机电控制系统设计任务与指导书15冬.docx

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机电控制系统设计任务与指导书15冬

微机接口技术与数字控制

（课外设计、制作任务）

机电控制系统设计

任务及指导书

上海大学精密机械工程系

2014年8月

一、引言…………………………………………………………………2

1、设计目的………………………………………………………………2

2、本课程设计的设计工作内容与要求……………………………………2

二、具体内容及基本要求…………………………………………………3

1、库房温度烟雾巡视监测报警仪…………………………………………3

2、便携式转速测定及显示的监测报警系统………………………………4

3、汽车前轮转向角的测量系统……………………………………………5

4、一维直线运动台的定位控制系统………………………………………7

5、液体物体的自动称重控制系统设计……………………………………9

6、颗粒物体的自动罐装控制系统设计…………………………………10

7、自动寻迹行进移动车的控制系统设计………………………………11

8、电子导盲犬控制系统设计……………………………………………12

9、用于脊柱疾病理疗康复的牵引力控制系统设计…………………14

10、老年人日常生活中体位/位置监测、报警的控制系统设计……16

三、设计说明书撰写要求…………………………………………………18

附录1实验仿真系统介绍…………………………………………………19

附录2虚拟示波器的使用…………………………………………………29

附录3单片机实验平台操作步骤简要……………………………………30

一、引言

1、设计目的

微机接口技术与数字控制是一门综合性的应用课程，它集“传感器原理与应用”、“模拟与数字电子技术”、“单片微型计算机原理与应用”、“电机与驱动技术”等课程内容，其目的要求综合应用这几门课程内容，掌握常见机械自动化控制系统的应用技术。

所以除了通过课堂讲解和分析微机接口技术和数字控制系统的设计方法，学生必须通过实际的设计、制作工作，才能掌握微机数字控制系统的总体设计过程、机械自动化控制方案的比较、传感器与驱动的选择、硬件电路的设计与绘制、控制软件的编制等技术，培养学生综合应用各门课程的能力，同时锻炼和培养学生的独立工作、调查研究、分析问题、解决问题的工作能力。

