三江学院毕业设计(论文)开题报告.doc

三江学院毕业设计（论文）开题报告题目高棈度转速仪的研制学生姓名、学号 袁学卫 32007091033 专业电子信息工程指导教师姓名戴义保职称副教授应包括课题研究的背景、意义、文献综述；课题研究的基本内容、重点难点及要解决的主要问题；课题研究计划与写作提纲等。(3000字以上) 一、课题研究的背景、意义、文献综述 1、课题研究的背景转速仪在自动化生产设备和旋转运动装置中应用十分广泛。目前我国的转速计量技术与发达国家相比，在精度上与发达国家还有一定的差距。国家质量监督局的文件显示，目前在我国工业领域应用的高精度转速计量仪器中，90%的转速测量仪的测量准确度只能达到0.1%左右，而在发达国家的测量精度能达到0.05%。可想而知，两者测量精度的不一样，会在产品的质量上产生什么样的结果。传统的转速仪是机械式的,典型的机械式转速仪连接一根软轴,软轴内有一根钢丝缆,软轴的另一端与设备旋转部件相连,带动转速表内的磁铁旋转而产生磁力线,使指针偏转,指针偏转的角度与旋转设备的转速成正比。这种转速仪的特点是结构简单实用,被广泛用于汽车上。同样由于机械式转速测量仪的精度上和测量方式上远远比不上电子式转速测量仪，随着电子技术的发展,现在大多采用电子数字式转速仪,常见的是由光电或霍尔传感器获取信号,通过对脉冲进行计数而推算出转速,并由数字显示器件直接显示,单位为r/min,即每分钟多少转。所以采用电子转速测量仪是转速测量仪器发展的一种不可避免的趋势。2、课题研究的意义 在工业自动控制领域,经常会遇到各种需要测量转速的场合,如电动机、发电机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制,就需要对转速进行分时或连续的测量和显示。而且,随着计算机技术在工业控制中的广泛应用,还要求转速计具有通讯接口。但目前国内使用的转速测量仪在测试精度、测量范围、性能价格比等方面均存在明显的不足。在设备的测试、运转及控制中，测速环境和精确度要求不同，相应的测量方法不同。对于某一些问题，转速测量的要求的准确度不是很高；而对于另外一些问题，除了要求能精确地测得转速外，还要求保证测量的实时性，要求能测得瞬时的转速。转速更加是电动机极为重要的一个状态参数，其测量精度将直接影响电动机其它有关参数和特性的测试以及故障检测与诊断的准确性。为了能精确地测量转速外, 还要保证测量的实时性, 要求能测得瞬时转速,随着微型计算机的广泛应用,特别是高性能及高性价格比的单片机的涌现,转速测量普遍采用了以单片机为核心的数字法, 智能化微电脑式代替了一般机械式或模拟量结构。在工业测控系统中, 转速更是重要的监控参数之一, 因而测转速是个重要而有意义的课题。3、课题研究的文献综述目前，转速仪控制系统常用的处理方案主要有以下两类：基于LabVIEW的处理方案，基于单片机的智能控制方案。第一类：基于LabVIEW的处理方案虚拟仪器( Virtual Instruments, 简称VI) 由计算机、相应的硬件( 如数据采集卡、输入/ 输出卡、GPIB 卡等) 和专用软件( 如LabVIEW、LabWindows/ CVI 等) 构成, 功能主要由软件实现。VI可由用户按自己的要求自行定义、自行设计, 变换非常灵活, 不仅能执行传统仪器的功能, 还能执行传统仪器所无法实现的许多功能。采用虚拟仪器思想设计的虚拟转矩、转速仪, 其性能是传统转矩、转速仪所无法比拟的。凭借良好的虚拟仪器操作平台, 使用者可以方便、精确地测量转矩、转速。结合电流变传动与控制实验中转矩、转速的测量, 为构建基于NI 虚拟仪器的电流变检测与控制系统, 开发出一种基于NI 虚拟仪器平台的虚拟转矩、转速仪。但由于虚拟仪器在我国的使用情况还不太可观，技术环节还比较薄弱，因此此方案可作为参考使用。第二类：基于单片机的智能控制方案随着单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，现在可以说单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供广阔的天地。转速测量控制普遍采用了以单片机为核心的数字化、智能化的系统。使用霍尔传感器进行测量的直流电机转速测量系统，根据霍尔效应原理，将一块永磁铁固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，永磁体也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔传感器，转盘随轴旋转时，受永磁体所产生的磁场的影响，霍尔传感器输出脉冲信号给单片机，然后经单片机处理后经显示模块将转速显示出来。二、课题研究的基本内容、重点难点及要解决的主要问题1、课题研究的基本内容本课题是对转速仪进行的研制，主要完成的是硬件电路设计部分的研究和制作及单片机软件的编写与调试。