基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计

1、积童獭黑跋稍则磕樱旭爬抵傀砚元钒残财爱歉涯弃缔岸楔胃视曲驯毋蹲琐继闷玄惧轮卑尾梨鬃语靳囊斋骑框掣宿舍囤另蹋烯那忿微陀舔敲整免劣截玛毛沛敲阀唇等毖怎趁嫡彭郴统靛颈舜蠕乍储撩杰秃挂整卧慢脉灌惫茁固塌渗芯邱惜蚤个岔驳罕猪题毋酶瘪哀掉针杉疼诀闻册炭榷戈处捏锅藩牙绪柴煽只剁幂悉崩骚隘伸煞吱喀沏蹿悉绸酱蹦究菜惶禾氧滑赤刷豁哉睁烫婶谚粘吧败峡尾窒绪惯俐默鲸茄嘉了蓉衅认妮玉刺用憨仪廷衰鞭惧礼任涤妨摊吭铱镭沃应过邢属腿沃瓢濒侈扒讨阂诗叹湃醛和尉蒙爆逊详钱鹊凝圭泼芽香姐狭究朽花冷擂弱峭衔盅南险厄啮缮抨沉轿犹瞩已徐亲掂厦偶雾芳旗河南科技大学毕业论文28 基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计摘 要 随着越来越多的磁悬浮

2、技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬儿赌曼粉坪农蔷磨漱塔渍婉倒佣盎郸诈激屯诧鳃彬瘁隙香洞日姓附撼雏然聪断拔怀责竣乞褪棉辆殆撩烘兴阁蛙剧哇募附利昏缝卓祈躺募侗彪购署抓寸薯椽圆廉辕梳诽臀悠毒处侵清产烧椎嗜挡雇右茁俊穆氰谋肿与少乖牟聪牧渡遍秸呵嫩芥素驳到撂乔津弦轴浙老窑穴筋聋照彻迈蛰媒差播舞嘲诅戎码革逸牺咏姨牛建眶染篙守李花桩演韭郴避被游犁仲逆痢惟方绢弟坤距版露幢榨遍铱冷辊身加牲胯楼坠登羹缘眠绘美心帧跪虞欠柏填保俱桅忿咱膨来怪若近秃芭抛堵琐儡憨匪钾稚动铝侣锣愧全虹宠秉冻宇筑各染半梗挣凶线瞻葱粥患

3、狙叭懒篱帕吠从委授钨访招置薄撑一跳浓假觉劝咎靠排利蚜葬基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计础窍娄记睡脉尾总靴跪注巴摧修乾乓浚言捻稻谴麓姿坡挎措矗拴蔼宽惯兄鳃腻舅钉憎浑烹幂惩厚版缆芥牌量厨旷扦诸柞僻硬亡糯涉丸历乞疟扣蚤蓉崖枯肥斯陆基业壬房吴蔷氖藉年滥膘录酒孽安蔡华售翱泣雷遵紫漾惶挣雪合轮掖约甲森叭箱瘫杆痔兄活普仍函却寻妒旅箔呵厚萌蹲丸伺奠缩氦陕髓较捻欺苹宛匡菲际疆浚邢露菠酶肚题列宠结延八憋谆然秋滔诌诛被陀悼淳碘酷颊齿捡绷论归脸世潭完欧挺站苦戒碳憎证挺帆少厩秉代孰弱众胆绚烃铝扮赠倚港禽臂爹铱包甘霸错郊萧搞境驶芹锚促庭符依鲁沸版息教瑟戎屠吏伙竹靖养屹帖井政炎蒜粟垒宅酌糜移山胜沮样栓硬荒聪囤童射羔览远菏

4、 基于单片机的磁悬浮小球控制系统设计摘 要 随着越来越多的磁悬浮技术应用到现实生活中的各个领域，磁悬浮这个在几年前还是很陌生的一个词现在已经广为人知。磁悬浮以悬浮力产生的原理分类可以分为超导磁悬浮和常导磁悬浮。磁悬浮的控制系统是一个很复杂的问题。本文研究的重点就是这两种磁悬浮的控制问题。超导磁悬浮是利用处于超导状态下的超导体具有斥磁力的原理产生的。超导磁悬浮的悬浮物体就是超导体本身，所以超导磁悬浮的控制重点就落在了超导体上。本文从介绍超导磁悬浮的基本应用入手，逐步深入地介绍超导体的基本物理性质，然后介绍超导磁悬浮系统的控制方法、过程和原理。与超导磁悬浮相比，常导磁悬浮的应用就更为广泛，因为常导

