1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：質(zhì)心檢測(cè)方案總體設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別： 光電信息系 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 光電信息工程 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p><b>　　20

2、14年05月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　系別 光電信息系專(zhuān)業(yè) 光電信息工程 班B100104姓名 程斯琦 學(xué)號(hào) B10010402 </p><p>　　1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 質(zhì)心檢測(cè)方案總體設(shè)計(jì) </p><p&

3、gt;　　2.題目背景和意義：經(jīng)加工(組裝)完畢后的工件(部件)，如果質(zhì)量呈不對(duì)稱(chēng)分布，一般很難確定質(zhì)心位置，即使外輪廓為對(duì)稱(chēng)圖形的工件(部件)，質(zhì)心一般也不在其幾何中心。為了滿(mǎn)足動(dòng)力學(xué)要求，往往需要知道工件質(zhì)心的準(zhǔn)確位置，尤其是新型武器的研制對(duì)質(zhì)心測(cè)量精度的要求不斷提高。由于很多產(chǎn)品一般從理論計(jì)算很難準(zhǔn)確地確定其質(zhì)心的幾何位置，特別是對(duì)動(dòng)能攔截等精確制導(dǎo)武器，必須較精確確定其質(zhì)心位置，因此必須進(jìn)行實(shí)際的質(zhì)心位置測(cè)量。

4、 </p><p>　　3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： 1）查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)以了解質(zhì)心測(cè)量原理；2）比較、選擇質(zhì)心檢測(cè)原理方法；3）設(shè)計(jì)質(zhì)心檢測(cè)系統(tǒng)；4）分析檢測(cè)誤差。 </p>&

5、lt;p>　　4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）：2013.11.4～2013.11.30：查找有關(guān)資料， 了解質(zhì)心檢測(cè)技術(shù)的原理及方法，總結(jié)各方法優(yōu)缺點(diǎn)，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。2013.12.1～2014.1.5：設(shè)計(jì)質(zhì)心測(cè)量系統(tǒng)原理圖，選擇測(cè)試系統(tǒng)所需的器件，壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡等。2014.1.6～2014.2.21：完成總體設(shè)計(jì)，分析系統(tǒng)誤差及可能的解決辦法，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)。2014.2.24～2014.3

6、.21：針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，完成畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 </p><p>　　5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 15000字 </p><p>　?、?實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)?/p>

7、習(xí)（天數(shù)）： </p><p>　?、?圖紙（幅面和張數(shù)）*： </p><p>　?、?其他要求： 查閱文獻(xiàn)資料不少于15篇

8、 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　學(xué)生簽名： 年 月 日</p><p>　　系主任審批： 年 月 日</

9、p><p>　　質(zhì)心檢測(cè)方案總體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　在機(jī)械制造和軍事方面，質(zhì)心檢測(cè)是很重要的測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)于準(zhǔn)度、精度、速度的要求越來(lái)越高。本文利用傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于三點(diǎn)支撐法的質(zhì)心檢測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用目前使用最廣泛、技術(shù)較為成熟的SOC單片機(jī)C805

10、1F350作為控制核心，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采樣、處理功能，通過(guò)異步串行口與上位機(jī)通信，通過(guò)C語(yǔ)言計(jì)算程序算出質(zhì)心坐標(biāo)。其中測(cè)量功能由以MAVIN足立NA2型稱(chēng)重傳感器為核心的傳感器電路、以O(shè)PA27為核心的放大電路和單片機(jī)內(nèi)部的24位A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)具有精確、快捷、方便、實(shí)用的顯著特點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：質(zhì)心；三點(diǎn)支撐法；單片機(jī)；稱(chēng)重傳感器；A/D轉(zhuǎn)換；C

11、語(yǔ)言</p><p>　　The Overall Design of the Centroid Detection Scheme </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the machinery and military aspects, centroid detection is very impo

12、rtant test project.For accuracy, precision and speed have become increasingly demanding.In this paper, the use of sensor technology designed a centroid detection system method based on three-point support. </p>&l

13、t;p>　　The system uses the most widely used, the technology is more mature SOC MCU C8051F350 As a control center.Achieve the automatic sampling, processing, via an asynchronous serial port communications with the host

14、computer,Computer program calculates the coordinates of the center of mass by C language.Thereinto the measure is completed by sensor circuit based on MAVIN NA2 sensor, amplification circuit based on OPA27 and A/D conver

15、ter in C8051F350.</p><p>　　The whole system has precise, fast, convenient and practical notable features.  </p><p>　　Keywords: centroid; point support method; SCM; weighing sensor,A/D

16、conversion; c language</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.2問(wèn)題的提出1</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.4研究的內(nèi)容2<

17、;/p><p>　　1.4.1目的和要求2</p><p>　　1.4.2系統(tǒng)的工作原理2</p><p>　　2 系統(tǒng)方案論證4</p><p>　　2.1稱(chēng)重傳感器選擇4</p><p>　　2.1.1傳感器分類(lèi)4</p><p>　　2.1.2最終選擇方案4</p>

