大连交大调研报告模版.doc

大连交通大学2008届本科生毕业设计(论文)实习(调研)报告调研报告一、 本课题的来源及意义 本次课程设计的课题是基于L298芯片的直流电机调速系统设计。现如今，随着我国工业化的发展进程不断加快，自动化生产的需求日益增加，对于电机的需求也不必不可少的相应增加，小到家用电扇用的电机，大到航空飞机上的涡轮，无一不与电机有关。如果可以对电机的转速进行控制和调节，将对生活和生产带来巨大的利益。通过对电机转速的调节，可以实现对电机的转速控制，使之维持在一定的转速，更好的为人们的生活和生产带来巨大的方便。 二、 国内外发展状况笔者对国内外与这一课题有关的领域做了详细的调查。动态应变信号测量的方法有很多种，如光纤光栅传感器、电容传感器、石英晶体压电传感器以及电阻应变片传感器等等。但目前，国内外使用动态应变信号测量装置进行动态力测量的方法主要有两种：基于石英晶体压电式传感器的动态应变信号测量装置和基于电阻应变片的动态应变信号测量装置。 石英晶体压电式传感器的工作原理是压电效应。即：在压电晶体的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷，且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度)与外应力张量T成正比;当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不可能是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。电阻应变片的工作原理基于它的应变效应，即在导体产生机械变形时，它的阻值相应发生变化。金属导体的应变效应用应变灵敏系数K来描述：(1)式中：泊松比 C取决于金属导体晶格结构的比例系数对于金属材料，电阻的相对变化主要由前两项决定，即以导体的尺寸效应为主，压阻效应为辅；而对于半导体材料，电阻的相对变化主要由第三项决定，即以压阻效应为主，尺寸效应为辅。在认识了使用动态应变信号测量装置进行动态力测量的两种主要的方法后，让我们来了解一下国内外测力平台的发展状况：国内研制测力平台的主要有中国科学院合肥智能所机器人传感器实验室与沈阳体育大学，其共同研制的六维力平台已经成功应用于体育训练当中,在2000年曾对国家举重队的多位男子举重世界冠军进行了现场测试,并提供训练指导,取得了良好的效果,为我国运动员在悉尼奥运会取得优良成绩做出了贡献。而目前,国外研制六维力测试平台的主要有瑞士的 Kistler 公司, 加拿大的 AMTI公司。Kistler 公司的测力平台主要基于压电晶体的,需要配备电荷放大器,价格相当昂贵。AMTI公司包括国内的清华大学和大连理工大学仿制的测力平台都是应变式的。但从结构上看,这些测力台都是由几个独立的三维力传感器组合而成,这种结构的测力平台存在较大的温飘和初始作用力,每次移动都需重新严格调平,使用起来极其不便;另外由于力矩是计算出来的, 难免带来较大的计算误差。三、 课题研究目标、内容本课题将根据当今竞技体育发展的需要，根据竞技运动现场的要求，利用电阻应变片式应变传感器将力产生的形变转化为电量，通过C8051F020型单片机采集数据，使用其内部放大器讲信号放大并使用C8051F020型单片机内部A/D转换器转换信号，最后将采集来的信号通过上下位机通讯在上位计算机上显示实时的应力变化的波形。从而可以开发一套实用的满足体育训练和比赛现场需要的测量系统。该系统使用C8051F020型单片机采集数据，并实现上下位机通讯，利用电阻应变片式应变传感器和单片机实验板等硬件，构建软、硬件测试和控制平台，以实现上位计算机的实时显示的动态应力测量。保证平台与计算机之间的实时数据交换和力的信息的数据采集。课题将对系统进行结构化、模块化设计，系统将包括数据采集模块、数据分析模块等，系统软硬件紧密结合，并根据需要将各种技术和方法融合到一起。计算机技术与智能测控技术的应用，以及利用更多先进设备和新兴技术的融合，可以研制出一套以计算机为核心，自动进行图像采样，实现对动态多维应力的测量和动态显示，既能给出精确测量结果又能观测动态力变化曲线的智能图像测控系统。