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1、┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊摘要本设计的任务是开发设计一个测量室内风速、风向的仪器,要求测量风速在1m/s在测量过程中,被测风速在1m/s以内。本文对风速/风向的测量基于超声波的渡越时间差。超声波在空气中的传播速度与气流速度产生叠加现象。在固定的测量路径内,与超声波传播方向同向的风速分量增大了超声波传播速度,从而使渡越时间减小;与超声波传播方向反向的风速分量,相反的,使超声波传播速度减小,从而使渡越时间增大。双向测量渡越时间,就可以通过这两个渡越时间计算出测量路径内的风速。并且同时可以测出该风向。本文在对超声风速测量原理分析和反复试验的基础上设计了室内微风传感器的硬件电路,对所应用的超声传感器、电路各组成部分和主要器件功能做了详细介绍,并编写了相应单片机控制软件。最后总结了微风传感器的特点,对前景进行了分析和展望。该测风系统利用时差法超声。

2、波测风原理设计了风速风向测量系统实现了对瞬时风速风向的精确测量克服了传统测风仪测量精度不高和使用环境受限制等缺点。这句话从哪来的? 在哪能体现? 实验结果还是?关键词:微风测量、风速仪、超声传感器、单片机、串行通讯AbstractThe task of this design is to devolopesign a device to measurement of indoor wind speed and wind direction,, and wind speed measurement in the wind speed should be lower than 1m/s during the measurement requirements.In this paper, the wind speed and direction measurement based on ultr。

3、asonic transit time difference. Ultrasonic propagation in air speed and air velocity superposition phenomenon. In the measurement of fixed route, and the ultrasonic propagation direction to the same wind velocity component increases thevelocity of ultrasonic wave, so that the transit time is reduced; wind component,reverse and ultrasonic wave propagation direction on the contrary, theultrasonic pr。

4、opagation velocity decreases, so that the transit time is increased.Bidirectional measurement of transit time, can be calculated by the two transit time measurement of wind velocity within the path. On the basis of analysis of the principle of ultrasonic velocity measurement and lots of experiments, the hardware circuit of the indoor airflow sensor is designed in this thesis. The ultrasonic transd。

5、ucers and the main components used in the circuit are introduced in detail. The MCU (Micro Control Unit) based control software is programmed. In conclusion, the characteristics of the indoor airflow sensor are summed up and the development prospect is analyzed. A This wind measurement system which is designed by using the time difference method can measure the instantaneous wind exactly. Compared。

6、 with the traditional wind measurement, it also has a higher precision without the use of space limitation.Key words: Cold storage Anemometer Refrigerating system Ammonia Compressor 这个关键词怎么不翻译???????Indoor airflow measurement wind velocity indicato ultrasonic sensor MCU serial communication目录摘要 1Abstract 11 绪论 11.1 引言 11.2 文献综述 11.2.1 基于单片机的CNC系统 21.2.2 基于可编程控制器(PLC)的CNC系统 31.2.3 基于液压控制系统的自动U型弯管机C。

7、NC系统 31.2.4 基于工业PC的CNC系统 3 1.3 设计思路 41.4 内容安排 52 基于单片机的弯管机控制原理 62.1 超声风速测量原理 62.2 超声换能器工作原理 72.3 40LPT16超声换能器 92.4 空间结构设计 103 单片机控制系统硬件电路设计 123.1 硬件设计总体结构 123.2 AT89S51单片机与部分外围电路 133.3 超声风速测量电路 153.3.1 光耦继电器和反相器 15 3.3.2 开关驱动接收电路 163.3.3 滤波电路 183.3.4 比例放大电路 203.3.5 回波检测电路 213.3.6 TL431电压偏置电路 22 3.4 小结 224 单片机控制系统软件设计 244.1 串行通讯 244.2 风速测量软件设计流程 244.3 实验结果 284.4 小结 29结 论 30致 谢 31参考文献 32附录(一):应用程序 3。

8、4附录(二):外文文献翻译及原文 40┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊安徽工业大学工商学院 毕业设计(论文)说明书1 绪论1.1 引言 随着国内工业现代化程度的日益提高,过去老式的机械液压式夸管机已不能满足越来越高的精度要求和大规模生产的韶要,因为其精度差,工人劳动强度大,效率低下。因而到了八十年代中期出现了由Z- 80单板机作控制器的数控育管机,但由于它体积大、拢扰能力差等缺点,也不能很好地满足工作的书要。单片机以其优良的性能,很强的扰干扰能力,在对传弘技术改造中,扮演了越来越盆要的角色。以单片机为核心的新里效控夸管机是一种高效率、高精度的数控夸管机,它休积小巧,操作灵活,能够夸曲管径从。24mm-r}60mm的各种管子.育曲最大角度为196度,专曲精度达到士1度,非常适合弯曲大批f、不同角度值的管子。1.2 文献综述钢管弯管机是用来制作特殊。

