【正文】 14 器進(jìn)行軟件開發(fā)。 C8051F020 器件是使用Cygnal 專利的 CIP51 微控制器內(nèi)核。 通過配置交叉開關(guān)控制寄存器可將系統(tǒng)片內(nèi)的硬件中斷、串行通信總線、計(jì)數(shù)器或定時(shí)器、轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入、比較器的輸出以及微控制器內(nèi)部的其它各數(shù) 字信號(hào)映射到前四個(gè) I/O 端口引腳。在標(biāo)準(zhǔn) 8051 中固定的“弱上拉”可以被總體禁止，這使器件低功耗使用埋下了一些基礎(chǔ)。 C8051F020U 具有標(biāo)準(zhǔn) 8051 的端口（ 0、 2 和 3）。 Silicon Labs 的調(diào)試系統(tǒng)軟 件支持在線觀察修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、堆棧指示器和單步執(zhí)行。 在線 調(diào)試系統(tǒng) 不但 支持 數(shù)據(jù) 觀察 以及 修改存儲(chǔ)器和寄存器，支南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 持觀察點(diǎn)、斷點(diǎn)、單步運(yùn)行和停 止 命令。 C8051F020 是獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。 8. 硬件 可 實(shí)現(xiàn) SPI 通信 、 SMBus 和兩個(gè) 全雙工 UART 串行接口 。 4.. 兩個(gè) 12 位 DAC，具有可編程數(shù)據(jù) 的 更新方式 。 C8051F020 是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí) MCU 芯片， 其 具有 8 個(gè)數(shù)字 I/O 口 64 個(gè) 引腳 。它體積小科員做成體積極小的控制器用于一些體積不大的設(shè)備和空間有限的生產(chǎn)過程、控制過程。系統(tǒng)的開關(guān)量控制模塊，可方便的實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位?？紤]到單片機(jī)具有體積小、性能強(qiáng)大、成本低的特點(diǎn)，越來越受到企業(yè)用戶的青睞。 如上面的描述，本課題的傳感器是利用電磁感應(yīng)原理構(gòu)成旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，被測系統(tǒng)與測量傳感器同軸安裝，從而直接把旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度變換成電 壓信號(hào)輸出，輸出的電壓信號(hào)和旋轉(zhuǎn)角加速度可以直接對(duì)應(yīng)。 通常為了減小由于轉(zhuǎn)子和磁路的不對(duì)稱性引起的剩余電壓，杯形轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)通常是四極電機(jī)。理想的測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與它的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。如果被測系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸作勻轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，則杯形繞組也同樣作恒轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)，在杯形轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，此電勢產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流，從而轉(zhuǎn)子電流形成對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁磁場，然而此時(shí)由于恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，則此時(shí)的勵(lì)磁磁場的磁幅值恒定，從而導(dǎo)致輸出繞組的輸出電勢為零；如主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸做非恒速運(yùn)動(dòng)，則此時(shí)有旋轉(zhuǎn)角加速度，因?yàn)橹餍齽?dòng)軸與角加速度傳感 器的軸相聯(lián)，從而杯形繞組也做非恒速轉(zhuǎn)動(dòng)。 A 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 *杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)通常為四極可減少由于磁路和轉(zhuǎn)子電阻的不對(duì)稱對(duì)性能的影響。 杯形轉(zhuǎn)子繞組，杯底裝于轉(zhuǎn)軸上，且和轉(zhuǎn)軸同軸心，杯底置于內(nèi)外定子鐵心的氣隙磁場之間，且和轉(zhuǎn)軸同軸心。還包括： 外定子鐵心，外定子鐵心與轉(zhuǎn)軸同軸心置于基座內(nèi)，在外定子鐵芯上設(shè)有鑲嵌輸出繞組的繞組槽。當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí) ,輸出繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電勢在勵(lì)磁不變的情況下與 dtdn 成正比。 圖 空心杯轉(zhuǎn)子交流異步測速發(fā)電機(jī) 原理圖 而當(dāng)勵(lì)磁繞組兩側(cè)加為直流電源時(shí)，會(huì)產(chǎn)生恒定不變的電流 1I 通過勵(lì)磁繞組，竟而產(chǎn)生一個(gè)恒定的氣隙磁通 1? 。 如下圖 , 兩側(cè)的勵(lì)磁繞組與輸出繞組在空間位置上嚴(yán)格嚴(yán)格保持垂直的電角度 , 此電機(jī)的勵(lì)磁繞組以交流勵(lì)磁時(shí)用來測量速度 ,當(dāng)勵(lì)磁繞組以直流勵(lì)磁時(shí)則可以用來測量角加速度。從上式可以看出 ,對(duì)于某一系統(tǒng)而言 ,旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度與轉(zhuǎn)速成正比 , 因此可以由轉(zhuǎn)速的變化來反映旋轉(zhuǎn)角加速度的大小的變化。 dt?d 為角加速度 。 