大連交大調(diào)研報告模版

1、調(diào)研報告一、 本課題的來源及意義 本次課程設(shè)計的課題是基于L298芯片的直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計?，F(xiàn)如今，隨著我國工業(yè)化的發(fā)展進程不斷加快，自動化生產(chǎn)的需求日益增加，對于電機的需求也不必不可少的相應(yīng)增加，小到家用電扇用的電機，大到航空飛機上的渦輪，無一不與電機有關(guān)。如果可以對電機的轉(zhuǎn)速進行控制和調(diào)節(jié)，將對生活和生產(chǎn)帶來巨大的利益。通過對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速控制，使之維持在一定的轉(zhuǎn)速，更好的為人們的生活和生產(chǎn)帶來巨大的方便。 二、 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r筆者對國內(nèi)外與這一課題有關(guān)的領(lǐng)域做了詳細的調(diào)查。動態(tài)應(yīng)變信號測量的方法有很多種，如光纖光柵傳感器、電容傳感器、石英晶體壓電傳感器以及電阻應(yīng)變

2、片傳感器等等。但目前，國內(nèi)外使用動態(tài)應(yīng)變信號測量裝置進行動態(tài)力測量的方法主要有兩種：基于石英晶體壓電式傳感器的動態(tài)應(yīng)變信號測量裝置和基于電阻應(yīng)變片的動態(tài)應(yīng)變信號測量裝置。 石英晶體壓電式傳感器的工作原理是壓電效應(yīng)。即：在壓電晶體的一定方向上施加機械力而產(chǎn)生變形時，就會引起它內(nèi)部正負電荷中心相對轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電的極化，從而導(dǎo)致其兩個相對表面(極化面)上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，且其電位移D(在MKS單位制中即電荷密度)與外應(yīng)力張量T成正比;當(dāng)外力消失，又恢復(fù)不帶電原狀；當(dāng)外力變向，電荷極性隨之而變。壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因為經(jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的

3、情況不可能是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動態(tài)的應(yīng)力。電阻應(yīng)變片的工作原理基于它的應(yīng)變效應(yīng)，即在導(dǎo)體產(chǎn)生機械變形時，它的阻值相應(yīng)發(fā)生變化。金屬導(dǎo)體的應(yīng)變效應(yīng)用應(yīng)變靈敏系數(shù)K來描述：(1)式中：泊松比 C取決于金屬導(dǎo)體晶格結(jié)構(gòu)的比例系數(shù)對于金屬材料，電阻的相對變化主要由前兩項決定，即以導(dǎo)體的尺寸效應(yīng)為主，壓阻效應(yīng)為輔；而對于半導(dǎo)體材料，電阻的相對變化主要由第三項決定，即以壓阻效應(yīng)為主，尺寸效應(yīng)為輔。在認識了使用動態(tài)應(yīng)變信號測量裝置進行動態(tài)力測量的兩種主要的方法后，讓我們來了解一下國內(nèi)外測力平臺的發(fā)展?fàn)顩r：國內(nèi)研制測力平臺的主要有中國科學(xué)院合肥智能所機器人傳感器實驗室與沈陽體育大學(xué)，其共

4、同研制的六維力平臺已經(jīng)成功應(yīng)用于體育訓(xùn)練當(dāng)中,在2000年曾對國家舉重隊的多位男子舉重世界冠軍進行了現(xiàn)場測試,并提供訓(xùn)練指導(dǎo),取得了良好的效果,為我國運動員在悉尼奧運會取得優(yōu)良成績做出了貢獻。而目前,國外研制六維力測試平臺的主要有瑞士的 Kistler 公司, 加拿大的 AMTI公司。Kistler 公司的測力平臺主要基于壓電晶體的,需要配備電荷放大器,價格相當(dāng)昂貴。AMTI公司包括國內(nèi)的清華大學(xué)和大連理工大學(xué)仿制的測力平臺都是應(yīng)變式的。但從結(jié)構(gòu)上看,這些測力臺都是由幾個獨立的三維力傳感器組合而成,這種結(jié)構(gòu)的測力平臺存在較大的溫飄和初始作用力,每次移動都需重新嚴格調(diào)平,使用起來極其不便;另外由