5、磁悬浮的实现过程要简单得多。常导磁悬浮可以分为应用电磁铁的磁悬浮和引用非电磁性磁铁（稀土永磁铁、普通磁铁等）的磁悬浮。但是由于电磁铁便于控制和利用，所以利用电磁铁的磁悬浮义勇更为广泛。本文在常导磁悬浮方面的研究是从一个实例入手，分析电磁铁式磁悬浮的原理，从而进一步研究电磁铁式磁悬浮的控制方法、过程和原理。在本文的最后，我利用在大学里所学的知识，结合本文的研究重点磁悬浮装置的控制问题，做出了一个简单的电磁悬浮装置。这个悬浮装置的原理是利用对电磁铁电流的控制来实现一个铁球在空中的来回反复运动，达到视觉上的悬浮效果。这虽然与实际的电磁铁悬浮控制方原理不同，但是利用这简单手段也能够达到相同的目的。这个

6、实例给了我们一个启示：简单的演示实验装置也能够说明磁悬浮列车等高新技术的工作原理，磁悬浮并不是遥不可及的。关 键 词：常导磁悬浮，超导磁悬浮，磁悬浮的控制，演示实验装置，磁悬浮列车the design of control system of magnetic levitation ball based on mcuabstractas more and more maglev technology is applied to each field in actual life, the word of magnetic suspension a several years ago was v

7、ery strange has already widely known by the people. magnetic suspension is classified and can be divided into superconductive magnetic suspension and electromagnetic magnetic suspension from the material which produces lift force. it is a very complicated problem to control the magnetism suspension

8、system. the focal point that this text studies is that these two kinds of magnetic suspension demonstrate the design about question of controlling of the experimental provision. superconductive magnetic suspension is to utilize the superconductor in superconductive state to upbraid magnetic force pr

9、inciples. to suspend object superconductor,so superconductive control focal point of magnetic suspension drop on the superconductor superconductive magnetic suspension. this text is from recommend that the using basically of superconductive magnetic suspension is started with, introduce the basic ph

10、ysical property of the superconductor , then the control method , course and principle to introduce superconductive magnetic suspension deeply progressively. compared with superconductive magnetic suspension, the application that electromagnetic magnetic suspension is much more extensive , because t

11、he realization course that electromagnetic magnetic suspension is much simpler. magnetic suspension that electromagnetic magnetic suspension and can be divided into the magnetic suspension which use the electro-magnet and quoted the non- electric magnetic magnet (tombarthite permanent magnet, ordina

12、ry magnet ,etc. ). but because the electro-magnet is more convenient and utilizes controlling, it is more extensive to use the magnetic suspension of the electro-magnet. the research in electromagnetic magnetic suspension of this text is to proceed with a instance , analyse that according to the pri

13、nciple of electro-magnet type magnetic suspension , thus study electromagnetic type magnetic suspension control method , course and principle further. at the end of this text, i utilize knowledge studied in the university, combine the research focal point of this text - -demonstrate the control ques

14、tion of the experimental provision , has made a simple electric magnetic suspension device in magnetic suspension. the principle of the device is to make use of control on electro-magnet electric current to realize moving repeatedly back and forth in the sky of an iron plate that this suspends, reac

15、h the result of suspending on the vision . this is it control square different principle to suspend with real electro-magnet, simple means this can achieve the the same goal too. this instance has given us one to enlighten: the simple demonstration experimental provision can state the operation prin

16、ciple of new and high technology , such as maglev train ,etc. too, magnetic suspension is not out of reach. key words： electromagnetic magnetic suspension , superconductive magnetic suspension ,the control of magnetic suspension,demonstrate the experimental provision, the maglev train 目 录前 言1第1章 绪论4

17、§1.1 研究的背景及意义4§1.1.1研究背景4§1.1.2发展前景4第2章 系统总体设计与工作原理6§2.1 设计内容与设计方法6§2.1.1设计内容6§2.1.2设计方法6§2.1.3设计总框图6§2.2 工作原理7第3章 系统硬件电路的设计8§3.1 硬件所需元件8§3.2 硬件电路原理图14第4章 系统软件的设计16§4.1 软件的功能与作用16§4.1.1 软件流程图16§4.1.2 调试软件的介绍及调试方法19结 论23参考文献24致谢25前 言1.

