双通道高精度角度测量仪设计开题报告

中北大学毕业论文开题报告学生姓名：学号：10051041学院：信息与通信工程学院专业：光电信息工程论文题目：双通道高精度角度测量仪设计指导教师:李文强2014年3月10日开题报告填写要求1．开题报告作为毕业论文答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业论文工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2．开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3．学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》的要求书写，不能有随意性；4．学生的“学号”要写全号（如0201140102），不能只写最后2位或1位数字；5.有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”；6.指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕业论文开题报告1．结合毕业论文情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文献综述1.1本课题研究背景在现代的控制系统、目标跟踪、机床控制、工业控制等领域，角度位置信号的测量都非常重要，尤其是在运动物体的控制和检测系统中,人们不仅需要准确的线参量,更需要准确的角参量(尤其是角加速度)信息。而且随着科学技术的发展,角加速度传感器的应用也越来越广泛,比如航空航天领域的运载火箭的飞行,制造业中的机器人工作,汽车工业中运动状态的控制,军事领域中巡航导弹的控制等诸多领域,角度测量都是一项非常重要的工作，其测量精准度直接影响着整个系统的精度[1]。1.2国内外发展现状及前景最早在测角技术中研究的是电磁分度式和机械式测角技术[2]。电磁分度测角技术主要有两种:圆磁栅测角和感应同步器测角[3]。圆磁栅测角法是将圆磁栅和被测件放在一起旋转,磁栅上的记录信号通过放磁头来提取出来并进行处理。按信号提取方式不同,放磁头可以分为动态磁头和静态磁头两种。动态时的分度准确度可以很高,但是录磁准确度却被降低,而静态时准确度很难提高。日本电子通讯大学代表着目前最高精度的电磁分度测角技术,其研制的多面棱体自动检定系统在95%的置信区间内,检定误差可小于0.07″。机械式测角技术可以用多齿分度盘来代表。美国Gate公司最早于20世纪30年代就开始研制多齿分度盘,并于1960年获得专利,作为一个完整的圆分度器件,当时其分度达±0.25″。因为不可能无限制增加多齿分度盘的齿数,所以细分受到限制。而利用差动法则可解决这个问题,具体方法是:采用两组或多组多齿分度盘叠放在一起。理论来说,可以通过使用三层或更多层的多齿分度台来提高精度,但由于复杂的齿盘起落结构,难以保证各层之间的同轴度等原因而难以实现。而采用细分结构,可以进一步减小定位不确定性和扩大应用范围和。多齿分度盘精度最高的是由前苏联考纳斯机床厂所生产,其最小分度间隔为15′,测量准确度为0.1″。应用较为广泛是感应同步器,它侧重的原理是利用电磁转换,关键器件是平面型印刷电路做成的电路绕组:定子和转子。将余弦激励加在转子电路绕组上,则随着转子的转动,不同的感应电势在定子上生成,随着定子和转子的半径增大,感应电势的变化也越大。测量则通过比较正弦、余弦两绕组的电压和相位来进行,而且随着半径增大,电极数也在增多,其灵敏度也就越高,从而提高精度。由于磁通的变化率决定耦合度,而电源波动对其影响比较小,因此抗干扰能力比较强,对使用环境的要求低,许多节距在工作时同时起作用,有平均效应,可以获得较高的分度准确度,当转速低于60/°s时,测量精确度可以达到达到1″的数量级[4]。尺寸和自重较大,不容易实现自动化,测量精度受到限制等是机械式和电磁式测角法的主要缺点,这也制约了它的应用范围。中科院西安光机所开发的感应同步器数显表的测角分辨率可达1,静态测角精度为±1,可以测量位移和角度。发展到现代,角度测量技术主要分为静态测量和动态测量两种[5]。对前者而言,主要集中在如何提高测量精度和分辨率上,后者则主要表现在响应速率上。人们对回转量的测量要求随着机械制造产业的发展也越来越高,因此在现有角度测试技术的基础上对大量的研究产生了很多更为先进的方法。测角技术最早的方法是用机械式和电磁式方法,如圆磁栅和多齿分度台等,这些方法得需要具有高灵敏度以及高准确度。1.3设计的研究目的和意义现代科学技术的进步和社会生产力的飞跃发展,使人类社会进入了信息时代。以信息为中心的技术革命影响着整个社会[6]。而这个信息革命可分为三个环节,分别是信息获取、信息处理、信息传输。他们构成信息科学与技术的三大学科分支。其中信息获取是科学与技术的源头,因此是关键和基础。传感器是获取信息的工具,传感器技术是关于传感器的设计、制造、传感器系统的建立与应用的综合技术,传感器技术是信息获取的核心技术之一。传感器的种类繁多,当前国际市场有两万多种传感器。同一机理的传感器可以测量多种物理量,如电阻型传感器可以测量温度、位移、压力、加速度等物理量。而同一物理量也可以用多种不同的传感器来测量。如位移量,可用电容式、电感式、电涡流式等传感器进行测量。除了传统的传感器以外,随着现代计算机技术和测量技术的飞速发展,智能仪器技术开始成熟并向更高层次发展。因而在智能仪器上的数据采集和数据处理上出现了很多新的课题。倾角传感器的应用十分广泛,在很多自动控制系统或者检测系统都有应用。这些应用也不断地提高人们的生活质量[7]。在很多国家,对起重机有规定,要求对其进行某种形式的倾斜监控,特别是对于运输人的设备。离轨车辆需要利用倾斜度信息来对车辆的倾斜角度加以调控,从而避免发生事故;或使某些重要部件保持一定的角度,减少相互摩擦等。