5、于力矩是計算出來的, 難免帶來較大的計算誤差。三、 課題研究目標、內(nèi)容本課題將根據(jù)當(dāng)今競技體育發(fā)展的需要，根據(jù)競技運動現(xiàn)場的要求，利用電阻應(yīng)變片式應(yīng)變傳感器將力產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)化為電量，通過C8051F020型單片機采集數(shù)據(jù)，使用其內(nèi)部放大器講信號放大并使用C8051F020型單片機內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號，最后將采集來的信號通過上下位機通訊在上位計算機上顯示實時的應(yīng)力變化的波形。從而可以開發(fā)一套實用的滿足體育訓(xùn)練和比賽現(xiàn)場需要的測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用C8051F020型單片機采集數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)上下位機通訊，利用電阻應(yīng)變片式應(yīng)變傳感器和單片機實驗板等硬件，構(gòu)建軟、硬件測試和控制平臺，以實現(xiàn)上位計算機的

6、實時顯示的動態(tài)應(yīng)力測量。保證平臺與計算機之間的實時數(shù)據(jù)交換和力的信息的數(shù)據(jù)采集。課題將對系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計，系統(tǒng)將包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊等，系統(tǒng)軟硬件緊密結(jié)合，并根據(jù)需要將各種技術(shù)和方法融合到一起。計算機技術(shù)與智能測控技術(shù)的應(yīng)用，以及利用更多先進設(shè)備和新興技術(shù)的融合，可以研制出一套以計算機為核心，自動進行圖像采樣，實現(xiàn)對動態(tài)多維應(yīng)力的測量和動態(tài)顯示，既能給出精確測量結(jié)果又能觀測動態(tài)力變化曲線的智能圖像測控系統(tǒng)。四、課題研究方法、手段該課題主要研究內(nèi)容包括三個部分，一是基于電阻應(yīng)變片的應(yīng)變傳感器的設(shè)計（測量電路）；二是（模/數(shù)轉(zhuǎn)換、存儲）分析軟件、控制軟件的編譯和調(diào)試；三是實現(xiàn)上

7、下位機的實時通訊： (1) 基于電阻應(yīng)變片的應(yīng)變傳感器的設(shè)計：因設(shè)計目的為最終用于田徑運動場上跳高運動員或跳遠運動員起跳時的力進行測量和動態(tài)顯示，使得本次設(shè)計的應(yīng)變傳感器的外形必須為測力平臺。為了改善懸臂梁的特性，在提高動特性的同時也增加靈敏度，筆者計劃設(shè)計將梁做成雙孔架結(jié)構(gòu)。如下圖所示,在板裝梁上有兩個孔，在梁的端部有集中力作用時，孔內(nèi)承受彎曲變形。將應(yīng)變片粘貼在孔的內(nèi)壁，應(yīng)變片處于相反的應(yīng)力區(qū)內(nèi)，當(dāng)R1和R4的變形為拉伸時，R2和R3為壓縮變形，四個應(yīng)變片組成差動電橋，輸出特性的線性度好。另外，這種梁的剛度比單梁好，故動特性好，滯后小。根據(jù)應(yīng)力分布可以看出，受力點位置變化時，一孔的彎矩增加

8、，另一孔的彎矩減小，可在橋路內(nèi)自動補償，從而提高了傳感器精度，使用時對力點位置的要求也有所降低。圖1 雙孔梁結(jié)構(gòu)示意圖 (2) 分析、控制軟件的編譯和調(diào)試： 本次設(shè)計需要使用匯編語言對C8051F020型單片機編譯，實現(xiàn)實時信號采集及分析的功能，從而滿足競技體育運動現(xiàn)場的要求。 筆者之所以選擇了C8051F020型單片機，主要因為C8051F系列單片機除具有一般單片機的共同特點之外，還具有許多顯著的優(yōu)點和特點，如指令運行速度高、I/O端口功能采用軟件配制實現(xiàn)、時鐘系統(tǒng)更加完善、可實現(xiàn)通過JTAG接口的在系統(tǒng)調(diào)試等特點。并且，C8051F020型單片機配有內(nèi)部放大器和內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，這樣就不需