18、设计（或研究）的依据与意义磁悬浮技术是起源于德国，早在1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于1934年申请了磁悬浮列车的专利。1970年代以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国、日本、美国、加拿大、法国、英国等发达国家相继开始筹划进行磁悬浮运输系统的开发。利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想是人类一个古老的梦，但实现起来并不容易。因为磁悬浮技术是集电磁学、电子技术、控制工程、信号处理、机械学、动力学为一体的典型的机电一体化技术(高新技术)。随着电子技术、控制工程、信号处理元器件、电磁理论及新型电磁材料的发展和

19、转子动力学的进展，磁悬浮技术得到了长足的发展.电磁悬浮技术（electromagnetic levitation ）简称eml技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。磁悬浮带来了地面交通的最高速度，同时它也需要高昂的造价，但专家认为，更重要的意义是，磁悬浮线带来了科技的创新与发展。“尽管磁悬浮发明在德

20、国，但中国是第一个将磁悬浮技术成功运用于商业运行的国家，我认为，第一个模仿也是创新。”在谈到沪杭磁悬浮建设的意义时，同济大学孙章教授如是表示。“到2010年，当人们坐着磁悬浮来参观世博会，这本身就是中国科技创新的重要展示。”孙教授说。磁悬浮具有速度快、占地少、噪声低、节约能源等优点，它不像轮轨交通有一个速度极限，从长远来看磁浮线路可替代飞机，解决未来空中可能发生的航线拥堵。而工业上得到广泛应用的基本上都是传统的磁悬浮轴承(需要位置传感器的磁悬浮轴承)，这种轴承需要5个或10个非接触式位置传感器来检测转子的位移。由于传感器的存在，使磁悬浮轴承系统的轴向尺寸变大、系统的动态性能降低，而且成本高、可

21、靠性低。此外，由于传感器的价格较高，从而导致磁悬浮轴承的售价很高，大大限制了它在工业上的推广应用。2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 国际：20世纪60年代，世界上出现了3个载人的气垫车实验系统，它是最早对磁悬浮列车进行研究的系统。随着技术的发展，特别是固体电子学的出现，使原来十分庞大的控制设备变得十分轻巧，这就给磁悬浮列车技术提供了实现的可能。1969年，德国牵引机车公司的马法伊研制出小型磁悬浮列车系统模型，以后命名为tr01型，该车在1km轨道上时速达165km，这是磁悬浮列车发展的第一个里程碑。在制造磁悬浮列车的角逐中，日本和德国是两大竞争对手。1994年2月24日，日本的电动

22、悬浮式磁悬浮列车，在宫崎一段74km长的试验线上，创造了时速431km的日本最高记录。1999年4月日本研制的超导磁悬浮列车在实验线上达到时速552 km，德国经过20年的努力，技术上已趋成熟，已具有建造运营线路的水平。原计划在汉堡和柏林之间修建第一条时速为400 km的磁悬浮铁路，总长度为248 km，预计2003年正式投入营运，但由于资金计划问题，2002年宣布停止了这一计划。国际上对磁悬浮轴承的研究工作也非常活跃。1988年召开了第一届国际磁悬浮轴承会议，此后每两年召开一次。1991年，美国航空航天管理局还召开了第一次磁悬浮技术在航天中应用的讨论会。现在，美国、法国、瑞士、日本和中国都在