9、钢管结构构件的液压机械设备,用单片机构件钢管及的自动控制系统,用于管线转弯处。弯管机的发展与计算机技术的发展息息相关,早在20世纪70年代时,美国 EATONLEONARD公司就已经研制生产了计算机数控弯管设备,首创计算机编程数控弯管之先河,大大提高了当时的数控弯管水平。 20世纪 80年代,日本千代田工业株式会社在美国 EATONLEONARD公司的研究成果上,成功研制了 M-1型管型测量机和 EC、TC两种系列十多种型号的数控弯管机,功能非常强大,很快便以崭新的技术面貌挤入了国际市场。我国的数控弯管机研究起步较晚,但发展很快,早在 1970年武昌造船厂就研制成功一台数控弯管机,这是国内自主研制的第一台数控弯管机。1973年武昌造船厂又成功研制了 SKWG-2型数控弯管机。此后上海造船厂工艺研究所等多家国内企业也陆续研制出了数控弯管机。目前我国弯管加工的现状是既有自动化程度高的数控弯管机。

10、,也有半自动的数控弯管机,甚至还有相当一部分中小企业还在使用传统的手工弯管,具有典型的“老、中、青”(即手工弯管设备、半自动弯管机床和全自动弯管机床)三者结合的中国特色。该类弯管机的控制系统主要有:基于单片机的CNC系统、基于PLC的弯管机控制系统、PROFIBUS现场总线的中频液压弯管机控制系统、基于PLC与步进电机的全自动数控弯管机控制系统、新型缠绕式液压弯管机控制系统、基于上下位机的中频弯管机控制系统、基于PLC与伺服电动机的全自动弯管机控制系统、基于液压控制系统的自动U型弯管机控制系统、大口径中频加热弯管机控制系统。 1.2.1 基于单片机的CNC系统重要的单片机型号有MSC-51系列单片机、MC9S12XS12N系列单片机。采用单片机开发的数控弯管机成本低,其操作简单、实时性好、现场的适应能力强。并且机床操作方便、人机界面友好,因此,一般都用来开发简易的经济性数控机床。MCS-5。

11、1 系列单片机MCS-51 系列单片机是INTEL公司在MCS-48系列的基础上,在80年代初又推出的高性能的8位单片机。它与48 系列相比,在片内存储器容量、I/0口的功能以及指令系统功能等方面,都大大地得到加强。就MCS-51系列单片机特别适用于实时控制、智能仪表、主从结构的多机系统等领域,是工业检测、控制领域中最理想的8位单片机。MCS-51系列单片机的三个基本产品为8031、8751、8051。它们的指令系统完全兼容,但在内部结构及应用特性方面存在一些差异1.2.2 基于可编程控制器(PLC)的CNC系统1.PLC在弯管机控制系统中的优点(1)用PLC控制弯管机时,工作可靠性高;(2)该类弯管机控制系统具有操作系统简单。方便、工人劳动强度低、危险系数小、人力成本低等优点;(3)其控制速度快;(4)可以在条件艰苦的工作环境中工作;(5)安装容易,施工方便;(6)可靠性高,使用寿命长,。

12、可扩展性强;(7)有自诊断能力,维护工作量小。2.基于上下位机的中频加热液压弯管机控制系统控制系统组成:中频液压弯管机组电气自动化控制系统主要是由数字式步进液压伺服控制系统、中频感应加热电源控制系统、工业控制计算机与PLC组成的工业现场网络控制系统组成。具体控制方案设计是采用工业控制计算机作为上位机,完成对整个机组工作过程的动态监控、状态管理、数据记录、系统管理、参数处理等功能。PLC 作为下位机用于完成对整个弯管生产过程中弯管角度、主机速度、升降缸位移、加热温度、功率、电压、冷却喷淋、液压系统等的顺序控制。基于上下位机的中频加热液压弯管机系统图1.2.3 基于液压控制系统的自动U型弯管机CNC系统数控弯管机弯管效率高,管件质量稳定,可迅速提高机加车间的生产效率。特别适合大批量多种类管件生产。目前国内的锅炉制造厂家大部分仍采用手动弯管。该类的PLC控制系统可自动完成送管、置位、弯管、复位、。