还有一些车辆,如自倾斜火车,需要利用倾斜来补偿离心加速度。光学仪器,如平面激光仪,经常需要处于水平或垂直位置。在许多实际工程中,也可能需要测量两个互相垂直方向的倾斜度。如上情况,均需要使用倾斜角传感器来测量倾斜角。另外,倾斜角传感器还常应用于汽车四轮定位仪、铁道轨距尺、水利大坝倾斜监测、地下岩土工程、道路边坡稳定、高层建筑物倾斜监测以及各种倾斜仪器中。由此可以看出,在工程测量的许多领域,倾斜角传感器都被广泛的施以应用,是一种非常重要的测量装置。参考文献：[1]M.J.Barker,M.S.Colough.AtwodimensionalcapacitivepositiontransducerwithrotationoutputRev.Sci.Instrum,1997,68(8):32383240[2]M.J.Barker,M.S.Colough.AtwodimensionalcapacitivepositiontransducerwithrotationoutputRev.Sci.Instrum,1997,68(8):32383240[3]李蔚恒,李永田.精密电位器在测角系统中的应用[J].电子科技,2002(5):626[4]吕涛.敏感型FabryPerot腔高精度光纤角位移传感器研究[D].西南师范大学硕士学位论文,2005[5]柏受军等,差动变压器式大量程精密角位移传感器的设计[J].传感器与微系统,2006(11):636[6]刘君华,郝惠敏,林继鹏,白鹏,等.传感器技术及应用实例[M].北京:电子工业出版社,2008:1—9.[7]CheHsinLin,ShuMingKuo.20thIEEEInternationalConferenceonMicroElectroMechanicalSystems[C].Kobe,DepartmentofMechanicalandElectro-mechanicalEngineering,NationalSunYat-SenUniversity,2007[8]GuoTianXiang.51SCMClanguagetutorial[M].Publishinghouseindustry.2009.[9]周景润.基于proteus的单片机的设计与仿真.北京:航空航天大学出版社.2010,8.[10]江世明.基于proteus的单片机应用技术.北京:电子工业出版社.2010,6.[11]胡杰.51单片机的C语言开发.北京:航空航天大学出版社.2003,7.[12]张洪洞.单片机的原理与应用.北京:清华大学出版社.2001,3.[13]张齐.单片机的源于技术开发.北京:电子工业出版社.2011,9.[14]张洪洞.单片机原理及接口技术（C语言版）.北京:清华大学出版社.2000,2.[15]刘小成.单片机原理及C51的应用.上海:华东理工大学出版社.2010,7.[16]杨治洁.单片机原理及应用.北京:北京科海电子出版社.2005,2.[17]楼然苗，李光飞.51系列单片机设计实力.北京:航空航天大学出版社.2003,1.[18]黄宇飞.单片机单总线技术.单片机与嵌入式应用系统.2001,2.毕业论文开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1本课题的研究任务（1）掌握角度、特别是加速度测量角度的原理、方法和特点；（2）角度测量模块设计与调试：双通道，测量范围±15°，精度±0.057°；（3）显示模块设计与调试：LCD中文显示；（4）通信接口模块设计与调试：RS232/RS485/USB接口。2.2需要解决的问题（1）选择合适的控制器和角度传感器，使其能达到一定要求。（2）选用单片机作为整个系统的控制器，满足控制要求的同时尽可能操作简单。（3）要求整个系统能够正常工作且能达到设计精度和测量范围以及校正误差等。2.3系统设计解决方案基于对国内外角度测量技术进行的深入分析，考虑角度测量诸多因素，将角度测量和单片机控制结合，提出了双通道高精度角度测量仪的设计方案。通过对现有角度测量技术的分析和比较，决定采用分辨精度高，响应速度快的芬兰VTI科技公司(VTITechnologiesOy)开发的新型倾角仪SCA103T-D04作为角度传感器。微处理器对SCA103T倾角检测一般有两种方法,一种方法是SCA103T的两个模拟输出经差动运算放大器(如INA114)，送入AD转换器，微处理器读取AD转换结果得到倾角检测结果。另一种方法是微处理器通过SPI接口直接读取SCA103T系列内部AD转换器转换结果(11位AD),该方法对于微处理器内部没有AD转换器和AD转换器分辨率低于11位的设计系统，具有节省硬件开销、接口少、编程简便等优点,我们打算采用后一种设计方案。主控器选用功能简单，成本低廉的51系列单片机作为主控制器。此外，系统采用双通道轴角数字转换电路。虽然相比单通道电路而言双通道电路成本有所增加,但是,其静差仅为单通道的1/n(n为速比),转换精度有了很大的提高。因此,性价比较高的双通道的轴角数字转换电路被广泛用于航天、航空、航海等各种领域中。在工作环境较为恶劣的情况下表现更为明显。本次系统设计采用层次化、模块化的方式。整个系统由传感器模块、数据采集模块、单片机处理模块、显示和通信模块等组成。该系统要以80C51系列单片机为控制核心，以测量体角度为测量参数，角度传感器与相对应AD采集模块相连，单片机作为主控制器处理从倾角传感器采集到的相关数据。本系统设计主要包括硬件设计部分和软件设计部分。该系统硬件设计部分主要为角度传感器通过感知测量体的角度变化获得相关参数，通过信号提取电路和信号调电路的信号处理，微处理器通过SPI接口直接读取SCA103T系列内部AD转换器转换结果(11位AD)，然后经过通信接口和上位机取得通信和数据交换，最后由显示模块将最终处理结果显示出来。2.4本课题拟采用的研究步骤（1）查阅相关资料学习研究角度测量原理和方法；（2）依据所掌握的信息分析所采用的倾角传