【正文】 光電計(jì)數(shù)器的使用范圍。1 2 31 234 4圖 42 采用光電池的光電物位傳感器結(jié)構(gòu) 單片機(jī)控制光電池計(jì)數(shù)原理單片機(jī)控制光電計(jì)數(shù)器按其功能可劃分為兩個(gè)部分，即檢測(cè)部分和信號(hào)處理單元。這兩部分可以集成在一起形成一個(gè)整體，封裝在一個(gè)表殼內(nèi)。圖 43 單片機(jī)光電計(jì)數(shù)器總體框圖光電池傳感器周期顯示處理系統(tǒng)由 AVR 系列 ATmega16 微處理器芯片作為a 遮光式 b 反射式 單片機(jī)光電池傳感器被測(cè)物體放大調(diào)理電路檢測(cè)部分 信號(hào)處理部分顯示器控制線 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 1fvfRA?????應(yīng)用系統(tǒng)其中還包括：LED 顯示器、按鍵電路和接口電路。實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話等功能。 信號(hào)采集模塊光電計(jì)數(shù)器的檢測(cè)部分由光電池構(gòu)成的光電物位傳感器和放大調(diào)理電路組成。1. LM324 介紹及運(yùn)用LM324 內(nèi)部包括有 4 個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)牡凸β蔬\(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用, 也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)的光電池在激光照射到黑線的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生 50mV 以上的電壓，要將采集到的信號(hào)進(jìn)行放大才能讓單片機(jī)接收到。要使單片機(jī)能接收到光電池感應(yīng)到的信號(hào)，那么放大電路至少要放大 40 倍才能保證單片機(jī)接收到高電平，同時(shí)也不能太高不然會(huì)燒壞單片機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)不超過 5V。2. 采集模塊電路圖本課題主要運(yùn)用非晶硅光電池對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，其方法是在三線擺擺盤上事先畫出一條黑線，實(shí)現(xiàn)用一個(gè)激光器照射在黑線附近，用 LM317 控制激光器電壓調(diào)節(jié)其亮度，利用反射式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集。+VP圖 44 激光發(fā)射及信號(hào)采集電路 單片機(jī)及其外圍電路設(shè)計(jì)ATmega16 單片機(jī)簡(jiǎn)介紹ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語言 編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器/軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板 [10]。模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊主要特性包括：10 位精度，65260μs 的轉(zhuǎn)換時(shí)間，最高分辨率時(shí)采樣率高達(dá) 15kSPS，路復(fù)用的單端輸入通道，可選的左對(duì)齊 ADC 讀數(shù)，0VCC 的 ADC 輸入電壓范圍，可選 為 ADC參考電壓，連續(xù)轉(zhuǎn)換或單次轉(zhuǎn)換模式，通過自動(dòng)觸發(fā)中斷源啟動(dòng) ADC 轉(zhuǎn)換，ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷。單片機(jī) 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)其整體結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參見附錄 1 所附的電路原理圖。 1. 復(fù)位電路和晶振電路的設(shè)計(jì)Mega16 已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計(jì)。D4 (1N4148)的作用有兩個(gè)：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+ 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時(shí)，將 R14(100K)電阻短路，讓 C3 快速放電，讓下一次來電時(shí)，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。 圖 45 復(fù)位電路和晶振電路原理圖Mega16 已經(jīng)內(nèi)置 RC 振蕩線路，可以產(chǎn)生 1M、2M、4M 、8M 的振蕩頻率。本課題設(shè)計(jì)中外接一個(gè) 的晶振，早期的 90S 系列，晶振兩端均需要接 22pF 左右的電容。不過為了線路的規(guī)范化仍然接上。精度為滿足課題所需設(shè)計(jì)要求。