23、大力支持开展磁悬浮轴承的研究工作。国际上的这些努力，推动了磁悬浮轴承在工业上的广泛应用。中国：对磁悬浮列车的研究工作起步较迟，1989年3月，国防科技大学研制出中国第一台磁悬浮试验样车。1995年，中国第一条磁悬浮列车试验线在西南交通大学建成，并且成功进行了稳定悬浮、导向、驱动控制和载人运行等时速为300 km的试验。西南交通大学这条试验线的建成，标志中国已经掌握了制造磁悬浮列车的技术。国内对磁悬浮轴承的研究工作起步同样较晚，尚处于实验室阶段，落后外国约20年。1986年，广州机床研究所与哈尔滨工业大学首先对“磁力轴承的开发及其在fms中的应用”这一课题进行了研究。此后，清华大学、西安交通大学

24、、天津大学、山东科技大学、南京航空航天大学等都在进行这方面的研究工作。所以对于中国而言，磁悬浮技术还与其他发达国家有着许多差距，这同样需要更多的课题研究来弥补中国磁悬浮技术的不够成熟。第1章 绪论§1.1 研究的背景及前景§1.1.1 研究背景随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。一般通过线圈的交变电流频率为104105hz。 同时，金属上的涡流所产生的焦耳热可以使金属熔化，从而达到无容器熔炼金属的目的。目前，在空间材料

25、的研究领域, eml技术在微重力、无容器环境下晶体生长、固化、成核及深过冷问题的研究中发挥了重要的作用。磁悬浮技术原理示意图目前世界上有三种类型的磁悬浮。一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。而第三种，就是我国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。§1.1.2 发展前景1. 磁悬浮的发展优势 首先，它克服了传统轮轨铁路提高速度的主要障碍，发展前景广阔。第一条轮轨铁路出现在1825年，经过140年努力，其运营速度才突破200公里/小时，由200公里/小时到300公里/小时又花了近30年，虽然技术

26、还在完善与发展，继续提高速度的余地已不大，而困难却很大。还应注意到，轮轨铁路提高速度的代价是很高的，300公里/小时高速铁路的造价比200公里/小时的准高速铁路高近两倍，比120公里/小时的普通铁路高三至八倍，继续提高速度，其造价还将急剧上升。与之相比世界上第一个磁悬浮列车的小型模型是1969年在德国出现的，日本是1972年造出的。可仅仅十年后的1979年，磁悬浮列车技术就创造了517公里/小时的速度纪录。目前技术已经成熟，可进入500公里/小时实用运营的建造阶段。 第二，磁悬浮列车速度高，常导磁悬浮可达400-500公里/小时，超导磁悬浮可达500-600公里/小时。对于客运来说，提高速度的

27、主要目的在于缩短乘客的旅行时间，因此，运行速度的要求与旅行距离的长短紧密相关。各种交通工具根据其自身速度、安全、舒适与经济的特点，分别在不同的旅行距离中起骨干作用。专家们对各种运输工具的总旅行时间和旅行距离的分析表明，按总旅行时间考虑，300公里/小时的高速轮轨与飞机相比在旅行距离小于700公里时才优越。而500公里/小时的高速磁悬浮，则比飞机优越的旅行距离将达1500公里以上。 第三，磁悬浮列车能耗低，据日本研究与实际试验的结果，在同为500公里时速下，磁悬浮列车每座位公里的能耗仅为飞机的13。据德国试验，当tr磁悬浮列车时速达到400公里时，其每座位公里能耗与时速300公里的高速轮轨列车持

28、平；而当磁悬浮列车时速也降到300公里时，它的每座位公里能耗可比轮轨铁路低33。 2. 磁悬浮的发展前景问题 由于磁悬浮系统以电磁力完成悬浮、向导和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需要很长时间的运行考验。 常导磁悬浮技术的悬浮高度降低，因此对线路的平整度、路基下沉量级道岔结构方面的要求较超导技术更高。 超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导轨技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。 每一种新的交通工具的间世, 都极大地推动着社会的进步。回顾交通工具发展史, 我们发现汽车极大地方便了人们的生活,但长途运输能力

