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28140字硕士毕业论文机电一体化论文选编:新型机电一体化旋转电流表的研究与开发

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:28140字
论点:霍尔,水下,电路
论文概述:

介绍了海流测量仪器的国内外背景,旋转式海流计的测量原理及其动态特性的简要分析,并给出了系统的总体机械结构的设计,完成了系统硬件电路设计和软件编程,最后给出系统的标定方法和对比

论文正文:

第一章引言

A11104 E采用BiCMOS技术,具有响应速度快、工作噪声低、运行稳定可靠等优点。因此,它被广泛应用于测量仪器领域。在生产器件时,器件在封装完成后进行编程,可以有效消除封装应力引起的误差,保证较高的开关点精度。独特的封装几何形状和低失调放大器有利于降低噪声,还可以降低器件包覆成型、温度冲击和热应力引起的残余电压失调。在单个硅片霍尔元件中,通常包括以下部件:霍尔电压发生器、电压调节器、NMOS输出晶体管、小信号放大器和施密特触发器。霍尔元件中集成稳压器的工作电压范围为3.8伏至24伏。扩展车载保护电路的设计确保其绝对最大额定电压为30伏。BICMOS技术使其几何尺寸小巧精致,确保这些霍尔元件能够以超小型封装形式呈现,使现有封装类型为大多数应用提供磁性优化解决方案。左侧封装是SOT23W微型低厚度表面贴装封装,而UA封装是用于过孔贴装的三引脚超小型封装。A1104E霍尔元件的所有封装均不含铅,引线框镀有100%雾锡。为了使系统正常稳定地工作,有必要在硬件电路中提供相对准确的时钟,以便为要处理的数据和命令提供准确的时间参考。PCF8563(如图4-19所示)是飞利浦生产的工业级低功耗多功能时钟/日历芯片,包括I2C总线接口。PCF8563具有多种报警功能、时钟输出功能、定时器功能和中断输出功能,可以完成不同复杂的定时任务,甚至为单片机提供看门狗。但是,电源故障后无法保留PCF8563内部设置的信息,因此必须在硬件电路中添加3V按钮单元,以提供备用电源。本文设计采用了PCF8563的时钟输出功能,时钟刷新由引脚3的外部中断响应控制。整个系统主要由水下探测器、水接收器和数据处理回放软件组成。水下探测器经数据采集中心简单处理后,通过高强度专用海缆(可承载100公斤)将测得的流速和流向信号传输到便携式手持水接收器中的单片机控制中心。单片机控制中心对测量数据进行分类,计算后将测量值显示在液晶显示器上。同时,数据存储在控制中心的存储器中,并且可以在需要时随时检索。单片机控制中心还配有接口电路。具体表现为:储水器设有与上位机连接的接口(RS232或RS485)。上位机可以为上位机安装专用的数据处理软件。水下探测器测量的数据在上位机进行各种复杂的比较处理,以获得所需的结果。

随着计算机技术和电子技术的飞速发展,流速测量装置正朝着智能化、自动化、大存储量、导航化和便携化的方向发展。虽然国内流量测量仪器的发展速度非常快,各种产品蓬勃发展,但与世界同类产品相比,在技术和质量上仍有一定差距。主要表现在国内一些流量测量装置系统组成复杂、体积大、测量方式单一、测量精度和准确度低。有些流量测量装置本身不提供数据存储功能,即使有存储功能,也只能存储少量数据,不能满足用户对产品使用的要求。基于上述原因和不足,本文旨在研究一种新型的高精度、高稳定性、小体积、便携的机电一体化旋转电流表。本文的主要研究内容如下:第一章是绪论,阐述了本文的研究背景和意义,并介绍了国内外的研究趋势。第二章系统总体设计部分介绍了一种新型机电一体化旋转电流表的设计原理和总体设计思想,并简要分析了系统的动态特性。第三章是系统的机械结构设计部分,分别介绍了系统的组成、工作流程及其功能。第四章,系统硬件电路设计部分详细阐述了水下探测器和水下接收机硬件电路的设计方法,并给出了具体的电气原理图。第五章是系统软件设计部分,介绍了水下探测器和接收机软件的设计思想,并给出了主要源程序。第六章简要介绍了系统的校准方法,并对其进行对比测试验证。

第三章系统的机械结构设计18

3.1水下探测器的结构设计……18

3.2储水器19的设计

3.3 FCT算法………… 25

3.4本章总结26

第四章系统硬件电路设计17

4.1水下探测器17的硬件电路设计

4.1.1霍尔元件18

4.1.2电子罗盘19

4 . 1 . 3 atxmega单片机简介

4 . 1 . 4 atxmega单片机28的外围电路设计

4.1.5霍尔元件A1104E接口电路29

4.1.6方位传感器30的接口电路

4.2接水器的电路设计

4 . 2 . 1 atxmega单片机33的外围电路

4.2.2日历时钟电路34

4.2.3存储电路35

4.2.4通信RS-232电路36

4.2.5霍尔元件A1104E接口电路38

第五章系统软件设计40

5.1水下探测器40的软件设计

5.2储水器43的软件设计

5.3上位机52的数据处理软件设计

结论

系统硬件电路部分整体采用双CPU架构,实现系统稳定可靠的运行。水下采集部分由单个ATxmega单片机实现,响应速度快,信号采集频率快。水数据处理部分也由单个ATxmega单片机实现,以保证数据处理的及时性。两个处理器通过RS485通信,以减少数据传输所需的电缆芯数。结合硬件电路,用C语言完成了水下数据采集和水数据处理的软件设计,并分别给出了部分源代码。本文设计开发的旋转海流计可用于测量河流、湖泊、海洋、水库、港口、河口等不同水域中不同水层的流速和流向。尤其是在超浅水区。它还可以将水下探测器固定在浮体上,使其远离船体漂浮,以测量表面速度和流向。目前,国内此类产品相对较少,能够直接应用于现场测量的产品更少。通过市场调查和各方面的信息收集,我们知道市场上对此类产品的需求很少。据估计,产值将达到一百万以上。由于其市场应用前景可观,应用范围广,成本低,携带和测量方便,具有很大的市场需求和市场推广价值。

参考

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