基于单片机的光电式位移测量仪的设计与制作毕业论文Word文件下载.docx
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涉密论文按学校规定处理。
导师签名：
日期：
注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
4、研究方法的科学性；
技术线路的可行性；
设计方案的合理性
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
建议成绩：
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
二、论文（设计）水平
评阅教师：
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
3、学生答辩过程中的精神状态
评定成绩：
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
教学系意见：
系主任：
毕业大作业（综合实训）任务书
1、题目基于单片机的光电式位移测量仪设计与制作
2、内容要求：
用光电式传感器将唯一变化转换成光强的变化，再
经过调节电路，吧光强信号转换成合适的电压信号，送A/D转换器，
在单片机的控制下，通过LCD1602液晶显示器显示出来。
可用于工业
生产对圆柱形工件的外径、板材的厚度进行非接触的量，检测精度达
到10um。
3、实施步骤：
（1）收集资料，进行方案设计与论证，确定具体设计
与制作的实施方框；
（2）熟悉设计方案，并选定所需型号和材料。
（3）确定并绘制控制电路原理图及PCB图。
（4）确定电路元器件
类型及其参数，准备零部件。
（5）焊接各功能电路板，并作硬件调
试。
（6）完善图纸，撰写毕业论文。
4、本毕业大作业（综合实训）任务书于2014年11月9日发出，应于2015年01月08日完成，然后进行成绩评定。
时间（周次）
完成事项
备注
工
作
记
录
第十周
着手准备毕业设计初期工作。
查找资料，寻找方法。
第十一周
利用手中的资料，了解关于反射光电传感器及变送电路资料。
第十二周
查找资料，确定方案，确定电气原理图。
第十三周
完善方案，寻找电气元件，开始在万用板上布局。
第十四周
焊接电路板，完善电路板，查找问题。
第十五周
根据需要调整电路，调整电气元件。
第十六周
进行试验调试及调整。
第十七周
开始完成毕业论文，着手毕业答辩。
摘要
位移测量是基本物理量测量之一，也是众多科学研究的基础。
随着科学技术的发展，在实验研究和工程技术的各领域中经常要进行高精度的位移测量，而且要求在测量过程中对被测物基本没有干扰。
在工程测量中对位移测量仪器的要求也越来越高，因此可以说高精度的微位移测量系统有广泛的应用价值。
两个物体之间微笑位移的高精度测量技术无论对于工件的加工尺寸精度评价、变形量的测量还是运动部件的位置确定等、都是非常必须且重要的。
尤其非接触测量法具有不损伤被测工件表面、测量精度高等优点，更引起人们的普遍重视。
光前传感器是上世纪七十年代中期发展起来的一种新型传感器，具有抗电磁干扰、体积小、非接触测量和灵敏度高等特点。
将检测技术与光电技术结合，成为光电检测技术，在如今科研领域占有极其重要的地位。
该反射式光电传感器位移测量仪利用反射式光电传感器，由于被测物体的面位置的变化，引起从被测面反射光的强度也发生相应的变化。
再经过电路的处理，将光信号转换成电信号，经过放大、滤波、整流等处理后，传输至ad转换器，再将经过ad转换器的电信号传输给单片机，最后由单片机控制LED显示输出。
关键词:
光电检测；
反射式光电传感器；
位移测量；
光电转换
Abstract
Displacementmeasurement
is
oneofthe
basic
physicalquantitymeasurement,
isalsothebasisfor
manyscientific
research.
Withthedevelopmentofscienceandtechnology,
thedisplacementmeasurement
inallareas
ofexperimentalresearchand
engineeringtechnology
areoftennecessaryin
high
accuracy,
andtherequirements
inthemeasurementprocess
basicallyhasno
interferencetotheobjecttobemeasured.
Intheengineering
measurementof
displacementmeasuringinstruments
areincreasinglyhighrequirements,
sowecansaythatthe
microdisplacementmeasuring
systemwithhighaccuracy
andhaswideapplicationvalue.
Highprecisionmeasurementof
displacement
betweentwoobjects
smile
bothfordeformation
processingsizeaccuracy
evaluation,
workpiece
measurement
ormovingparts
todeterminetheposition,
isvery
importantandnecessary.
Inparticular,
noncontactmeasurement
method
withnodamageto
themeasuredworkpiece
surface,
highprecisionmeasurement,
themore
arousedpeople'
suniversalattention.
Frontofthelight
sensorisanewsensor
developed
oncenturyseventytime
metaphase,
withantielectromagneticinterference,
smallsize,
non
contactmeasurement
and
highsensitivitycharacteristics.
Combiningthe
detectiontechnologyand
opto-electronictechnology,
becomethephotoelectricdetectiontechnology,
nowin
thefieldofscientificresearch
playsaveryimportantrole.