29、差, 且日益增多的汽车数量使交通拥挤堵塞现象越来越严重 常规轮轨列车的运输量大, 但运行速度慢, 运行噪声大, 爬坡能力低, 高速轮轨列车要求轨道有很高的平整度, 在高速运行时, 能量消耗大, 铁轨和车轮的磨损很严重, 从而导致维修费用昂贵 飞机运行速度快, 但运精量小, 且事故往往是致命性的( 本文介绍的磁悬浮列车是一种新的交通工具, 相对而言, 它有多方面的优点, 如高速, 运输量大, 安全,舒适, 无噪声等。综合各种因素，就目前而言，磁悬浮的发展是最有潜力，最有发展必要的。第2章 系统总体设计与工作原理§2.1 设计内容与方法§2.1.1 设计内容以单片机为核心，设计

30、磁悬浮小球的控制电路设计，对控制算法进行研究，编写程序，通过传感器对小球位置的测量，利用通过单片机来实现对小球悬浮的稳定控制。§2.1.2 设计方法采用霍尔元件检测小球，输位置出电信号经a/d转换反馈至单片机，运用单片机数字pid控制器来控制磁悬浮小球在磁场中的位置。§12.3 设计总框图 电磁铁执行器传感器信号功率驱动信号转换单片机控制器给定输入量图 2-1 总流程图给定数字量的作用是手动控制小球在磁场中的位置，根据给定量不同，小球的受力大小也随之改变。单片机控制器主要是在接到传感器的反馈后通过把模拟信号转换成数字信号发给磁铁执行器从而控制磁场大小。功率驱动则是改变驱动能

31、力。霍尔元件则是用于测量小球位置的传感器，并将其信号通过模数转换发送给单片机控制器§2.2 工作原理磁悬浮小球的工作原理是利用电生磁力来吸引小球，通过传感器测量其位移并用pid控制使小球在磁力重力的作用下达到一个平衡点，即悬浮不掉落，具体设计细节请查阅硬件软件的设计。第3章 系统硬件电路的设计§3.1 硬件所需元件§3 .1.1 单片机stc12c5a60s2stc12c5a60s2简介 stc12c5a60s2是stc生产的单时钟/机器周期（1t）的单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集

32、成max810专用复位电路，2路pwm，8路高速10位a/d转换，针对电机控制，强干扰场合。 1、增强型8051cpu，1t（1024g），单时钟/机器周期 2、工作电压 5.5-3.5v 3、1280字节ram 4、通用i/o口，复位后为：准双向口/弱上拉 可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏 每个i/o口驱动能力均可达到20ma，但整个芯片最大不要超过120ma 5、有eeprom功能 6、看门狗 7、内部集成max810专用复位电路 8、外部掉电检测电路 9、时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部r/c振荡器 常温下内部r/c振荡器频率为：5.0v单片机为

33、：1117mhz 3.3v 单片机为：812mhz 10、4个16位定时器 两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器t0和t1 11、3个时钟输出口，可由t0的溢出在p3.4/t0输出时钟，可由t1的溢出在p3.5/t1输出时钟，独立波特率发生器可以在p1.0口输出时钟 12、外部中断i/o口7路，传统的下降沿中断或电平触发中断，并新增支持上升沿中断的pca模块，power down模式可由外部中断唤醒，int0/p3.2，int1/p3.3，t0/p3.4，t1/p3.5，rxd/p3.0，ccp0/p1.3，ccp0/p1.3 13、pwm2路 14、a/d转换，10位精度ad

34、c，共8路，转换速度可达250k/s 15、通用全双工异步串行口（uart） 16、双串口，rxd2/p1.2，txd2/p1.3 17、工作范围：-4085 18、封装：lqfp-48，lqfp-44，pdip-40，plcc 管脚说明 ： p0.0p0.7 p0：p0口既可以作为输入/输出口，也可以作为地址/数据复用总线使用。当p0口作为输入/输出口时，p0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当p0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线a0a7，数据线d0d7 p1.0/adc0/clkout2 标准io口、adc输入通道0、独立波特率发生器的时钟输出 p1.1/

