【正文】 通大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權保留論文及送交論文復印件，允許論文被查閱和借閱；學校可以公布論文的全部或部分內容。角加速度傳感器，除應用于控制系統(tǒng)中，還大量地應用在測試方面，如飛機的機動性能測試，交通工具的啟動及剎車性能的測試。也有通過流動電 勢原理來制作的直接測量旋轉角加速度的液環(huán)式旋轉角加速度傳感器，但實現(xiàn)起來比較復雜，精度較低。 x 類是指測 量某一個旋轉物體的相對角加速度信息的，這類角加度傳感器的特點是；從結構上看，它可以嚴格地分成兩個組成部分，其中之一是安裝在參考物體 ( 選為參考點 )上，而另一部分則是安裝在作旋轉運動的被測物體上。 直接測量法就是直接測量角加速度數值，間接測量法采用微分電路或微分計算算法對角速度 信號進行微分處理來得到角加速度。然而，微分過程固有的噪聲放大特性要求在信號處理之前，需要對噪聲信號進行高頻噪聲濾波處理。這種角加速度傳感器采用機械光電傳感裝置感應角加速度，并用于機器人裝置的電機控制和振動控制。 1995 年， RaidLassow 等人報導了一種采用鐵磁性無定形線制作的角加速度 [12]。當殼體沿著無定形磁彈性線有角加速度輸入的時候，無定形磁彈性線就會發(fā)生扭曲變形，進而在線的兩端就會產生 Matteucci 電壓。 1998 年，德國 研究人員 AngelikaTaubner 等人報導了采用柵干涉原理來測量角加速度、角速度和角位移。角加速度計或加速度計的幅值誤差量在 ％ 。當殼體受到水平線加速度時，慣性力不會使飛輪相對殼體有角位移，角度傳感器的輸出為零。 北京自動控制設備研究所的周蜜等人研究了一種新型的液環(huán)式角加速度計 [8] 。 哈爾濱工程大學自動化學院的遲曉珠等人提出了一種力平衡壓阻式角加速度傳感器 [9]，在開環(huán)壓阻式角加速度計的基礎上，他們對敏感質量環(huán)進行力反饋，提出閉環(huán)力平衡系統(tǒng)的設計方案。 單片機接收 A/D 轉換后的信號 ,單片機根據外部中斷 ,以及內部定時器進行記數計算出電機轉速送到顯示器，同時數據傳給 PC 機 [13],并在 PC 機屏幕上顯示出來。傳感器的轉軸和被測系統(tǒng)的旋轉軸同軸安裝，直接把旋轉軸上旋轉角加速度轉換成電信號輸出，輸出的電信號與旋轉角加速度直接對應，因此測量精度較高，而且，結構簡單，使用方便 [13]。傳感器 的轉軸和被測系統(tǒng)的旋轉軸同軸安裝，直接把旋轉軸上旋轉角加速度轉換成電信號輸出，輸出的電信號與旋轉角加速度直接對應，因此測量精度較高，而且，結構簡單，使用方便實用型傳感器。 撰寫開題報告、期中報告、畢業(yè)設計說明書。 － 消化吸收參考文獻及資料，撰寫畢業(yè)設計開題報告。 5 月 29 日前 交畢業(yè)論文草稿 － 修改完善畢業(yè)論文，進行畢業(yè)設計成果顯示和驗收。對角加速度的測量原理、方法進行了研究 ,尋求一種高精度連續(xù)測量角加速度可行的方法。此方法在科研生產中有一定應用價值。 關鍵詞： 機械角加速度 。 Acceleration tachogenerator。在現(xiàn)有的公開技術中，旋轉角加速度的測量，一般都是通過間接的幾個線加速度信號的合成來求取的。 針對國內現(xiàn)有技術的不足，所以提出一種新型角加速度傳感器，是以電磁感應原理為基礎 ，角加速度傳感器的轉軸與旋轉機械同軸安裝，從而快速直接地把旋轉軸上旋轉角加速度轉換成相應的電信號輸出，輸出電壓信號跟其旋轉角加速度直接可一一對應，且結構比較簡單，測量精度較高和使用較方便。 目前國內關于旋轉機械角加速度測量的方法 ,大致可歸納為兩大類方法，直接測量和間接測量。 與其相似的還有壓阻式復合慣性加速度傳感器 [2],在開環(huán)壓阻式角加速度傳感計的基礎上對敏感質量環(huán)進行力反饋 ,從而提出了閉環(huán)力平衡系統(tǒng)的設計方案。北京自動化控制儀器研究所的周蜜等人設計出了一種新型的液環(huán)式角加速度傳感器 [4]。哈工大自動化學院的遲曉珠等人提出了一種力平衡壓阻式角加速度傳感器 [5]，在開環(huán)壓阻式角加速度計的基礎上，他們通過對敏感質量環(huán)進行 力反饋的測量，提出閉環(huán)力平衡系統(tǒng)的設計方案?；谏鲜銮闆r ,本文提出了一種新型的旋轉系統(tǒng)機械角加速度的直接測量方法。起初 ,角加速度傳感器應用于國家軍事工業(yè)上。 