設計, 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)儀器所無法實現(xiàn)的許多功能。采用虛擬儀器思想設計的虛擬轉矩、轉速儀, 其性能是傳統(tǒng)轉矩、轉速儀所無法比擬的。憑借良好的虛擬儀器操作平臺, 使用者可以方便、精確地測量轉矩、轉速。結合電流變傳動與控制實驗中轉矩、轉速的測量, 為構建基于NI 虛擬儀器的電流變檢測與控制系統(tǒng), 開發(fā)出一種基于NI 虛擬儀器平臺的虛擬轉矩、轉速儀。但由于虛擬儀器在我國的使用情況還不太可觀，技術環(huán)節(jié)還比較薄弱，因此此方案可作為參考使用。第二類：基于單片機的智能控制方案隨著單片機的不斷推陳出新，特別是高性價比的單片機的涌現(xiàn)，現(xiàn)在可以說單片機是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應有盡有，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，為單片機的應用提供廣闊的天地。轉速測量控制普遍采用了以單片機為核心的數(shù)字化、智能化的系統(tǒng)。使用霍爾傳感器進行測量的直流電機轉速測量系統(tǒng)，根據(jù)霍爾效應原理，將一塊永磁鐵固定在電機轉軸上的轉盤邊沿，轉盤隨測軸旋轉，永磁體也將跟著同步旋轉，在轉盤下方安裝一個霍爾傳感器，轉盤隨軸旋轉時，受永磁體所產(chǎn)生的磁場的影響，霍爾傳感器輸出脈沖信號給單片機，然后經(jīng)單片機處理后經(jīng)顯示模塊將轉速顯示出來。二、課題研究的基本內容、重點難點及要解決的主要問題1、課題研究的基本內容本課題是對轉速儀進行的研制，主要完成的是硬件電路設計部分的研究和制作及單片機軟件的編寫與調試。顧名思義，本課題是要求設計一個測量轉動速度的儀器，通過霍爾傳感器來采集電機轉速，霍爾傳感器將電機的轉速轉化為脈沖信號傳送給單片機，然后單片機將信號發(fā)送到顯示器上顯示出轉速值。磁鋼通常采用永久磁鐵分割成的小磁塊, 粘于轉動部件的邊緣（N 極向外） , 霍爾元件應固定在距磁塊正面13mm處,當轉動部件轉動時, 磁塊與霍爾元件的相對位置發(fā)生變化, 通過霍爾元件感磁面的場強發(fā)生變化。當磁塊靠近霍爾元件時, 磁場增強,霍爾元件導通，輸出低電平。當磁塊遠離霍爾元件時, 輸出高電平。因此, 當轉動部件轉動時, 霍爾元件輸出連續(xù)脈沖信號, 其脈沖頻率正比于轉速?；魻栟D速傳感器將轉速信號轉換成脈沖信號,AT89C51 單片機對該脈沖信號進行計數(shù)、計時、運算處理, 得到轉速值通過LED顯示出來。為了實現(xiàn)快速測量, 我們采用對轉速脈沖周期計時的方法進行測量, 即測量轉軸旋轉一周所需的時間, 該時間的倒數(shù)即為轉速，這種方法跟蹤測量周期的上限可達1n(n為轉速)。該儀器測量的轉速時要求有一定的測量精度和測速范圍要求，例如.的數(shù)字顯示，且要穩(wěn)定可靠。當通過手動設定轉速的上下限后，儀器在測速時要提示正常，下限和上限指示和報警功能。2、課題研究的重點難點 硬件電路部分在硬件電路部分，以AT89C51單片機為CPU控制單元的核心，包括了電源單元、轉速測量模塊(霍爾傳感器)、LED顯示、鍵盤模塊、報警裝置等多功能單元模塊。脈沖信號霍爾傳感器AT89C51 單片機串口通信電源單元LED顯示鍵盤模塊報警裝置軟件設計部分在軟件程序的設計部分，采用8051單片機的C語言編程來實現(xiàn)，在系統(tǒng)的程序設計中， 可采用模塊化編程實現(xiàn)。整個軟件由主程序模塊、轉速測量模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、動態(tài)顯示模塊等組成。