18、<p>　　2.2編程語(yǔ)言選擇方案5</p><p>　　2.2.1匯編語(yǔ)言選擇方案5</p><p>　　2.2.2C語(yǔ)言選擇方案6</p><p>　　2.2.3最終選擇方案8</p><p>　　2.3主要部件介紹8</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)13</b>

19、</p><p>　　3.1儀器功能介紹13</p><p>　　3.2系統(tǒng)原理框圖13</p><p>　　3.3檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.3.1工件質(zhì)心檢測(cè)基本方法14</p><p>　　3.4壓力傳感器電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.5數(shù)據(jù)處理電路設(shè)計(jì)

20、16</p><p>　　3.5.1單片機(jī)電路16</p><p>　　3.5.2A/D放大電路17</p><p>　　3.5.3電源電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.5.4串口通信電路19</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1主程序的設(shè)計(jì)20

21、</p><p>　　4.2子程序的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.2.3 質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算軟件22</p><p>　　5 誤差分析與補(bǔ)償25</p><p>　　5.1質(zhì)量誤

22、差25</p><p>　　5.2質(zhì)心誤差25</p><p><b>　　6 軟件仿真27</b></p><p>　　6.1仿真軟件的介紹27</p><p>　　6.2仿真畫(huà)面的介紹27</p><p>　　6.3計(jì)算程序運(yùn)行30</p><p><

23、b>　　7 結(jié)論31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明34</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明35</p><p&g

24、t;　　附錄1系統(tǒng)硬件電路圖36</p><p>　　附錄2系統(tǒng)源程序代碼37</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　質(zhì)心指物質(zhì)系統(tǒng)上被認(rèn)為質(zhì)量集中于此的一個(gè)假想點(diǎn)，它同作用于質(zhì)點(diǎn)系上的力無(wú)關(guān)。在質(zhì)點(diǎn)組中恒存在一個(gè)特殊點(diǎn)，它的運(yùn)動(dòng)很容易被確定，如果以這個(gè)特殊點(diǎn)作為參照點(diǎn)，又常常能使問(wèn)題簡(jiǎn)化。這個(gè)特殊點(diǎn)即質(zhì)點(diǎn)組成的

25、質(zhì)量中心，簡(jiǎn)稱(chēng)質(zhì)心。經(jīng)加工(組裝)完畢后的工件(部件)，如果質(zhì)量呈不對(duì)稱(chēng)分布，一般很難確定質(zhì)心位置，即使外輪廓為對(duì)稱(chēng)圖形的工件(部件)，質(zhì)心一般也不在其幾何中心。為了滿(mǎn)足動(dòng)力學(xué)要求，往往需要知道工件質(zhì)心的準(zhǔn)確位置[1]。</p><p>　　1.1研究的目的和意義</p><p>　　質(zhì)心測(cè)量對(duì)于很多產(chǎn)品的使用至關(guān)重要，尤其是新型武器的研制對(duì)質(zhì)心測(cè)量精度的要求不斷提高。由于很多產(chǎn)品一般從理

26、論計(jì)算很難準(zhǔn)確地確定其質(zhì)心的幾何位置，特別是對(duì)動(dòng)能攔截等精確制導(dǎo)武器，必須較精確確定其質(zhì)心位置，因此必須進(jìn)行實(shí)際的質(zhì)心位置測(cè)量[2]。本課題研究的目的就是用利用傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種質(zhì)心測(cè)量機(jī)構(gòu)，提出了一種能夠質(zhì)心測(cè)量精度的測(cè)量方法。</p><p><b>　　1.2問(wèn)題的提出</b></p><p>　　在過(guò)去，工件的質(zhì)心是通過(guò)工程技術(shù)人員的大量計(jì)算獲得的，多余復(fù)

27、雜形體的零件只能進(jìn)行近似計(jì)算。當(dāng)組成組件的零件數(shù)量比較多，而且質(zhì)量分布不均勻時(shí)，計(jì)算就非常困難，即便借助一些計(jì)算分析軟件，一般也達(dá)不到要求的精度。為此，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造了相應(yīng)的自動(dòng)檢測(cè)裝置取代人工計(jì)算。</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　在機(jī)械工程領(lǐng)域，質(zhì)心測(cè)量是一個(gè)應(yīng)用十分廣泛的測(cè)量項(xiàng)目，如通用汽車(chē)的動(dòng)力總成、汽車(chē)總裝質(zhì)心高度的測(cè)量，裝甲車(chē)輛和車(chē)體上武器系統(tǒng)的質(zhì)心

28、分布，火箭、飛機(jī)等各類(lèi)飛行器的質(zhì)心測(cè)量等，都屬于質(zhì)心測(cè)量的范疇[3]。</p><p>　　軍事方面，郭志成[4]從質(zhì)心測(cè)量原理入手，提出了采用智能傳感器技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈質(zhì)心定位系統(tǒng)的組成及技術(shù)指標(biāo)。利用誤差理論，對(duì)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈質(zhì)心定位系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析，消除了誤差并提高了系統(tǒng)的測(cè)量精度。潘文松，王昌明[5]等人介紹了彈丸質(zhì)量、質(zhì)心以及質(zhì)偏心的三點(diǎn)支承測(cè)量方法，論述了各個(gè)參數(shù)的測(cè)量原理，對(duì)各參數(shù)產(chǎn)生誤差的因素以及各個(gè)誤