2、本课程设计的设计工作内容与要求

1．进行设计目标、基本功能、技术参数的分析和制定。

2．进行总体控制方案设计，完成微机接口芯片、传感器、驱动形式、信号调理电路等核心部件的选择和分析。

3．完成控制系统的硬件电路设计和绘制。

4．完成控制系统的功能实施程序的设计。

5．完成实验装置的调试与试运行验证。

6．撰写设计说明书。

二、具体内容及基本要求

1、库房温度烟雾巡视监测报警仪

1．1设计任务

利用温度传感器和单片机技术设计一套库房温度和烟雾巡视监测报警仪，报警温度可设定输入，温度测量误差为±1°C，温度监测报警仪具有日期、时钟显示功能。

1．2设计目的

1、了解有关温度传感器的工作原理、加工工艺的相关知识。

2、综合运用其他先修课程的理论和实践知识，制定设计方案，确定温度传感器的型号的参数，掌握温度的检测方法。

3、掌握模拟信号获取、传输、处理及检测的一般方法。

4、掌握由微型计算机实现数字输入和显示功能的技术。

5、学会应用温度传感器组建一个简单的测量系统，提高解决实际工程问题的设计能力。

6、通过计算、分析、绘图，能运用标准、规范、手册并学会查阅有关资料，培养仪器设计的基本技能，为毕业设计等奠定良好的基础。

1．3设计要求

1、详细了解所选用的温度传感器的工作原理、工作特性、技术参数、应用电路等。

2、设计合理的信号调理电路。

3、用单片微型计算机和A/D芯片进行信号的采样等相关处理电路。

4、设计合理的单片微型计算机的显示和键盘输入接口电路。

5、设计合理的系统供电电路。

6、用计算机绘图软件绘制硬件电路原理图，用C51或汇编语言编设计编制相关程序，并用单片仿真器或实验箱对关键程序进行调试和实验验证。

7、列出制作该系统的元件清单。

8、撰写详细的设计说明书一份。

2、便携式转速测定及显示的监测报警系统

2．1设计任务

利用接近传感器和单片机技术设计一套可测定电动机等转速的速度监测报警系统，报警速度可设定输入。

速度测量范围为500~3000r/s，速度测量误差为±1r/s，速度监测报警系统具有日期、时钟显示功能

2．2设计目的

1、了解有关光电、霍尔、电容、电感等类似接近开关传感器的结构、工作原理、使用方法。

2、综合运用其他先修课程的理论和实践知识，制定设计方案，确定传感器的型号参数，掌握有关转速测量的方法和技术。

3、掌握脉冲信号获取、传输、处理及检测的一般方法。

4、掌握由微型计算机实现数字输入和显示功能的技术。

5、学会应用脉冲型传感器组建一个简单的测量系统，提高解决实际工程问题的设计能力。

6、通过计算、分析、绘图，能运用标准、规范、手册并学会查阅有关资料，培养仪器设计的基本技能，为毕业设计等奠定良好的基础。

2．3设计要求

1、详细了解所选用的脉冲型传感器的工作原理、工作特性、技术参数、速度测量的应用电路等。

2、设计合理的信号调理电路。

3、用单片微型计算机输入接口和中断技术进行脉冲信号的采样等相关处理电路。

4、设计合理的单片微型计算机的显示和键盘输入接口电路。

5、设计合理的系统供电电路。

6、用计算机绘图软件绘制硬件电路原理图，用C51或汇编语言编设计编制相关程序，并用单片仿真器或实验箱对关键程序进行调试和实验验证。

7、列出制作该系统的元件清单。

8、撰写详细的设计说明书一份

3、汽车前轮转向角的测量系统

3．1设计任务

利用电位器式角度传感器模拟汽车前轮转向角的检测信号和单片机技术设计一套台汽车前轮转向角的监测报警系统，报警角度可设定输入。

角度测量范围为90~180度，角度测量误差为±1度，角度监测报警系统具有日期、时钟显示功能

3．2设计目的

1、了解有关电位器式角度传感器的结构、工作原理、使用方法。

2、综合运用其他先修课程的理论和实践知识，制定设计方案（实际检测信号需要机械台架，汽车等实物，实验室中采用人工直接旋转电位器的转轴来模拟汽车前轮的转动，在设计程序处理时，要尽量考虑相关的抖动干扰）。

确定传感器的型号参数，掌握有关角度测量的方法和技术。

3、掌握模拟信号获取、传输、处理及检测的一般方法。

4、掌握由微型计算机实现数字输入和显示功能的技术。

5、学会应用电位器式传感器组建一个简单的测量系统，提高解决实际工程问题的设计能力。

6、通过计算、分析、绘图，能运用标准、规范、手册并学会查阅有关资料，培养仪器设计的基本技能，为毕业设计等奠定良好的基础。

3．3设计要求

1、详细了解汽车前轮转向角测量原理和要求，制定转向角测量的机械传动方案。

2、详细了解所选用的电位器式角度传感器的工作原理、工作特性、技术参数等。

3、设计合理的信号调理电路。

4、用单片微型计算机和A/D芯片进行模拟信号的采样等相关处理电路。

5、设计合理的单片微型计算机的显示和键盘输入接口电路。

6、设计合理的系统供电电路。

7、用计算机绘图软件绘制硬件电路原理图，用C51或汇编语言编设计编制相关程序，并用单片仿真器或实验箱对关键程序进行调试和实验验证。

8、列出制作该系统的元件清单。

9、撰写详细的设计说明书一份。

3．4汽车前轮转向角测量原理介绍

汽车前轮转向角检测仪是用于检测汽车转向轮左右两个方向最大转向角的检测设备。

首先，检测车辆停在台架前（台架埋入地下），电动机通过丝杆带动转盘在导轨上左右运动来对准车轮（通过红外线传感器检测跟踪定位）；对准后，汽车驶入台架，转向车轮正好停在转盘中间；车停稳后，相关的机械夹具锁定装置（电气控制），司机转动方向盘带动车轮朝左运动到最大极限角，停等片刻；然后又朝右运动到极限角，再停等片刻。

