【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? 。從上式可以看出 ,對于某一系統(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。 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 。 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。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。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)行測量的設(shè)備其信號的傳輸上較麻煩和困難。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 對于旋轉(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)也就是俗稱的動態(tài)。 Induction motor 。 本文便是運(yùn)用 C8051F020 單片機(jī)來構(gòu)建的角加速度測量儀。 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)臺控制中的應(yīng)用 [J]．自動化技術(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 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技術(shù)，另外一種基于 heterodyne 技術(shù)。在這種角加速度計(jì)中，高磁阻無定形線具有磁應(yīng)力效應(yīng)。當(dāng)噪聲信號和原始信號的帶寬完全分開時(shí)，僅僅噪聲衰減是容易做到的。而 Y 類角加速度傳感器則是測量旋轉(zhuǎn)物體相對于絕對空間 ( 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。在研究汽車碰撞時(shí)對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 業(yè) ： 自動化（工業(yè)電氣自動化） 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)用在測試方面，如飛機(jī)的機(jī)動性能測試，交通工具的啟動及剎車性能的測試。 x 類是指測 量某一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的相對角加速度信息的，這類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)動的被測物體上。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(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定形線制作的角加速度 [12]。 1998 年，德國 研究人員 AngelikaTaubner 等人報(bào)導(dǎo)了采用柵干涉原理來測量角加速度、角速度和角位移。當(dāng)殼體受到水平線加速度時(shí)，慣性力不會使飛輪相對殼體有角位移，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]，在開環(huán)壓阻式角加速度計(jì)的基礎(chǔ)上，他們對敏感質(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)換成電信號輸出，輸出的電信號與旋轉(zhuǎn)角加速度直接對應(yīng)，因此測量精度較高，而且，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便 [13]。 撰寫開題報(bào)告、期中報(bào)告、畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。 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。 針對國內(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)的電信號輸出，輸出電壓信號跟其旋轉(zhuǎn)角加速度直接可一一對應(yīng)，且結(jié)構(gòu)比較簡單，測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],在開環(huán)壓阻式角加速度傳感計(jì)的基礎(chǔ)上對敏感質(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]，在開環(huán)壓阻式角加速度計(jì)的基礎(chǔ)上，他們通過對敏感質(zhì)量環(huán)進(jìn)行 力反饋的測量，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，反方面來說目前我國角加速度傳感器研究是屬于有待進(jìn)一步發(fā)展的分支，近幾年來我國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)入動態(tài)運(yùn)行中。輸出繞組感應(yīng)產(chǎn)生的電勢實(shí)際就是交流異步測速發(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)子不動時(shí)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(chǎn)生的附加都很小剩余電壓很小。交流異步測速發(fā)電機(jī)與直流測速發(fā)電機(jī)一樣，是一種測量轉(zhuǎn)速或傳感轉(zhuǎn) 速信號的元件，它可以將轉(zhuǎn)速信號變?yōu)殡妷盒盘?。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。測量信號經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換模塊后輸入至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)收到的信號對信號進(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 ）對單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì) ，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測量電機(jī)旋轉(zhuǎn)角加速度，并且使其數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)顯示出來和存儲 [12]。 7. 外部數(shù)據(jù)存儲器接口 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。若采用一級放大，當(dāng)放大倍數(shù)較大時(shí)，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。 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，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作， 反之為寫操作 。 SD 卡讀寫是指單片機(jī)讀寫 SD 卡。在不同的通信 模式下 ,其對應(yīng) 的 SD 卡引腳的功能也不一樣 ,具體引腳功能在在下文會說明?？ń涌诳刂破靼凑罩骺刂破鞯拿顚▋?nèi)存儲單元進(jìn)行讀 /擦 /寫 , 具體的卡內(nèi)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(fù)擔(dān)大大減輕 。一般的數(shù)據(jù)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。 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)