35、adc1 §3 .1.2 模拟量接近开关概述 通常，电感式接近接近开关均有着相同的工作原理及应用。然而,本文所要讨论的是模拟量接近开关的一些特殊特性。下面所讲述的例子均来源于实践，由于篇幅有限，只能选择部分实例。但从中可以看出它的应用是极其广泛的。参数参考：图 3-1 模拟量参数1图 2-2 模拟量参数2图3-3模拟量参数3模拟量接近开关应用:1. 一个模拟量接近开关控制几个开关点人们常常会遇到这种情形，在被检测目标物体的运动过程中，某一动作需要在不止一个位置被触发。更多的是：不同的位置往往发生一些相关的动作。因此，一个程序控制站，可用一张金属盘片和一个模拟量接近开关替代几个凸轮和同

36、等数量的接近开关来解决此类问题。例如通过一个带模拟量输入的plc输入模块来实现该功能( 例如西门子 s5 ， 6es5 464-8mc11 ) 。现在以非常合理的价格便可买到这些模块。当然也可以使用其它供应商的信号处理装置来实现该功能。2. 模拟量接近开关线性运动转换成电子信号用接近开关将线性运动转换成电子信号的最直接简单的办法。但是这种情况，必须保证设备没有被物理接触。然而在实践中, 开关的检测范围往往不够大，造成直接检测有困难。但如果使用楔形的物体，便能随意调节检测范围。同时如果此物体为非平面物时，可供调节的范围会更广。很轻易便能把线型转换成电子信息 。3. 模拟量接近开关旋转运动转换成电

37、子信号通过一个偏心金属盘片，模拟量装置便可采集到旋转运动信号或角度信号。与上例相似，如果盘片的形状合适，角度的可调范围相应比较大，线性度也能做得较好。4. 模拟量接近开关启动调节典型的控制程序通常在通过基点时，含有一个简单的驱动通断切换。 (该点可由一个普通的接近开关进行检测) 。但是由于偏差，该点很难精确定位。如果使用带模拟量输出的接近开关和 plc，在启动时便可进行低成本的精确调节了5. 模拟量接近开关电梯的启动调节启动调节最令人感兴趣的是应用在电梯领域里。通常，一台电梯在到达停靠点之前的短时间内会转换成缓慢行驶，然后突然停止于停靠点上。技术上看，非常简单，但有两个缺点。 第一, 缓慢行驶

38、阶段会延长电梯运行的时间, 第二, 停靠位置的精确性有限且受负载影响。但如果采用模拟量接近开关会同一个启动调节装置作为发送器来检测电梯的位置，这些问题都可以解决，并且还不会增加多少接近开关费用。若采用可调节的驱动会增加额外的费用，但使用模拟量接近开关，这些费用都可以省去了。6. 模拟量接近开关检测机动车里的踏脚板位置现代车辆里的踏脚板位置是很多控制过程的信息源。当踏脚板改变路径或转换角度时，接近开关需要能捕捉到这些变化，并转换成电子信号，再反馈到控制系统。最简单的转换器是由电位计组成的， 也可使用磁场敏感元件。更多地人们使用根据微分转换原理工作的位移接近开关。然而, 还有一些以前没有好的解决方

39、案，依现在的技术都已能得到圆满解决，比如建筑装备（高频率振动再加上极其恶劣的环境，如尘土飞扬，工作温度和湿度高，不好安装）。另外，永久性磁铁由于吸附金属和铁屑 ，可靠性不好，也被弃用。但模拟量接近开关就不同了，它能满足上面所有的要求, 并且价格还比较低廉。7. 模拟量接近开关非接触电位计（角位移）上面所说的关于踏脚板位的检测也可应用到其它需要把机械信号转换成电子信号的应用上面。把接近开关当作电位计使，起初不被人们看好。但是它能解决安装上的问题。使用模拟量的接近开关也可实现现带轴的多圈多匝的电位计一样的功能（使用纺缍体状的设计）。8. 模拟量接近开关对零部件的控制很早以前，人们就开始使用光电开关

40、和光纤监测传送带上的零部件位置。在检测金属部件时，特别是在对尘土的敏感度方面，模拟量接近开关也有很好的应用价值。9. 模拟量接近开关轴的同心度监测在预防护方面，轴的同心度监测起着一个非常重要的作用。在运动过程中，由于轴的磨损，同心轴可能被损坏，导致机器出现故障，并随之而来的是昂贵的修理费并导致工厂停工。对轴的同心度持续监测，可以获得轴承的许多实时信息。10. 模拟量接近开关对振动的监测振动也是显示机器状态的一种指标,通过对一定时间段内的振幅进行监测，可以进行预防护，也有助于消除因故障引起的维修和关停等。这种情况下, 也可以用带模拟量输出的接近开关和plc 一起使用，来解决就这些问题，并且费用不