各模塊均采用結構化程序設計思想設計， 因而具有較強的通用性， 而采用模塊化程序結構則可使軟件易于調試、維護和移植。主程序模塊LED顯示模塊鍵盤輸入模塊轉速檢測模塊轉速超限報警模塊3、要解決的主要問題 本設計課題要求所設計的轉速儀在測量轉速時要求有一定的測量精度和測速范圍要求，例如.的數(shù)字顯示，且要穩(wěn)定可靠。然而，眾所周知測量精度正是我國在轉速儀這一塊與西方發(fā)達國家的弱點所在，并且在測量精度的處理上也是有一定的難度的。因此，測量精度成為了本課題需要解決的主要問題。解決這個問題可以從兩個方面考慮。第一個是硬件方面。在轉軸周長的平分處粘N個小磁塊, 這時可直接測量的最小轉速數(shù)為n/N(n為轉速)。這種方法的優(yōu)點是簡單, 但隨著N的增多, 由于受霍爾元件的帶寬限制, 測量上限會隨之減少。因此, 這個方法主要適用于測量范圍在低速的一些場合。第二個方法是修改測量軟件。當一個測量周期結束時, 首先檢查計數(shù)次數(shù)寄存器的內容m, 當m=0時, 則說明在一個測量周期內轉軸沒有轉完一周。這時我們設置一個單元存放直到m0時的測量周期次數(shù)K , 同時將每個測量周期的計數(shù)值Y存入內存。每個測量周期只讀取T1,清零重新計數(shù), 但不做其它運算處理, 直至在某個測量周期結束時m0。三、課題研究計劃與寫作提綱1、課題研究計劃第 1 周（2011年2月21日-2011年2月25日）：下達任務書，學生接受任務，學生搜集資料，開始開題報告的撰寫；第 2周第 4 周（2011年2月28日-2011年3月18日）：學生查閱資料，完成開題報告；第 5 周第 10 周（2011年3月21日-2011年4月29日）：課題實施階段，其中第8周：期中檢查。第10周：成果驗收。第 11 周第 14 周（2011年5月 2日-2011年 5月 27日）：學生撰寫論文。其中第13，14周：指導老師和評閱老師評閱學生的畢業(yè)設計（論文），并填寫相關評閱表。第 15 周第 16 周（2011年5月30日-2011年6月10日）：畢業(yè)設計答辯，完成資料整理，評優(yōu)工作。2、課題寫作提綱在近一周的時間，通過翻閱資料及在網(wǎng)上瀏覽相關內容，對本課題有了初步的認識和了解，并且對于硬件電路設計部分的研究和制作及單片機軟件的編寫與調試在大腦中已經(jīng)形成了一個整體的框架?，F(xiàn)在將對論文寫作部分作一個提綱，可作為論文寫作時的參考。在本次設計的論文部分將主要包括以下幾個部分：摘要、緒論、轉速測量系統(tǒng)的設計、硬件電路設計的思路及解決方案、軟件程序設計的思路及解決方案、系統(tǒng)的整機調試過程、結論、致謝、參考文獻及附錄等幾個部分。在摘要部分將對本設計的核心器件單片機作一個簡短介紹，并且對整個電路所包括的幾個功能模塊部分作下描述。在緒論部分將對此課題的背景及測速系統(tǒng)的概況、轉速儀的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢作一個簡短的描述。在轉速測量系統(tǒng)的設計部分將對本次設計中所使用的測速方法及測速原理作一個系統(tǒng)的闡述。在硬件電路設計部分將對傳感器的選擇、單片機、按鍵部分、顯示模塊等部分作一個詳細的描述。在軟件設計部分將對設計的方案、各個功能模塊作下介紹。在系統(tǒng)的整機調試過程部分、結論、致謝、參考文獻及附錄等幾個部分將根據(jù)以后實操過程進行概括。學生簽名： 年 月 日指導教師批閱意見（指導教師應對課題研究的思路、方法、對策、措施和預期成效等做出評價，并提出具體的改進意見）開