本論文主要研究基于 C8051F020MCU 的新型角加速度測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，大致共分為六章： 第一章主要介紹了角加速度傳感器工程背景、國內(nèi)外現(xiàn)狀及研究價(jià)值，并簡要地介紹了本課題研究的主要內(nèi)容； 第二章主要介紹了新型角加速度傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工作原理； 第三章主要介紹了角加速度的傳感器測量系統(tǒng) 的方案論證； 第四章主要介紹了測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)； 第五章主要介紹了測 量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)； 第六章總結(jié)與展望； 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第二章 新型角加速度傳感器 基本結(jié)構(gòu)和工作原理 電磁式角加速度傳感器的測量原理 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為 : t3 75 2 ddJdtdnGDTTL ????? 上式中 , 測電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 T 。 實(shí)現(xiàn) 角加速度系統(tǒng)的測量 ，首先應(yīng)根據(jù) 所要 功能需求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備的選型配置和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，及總體設(shè)計(jì)。 比如作為工業(yè)支柱的汽車產(chǎn)業(yè)中 ,歐美國家已有十余種角加速度傳感器投放生產(chǎn) ,而本國的汽車角加速度傳感器市場卻非常不景氣絕大部分依賴外國進(jìn)口 ，這也導(dǎo)致本國汽車業(yè)深發(fā)展得到了阻礙。如國內(nèi)的某研究機(jī)構(gòu)研制的炮身增穩(wěn)系統(tǒng)，在使用了角加速度傳感器后，使坦克上的武器裝備在顛簸的行駛條件下，其控制精度得了到顯著的提升。在 1940 年，德國南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 研制的 V2 型導(dǎo)彈的制 導(dǎo)控制系統(tǒng)中，就第一次采用了角加速度傳感器。且其測量裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，即使用空心杯交流異步測速發(fā) 電機(jī) ,通過將測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度的測速發(fā)電機(jī)與被測轉(zhuǎn)軸同軸聯(lián)接即可 ,在改加直流勵(lì)磁源的情況下 ,其輸出能直接反映出機(jī)械角加速度的變化情況 ,可適用于各種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)機(jī)械角加速度的測量場合。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)驗(yàn)證得出，力平衡壓阻式角加速度計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)測量靈敏度高、閾值相對(duì)較小、價(jià)格比較低廉、耐沖擊能力強(qiáng)等。這種角加速度傳感器主要結(jié)構(gòu)由基準(zhǔn)板、放大電路以及液環(huán)構(gòu)成，其中液環(huán)是核心部分，它由液體腔、液體、電極和轉(zhuǎn)換器元件組成。上面利用壓阻效應(yīng)進(jìn)行測量的設(shè)備其信號(hào)的傳輸上較麻煩和困難。直接測量法通常使用特殊敏感的器件來直接測量 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 對(duì)于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度，通常只有處于兩種狀態(tài)，一種是穩(wěn)定狀態(tài)和另一種不穩(wěn)定狀態(tài)也就是俗稱的動(dòng)態(tài)。也有采用流動(dòng)電勢原理制作的直接測量旋轉(zhuǎn)角加速度的液環(huán)式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，但是現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中比較復(fù)雜以及精度比較低。 Induction motor 。 加速度發(fā)電機(jī) 。 本文便是運(yùn)用 C8051F020 單片機(jī)來構(gòu)建的角加速度測量儀。本文提出的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)機(jī)械角加速度直接測量方法通過對(duì)交流異步測速發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式的改變，構(gòu)成了能直接測量機(jī)械角加速度的測旋轉(zhuǎn)角加速度發(fā)電機(jī)。 6 月 10 日前 畢業(yè)論文定稿 － 準(zhǔn)備和進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。 3 月 22 日上交 － 設(shè)計(jì)規(guī)劃方案。 翻譯資料。 需解決的關(guān)鍵問題有： ① 使角加速度傳感器有信號(hào)輸出； ② 使單片機(jī)獲得信號(hào)，計(jì)算出值并存儲(chǔ)； ③ 通過 LCD 把測量的數(shù)據(jù)顯示出來； ④ 通過通信使得 PC 機(jī)與單片機(jī)之間的通信成功； 三 課題的研究方法、技術(shù)路線 課題研究方法： 本課題采用軟硬件研究相結(jié)合的方法。 參考文獻(xiàn)： [1]吳校生，陳文元 . 角加速度計(jì)發(fā)展綜述 [J]. 上海交通大學(xué) , 20xx [2]馮浩 .永磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器 [P].中國專利： [3]馮浩 .電磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器 [P].中國專利： [4]張廷錄．壓電角加速度計(jì)在轉(zhuǎn)臺(tái)控制中的應(yīng)用 [J]．