13、翻身等操作;控制系统以PLC为核心,稳定可靠;步进电动机保证了送管的精度;触摸屏提供了更直观的人机界面基于PLC与步进电动机控制系统组成1.2.4 基于工业PC的CNC系统随着PC机功能的逐渐强大和完善。工业界己将PC机应用于自动化领域,为了经受高低温冲击、潮湿、振动、电磁干扰、粉尘等恶劣工作环境的考验,生产商通过增加密封保护、过滤器、板压条和额外风扇等措施,形成了工业PC.在弯管机数控系统中,采用PC或工业PC主板作为CNC平台,通过在主板(或母板)上的PCI/ISA槽插入实现NC功能的各种模块,如运动控制卡、DA板、工/0板等等,构成具有高度灵活性的弯管机数控系统。充分利用Windows操作系统的资源和用高级语言编程,能够使数控软件系统的功能更强大。目前,常用的管材弯曲成形方法有绕弯、推弯、滚弯和压弯等,其中绕弯容易实现自动化,因此目前弯管机多以弯管为主。但是,由于绕弯需要将钢管缠绕在。

14、模轮上加工成形,而模轮的半径受到限制的,因此在加大曲率的弯件时绕弯显得无能为力,而需要使用滚弯的方式。为了增加弯管机的柔性,必须将绕弯和滚弯集成到弯管机上,以实现从小曲率和大曲率管件的加工。随着数控技术和计算机技术的发展,管件成形也从手工、半自动化方式发展到数控全自动加工方式,并且,基于PC的开放式的数控系统也逐步替代了传统的专用的PLC数控系统。从实现结构上来看,基于PC的开放式数控系统大致分为4种结构形式:PC连接NC型,PC嵌入NC型,NC嵌入PC型和全软件型。1.3 设计思路本设计采用四个压电超声换能器组成传感器阵列测量风速,压电超声换能器体积小,工作电压较静电超声换能器小,工作频率范围可从20KHz至20GHz,频带较静电超声换能器窄,但是用于固定近距离的风速测量完全可以满足要求。将四个超声换能器两两相对设置,轮流工作,测量两个不同方向的固定路径内的风速,用于风速风向信息的合成。。

15、由于设计要求室内微风传。省略部分。 SBUF=U_Time[j]; while(!TI); TI=0; } }//****每个超声换能器探测完清标志位****// PSW=0x00; //清程序状态字 IE=0x00; //清中断控制寄存器 TCON=0x00; //清中断请求标志及外部中断方式选择寄存器 } while(1); }}/**********************************///****子程序名:delay(void)****////****功能:长延时****///**********************************/void delay( ) //延迟时间为{1+[1+(1+1+2)×R0+2]×R2}×机器周 //期=50150.5μs{ #pragma ASM MOV R2,#100 LOP2:MOV R0,#250 LOP3:NOP 。

16、NOP DJNZ R0,LOP3 DJNZ R2,LOP2 #pragma endasm}/**********************************///****子程序名:pulse(void)****////****功能:产生1个40KHz脉冲信号****///**********************************/void pulse( ){ #pragma asm CPL P1.4 MOV R0,#11 NOP NOP HDELAY:DJNZ R0,HDELAY CPL P1.4 #pragma endasm}/**********************************///****子程序名:delay250μs(void)****////****功能:延迟250μs****///**********************************。

17、/void delay250us( ) //延迟时间为(1+1+2)×R2×机器周期{ #pragma asm MOV R2,#125 LOP:NOP NOP DJNZ R2,LOP #pragma endasm}/**********************************///****子程序名:delay180μs(void)****////****功能:延迟180μs*****///**********************************/void delay180us( ) //延迟时间为(1+1+2)×R2×机器周期{ #pragma asm MOV R2,#90 LOP4:NOP NOP DJNZ R2,LOP4 #pragma endasm}/**********************************///****外部中断程序:Ext_Int0(。

18、 )****////****功能:接收回波信号处理****///**********************************/void Ext_Int0(void) interrupt 0 using 2{ EA=0; //关总中断 Flag=1; //置回波接收标志位 if(--k==0) { TR0=0; //停止计时 EX0=0; //关外中断 ET0=0; //关定时器T0中断 U_Time[j]=TH0-0xB1; //接收到第十次回波以后计算超声时间 j++; U_Time[j]=TL0-0xE0; j++; i--; }}/**********************************///****定时器0中断程序:T0_Int( )****///**********************************/void T0_Int(void) inter。

