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基于单片机的锥管螺纹参数测量系统的研究

作　者: 张明达
导　师: 于殿泓；郑毅
学　校: 西安理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 锥管螺纹 C8051F005 Visual C++ 步进电机
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

石油油管的相互联结是通过锥管螺纹来实现的,合格的锥管螺纹对采油作业至关重要,因此对其关键参数的精确检测是十分必要的。本文研究了一种锥管螺纹关键参数检测系统,该系统以资源丰富的C8051F005单片机为核心,采用光栅和编码器两种传感器,分别获取被测螺纹竖直和水平两个方向的数据,然后把采集到的一系列数据送到PC机处理,得到被测螺纹轮廓,再通过参数算法模型,给出相关螺纹参数。论文主要由机械结构部分、硬件电路部分和软件部分三部分组成。机械部分是系统实现检测功能的基础平台,该平台使用步进电机为系统提供驱动,电机带动丝杆转动,丝杆带动其上的螺母左右移动,实现所规划的测量路径。系统硬件部分主要包括单片机最小系统电路、传感器信号采集处理电路、串口通信电路、步进电机控制电路、液晶显示电路和数据存储电路。传感器信号采集电路包括光栅信号的细分辨向处理电路、编码器信号的辨相电路。步进电机控制电路完成对步进电机起停以及转向的控制。单片机和PC机数据的串口通信部分,实现把采集到的数据通过串口送入PC机进行保存、处理的功能。系统软件分为下位机软件和上位机软件两部分,采用系统化、模块化的原则编写。下位机软件包括数据采集、串口通信、步进电机控制、数据存储等模块,这些功能模块是以硬件电路为基础进行编写和调试的。上位机软件以Visual C++为基础,实现了驱动控制,数据的算法处理,图形生成,结果输出等功能。通过验证,该系统功能完善、智能性高,能满足多种领域的测量,具有很好的应用价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题的研究背景  7
  1.2 螺纹传统的测量方法  7-9
  1.3 螺纹测量的研究现状  9-10
    1.3.1 国外研究现状  9
    1.3.2 国内研究现状  9-10
    1.3.3 发展趋势  10
  1.4 本课题的研究内容及研究意义  10-12
2 系统总体方案的研究与设计  12-19
  2.1 系统总体设计思路  12-13
  2.2 系统机械原理图  13-15
  2.3 系统硬件和软件总体方案设计  15-18
    2.3.1 系统总体硬件设计  15-16
    2.3.2 系统总体软件设计  16-18
  2.4 本章小结  18-19
3 系统硬件电路研究与设计开发  19-34
  3.1 单片机及最小系统电路  19-22
    3.1.1 C8051F005单片机介绍  19-20
    3.1.2 单片机外围电路  20
    3.1.3 电源及电源管理模块  20-21
    3.1.4 系统时钟电路  21-22
    3.1.5 JTAG接口电路  22
  3.2 光栅信号采集处理电路  22-26
    3.2.1 光栅传感器的工作原理  22-24
    3.2.2 光栅传感器的技术参数  24-25
    3.2.3 光栅传感器数据的处理  25-26
  3.3 编码器信号采集处理电路  26-27
    3.3.1 编码器  26-27
    3.3.2 编码器数据的处理  27
  3.4 LCD显示部分电路  27-29
  3.5 USB转UART桥接通信电路  29-30
    3.5.1 USB通讯技术  29
    3.5.2 CP2102芯片简介  29-30
  3.6 数据存储电路  30-31
    3.6.1 I~2C串行通讯技术  30-31
    3.6.2 存储器接口电路  31
  3.7 步进电机驱动电路  31-33
  3.8 本章小结  33-34
4 系统软件设计  34-51
  4.1 下位机软件设计  34-42
    4.1.1 Keil简介  34-35
    4.1.2 主程序设计  35
    4.1.3 LCD显示程序  35-37
    4.1.4 数据采集函数  37-38
    4.1.5 串口通信程序  38-39
    4.1.6 数据存取程序设计  39-41
    4.1.7 步进电机控制程序  41-42
  4.2 上位机软件设计  42-50
    4.2.1 面向对象编程  42-43
    4.2.2 上位机界面设计  43-44
    4.2.3 串口通信模块  44-47
    4.2.4 电机运动控制模块  47
    4.2.5 数据实时显示及绘图模块  47-48
    4.2.6 采样数据的保存与读取  48-49
    4.2.7 数据处理部分  49-50
  4.3 本章小结  50-51
5 系统调试及实验验证  51-57
  5.1 系统硬件调试  51-53
    5.1.1 上电前检查  51
    5.1.2 电源电路调试  51-52
    5.1.3 单片机最小系统调试  52
    5.1.4 单片机外围电路调试  52-53
  5.2 系统验证  53-56
    5.2.1 螺纹几何参数的测量  53-54
    5.2.2 实验验证  54-56
  5.3 本章小结  56-57
6 总结与展望  57-58
致谢  58-59
参考文献  59-62
附录A  62-65
附录B  65-67
攻读硕士学位期间发表的论文  67

基于单片机的锥管螺纹参数测量系统的研究

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