單片機(jī) 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 AVC10uHLpF7653829REGNDISPin4MOTKJBMega16 內(nèi)帶 標(biāo)準(zhǔn)參考電壓。不過一般的應(yīng)用使用內(nèi)部自帶的參考電壓已經(jīng)足夠。應(yīng)用時(shí)，可以將 AVCC 直接接到 VCC， AREF 懸空。本課題為了讓電路更加穩(wěn)定沒有懸空（圖 46）。使用雙排 25 插座。圖 47 ISP 下載接口電路原理圖 LED 顯示 模塊1. 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及其工作原理數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為 1 位、2位、4 位等等數(shù)碼管（如圖 48）；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 圖 48a 1 位數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 圖 48b 2 位數(shù)碼管封裝圖2. LED 顯示器顯示方式及使用靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。3. 顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)74HC04/74HCT04 是六反相器,高速 CMOS 器件，低功耗肖特基的TTL(LSTTL)電路。通過單片機(jī)連接反向器對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行選通。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 abcdefgpom2134USR056KΩ87ANHCPWLEB9D圖 410 顯示系統(tǒng)原理圖圖 411 顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在本課題所研究的“三線擺”法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)平臺(tái)輔助裝置的實(shí)驗(yàn)過程中，最重要的數(shù)據(jù)就是擺盤的周期，改進(jìn)后采用光電池作為傳感器計(jì)數(shù)，大大提高了實(shí)驗(yàn)的精度。 電源模塊設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)輔助裝置直接引用實(shí)驗(yàn)測(cè)量平臺(tái)所提供的 24V 直流電源，主要電路模塊所需電壓為 5V，在激光器供電部分，為了調(diào)節(jié)激光器的亮度要求設(shè)計(jì)一個(gè)電壓變化為 ~5V 的可調(diào)電源。通過電源模塊用到LM2576 轉(zhuǎn)化成直流 5V 給整個(gè)裝置供電。1. 測(cè)量系統(tǒng)供電電路供電電路設(shè)計(jì)LM2576 系列的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供壓降開關(guān)穩(wěn)壓器（buck）的各種功能，能驅(qū)動(dòng) 3A 的負(fù)載調(diào)整能力。這些穩(wěn)壓器內(nèi)部含有頻率補(bǔ)償器和一個(gè)固定頻率振蕩器，將其外部電路減到最少，使用簡(jiǎn)便 [11]。一般情況下不需要或只要很小尺寸的外加散熱片。輸出開關(guān)包括逐周限流，以及在故障狀態(tài)下A?提供完全保護(hù)熱關(guān)斷功能。F1 為保險(xiǎn)管當(dāng)負(fù)載過高或者短路時(shí)保險(xiǎn)管熔斷，保護(hù)電路。LED12 串聯(lián)接上一個(gè)電阻 R39（2K）防止 LED 被燒壞。317 系列穩(wěn)壓塊的型號(hào)很多：例如 LM317HVH、W317L 等。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計(jì)算.(42)僅僅從公式本身看，RR2 的電阻值可以隨意設(shè)定。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 ~3GNDVIAJOUT6LM7Headr+5首先 317 穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是 Vo=~37V（高輸出電壓的 317穩(wěn)壓塊如 LM317HVA、LM317HVK 等，其輸出電壓變化范圍是Vo=~45V），所以 R2/R1 的比值范圍只能是 0~，在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時(shí)的高壓把 317 燒壞。為了能方便調(diào)節(jié)光照亮度，激光器供電電路要求可調(diào)如圖。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 第 5 章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在確定了周期信號(hào)的采集方式的情況下，現(xiàn)對(duì)控制圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)角度及釋放圓盤的裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)。