19、rupt 1 using 3{ EA=0; //关总中断 TR0=0; //停止计时 EX0=0; //关外中断 ET0=0; //关定时器T0中断 Flag=1; //置回波接收标志位 k=0; //单个超声换能器发射接收过程循环次数置为0//****在10ms内若没有接收到第十次回波则将此组时间赋值****// U_Time[j]=0x16; j++; U_Time[j]=0xf8; j++; i--;}附录(二):外文文献翻译及原文连续超声波风速仪特性研究关键词:超声波、风速仪、连续波、相位差摘要:本文给出了一种超声波风速仪的特性分析fengsu。

20、。这种超声波风速仪通过测量连续波超声波的相位差,根据超声波接收机布局和数量的不同,确定风向和风速。在超声信号的传播路径、超声信号的传播路径和风的夹角相同的情况下,本文对接收机布局和数量不同的风速仪的灵敏度和测量范围进行了几何分析和实验验证。 1 引言利用超声波信号测量风向和风速不仅用于气象观测,也广泛应用于各行业[1-2]。超声波式比机械式更准确,比MEMS型更耐用[3]。超声风速仪,已被研究和开发,传统上采用高频传感器测量风向和风速的TOF(飞行时间)方法[4 - 7]。该仪精度高,但是使用高频收发信机,使其生产成本高,而且很难减小其体积。目前,已经提出了解决这些问题的一种新的测量方法,这种方法是在具有方向性的低频发射机的信号覆盖范围内,布置多个接收机,进而测量他们接收到的连续波超声信号的相位差,以此来实现对风的测量[8]。此方法允许几百赫兹的高采样率和高精度的信号处理;另外它使用相对。

21、便宜的低频超声波传感器,降低了制造成本。此外,风速仪电路简单,并且发送和接收电路的完全分离,十七易于制造和维护。在本文中,对一种风速仪的灵敏度和测量范围特性进行了分析和验证。这种风速仪根据超声接收器的布局和数量,测量连续波超声信号的相位差,从而得到风速和风向。上述对风速仪的灵敏度和测量范围特性的分析和验证是基于制造的传感器模型、风速、风向的测量值进行的。2 连续风速超声风速仪的工作原理2.1 通用的二维连续波超声风速仪通用的二维连续波超声风速仪(CWUA)从一个发射器连续发送的超声波信号,发送的连续波超声信号在较宽范围内具有指向性;故而多个超声信号接收器需要部署在发射器指向性的范围内;进而测量接收机接收到的连续波超声信号的相位差,以此来计算风速和风向[8]。,风速仪计算风向和风速方法随接收机的排布和数量的变化而变化。2.2 四个超声波接收器如果连续波超声风速仪使用四个接收机来实现,则如图2。

22、-1所示,接收器必须安装在距离两条相互垂直直线的交汇点距离为(d)的直线上,并且接收机安装角度要适当,使得接收机必须面多发射机。假设这两直线表示x和y轴,风的速度和方向是由风速在坐标轴上的投影向量合成得到。图2-1 超声波传感器的排布(四接收机)如图2-1所示,通过测量超声波接收器RE和Rw接收到的信号的相位差,可以得到风在x轴方向的分量。上述测量相位差(△t)表示为(1)。由(1)推导得出的(2)表示风速在坐标轴上的投影速度(v)。用测量相位差的确定是在x轴方向的风速(2)。在Y轴方向的速度也被测量通过Y轴的接收器接收到的超声波信号的相位差确定,RN,RS,和取代它(2)。在(1)和(2),C是传播速度,L是超声波信号的运动路径和风之间的长度。 (1) (2)实际风速(v)和风向是通过X轴和Y轴的风速的矢量和决定,这由(2)式确定的。2.3 三维超声波接收器如果一个CWUA使用三个接收器。