自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用 ， 20xx， 19(5)： 24— 26 [5] Godler Akahnae A， Ohnishi K， et a1． A novel rotary acceleration sensor[J] ． IEEE ControlSyst． Mag．， 1995， l5(1)： 56— 60． [6]陸愛珍，林明邦，鄒桂根 .一種新的精密角加速度計(jì) [J]．中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào) ， 1991(2)： 87— 92． [7]鄒桂根，林明邦．液浮飛輪式角加速度計(jì)的研制 [J]．上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 1995,29(2)： 135— 141． [8]周蜜，吳向榮，洪峰．一種新型的角加速度傳感器 [J]．航天控制 ， 1999(2)： 51— 54 [9]遲曉珠，金鴻章，王勁松．力平衡角加速度傳感器的研究 [J]．儀器儀表學(xué)報(bào) ， 20xx， 24(4)：23— 26． [10]張有德 .單片微機(jī)原理 [M].上海 :復(fù)旦大學(xué)出版社， 1997， 8 Magics,1995 [11]何立民 .單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1997， 10 [12]Lassowr Meydan angular accelerometer using amorphous wire[J].IEEE transactions on Magics,1995,3l(6)： 3179318 [13]馬彥，田作華．采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的角加建度測量電路 [J]，計(jì)算機(jī)自動(dòng)測量與控制， 200l，9(2)： 1516 [14 ]Shirron P,Moody of a supersonducting angular accelerometer [J]． Proceeding of SPIE ， 1996 ， 2814： 187— 196 [15]神龍工作室 .Protel20xx 實(shí)用培訓(xùn)教程 [M].北京：人民郵電出版社， 1995， 1 [16]徐愛鈞 .智能化測量控制儀表原理與設(shè)計(jì) [M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 本課題的基本研究內(nèi)容，預(yù)計(jì)解決的難題 本課題研究內(nèi)容： ① 設(shè)計(jì)一種新型角加速度測量計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和曲線繪制。記錄各時(shí)段的轉(zhuǎn)速變化，畫出曲線圖。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，力平衡壓阻式角加速度計(jì)具有靈敏度高、閾值小、成本低、抗沖擊能力好等優(yōu)點(diǎn)。這種角加速度計(jì)主要由基準(zhǔn)板、放大電 路及液環(huán)構(gòu)成，其中液環(huán)是核心部分，它由液體腔、液體、電極和轉(zhuǎn)換器件組成。當(dāng)殼體受到角加速度 作用時(shí)，飛輪的慣性矩使飛輪相對(duì)殼體轉(zhuǎn)動(dòng)角，于是一端的角度傳感器就是信號(hào)輸出。 上海交通大學(xué)的陸愛珍等人報(bào)道了一種液浮飛輪式精密角加速度計(jì) []。它們開發(fā)了兩種柵干涉儀：一種基于 homodyne 技術(shù)，另外一種基于 heterodyne 技術(shù)。 這種利用無定形磁彈性線制作的角加速度計(jì)成本低，可靠性高。在這種角加速度計(jì)中，高磁阻無定形線具有磁應(yīng)力效應(yīng)。它的結(jié)構(gòu)中包括一對(duì)圓盤，其中一個(gè)圓盤上的彈性元件將角加速度轉(zhuǎn)變成徑向位移，利用非接觸式光學(xué)拾取裝置檢測位移 量。當(dāng)噪聲信號(hào)和原始信號(hào)的帶寬完全分開時(shí)，僅僅噪聲衰減是容易做到的。 在間接測量法中，角加速度可以對(duì)角位移或角速度信號(hào)進(jìn)行模擬或數(shù)字微分電路后處理來得到。而 Y 類角加速度傳感器則是測量旋轉(zhuǎn)物體相對(duì)于絕對(duì)空間 ( 慣性空間為參點(diǎn) ) 角加速度信息，此類傳感器直接安裝在被測物體上?？傊?，角加速度傳感器在多種行業(yè)及領(lǐng)域中有較為廣泛的應(yīng)用前景，應(yīng)當(dāng)說目前角加速度傳感器是屬于有待進(jìn)一步發(fā)展的分支，尚遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了需要 []。在研究汽車碰撞時(shí)對(duì)駕駛員及乘客的沖擊情況，則常將傳感器裝在頭部或人身上的所要關(guān)心的部位。 （ 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 ） 學(xué)生簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 南通大學(xué)杏 林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 學(xué)生姓名 李從勇 學(xué) 號(hào) 0812043035 專業(yè) 自動(dòng)化 課題名稱 國內(nèi)文獻(xiàn) 15 篇 閱讀文獻(xiàn) 情 況 國內(nèi)文獻(xiàn) 15 篇 開題日期 20xx3 國外文獻(xiàn) 2 篇 開題地點(diǎn) 南通大學(xué)主校區(qū) 11504 文獻(xiàn)綜述與調(diào)研報(bào)告：（闡述課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，本課題研究的意義和價(jià)值、參考文獻(xiàn)） 研究背景： 在很多運(yùn)動(dòng)物體的控制，監(jiān)測及導(dǎo)航中，不急需要角速度的信息，更需要角加速度的信息。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 新型角加速度傳感器的研制 作 者 ： 李從勇 專 業(yè) ： 自動(dòng)化（工業(yè)電氣自動(dòng)化） 指導(dǎo)教師 ： 張 齊 完成日期 ： 20xx 年 6 月 南通大學(xué)杏林學(xué)院 原 創(chuàng) 性 聲 明 本人聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究成果。 簽 名： 日 期： 本論文使用授權(quán)說明 本人完全了解南