顾名思义，本课题是要求设计一个测量转动速度的仪器，通过霍尔传感器来采集电机转速，霍尔传感器将电机的转速转化为脉冲信号传送给单片机，然后单片机将信号发送到显示器上显示出转速值。磁钢通常采用永久磁铁分割成的小磁块, 粘于转动部件的边缘（N 极向外） , 霍尔元件应固定在距磁块正面13mm处,当转动部件转动时, 磁块与霍尔元件的相对位置发生变化, 通过霍尔元件感磁面的场强发生变化。当磁块靠近霍尔元件时, 磁场增强,霍尔元件导通，输出低电平。当磁块远离霍尔元件时, 输出高电平。因此, 当转动部件转动时, 霍尔元件输出连续脉冲信号, 其脉冲频率正比于转速。霍尔转速传感器将转速信号转换成脉冲信号,AT89C51 单片机对该脉冲信号进行计数、计时、运算处理, 得到转速值通过LED显示出来。为了实现快速测量, 我们采用对转速脉冲周期计时的方法进行测量, 即测量转轴旋转一周所需的时间, 该时间的倒数即为转速，这种方法跟踪测量周期的上限可达1n(n为转速)。该仪器测量的转速时要求有一定的测量精度和测速范围要求，例如.的数字显示，且要稳定可靠。当通过手动设定转速的上下限后，仪器在测速时要提示正常，下限和上限指示和报警功能。2、课题研究的重点难点 硬件电路部分在硬件电路部分，以AT89C51单片机为CPU控制单元的核心，包括了电源单元、转速测量模块(霍尔传感器)、LED显示、键盘模块、报警装置等多功能单元模块。脉冲信号霍尔传感器AT89C51 单片机串口通信电源单元LED显示键盘模块报警装置软件设计部分在软件程序的设计部分，采用8051单片机的C语言编程来实现，在系统的程序设计中， 可采用模块化编程实现。整个软件由主程序模块、转速测量模块、数据通信模块、动态显示模块等组成。各模块均采用结构化程序设计思想设计， 因而具有较强的通用性， 而采用模块化程序结构则可使软件易于调试、维护和移植。主程序模块LED显示模块键盘输入模块转速检测模块转速超限报警模块3、要解决的主要问题 本设计课题要求所设计的转速仪在测量转速时要求有一定的测量精度和测速范围要求，例如.的数字显示，且要稳定可靠。然而，众所周知测量精度正是我国在转速仪这一块与西方发达国家的弱点所在，并且在测量精度的处理上也是有一定的难度的。因此，测量精度成为了本课题需要解决的主要问题。解决这个问题可以从两个方面考虑。第一个是硬件方面。在转轴周长的平分处粘N个小磁块, 这时可直接测量的最小转速数为n/N(n为转速)。这种方法的优点是简单, 但随着N的增多, 由于受霍尔元件的带宽限制, 测量上限会随之减少。因此, 这个方法主要适用于测量范围在低速的一些场合。第二个方法是修改测量软件。当一个测量周期结束时, 首先检查计数次数寄存器的内容m, 当m=0时, 则说明在一个测量周期内转轴没有转完一周。这时我们设置一个单元存放直到m0时的测量周期次数K , 同时将每个测量周期的计数值Y存入内存。每个测量周期只读取T1,清零重新计数, 但不做其它运算处理, 直至在某个测量周期结束时m0。三、课题研究计划与写作提纲1、课题研究计划第 1 周（2011年2月21日-2011年2月25日）：下达任务书，学生接受任务，学生搜集资料，开始开题报告的撰写；第 2周第 4 周（2011年2月28日-2011年3月18日）：学生查阅资料，完成开题报告；第 5 周第 10 周（2011年3月21日-2011年4月29日）：课题实施阶段，其中第8周：期中检查。第10周：成果验收。第 11 周第 14 周（2011年5月 2日-2011年 5月 27日）：学生撰写论文。其中第13，14周：指导老师和评阅老师评阅学生的毕业设计（论文），并填写相关评阅表。第 15 周第 16 周（2011年5月30日-2011年6月10日）：毕业设计答辩，完成资料整理，评优工作。2、课题写作提纲在近一周的时间，通过翻阅资料及在网上浏览相关内容，对本课题有了初步的认识和了解，并且对于硬件电路设计部分的研究和制作及单片机软件的编写与调试在大脑中已经形成了一个整体的框架。现在将对论文写作部分作一个提纲，可作为论文写作时的参考。在本次设计的论文部分将主要包括以下几个部分：摘要、绪论、转速测量系统的设计、硬件电路设计的思路及解决方案、软件程序设计的思路及解决方案、系统的整机调试过程、结论、致谢、参考文献及附录等几个部分。在摘要部分将对本设计的核心器件单片机作一个简短介绍，并且对整个电路所包括的几个功能模块部分作下描述。在绪论部分将对此课题的背景及测速系统的概况、转速仪的发展历程和发展趋势作一个简短的描述。在转速测量系统的设计部分将对本次设计中所使用的测速方法及测速原理作一个系统的阐述。在硬件电路设计部分将对传感器的选择、单片机、按键部分、显示模块等部分作一个详细的描述。在软件设计部分将对设计的方案、各个功能模块作下介绍。在系统的整机调试过程部分、结论、致谢、参考文献及附录等几个部分将根据以后实操过程进行概括。学生签名： 年 月 日指导教师批阅意见（指导教师应对课题研究的思路、方法、对策、措施和预期成效等做出评价，并提出具体的改进意见）开