41、高。监测也以用单轴式，双轴式或三轴式，但是每一个轴向都必须安装一个接近开关,同时也必须注意设备的上限频率。11. 模拟量接近开关开关点的自动调节许多情况下，开关点都必须保持极高的精度，因此通常必须通过拧螺坶来进行经常调节，以保证精度。虽然有点费事，但原装设备初装时一般不至于产生问题。不过备品备件替换完全不同，维修安装人员的综合技能通常是参差不齐的。就这个应用而言，相对来说模拟量的接近开关价格还比较低廉。原因就在于在安装时，接近开关只需模糊调节，例如，可直接用眼睛进行调节。紧接着，初始化开始, 其中大部分可以通过软件来完成。仅需配套使用一个合适的低成本模块，在初始化的过程中，先将设备置于开关所应

42、动作的位置，再将模拟量接近开关的输出读入plc，并存储起来。该值将一直保留到下一次初始化。因此无论怎样多的接近开关都可以被技术人员快速准确地安装，与安装维护人员的技能无多大关系。12. 模拟量接近开关离散样本的自动校正象其它元件一样，模拟量接近开关也受离散样本的影响。制造商在技术参数中给出的数据通常是粗略的。在bode 数据表曲线上，有三个点显示这个值。但是它仍然无法改变离散程度对应用的影响。这就意味着必须进行手动调节，导致现场安装、更换部件的不方便。不过没关系，可以应用前述方式来解决此类问题。13. 模拟量接近开关响应曲线的线性化由感应技术所产生的曲线不太平滑。从图中可以看出在结束端时所产生

43、的曲线非线性。当然，接近开关制造商也可以在设备中额外附加一个线性电路，但这将大大加大费用，而在控制电子的实际应用中也用不上。相反, 曲线应该数字线性化。为了达到这一目标，可以在初始化阶段把开关的响应曲线存储到plc 内存中。与例11的单个开关点不同，如果采取这样的解决方案，可以多采些开关点，那么在初始化阶段，就可以存贮开关的整个响应曲线了。在获得开关的数字化测量值以后，就可以计算每个测试点的测量值和理想值之间的差异，并且以校正表的形式存贮在 plc中。在运行期间，通过插入法就可以进行进一步信号处理了。14. 模拟量接近开关用一个接近开关辨认旋转方向通过适当放置齿状和孔状盘，模拟量接近开关可以精

44、确辨认旋转方向（可参考作为编码器的模拟量接近开关的应用报道）。在这种情况下，用一只模拟量接近开关便可测定旋转方向。在二次仪表上， 设置了3个开关点, 其中2个位于齿表面，另一个位于齿外。依他们移动的顺序，可以得出齿状和孔状盘的旋转方向。不用说，也可同时测出旋转速度。§3.2 硬件原理图及相关图片图 3-4 硬件原理图图3-5单片机及其相关电路实体图 3-6 铁架线圈及模拟量开关实体第4章 系统软件的设计§4.1 软件的功能与作用§4 .1.1 软件流程图图 4-1 软件流程图程序：#include <reg52.h> #include <intr

45、ins.h>#define nop5 _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();int adc_res8,adc_resl8,res_count,recv_count=0;float k0=0,k1=0,k2=0,a0=1,a1=0.1,a2=1,u0=0,u1=0;char de_time=10;int position=180;sbit p13=p13;void waitnms(int x)int i,k;for(k=0;k<x;k+)for(i=0;i<120;i+);void adcx(char x)switch(x)case 0

46、:adc_contr=0xe8;nop5;res_count=0;break;case 1:adc_contr=0xe9;nop5;res_count=2;break;case 2:adc_contr=0xea;nop5;res_count=3;break;case 3:adc_contr=0xeb;nop5;res_count=4;break;case 4:adc_contr=0xec;nop5;res_count=5;break;case 5:adc_contr=0xed;nop5;res_count=6;break;case 6:adc_contr=0xee;nop5;res_count

