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标杆自动垂直平衡仪的研究

作　者: 常佩
导　师: 王扬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 自动垂直保持装置双轴倾角传感器单片机控制
分类号: TH761
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

为满足在野外勘探和测量、土木桥梁建筑中,测量仪器和建筑物与地平面的垂直度高精度的要求,研究开发了一种校准和检测工程质量垂直度用的调整并保持垂直度的自动垂直平衡仪,该仪器具有结构简单、体积小携带方便、校准精度高、响应速度快和工作性能稳定等特点。平衡仪控制系统在很大程度上决定了平衡仪的性能,自动垂直平衡仪因为其野外工作的特殊性,对控制系统在性能、尺寸、功耗等方面都有要求。本文采用功能强大、集成度高、能进行多任务控制,并具强大可扩展能力的P87C552和采集精度为0.6′的高精度倾角传感器DX-008D共同组成高性能控制系统。研制了自动垂直平衡仪的机械系统。建立了标杆自动垂直平衡仪的运动学模型,得到标杆自动垂直平衡仪的倾角方程。使用SolidWorks建模,通过SolidWorks仿真其模型,验证方程的准确性,并用以辅助标杆调整算法的设计。研制了平衡仪的控制系统,开发了控制器。该控制系统由微处理器模块及其基本外围电路、通讯电路模块和电机驱动模块等组成。微处理器模块,负责对倾角传感器信息进行采集、处理并运行标杆调整程序。通讯模块负责单片机对倾角传感器进行倾角查询。电机驱动模块,提供稳定的直流电机驱动信号。实验验证自动垂直平衡仪。根据设计的要求,将自动垂直平衡仪放在不同的位置进行实验。该仪器可在30秒钟内将工程用标杆的垂直度调整到要求的±3′范围之内,并且保持此状态。在从而验证了控制系统硬件电路和控制软件的有效性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景与意义  8-9
  1.2 测绘仪器整平方法综述  9-12
  1.3 自动垂直仪器的发展概况  12-13
  1.4 课题的主要研究内容  13-15
第2章标杆自动垂直平衡仪的结构设计及分析  15-28
  2.1 标杆自动垂直平衡仪的机械结构设计  15-16
  2.2 标杆自动垂直平衡仪的数学建模及分析  16-26
    2.2.1 标杆自动垂直平衡仪模型简化  16-17
    2.2.2 标杆自动垂直平衡仪倾斜角度的计算  17-21
    2.2.3 标杆自动垂直平衡仪倾斜角度影响因素的分析  21-23
    2.2.4 电机调整方法的研究  23-24
    2.2.5 SolidWorks 建模仿真验证  24-26
  2.3 本章小结  26-28
第3章标杆自动垂直平衡仪的控制系统设计  28-45
  3.1 引言  28
  3.2 控制系统硬件总体设计  28-38
    3.2.1 微处理器模块设计  29-30
    3.2.2 自诊断电路检测模块设计  30-31
    3.2.3 数据采集模块  31-34
    3.2.4 电平转换模块  34-35
    3.2.5 电机控制模块  35-37
    3.2.6 复位电路设计  37-38
    3.2.7 电源设计  38
  3.3 控制系统软件设计  38-44
    3.3.1 软件调试工具  39-40
    3.3.2 控制系统软件总体结构  40-42
    3.3.3 传感器的数据数字滤波  42
    3.3.4 传感器的标定子程序  42-43
    3.3.5 电机调整子程序  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章标杆自动垂直平衡仪性能分析  45-51
  4.1 引言  45
  4.2 自动垂直平衡仪实物图  45-47
  4.3 系统垂直精度的保证  47-49
  4.4 系统调整时间的保证  49
  4.5 实验验证及性能分析  49-50
  4.6 本章小结  50-51
结论  51-52
参考文献  52-56
致谢  56

标杆自动垂直平衡仪的研究

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