如今的坦克、戰(zhàn)艦、戰(zhàn)斗飛機、導彈、運載火箭、人造衛(wèi)星以及航天飛機等運動物體的控制系統(tǒng)中，都大量地應用了角加速度傳感器。 總之，角加速度傳感器在各種行業(yè)及領域中有著較為廣泛的應用前景，反方面來說目前我國角加速度傳感器研究是屬于有待進一步發(fā)展的分支，近幾年來我國在角加速度傳感器的發(fā)展雖然取得了可喜的進步 ,但是離其實用化、商業(yè)化、產業(yè)化仍俱有一定的差距 ,角加速度傳感器的工藝的穩(wěn)定性和設計的合理性仍需要產品的不斷優(yōu)化 。 其測量裝置結構簡單 , 即將測量裝置與被測裝置同軸聯(lián)接即可 ,在加有直流勵磁的情況下 ,其輸出信號能直接反映出旋轉機械角加速度的變化情況 ,可適用于旋轉系統(tǒng)機械角加速度快南通大學杏林學院畢業(yè)設計（論文） 4 速變化的任何測量場合 []。最終實現(xiàn)測量系統(tǒng)的實時顯示，與數據保存及串口通信 []。 2GD為飛輪矩 。當原動機的輸出轉矩和負載轉矩不等時 ,旋轉角加速度隨即發(fā)生變化 , 從而引起轉速的變化 ,系統(tǒng)進入動態(tài)運行中。本文提出的新型角加速度測量方法是通過改變空心杯轉子交流異步測發(fā)電機運行的勵磁條件，從而構成了 測量角加速度的測速發(fā)電機 ,實現(xiàn)了對角加速度的實時測量。輸出繞組感應產生的電勢實際就是交流異步測速發(fā)電機輸出的空載電壓，其大小正比于轉速，其頻率為勵磁電源的頻率。 rE 和 rI 與穩(wěn)定的磁通及旋轉速度 n 成正比 ,轉子電流 rI 與其產生的磁通 r?也成同樣的正比關系 ,即 : nU∝∝E∝I∝ 1111r n?? 因為輸出繞組所產生的感應電動勢 2U 跟穿過線圈的磁通量的變 化率成正比關系 , 則有 : ? ? 112 u∝nd∝∝ r udtdu ?? 南通大學杏林學院畢業(yè)設計（論文） 7 從上面兩式可以分析得出當轉速恒定不變時 ,輸出繞組電壓 2u 為零 。 圖 測量系統(tǒng)的結構示意圖 電磁式角加速度傳感器的基本結構 一種旋轉角加速度傳感器，其包括機座，位于前后端蓋之間，穿過前端蓋和后端蓋的轉軸軸心，分別置于轉軸與前端蓋和轉軸與后端蓋之間有著高速軸承。 外定子鐵心上有輸出繞組，其置于外定子鐵心上的繞組安放槽內，其軸線與氣隙磁場的磁軸互相垂直。 圖 為電磁式角加速度傳感器 AA 面的剖視圖 圖 ： 10定子鐵心勵磁繞組與 4外定子鐵心輸出繞組的軸線正交； 6外定子鐵心與 8內定子鐵心與 1轉軸同軸心，內外定子鐵心之間存在 間隙， 7杯形轉子繞組與 1轉軸， 8內定子鐵心以及 6外定子鐵心同軸； 交流異步測速發(fā)電機具有以下優(yōu)點： *采用四極繞組當轉子不動時每一瞬間穿過短路環(huán)的兩路脈振磁通其方向相反，從而產生的附加都很小剩余電壓很小。運行時，角加速度傳感器的旋轉軸與被測系統(tǒng)的轉動軸同軸相連結。交流異步測速發(fā)電機與直流測速發(fā)電機一樣，是一種測量轉速或傳感轉 速信號的元件，它可以將轉速信號變?yōu)殡妷盒盘枴＞€性誤差：實際輸出電壓與線性 輸出電壓的最大差值與對應最大轉速南通大學杏林學院畢業(yè)設計（論文） 10 （技術條件規(guī)定的）的線性輸出電壓之比的百分數，稱為線性誤差。在外部采用適當電路，產生一個校正電壓抵消剩余電壓。 南通大學杏林學院畢業(yè)設計（論文） 11 第三章 測量系統(tǒng) 的 方案 論證 系統(tǒng)的總體流程圖 隨著大規(guī)模集成電路技術提高，尤其是單片機應用技術以及功能 日益強大，價格低廉化等顯著特點，使全數字化測量系統(tǒng)得到廣泛應用。測量信號經 AD 轉換模塊后輸入至單片機，單片機根據收到的信號對信號進行數據濾波處理，以輸送到各個模塊。單片機在過程控制中、直接數字控制中有著顯著的優(yōu)點。 單片機的選取 根據系統(tǒng)功能要求以及單片機硬件電路設計思路（如圖 ）對單片機模塊進行設計 ，要使單片機準確的測量電機旋轉角加速度，并且使其數據能實時顯示出來和存儲 [12]。 3. 12 位、 100 ksps 的 8 個 通道 ADC，以及 帶 PGA 和模擬多路開關 。 7. 外部數據存儲器接口 可 尋址 64K 字節(jié)地址 。 11. 片內看門狗定時器 WDT 和 VDD 監(jiān)視器 以及內置 溫度傳感器 。