【正文】 上設(shè)有鑲嵌輸出繞組的繞組槽。 圖 空心杯轉(zhuǎn)子交流異步測(cè)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(guò)勵(lì)磁繞組，竟而產(chǎn)生一個(gè)恒定的氣隙磁通 1? 。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(lái)反映旋轉(zhuǎn)角加速度的大小的變化。 本論文主要研究基于 C8051F020MCU 的新型角加速度測(cè)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(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及研究?jī)r(jià)值，并簡(jiǎn)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(cè)量系統(tǒng) 的方案論證； 第四章主要介紹了測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)； 第五章主要介紹了測(cè) 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(cè)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(cè)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 T 。 比如作為工業(yè)支柱的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中 ,歐美國(guó)家已有十余種角加速度傳感器投放生產(chǎn) ,而本國(guó)的汽車(chē)角加速度傳感器市場(chǎng)卻非常不景氣絕大部分依賴(lài)外國(guó)進(jìn)口 ，這也導(dǎo)致本國(guó)汽車(chē)業(yè)深發(fā)展得到了阻礙。在 1940 年，德國(guó)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。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(cè)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。上面利用壓阻效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備其信號(hào)的傳輸上較麻煩和困難。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 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(chēng)的動(dòng)態(tài)。 Induction motor 。 本文便是運(yùn)用 C8051F020 單片機(jī)來(lái)構(gòu)建的角加速度測(cè)量?jī)x。 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。 翻譯資料。 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(guó)專(zhuān)利： [3]馮浩 .電磁式旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器 [P].中國(guó)專(zhuān)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(ài)珍，林明邦，鄒桂根 .一種新的精密角加速度計(jì) 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設(shè)計(jì)一種新型角加速度測(cè)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。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)。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。它們開(kāi)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)。在這種角加速度計(jì)中，高磁阻無(wú)定形線具有磁應(yīng)力效應(yīng)。當(dāng)噪聲信號(hào)和原始信號(hào)的帶寬完全分開(kāi)時(shí)，僅僅噪聲衰減是容易做到的。而 Y 類(lèi)角加速度傳感器則是測(cè)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(lèi)傳感器直接安裝在被測(cè)物體上。在研究汽車(chē)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。 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(zhuān) 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。角加速度傳感器，除應(yīng)用于控制系統(tǒng)中，還大量地應(yīng)用在測(cè)試方面，如飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能測(cè)試，交通工具的啟動(dòng)及剎車(chē)性能的測(cè)試。 x 類(lèi)是指測(cè) 量某一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的相對(duì)角加速度信息的，這類(lèi)角加度傳感器的特點(diǎn)是；從結(jié)構(gòu)上看，它可以嚴(yán)格地分成兩個(gè)組成部分，其中之一是安裝在參考物體 ( 選為參考點(diǎn) )上，而另一部分則是安裝在作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的被測(cè)物體上。然而，微分過(guò)程固有的噪聲放大特性要求在信號(hào)處理之前，需要對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行高頻噪聲濾波處理。 1995 年， RaidLassow 等人報(bào)導(dǎo)了一種采用鐵磁性無(wú)定形線制作的角加速度 [12]。 1998 年，德國(guó) 研究人員 AngelikaTaubner 等人報(bào)導(dǎo)了采用柵干涉原理來(lái)測(cè)量角加速度、角速度和角位移。當(dāng)殼體受到水平線加速度時(shí)，慣性力不會(huì)使飛輪相對(duì)殼體有角位移，角度傳感器的輸出為零。 哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)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(kāi)環(huán)壓阻式角加速度計(jì)的基礎(chǔ)上，他們對(duì)敏感質(zhì)量環(huán)進(jìn)行力反饋，提出閉環(huán)力平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。傳感器的轉(zhuǎn)軸和被測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸同軸安裝，直接把旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)角加速度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，輸出的電信號(hào)與旋轉(zhuǎn)角加速度直接對(duì)應(yīng)，因此測(cè)量精度較高，而且，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便 [13]。 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告、期中報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 5 月 29 日前 交畢業(yè)論文草稿 － 修改完善畢業(yè)論文，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)成果顯示和驗(yàn)收。此方法在科研生產(chǎn)中有一定應(yīng)用價(jià)值。 Acceleration tachogenerator。 針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)的不足，所以提出一種新型角加速度傳感器，是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ) ，角加速度傳感器的轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)械同軸安裝，從而快速直接地把旋轉(zhuǎn)軸上旋轉(zhuǎn)角加速度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)輸出，輸出電壓信號(hào)跟其旋轉(zhuǎn)角加速度直接可一一對(duì)應(yīng)，且結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，測(cè)量精度較高和使用較方便。 