23、实现,则如图2-2所示,3个超声波接收器均匀排列在间隔120°的方向上。当接收器被配置成图2-2所示的结构来计算风的方向和速度时,在x-和 Y轴方向必须使用三个方向上的风向量分量进行计算 ,这三个向量可以测量得到。与使用四个接收器时相同,实际风的方向和速度也是把x和y轴方向上的向量进行合成确定。由图2-2知,风速由接收器、之间的速度差和、之间的速度差以及、之间的速度差三者共同决定的。式(3)表示这三种速度的元素作为的x和y轴的速度的元素。 在实际测量时,这三个速度元素可以用式(3)的式子来计算,风速也可以在x轴和y轴方向上的三个值来等效。图2-2 超声波传感器的分布图(三个接收器适用)变换之后如图3-1: (3)3 通过风向分析风的测量范围该CWUA在测量有相位差的风时存在限制。例如,当超声波信号为40KHZ时,测得的最大可测量相位差为12.5us,这相当于半个周期。因为这样的限制,当测量。

24、不同范围的角度时,风的方向和速度要通过矢量和计算。图3-1显示X和Y方向上各个风向的测量范围,测量上限是垂直于最大可测量风速的直线在两个轴方向的交汇点。如果当风向时,最大可测量风速设定为为P,则当风向为45°、135°、225°、315°时,最大风速为,最大可测量风速的变化率高达41.42%。当三个接收器安装在间隔120°的方向上,最大可测量上限取决于垂直于各个方向上风速的直线之间的交点,这三个方向是由接收机摆放的位置决定的。如图3-2所示,相当于有接收器在X和Y轴。图3-1 风速测量范围(四个接收机适用) 图3-2 风速测量范围(三个接收机适用)如果当风向为0°时,最大可测量的风速为Q,那么风速在30°,90°,150°,210°,270°,330°的方向上时,最大可测量风速是2 /Q。最大可测量风速的变化率为15.47%,这比接收器安装在X和Y轴要低。4 实验结果和讨论 4.1 传感器。

25、装置为了检测CWUA的特性,在表1中列举了生产的两种传感器装置。L是超声波信号移动路径的长度,是超声波信号移动路径和风向之间的信号。传感器的模块板是由MC尼龙制成,是因为MC尼龙具有优良的机械强度和耐磨性,并且可测得的温度范围是-30°C到 + 70°C,这个板块用于测量垂直的二维风。超声波传感器的防水传输和接收传感器组,运用一个谐振频率为40±3千赫和90°的方向角。然而该测速仪,可以使用相对便宜的单独的传输和接收机,因为发射机和接收机可以单独工作。传感器模块如图4-1所示 :表1 传感器规格图4-1 生产的传感器图片(A型)图4-2 生产的传感器图片(B型)4.2 实验结果为了验证每个风向上测量范围的几何分析,开展了一项实验——用制造的三个风速传感器在不同的风向上测量风速。在0到90°的范围内,每旋转15°测一次风速,两个接收器测得的风速范围(0~12.1)m/s。两个传感器单元的误差。

26、都低于±1。图4-3说明,在每个风向上可以利用每一个传感器装置的灵敏度来测量风速。图4-3传感器上的风速测量范围从图4-3和上面表格可以看出,测量风速风向的变化产生每41.42%,无论接收器的数量,当接收器安装在垂直线,和15.47%的方差在三接收器被设置在120°间隔。表2 风速传感器的测量装置及测量范围5 结论在这项研究中,对连续波超声风速仪的测量范围问题进行了几何分析,这种风速仪是使用测量处于超声发射机指向性范围内的多个接收机之间的相位差的原理来实现的。风速仪使用3个或4个接收机的两种情况下,因为风速和风向的计算是通过测量风元素在x和y轴方向的分矢量,然后对其进行合成而实现的,所以风速仪的测量范围会随着风的方向和速度的变化发生变化。当使用四个接收机的时候,测量范围的变化特别高,达到41.42%。与使用4个接收机时,接收机排列在x轴和y轴的情况不同,使用含有3个接收机模块时,3个接收机间隔120°排列。这种情况下,灵敏度略有下降,但测量范围平均增加15.47%,并为每个风向的测量范围的变化也下降到17.86%。这些变化是由于用于计算风速风向的测量的风向量分量数量差异。当接收器安装在垂直的线上,可以得到4个测量的风向量分量;但当三个接收器按间隔120°进行排列时,可以得到6个风向量分量。这表明,每个风向上的风速测量范围的变化,随着测量的风向量分量的增加而减小。为了实现了一个具有较宽量程、且不同风向量程差异小的连续波超声风速仪,灵敏度会有所下降,并且至少需要8个风向量分量来确定风向和风速。由于不同的应用,所需的灵敏度不同,所以在设计整个系统时要考虑上述得到的规律。。

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