The
reflectiontypephotoelectric
sensordisplacementmeasurement
instrumentusingreflective
photoelectric
sensor,
duetothechanges
ofthemeasuredobjectsurfaceposition,
caused
fromthemeasured
surface
reflectedlight
intensityalsochangeaccordingly.
After
thecircuit
processing,
convertingtheopticalsignal
intoelectricalsignals,
afteramplification,
filteringand
rectifying
processed,transmittedtotheAD
converter,
then
through
thetransmissionofelectricalsignals
ofADconverter
tothemicrocontroller,
andfinallybythe
SCMLEDdisplayoutput.
Keywords:
Reflectiontypephotoelectric
measurement,
photoelectricconversion
1、概述
1.1课题的提出
光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。
光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
近年来，光电技术的发展，光电传感器已经成为系列产品，其品种产量日益增加，用户可以根据需要选择各种规格产品，广泛应用于各种工业上。
其未来的发展趋势是小型化、集成化、多功能化、智能化、系统化。
基于单片机反射式光电传感器位移测量仪，该设计包含了传感器技术，电工电子技术，单片机技术等内容，是电子技术的综合实际应用。
其目标是做出一个用光电式传感器将位移变化量转换成光强的变化，再经过调节电路，把光强信号转换成为合适的电压信号，送至A/D转换器，在单片机的控制下，通过LCD1602液晶显示器显示出来的测量仪器。
可用于工业生产对圆柱工件外径、板材厚度进行非接触式测量，检测精度达到10微米。
这一设计以光电式传感器为主辅以单片机，可以让学生充分对三年的知识进行综合应用，对电工电子技术、传感器、单片机以及个人的动手分析能力和小组之间的合作都可以进行充分的锻炼。
1.2测量技术国内外的发展现状
纵观国内外分拣系统的应用情况可以发现,当前国内的测量技术多以接触式测量为主。
接触式测量由于测量仪器与被测物体产生直接的接触，对被测物体表面及测量仪器产生磨损、人为误差较大，不能满足快速、准确的检测要求。
国外多利用先进的传感器进行测量，利用光电检测技术对各种几何尺寸、形状和位移进行精确地测量，可以达到高精度、高准确、自动化等，对人力要求低，多以非接触式测量为主，精确程度可以达到0.1个微米。
1）国外研究进展和现状
现在国际上利用光电检测方法对各种几何尺寸、形状和形位误差等参数的测量，采用的原理和方法也是多种多样的。
发达国家投入了大量的经费，开展这项技术的研究工作，许多成果已经实用化，获得了显著效果。
如美国Diffracto公司采用光三角检测原理为基础开发研制的光电位移测量设备，对发动机汽缸和汽轮机叶片尺寸、形状的检测，测量传感器的精度达1．2μm，整机精度优于±
5μ
m；
英国Renishaw公司采用激光技术、CCD图像处理技术与计算机技术研制的一种激光测头，已用于三坐标测量机，可以实现高速扫描，对尺寸、形状和形位误差进行测量；
日本的Keyence公司采用准直激光照射到较粗糙表面的漫反射方式，入射光垂直于被测量表面在一定角度方向进行接收的测量方法，用PSD作为光电传感器件，研制出Lc系列超高精度激光位移计，用于宽度、高度、厚度和三维空间轮廓测量哺1；
采用激光扫描检测技术、线阵CCD器件、DSP技术和计算机技术研制了vG系列CCD激光微测计分别可对被测对象的位移与外尺寸进行高速度、高精度、非接触测量，其测量精度达到了微米级，测量速度每秒达500次以上；
日本三丰公司利用光电检测系统开发出非接触三坐标测量设备，测量范围为350mm×
450mm×
150mm，其测量精度达（2．2±
4L/1000）m；
德国UBM公司开发的一种激光测量系统已成功用于机床、汽车、电子、国防等工业，测量零件的尺寸和形位误差。
国外有文献报道，利用14种不同的光电检测技术，解决了40余项检测问题。
在其它参数检测方面，也有很多相关的仪器设备应用。
如美国利用光散射原理测量工件表面粗糙度，利用计算机控制的光学坐标测量仪进行螺纹的检测，所有这些都已达到相当高的精度。
芬兰研制在线平面度监控系统，其分辨率达到0．06mm／300mm，对长3000mm、宽1000mm的板材可以2．5m／s的速度进行连续的平面度检测。