片內 JTAG 調試電路 可 使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的產品 得 MCU 進行不占用片內資源、全速 高速 、在系統(tǒng)調試。該JTAG 接口完全符合 IEEE 規(guī)范，完全的邊界掃描功能為生產和測試提供便利。當 MCU 單步執(zhí)行時或遇到斷點而導致的停止運行時，所有的外設（ SMBus 和 ADC 除外）都可以停止運行，從而來保持與指令執(zhí)行的同步。每個 I/O 端口引腳都可以被設置為推挽或漏極開路輸出。這與以往的標準復用數字 I/O的有著很大的區(qū)別，這種結構可支持各種的功能組合。 I/O 端口和 JTAG 引腳都可輸入 5V 的電壓信號。而對于 CIP51 內核的單片機，三分子二的指令的執(zhí)行時間只為 2 個系統(tǒng)時鐘周期內，只有部分 4 條指令的執(zhí)行時間大于 4 個系統(tǒng)時鐘周期。 XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出 ， 該反向放大器可以配置為 片內振蕩器。 單片機在啟動運行時都需要進行復位操作，使處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從此狀態(tài)開始工作。 單片機采用的復位方式是自動復位方式。 10MHZ時約為 1ms， 1MHZ時約為 10ms，所以一般為了可靠的復位，使 RST在高電平下應保持 20ms以上的時間。本文出于各方因素考慮，選用了INA128 儀用放大器集成芯片來搭建放大電路。 時其靜態(tài)電流也只有 700uA 是電池供電系統(tǒng)的理想選擇。 *具有低偏置電壓小于 50181。 *177。 15V。若采用一級放大，當放大倍數較大時，電路可能 會出現(xiàn) 不穩(wěn)定 給系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定性 ， 因此 采用兩級放大 電路 ，并在級間采用電容耦合電路，圖 所示是其電路圖。 圖 INA128 內部結構圖 圖 INA128 兩級 放大電路 南通大學杏林學院畢業(yè)設計（論文） 18 儀用放大器放大的倍數；由第 二級 INA128 輸出端的輸出電壓應為 0 到 。 1LSB。 ADC 完全由 CIP51 的特殊功能寄存器控制。可編程增益放大器接在模擬多路選擇器之后，增益可以用軟件進行配置， 從 到 16 以 2 的整數次冪遞增。轉換結束由一個狀態(tài)位指示，或者產生中斷 (如果中斷被使能 )。 1602 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧的 等 諸多優(yōu)點，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應用。 1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 各引腳標注功能為下： 第 1 腳： VSS 為地電源 。 第 5 腳： RW 決定了其 讀寫，高電平時進行讀操作， 反之為寫操作 。 數據存儲模塊設計 特別是隨著 SD 卡及 U 盤在生活中的普及，嵌入式系統(tǒng)把讀寫 SD 卡 /U 盤功圖 LCD1602 引腳結構圖 南通大學杏林學院畢業(yè)設計（論文） 21 能集成到系統(tǒng)，成為一種趨勢。 SD 卡讀寫是指單片機讀寫 SD 卡。對于 SD操作模式，讀寫速度快，控制信號線多，操作復雜，對于 SPI 操作模塊，速度慢 ， 線少，操作相對簡單。在不同的通信 模式下 ,其對應 的 SD 卡引腳的功能也不一樣 ,具體引腳功能在在下文會說明。 下面介紹 SPI 總 線工作方式?？ń涌诳刂破靼凑罩骺刂破鞯拿顚▋却鎯卧M行讀 /擦 /寫 , 具體的卡內操作主控制器無須知道、以及存儲單元如何管理的 ,這使主控制得負擔大大減輕 。 數據采集功能對于 C8051F020 來說是輕而易舉的 ,還能很容易地實現(xiàn) SD 卡的訪問。一般的數據采集需要滿足外 ,還有足夠的 I/O 端口用于與 SD 卡的連接以及顯示模塊連接。其存儲空間滿足了 SD卡需要 ,從而可以簡單地滿足文件系統(tǒng)的建立和 SD 卡訪問的需要。 SD 卡硬件功能的設計 C8051F020 MCU 的串口的主要特點有 :三線同步傳輸和全雙工模式 ,其發(fā)送數據和接受數據可以同步進行 。發(fā)送中斷標志結束設置 ,不影響 CPU 時