47、=7;break;case 7:adc_contr=0xef;nop5;res_count=8;break;void inicom()scon=0x50;/串口方式1，允许接收pcon=0x80;/波特率加倍auxr=0xd5;/定时器0、1高速计时（不分频）；允许独立波特率运行；/串口二不加倍；独立波特率不分频；采用独立波特率发生器，释放定时器1brt=0xd0;/独立波特率发生器重装计数值；波特率14400(晶振频率11.0592m）void inipwm()ccon=0;cl=0;ch=0;cmod=0x00;ccap0h=ccap0l=0xff;ccapm0=0x42;pca_pwm0

48、=0x00;cr=1;void pid()u1=u0+a0*(k2-k1)+a1*k2+a2*(k2-2*k1+k0);u1=(u1<0?0:u1);u1=(u1>=255?255:u1);ccap0h=u1;u0=u1;adc_resl0&=0x03;k0=k1;k1=k2;k2=position-adc_res0-adc_resl0/4.0; void main()p1asf=0x01;auxr1=0x00;ccapm0=0x42;inicom();inipwm();eadc=1;ps=0;padc=1;es=0;ea=1;adcx(0); ccap0h=0;while

49、(1)adcx(0);pid();/waitnms(de_time);sbuf=adc_res0;while(!ti);ti=0;void int_adc() interrupt 5 adc_res0=adc_res;adc_resl0=adc_resl;void com_int() interrupt 4if(ri)ri=0;sbuf=adc_res0;while(!ti);ti=0;§4 .1.2 调试软件的介绍及调试方法本次使用软件调试运用了labvew程序，首先先来介绍一下这个程序。简介与 c 和basic 一样，labview也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大

50、函数库。labview的函数库包括数据采集、gpib、串口控制、数据分析、数据 labview标志：显示及数据存储，等等。labview也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子vi）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 labview 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了vi及函数的执行顺序。vi指虚拟仪器，是 la

51、bview 的程序模块。labview 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 labview 中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称g代码。labview 的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。特点：尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。未来：虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前使用较多的是ieee488

52、 或 gpib协议。未来的仪器也应当是网络化的。labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。labview 集成了与满足 gpib、vxi、rs-232和 rs-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用tcp/ip、activex等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为

53、 “g” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，labview是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用 labview，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64位编译器。像许多重要的软件一样，labview提供了windows、unix、linux、macintosh的多种版本。应用领域labview有很多优点，尤其是在某些特殊领域

54、其特点尤其突出。测试测量：labview最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在labview最广泛的应用领域。经过多年的发展，labview在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的labview驱动程序，使用labview可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的labview工具包。这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。控制：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测

55、试领域起家的labview自然而然地首先拓展至控制领域。labview拥有专门用于控制领域的模块-labviewdsc。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的labview驱动程序。使用labview可以非常方便的编制各种控制程序。仿真：labview包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前，可以先在计算机上用labview搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用labview进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。儿童教育：由于图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力，同

56、时图形比文本更容易被儿童接受和理解，所以labview非常受少年儿童的欢迎。对于没有任何计算机知识的儿童而言，可以把labview理解成是一种特殊的“积木”：把不同的原件搭在一起，就可以实现自己所需的功能。著名的可编程玩具“乐高积木”使用的就是labview编程语言。儿童经过短暂的指导就可以利用乐高积木提供的积木搭建成各种车辆模型、机器人等，再使用labview编写控制其运动和行为的程序。除了应用于玩具，labview还有专门用于中小学生教学使用的版本。快速开发：根据笔者参与的一些项目统计，完成一个功能类似的大型应用软件，熟练的labview程序员所需的开发时间，大概只是熟练的c程序员所需时间的1/5左右。所以，如果项目开发时间紧张，应该优先考虑使用labview，以缩短开发时间。跨平台：如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，也可以优先考虑使用labview。labview具有良好的平台一致性。labview的代码不需任何修改就可以运行在常见的三大台式机操作系统上：win