與其相似的還有壓阻式復(fù)合慣性加速度傳感器 [2],在開(kāi)環(huán)壓阻式角加速度傳感計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)敏感質(zhì)量環(huán)進(jìn)行力反饋 ,從而提出了閉環(huán)力平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。哈工大自動(dòng)化學(xué)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(kāi)環(huán)壓阻式角加速度計(jì)的基礎(chǔ)上，他們通過(guò)對(duì)敏感質(zhì)量環(huán)進(jìn)行 力反饋的測(cè)量，提出閉環(huán)力平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。起初 ,角加速度傳感器應(yīng)用于國(guó)家軍事工業(yè)上。 總之，角加速度傳感器在各種行業(yè)及領(lǐng)域中有著較為廣泛的應(yīng)用前景，反方面來(lái)說(shuō)目前我國(guó)角加速度傳感器研究是屬于有待進(jìn)一步發(fā)展的分支，近幾年來(lái)我國(guó)在角加速度傳感器的發(fā)展雖然取得了可喜的進(jìn)步 ,但是離其實(shí)用化、商業(yè)化、產(chǎn)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(shè)計(jì)的合理性仍需要產(chǎn)品的不斷優(yōu)化 。最終實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示，與數(shù)據(jù)保存及串口通信 []。當(dāng)原動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩不等時(shí) ,旋轉(zhuǎn)角加速度隨即發(fā)生變化 , 從而引起轉(zhuǎn)速的變化 ,系統(tǒng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)運(yùn)行中。輸出繞組感應(yīng)產(chǎn)生的電勢(shì)實(shí)際就是交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出的空載電壓，其大小正比于轉(zhuǎn)速，其頻率為勵(lì)磁電源的頻率。 圖 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 電磁式角加速度傳感器的基本結(jié)構(gòu) 一種旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，其包括機(jī)座，位于前后端蓋之間，穿過(guò)前端蓋和后端蓋的轉(zhuǎn)軸軸心，分別置于轉(zhuǎn)軸與前端蓋和轉(zhuǎn)軸與后端蓋之間有著高速軸承。 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(lì)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(nèi)定子鐵心與 1轉(zhuǎn)軸同軸心，內(nèi)外定子鐵心之間存在 間隙， 7杯形轉(zhuǎn)子繞組與 1轉(zhuǎn)軸， 8內(nèi)定子鐵心以及 6外定子鐵心同軸； 交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： *采用四極繞組當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)每一瞬間穿過(guò)短路環(huán)的兩路脈振磁通其方向相反，從而產(chǎn)生的附加都很小剩余電壓很小。交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)與直流測(cè)速發(fā)電機(jī)一樣，是一種測(cè)量轉(zhuǎn)速或傳感轉(zhuǎn) 速信號(hào)的元件，它可以將轉(zhuǎn)速信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。在外部采用適當(dāng)電路，產(chǎn)生一個(gè)校正電壓抵消剩余電壓。測(cè)量信號(hào)經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換模塊后輸入至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的信號(hào)對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波處理，以輸送到各個(gè)模塊。 單片機(jī)的選取 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路（如圖 ）對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì) ，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測(cè)量電機(jī)旋轉(zhuǎn)角加速度，并且使其數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)顯示出來(lái)和存儲(chǔ) [12]。 7. 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口 可 尋址 64K 字節(jié)地址 。片內(nèi) JTAG 調(diào)試電路 可 使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品 得 MCU 進(jìn)行不占用片內(nèi)資源、全速 高速 、在系統(tǒng)調(diào)試。當(dāng) MCU 單步執(zhí)行時(shí)或遇到斷點(diǎn)而導(dǎo)致的停止運(yùn)行時(shí)，所有的外設(shè)（ SMBus 和 ADC 除外）都可以停止運(yùn)行，從而來(lái)保持與指令執(zhí)行的同步。這與以往的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)用數(shù)字 I/O的有著很大的區(qū)別，這種結(jié)構(gòu)可支持各種的功能組合。而對(duì)于 CIP51 內(nèi)核的單片機(jī)，三分子二的指令的執(zhí)行時(shí)間只為 2 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期內(nèi)，只有部分 4 條指令的執(zhí)行時(shí)間大于 4 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。 單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都需要進(jìn)行復(fù)位操作，使處理器 CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從此狀態(tài)開(kāi)始工作。 10MHZ時(shí)約為 1ms， 1MHZ時(shí)約為 10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，使 RST在高電平下應(yīng)保持 20ms以上的時(shí)間。 時(shí)其靜態(tài)電流也只有 700uA 是電池供電系統(tǒng)的理想選擇。 *177。若采用一級(jí)放大，當(dāng)放大倍數(shù)較大時(shí)，電路可能 會(huì)出現(xiàn) 不穩(wěn)定 給系統(tǒng)帶來(lái)不穩(wěn)定性 ， 因此 采用兩級(jí)放大 電路 ，并在級(jí)間采用電容耦合電路，圖 所示是其電路圖。 1LSB?？删幊淘鲆娣糯笃鹘釉谀M多路選擇器之后，增益可以用軟件進(jìn)行配置， 從 到 16 以 2 的整數(shù)次冪遞增。 1602 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的 等 諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類(lèi)儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 第 5 腳： RW 決定了其 讀寫(xiě)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作， 反之為寫(xiě)操作 。 SD 卡讀寫(xiě)是指單片機(jī)讀寫(xiě) SD 卡。在不同的通信 模式下 ,其對(duì)應(yīng) 的 SD 卡引腳的功能也不一樣 ,具體引腳功能在在下文會(huì)說(shuō)明。卡接口控制器按照主控制器的命令對(duì)卡內(nèi)存儲(chǔ)單元進(jìn)行讀 /擦 /寫(xiě) , 具體的卡內(nèi)操作主控制器無(wú)須知道、以及存儲(chǔ)單元如何管理的 ,這使主控制得負(fù)擔(dān)大大減輕 。一般的數(shù)據(jù)采集需要滿(mǎn)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。 SD 卡硬件功能的設(shè)計(jì) C8051F020 MCU 的串口的主要特點(diǎn)有 :三線同步傳輸和全雙工模式 ,其發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)可以同步進(jìn)