9、要再外加放大器和外部ADC。(3) 實現(xiàn)上下位機的實時通訊 本次設(shè)計要使用C0851F020型單片機與上位計算機進行通訊。筆者計劃使用C0851F020型單片機的UART串行口通訊。異步串行通信UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是計算機與外界交換信息的一種基本通信方式。為了使單片機能實現(xiàn)串行通信，在C0851F020型單片機內(nèi)部都設(shè)計了UART串行接口，它是一個可編程的全雙工異步串行通信接口，通過軟件編程它可以作為通用異步接收和發(fā)送器用，也可作同步移位寄存器用，還能實現(xiàn)多機通信。五、進度安排表1 動態(tài)應(yīng)變測量裝置設(shè)計（下位機數(shù)據(jù)采

10、集環(huán)節(jié)）日程安排日期計劃完成任務(wù)第1周調(diào)研學(xué)習(xí)現(xiàn)有動態(tài)力信號測量原理與方法第2周查閱有關(guān)資料，完成調(diào)研報告及翻譯外文資料第3周初步提出完成任務(wù)的途徑；查找合適的外文資料第4周學(xué)習(xí)C8051F020單片機的使用及編程（程控放大器，A/D轉(zhuǎn)換器）第5周學(xué)習(xí)C8051F020單片機的使用及編程（數(shù)據(jù)存儲，數(shù)據(jù)通信）第6周硬件設(shè)計及實際調(diào)試第7周硬件設(shè)計及實際調(diào)試第8周硬件設(shè)計及實際調(diào)試，給出設(shè)計電路圖第9周編寫部分分析軟件及實際調(diào)試第10周編寫部分分析軟件及實際調(diào)試第11周軟件編程及實際調(diào)試，給出設(shè)計電路圖第12周整理資料，完成論文初稿第13周整理資料，完善論文第14周完成論文六、可行性分析經(jīng)過初步

11、的調(diào)研和分析，目前國內(nèi)同類系統(tǒng)或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較為昂貴，研究和開發(fā)一個簡便又實用的動態(tài)力實時測量顯示系統(tǒng)的現(xiàn)實意義重大。另外，從目前所具有的技術(shù)、經(jīng)濟和設(shè)備條件來看，我們完全具有研究和開發(fā)的能力，基本上可以完成開發(fā)任務(wù)。技術(shù)上，我們熟悉硬件的工作原理，并且能很好的應(yīng)用面向?qū)ο蟮膮R編語言開發(fā)工具,具有系統(tǒng)軟、硬件開發(fā)的能力。經(jīng)濟上，待開發(fā)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益遠大于估算的開發(fā)成本，具有實際開發(fā)的價值。綜合考慮，動態(tài)應(yīng)變測量裝置的研究與開發(fā)是可行的。通過對大量圖書及相關(guān)科技論文的閱讀，我開闊了視野，增長了知識，對課題的內(nèi)容和要求有了更深刻的認識，對系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計有了整體上的掌握。參考文獻1 張迎新，雷文，姚靜波C8051F系列SOC單片機原理及應(yīng)用M.北京:國防工業(yè)出版社,2005.2 楊寶清. 現(xiàn)代傳感器技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:中國鐵道出版社，2002年.3 錢敏,孫寶元,張軍.整體式三維壓電測力平臺的研制J.大連理工大學(xué)學(xué)報,2000,40(5):570-5724 錢敏,卞亦文,戈瑜,吳仲城.一種多維力平臺陣列系統(tǒng)的設(shè)計J.測控技術(shù),2004,23(3):24-265 孫建風(fēng),高榮山,周東輝.運動員沖擊力實施監(jiān)測系統(tǒng)J.傳感器技術(shù),2005,24(4):45