四、课题研究方法、手段该课题主要研究内容包括三个部分，一是基于电阻应变片的应变传感器的设计（测量电路）；二是（模/数转换、存储）分析软件、控制软件的编译和调试；三是实现上下位机的实时通讯： (1) 基于电阻应变片的应变传感器的设计：因设计目的为最终用于田径运动场上跳高运动员或跳远运动员起跳时的力进行测量和动态显示，使得本次设计的应变传感器的外形必须为测力平台。为了改善悬臂梁的特性，在提高动特性的同时也增加灵敏度，笔者计划设计将梁做成双孔架结构。如下图所示,在板装梁上有两个孔，在梁的端部有集中力作用时，孔内承受弯曲变形。将应变片粘贴在孔的内壁，应变片处于相反的应力区内，当R1和R4的变形为拉伸时，R2和R3为压缩变形，四个应变片组成差动电桥，输出特性的线性度好。另外，这种梁的刚度比单梁好，故动特性好，滞后小。根据应力分布可以看出，受力点位置变化时，一孔的弯矩增加，另一孔的弯矩减小，可在桥路内自动补偿，从而提高了传感器精度，使用时对力点位置的要求也有所降低。图1 双孔梁结构示意图 (2) 分析、控制软件的编译和调试： 本次设计需要使用汇编语言对C8051F020型单片机编译，实现实时信号采集及分析的功能，从而满足竞技体育运动现场的要求。 笔者之所以选择了C8051F020型单片机，主要因为C8051F系列单片机除具有一般单片机的共同特点之外，还具有许多显著的优点和特点，如指令运行速度高、I/O端口功能采用软件配制实现、时钟系统更加完善、可实现通过JTAG接口的在系统调试等特点。并且，C8051F020型单片机配有内部放大器和内部A/D转换器，这样就不需要再外加放大器和外部ADC。(3) 实现上下位机的实时通讯 本次设计要使用C0851F020型单片机与上位计算机进行通讯。笔者计划使用C0851F020型单片机的UART串行口通讯。异步串行通信UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）是计算机与外界交换信息的一种基本通信方式。为了使单片机能实现串行通信，在C0851F020型单片机内部都设计了UART串行接口，它是一个可编程的全双工异步串行通信接口，通过软件编程它可以作为通用异步接收和发送器用，也可作同步移位寄存器用，还能实现多机通信。五、进度安排表1 动态应变测量装置设计（下位机数据采集环节）日程安排日期计划完成任务第1周调研学习现有动态力信号测量原理与方法第2周查阅有关资料，完成调研报告及翻译外文资料第3周初步提出完成任务的途径；查找合适的外文资料第4周学习C8051F020单片机的使用及编程（程控放大器，A/D转换器）第5周学习C8051F020单片机的使用及编程（数据存储，数据通信）第6周硬件设计及实际调试第7周硬件设计及实际调试第8周硬件设计及实际调试，给出设计电路图第9周编写部分分析软件及实际调试第10周编写部分分析软件及实际调试第11周软件编程及实际调试，给出设计电路图第12周整理资料，完成论文初稿第13周整理资料，完善论文第14周完成论文六、可行性分析经过初步的调研和分析，目前国内同类系统或产品结构复杂，价格较为昂贵，研究和开发一个简便又实用的动态力实时测量显示系统的现实意义重大。另外，从目前所具有的技术、经济和设备条件来看，我们完全具有研究和开发的能力，基本上可以完成开发任务。技术上，我们熟悉硬件的工作原理，并且能很好的应用面向对象的汇编语言开发工具,具有系统软、硬件开发的能力。经济上，待开发系统的经济效益远大于估算的开发成本，具有实际开发的价值。综合考虑，动态应变测量装置的研究与开发是可行的。通过对大量图书及相关科技论文的阅读，我开阔了视野，增长了知识，对课题的内容和要求有了更深刻的认识，对系统的开发与设计有了整体上的掌握。参考文献1 张迎新，雷文，姚静波C8051F系列SOC单片机原理及应用M.北京:国防工业出版社,2005.2 杨宝清. 现代传感器技术基础M.北京:中国铁道出版社，2002年.3 钱敏,孙宝元,张军.整体式三维压电测力平台的研制J.大连理工大学学报,2000,40(5):570-5724 钱敏,卞亦文,戈瑜,吴仲城.一种多维力平台阵列系统的设计J.测控技术,2004,23(3):24-265 孙建风,高荣山,周东辉.运动员冲击力实施监测系统J.传感器技术,2005,24(4):4