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单片机控制的物料悬浮速度测试系统研究

作　者: 王威立
导　师: 李保谦
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 悬浮速度测试 Cygnal8051单片机光电传感器步进电机驱动器
分类号: S220
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 98次
引　用: 1次
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内容摘要

现代农业和人类生活越来越注重种子和粮食的加工品质。在多种农业装备的设计方面都用到了气力技术,如气力精密播种机、种子清选机械、脱粒机械、谷物联合收获机及粮食加工风筛选机械、通风除尘等设备。物料的悬浮速度是物料自身的一个重要性质。也是加工过程中影响设备工艺效果的一个重要因索。因此,为了进一步优化设计上述农业机械装备的性能,有必要对加工原料及有关杂质的悬浮速度进行研究。本文简述了物料悬浮速度测试的理论研究以及发展状况,并在传统的机械式物料悬浮速度测试装置的基础上,结合先进的电子科学技术,设计开发了单片机控制的物料悬浮速度智能测试系统。本系统的主要研究内容概括如下:1)采用TCD1001P线阵光电图像传感器来检测物料悬浮状态。系统通过对光敏单元输出电流大小的判断来识别物料的悬浮状态,以此代替了复杂的数字图像处理程序,减少了系统的内部运算,加快了系统的测试速度。重点研究了传感器所需要的驱动脉冲时序特点和对传感器输出电流的放大和模数转换。2)通过对Cygnal C8051F000单片机内建的可编程定时器/计数器列阵(PCA)寄存器的设置,用PWM波发生器输出步进电机的驱动信号,代替了标准的8051单片机通过仿真PWM口和查表法的方式对电动机进行控制,节省了机时,提高了精度;用高速输出方式产生TCD传感器所需要的驱动脉冲,简化了硬件设计,节约了成本。3)用L297/L298驱动芯片组成两相双极性步进电机驱动器,通过对PWM波的分配和功率放大来驱动步进电机工作。本智能测试装置通过控制步进电机的输入脉冲改变电机的转动速度以此改变风速,对脉冲的占空比和传感器所得到的物料悬浮位置建立数学模型,可以计算出对应的物料悬浮速度。代替了传统的利用普通电机和风速仪测度悬浮速度的机械装置,加大了电机的调速范围、减少了测试步骤。该系统不但可以广泛用于粮食加工、清选、除尘等企业,为企业生产提供必须的物料悬浮速度;而且还可以用于农业院校的教学和科研工作。本智能测试装置和传统的物料悬浮速度检测装置相比具有检测范围广、测试精度高、测试时间短、操作简单等优点。

全文目录

致谢  4-7
摘要  7-8
1 文献综述  8-12
  1.1 前言  8
  1.2 课题依据  8
  1.3 国内外的测试方法  8-11
    1.3.1 机械机构控制的物料悬浮速度测试方法  8-9
    1.3.2 理论计算的物料悬浮速度测试方法  9-11
  1.4 问题的提出  11
  1.5 研究方案  11-12
2 测试原理  12-15
  2.1 悬浮速度的定义  12
  2.2 悬浮速度的确定  12-13
  2.3 测试装置介绍  13-14
  2.4 系统组成结构框图  14-15
3 硬件设计  15-29
  3.1 CCD 图像传感器  15-18
    3.1.1 CCD 图像传感器的结构及工作原理  15
    3.1.2 TCD1001P CCD 传感器  15-18
  3.2 单片机的发展及选择  18-23
    3.2.1 C8051F000 单片机的性能及特点  18-20
    3.2.2 本文选用CygnalC8051 的原因  20
    3.2.3 引脚功能和分配  20-23
  3.3 键盘接口电路的设计  23-24
  3.4 显示器的设计  24-25
    3.4.1 SMC1602A 的主要技术参数  24
    3.4.2 SMC1602A 的接口、信号说明  24-25
  3.5 步进电机  25-27
    3.5.1 步进电机原理  25-26
    3.5.2 步进电机驱动器硬件设计  26-27
  3.6 串行通信的设计  27-29
    3.6.1 通信方式  27
    3.6.2 RS-232  27-29
4 软件设计  29-48
  4.1 主程序  29
  4.2 传感器模块  29-35
    4.2.1 TCD1001P 驱动时序ΦSH，Φ1，Φ2，ΦM 的特点  29-30
    4.2.2 TCD1001P 初始化  30
    4.2.3 常用的驱动时序产生方法  30-31
    4.2.4 CygnalF000 可编程计数器阵列  31-33
    4.2.5 程序设计  33-35
  4.3 步进电机驱动模块  35-37
    4.3.1 PWM 调速原理  35-36
    4.3.2 PCA 脉宽调制器方式  36
    4.3.3 步进电机PWM 程序设计  36-37
  4.4 按键扫描模块  37-39
  4.5 自动测试模块  39-40
  4.6 手动测试模块  40-41
  4.7 计算模块  41-43
  4.8 显示模块  43-45
    4.8.1 欢迎界面模块  44-45
  4.9 串行通信模块  45-48
    4.9.1 UART  45-46
    4.9.2 UART 工作方式  46-47
    4.9.3 串行通信程序  47-48
5 结论与建议  48-49
  5.1 结论  48
  5.2 建议  48-49
参考文献  49-51
英文摘要  51-53
附录  53-54

单片机控制的物料悬浮速度测试系统研究

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