对以前较难测量的深孔直径，英国研制了深孔测量系统，最大可测深度达到12m，可测直径范围从巾φ40~φ308mm，误差可达到0．003mm以下。
荷兰采用激光投影法测量透明细丝直径，测量范围从φ5
μm~φ30m，分辨率达到0．1
μm，重复性精度达到0．1
μ
m。
这些都代表了当今的国际先进水平，同时也表明了光电检测技术的多样化和灵活性。
而今后的发展方向则主要是向着柔性化发展，利用软件的方便条件和模块化裣测单元的随时更换，最大限度的满足实际检测要求。
2）国内研究进展和现状
我国的光电检测技术起步较晚，但发展迅速，经过近二十年的发展，现在己经有了长足的进步。
迄今为止，一批新研制的光电尺寸检测仪器已进入了实用阶段，其中有相当数量的产品已经达到国际水平。
如西安交通大学研制的基于PSD微轮廓测量仪，用于微小位移量的测量，其精度可达微米级；
武汉工业大学研制的光纤位移终感器，提出了一种通过时间来测量位移方法和原理，试验证明此类传感器精度高、稳定性好，重复性和长期性能好，非常适用于位移量的在线监测；
武汉汽车工业大学研制了基于锥镜非接触光学位移测量系统，可用于精密表面和超精度表面的位移测量。
其特点是量程大，分辨率高（最小可至0．1
m），该方法可允许被测表面有小角度的倾斜，且不受被测表面孔径光阑的影响；
北京理工大学利用线阵CCD根据边缘检测法和中心检测法研制了位移测量系统，根据不同的测量精度要求进行位移测量；
清华大学采用新型激光光纤传感器实现复杂轮廓表面的非接触数字化检测方法，并通过测量几何模型反求技术进行了航空航天用MJ螺纹表面数字化及三维重构；
北京理王大学和北京机械工业大学采用激光准直技术与CCD传感器，研制了二维几何尺寸的光电非接触测量方法，前者针对二维位相板衍射图像的特点，提出了一种处理衍射图像处理新方法——正交投影法。
后者采用Robert边缘检测算子处理精的图像给出一种二维尺寸的平均数据处理方法，此法有效的消除了拾取边界点带来的误差：
天津师范大学设计了基于Fraunhofer衍射和Babinet原理实现细丝直径非接触测量方法⋯，此测量精度达0．1μm；
天津大学采用线阵CCD拼接技术实现材料拉伸过程中的变形量非接触测量，此测量方法比常规引伸计更客观，其测量精度达到l
m，测量范围为80mm；
东北大学研制了位移裣测系统配合精密轴系回转机构，实现了大型工件圆度、轴线直线度、径向全跳动及径向圆跳动和端面圆度跳动等误差测量；
长春理工大学采用激光扫描检测技术研制了系列激光扫描检测系统，其测量范围从φ0．5mm一φ318mm，采样速度每秒100—800次，测量精度达微米级。
研制了通用激光测量仪用于位移量、厚度及跳动量的测量，重复性精度这±
lμm，测量范围在±
2μm~±
5μm。
并利用上述系统与精密机械及伺服控制系统配合，设计了多种综合光电检测仪器，用于复杂零件多部位尺寸与形位误差的测量。
从大量的文献资料中可以看出，以激光扫描检测技术、激光光三角检测技术、自动控制技术、精密机械和计算机技术研制开发了多种尺寸、形状和形位误差测量的综合测量机及专用设备，已在机械制造、电线电缆、石英管、航天材料、国防等多个生产和研究部门有效的应用。
随着科学技术的进一步发展，更高性能的光电检测仪器必将取代传统的检测手段而成为我国检测仪器的主要发展趋势。
2、总体设计
基于单片机反射式光电传感器位移测量仪如图2-1所示。
该设计包含了传感器技术，电工电子技术，单片机技术等内容，是电子技术的综合实际应用。
基于单片机反射式光电传感器位移测量仪要满足对物体的测量要求，并在完成测量以后再进行显示或是输出。
用光电式传感器将位移变化量转换成光强的变化，再经过调节电路，把光强信号转换成为合适的电压信号，送至A/D转换器，在单片机的控制下，通过LCD1602液晶显示器显示出来。
图2-1基于单片机反射式光电传感器位移测量仪结构框图
调制发射电路产生5V信号1kHZ的信号，经过三极管放大后驱动发光二极管。
传感器部分，将被测位移变换转换成光强信号变换。
接收电路将光强信号比变换转变成电信号并进行放大。
滤波电路将交流信号转换成直流信号输出。
窗口比较电路对经过滤波后的电信号进行窗口比较。
A/D转换将电信号转换成数字信号输送给单片机。
单片机控制LCD显示屏显示。
3、硬件设计
3.1调制发射电路模块
图3.1.1调制发射电路电气原理图
图3.1.2调制发射电路
NE555为8脚时基集成电路555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号，它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
图3.1.3NE555内部电路图
图3.1.4LM358内部电路图
LM358是双运算放大器，可以将微弱的信号放大。
内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与
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