圆盘随车轮一起朝左、朝右转动，同时转盘带动传感器一起转动，电子系统检测这个左右运动的最大值，并记录、显示、打印、传输出给上位机。

显然，上述系统设计涉及机械设计、传感技术、电子检测、电力拖动、应用软件编程等很多方面。

4、一维直线运动台的定位控制系统

4．1设计任务

针对前期机械课程设计完成的一维直线运动台，利用光电编码传感器、电机驱动技术和单片机技术设计一套一维直线运动定位控制系统，定位点可按要求任意输入设定。

定位范围为10~500mm，定位误差为±0.1mm，定位控制系统具有日期、时钟显示功能。

4．2设计目的

1、了解有关光电编码传感器的结构、工作原理、使用方法。

2、了解有关直流电机或步进电机的工作原理和应用技术。

3、综合运用其他先修课程的理论和实践知识，制定设计方案。

确定传感器的型号参数，掌握有关直线位移的测量方法、技术和直流电机或步进电机的控制方法、技术。

4、掌握由微型计算机实现数字输入和显示功能的技术。

5、学会应用光电编码传感器和电机驱动技术组建一个简单的运动定位控制系统，提高解决实际工程问题的设计能力。

6、通过计算、分析、绘图，能运用标准、规范、手册并学会查阅有关资料，培养仪器设计的基本技能，为毕业设计等奠定良好的基础。

4．3设计要求

1、详细了解一维直线运动台的工作原理和运动定位要求，制定直线运动的电机驱动方案。

2、详细了解所选用的脉冲型传感器的工作原理、工作特性、技术参数、速度测量的应用电路等。

3、设计合理的信号调理电路。

4、用单片微型计算机输入接口和中断技术进行脉冲信号的采样等相关处理电路。

5、设计合理的单片微型计算机的显示和键盘输入接口电路。

6、设计合理的系统供电电路。

7、用计算机绘图软件绘制硬件电路原理图，用C51或汇编语言编设计编制相关程序，并用单片仿真器或实验箱对关键程序进行调试和实验验证。

8、列出制作该系统的元件清单。

9、撰写详细的设计说明书一份。

完成上述定位控制系统设计涉及机械设计、传感技术、电子检测、电力拖动、应用软件编程等很多方面的知识。

5、液态物体的自动称重控制系统设计

5．1设计任务

利用称重传感器和单片机技术设计一套罐装流水线中的液态物体自动称重控制系统，自动称重值可任意输入设定，控制系统具有加料机构驱动电磁阀和流水线罐体的输送的自动控制功能，最大称重值5000g，称重值误差为±10g，称重控制系统具有日期、时钟显示功能。

5．2设计目的

1、了解有关称重传感器的工作原理、加工工艺的相关知识。

2、综合运用其他先修课程的理论和实践知识，制定设计方案，确定称重传感器的型号的参数，掌握物体重量的检测方法。

3、掌握模拟信号获取、传输、处理及检测的一般方法。

4、掌握由微型计算机实现数字输入和显示功能的技术。

5、学会应用称重传感器和单片微型计算机接口技术组建一个自动称重控制系统，提高解决实际工程问题的设计能力。

6、通过计算、分析、绘图，能运用标准、规范、手册并学会查阅有关资料，培养仪器设计的基本技能，为毕业设计等奠定良好的基础。

5．3设计要求

1、详细了解所选用的称重传感器的工作原理、工作特性、技术参数、应用电路等。

2、设计合理的信号调理电路。

3、用单片微型计算机和A/D芯片进行信号的采样等相关处理电路。

4、设计合理的单片微型计算机的执行驱动元件、显示和键盘输入接口电路。

5、设计合理的系统供电电路。

6、用计算机绘图软件绘制硬件电路原理图，用C51或汇编语言编设计编制相关程序，并用单片仿真器或实验箱对关键程序进行调试和实验验证。

7、列出制作该系统的元件清单。

8、撰写详细的设计说明书一份。

6、颗粒物体的自动罐装控制系统设计