本課題所設(shè)計(jì)的測(cè)試機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置部分可分為：擺盤夾取裝置、定位移動(dòng)裝置、轉(zhuǎn)角定位和計(jì)數(shù)傳感裝置以及其他部分。Y 方向Z 方向X 方向電磁鐵實(shí)驗(yàn)臺(tái)立柱 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 所設(shè)計(jì)的裝置應(yīng)滿足以下三點(diǎn)設(shè)計(jì)要求：1. 所設(shè)計(jì)裝置在實(shí)驗(yàn)過程中能有效的減小或者避免改進(jìn)之前實(shí)驗(yàn)人工操作時(shí)所帶來的誤差。3. 所設(shè)計(jì)裝置必須具有一定的可調(diào)節(jié)性，并且調(diào)節(jié)精度要滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)操作不方便收集“線擺”法測(cè)慣量設(shè)想方案草圖設(shè)計(jì)“三線擺”改進(jìn)裝置機(jī)構(gòu)模擬AutoCAD 工程圖裝配調(diào)試實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置3D 動(dòng)態(tài)模擬YYY Y YN N NNN N N圖 52 機(jī)械設(shè)計(jì)流程圖 擺盤夾取裝置的設(shè)計(jì)用三線擺測(cè)圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需要將圓盤扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度，盡管對(duì)于通?！叭€擺”法測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)裝置，由擺角所造成的已定系統(tǒng)誤差可在測(cè)量結(jié)果中進(jìn)行適當(dāng)修正，不會(huì)影響“剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量”的測(cè)量誤差，因此擺角限值不應(yīng)要求相當(dāng)小。爪頭部分由兩內(nèi)徑和擺盤外徑相同的兩彎臂鉸接而成，兩彎臂的尾部有一彈簧，使兩彎臂處于外張狀態(tài)，通過電磁的通斷控制，控制夾頭的張合，可夾住“擺盤”進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，抓頭上有兩塊厚塑料，其主要功能是防止磨損擺盤和在夾取的時(shí)候防止讓擺盤變形。并減小手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤的人為誤差，現(xiàn)設(shè)計(jì)了一?種簡(jiǎn)易機(jī)構(gòu)，可以通過該機(jī)構(gòu)夾住圓盤，旋轉(zhuǎn)圓盤調(diào)整到指定度數(shù)后，再釋放即可令圓盤作來回?cái)[動(dòng)。下面是對(duì) 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及分析。其外形尺寸為：13011510mm。其特性為：容易固定以及連接負(fù)載 溫升穩(wěn)定，可延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命并確保良好性能 E 扣環(huán)及橡皮墊圈使電磁閥靜音運(yùn)作 低磨擦確保高效率并延長(zhǎng)壽命 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易可靠。電磁鐵在通電一段時(shí)間后溫度會(huì)發(fā)生改變，吸力特性也隨著可動(dòng)鐵芯的移動(dòng)發(fā)生著變化。斷電后彈簧復(fù)位，在此過程中行程 10mm。單次通電工作時(shí)間：1~10s。 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 圖 54 電磁鐵的實(shí)物圖 夾頭設(shè)計(jì)夾頭的功能主要是夾緊及釋放圓盤，經(jīng)過分析比較、調(diào)查研究后，決定利用電磁鐵來實(shí)現(xiàn)這一功能，其工作原理在上文中已經(jīng)提到過。圖 55a 電磁鐵未通電時(shí)狀態(tài) 圖 55b 電磁鐵通電時(shí)狀態(tài) 在上圖中可以看到，本課題所設(shè)計(jì)的夾爪部分是由兩個(gè)弧形的板件通過螺栓相互鉸接接而成，在螺栓的下方墊有兩個(gè)墊片，且螺栓未擰緊，從而保證了夾頭能夠自由的夾緊和釋放。在兩夾抓的另外一端由一彈簧連接，當(dāng)電磁鐵處于伸長(zhǎng)狀態(tài)下，彈簧產(chǎn)生一個(gè)收縮的力使夾頭的張開，以便于測(cè)量的時(shí)候固定擺盤位置。因?yàn)殡姶攀峭ㄟ^剛性繩和兩抓頭相連，所以抓頭會(huì)同時(shí)向中間靠攏，又因?yàn)殡姶盆F的拉力為 3kg，所以不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置造成損傷。定位部分主要設(shè)計(jì)了一個(gè)定位錐，將定位錐固定于測(cè)試平臺(tái)的最中間，定位夾爪彈簧螺栓夾爪頭電磁鐵剛性繩 完美 WORD 格式 專業(yè)整理分享 錐移動(dòng)平臺(tái)時(shí)將定位錐對(duì)準(zhǔn)“三線擺”擺盤的中心位置。它主要用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)