29、差的大小進(jìn)行了定量分析，并提出了相應(yīng)的誤差補(bǔ)償方式。騫永博，吳斌[6]詳細(xì)介紹了彈丸質(zhì)心測(cè)量</p><p>　　的多支點(diǎn)稱(chēng)重法工作原理、系統(tǒng)組成和計(jì)算公式，針對(duì)小型彈丸，提出了提高其軸向、徑向質(zhì)心測(cè)量精度的改進(jìn)方法。首都航天機(jī)械公司曾對(duì)大型運(yùn)載火箭質(zhì)量與橫向質(zhì)心的四點(diǎn)測(cè)定方法進(jìn)行過(guò)研究，所研制的設(shè)備為分體式結(jié)構(gòu)具有可移動(dòng)性，但設(shè)備調(diào)整比較復(fù)雜。</p><p>　　車(chē)輛測(cè)量方面，趙新通等

30、[7]采用液壓驅(qū)動(dòng)的二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)量車(chē)輛的質(zhì)心坐標(biāo)。張立彬[8]在原有拖拉機(jī)做復(fù)擺運(yùn)動(dòng)時(shí)周期與質(zhì)心高度之間關(guān)系的理論模型基礎(chǔ)上，提出了實(shí)用測(cè)量模型，通過(guò)測(cè)量擺動(dòng)周期和改變擺長(zhǎng)，計(jì)算拖拉機(jī)質(zhì)心高度。</p><p>　　在國(guó)外，有關(guān)本項(xiàng)目研究的文獻(xiàn)較少。Fabbir等[9]和Molari等[10-11]采用平臺(tái)側(cè)傾試驗(yàn)法測(cè)量拖拉機(jī)質(zhì)心高度，將拖拉機(jī)放在擺動(dòng)平臺(tái)上，依靠平臺(tái)側(cè)面的鋼絲滑輪機(jī)構(gòu)，使平臺(tái)與拖拉機(jī)一起旋

31、轉(zhuǎn)一定角度，測(cè)量鋼絲繩的拉力，通過(guò)靜態(tài)平衡原理計(jì)算出拖拉機(jī)的質(zhì)心高度。</p><p><b>　　1.4研究的內(nèi)容</b></p><p>　　利用傳感器技術(shù)，設(shè)計(jì)一種質(zhì)心測(cè)量機(jī)構(gòu)，提出一種測(cè)量方法、具體測(cè)量機(jī)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)，給出了機(jī)構(gòu)的測(cè)量原理、測(cè)量方法，測(cè)定100kg內(nèi)任意不規(guī)則物體的質(zhì)心。</p><p>　　1.4.1目的和要求<

32、/p><p>　　本次設(shè)計(jì)是利用傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一種質(zhì)心系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件的組成和實(shí)現(xiàn)。實(shí)時(shí)、可靠的聯(lián)動(dòng)控制，使系統(tǒng)可靠性高、靈活性強(qiáng)、人機(jī)界面友好。通過(guò)設(shè)計(jì)熟悉51單片機(jī)的使用方法、傳感器等芯片的工作原理及其使用，并通過(guò)Keil編程向單片機(jī)上下載程序，根據(jù)設(shè)計(jì)要求編寫(xiě)計(jì)算程序，達(dá)到設(shè)計(jì)的最優(yōu)化和理想化、實(shí)用化。</p><p>　　1.4.2系統(tǒng)的工作原理</p><

33、;p>　　根據(jù)測(cè)量原理的不同，質(zhì)心測(cè)量方法通常分為兩類(lèi)：懸掛法和質(zhì)量反應(yīng)法[12]。 </p><p>　　懸掛法是利用自由懸掛時(shí)質(zhì)心必然通過(guò)懸掛點(diǎn)垂直面的原理來(lái)確定質(zhì)心位置的方法，如圖1.1，該方法只適用于小型設(shè)備且精度不高； </p><p>　　圖1.1 懸掛法測(cè)量不規(guī)則物體重心</p><p>　　質(zhì)量反應(yīng)法是利用力矩平衡的原理進(jìn)行

34、質(zhì)心測(cè)量的方法，該方法試驗(yàn)過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，普及率較高。</p><p>　　三點(diǎn)支撐法[13]是質(zhì)量反應(yīng)法的一種，是目前應(yīng)用比較廣泛的一種質(zhì)心測(cè)量方法，即在測(cè)量平臺(tái)下方的同一圓周上均布三個(gè)測(cè)力支承點(diǎn)，支承下置有測(cè)力傳感器，被測(cè)件安裝在平臺(tái)上，并且使被測(cè)件的中心軸通過(guò)平臺(tái)的中心，而且又垂直平臺(tái)的工作臺(tái)面，讀出三個(gè)測(cè)力傳感器的輸出，通過(guò)運(yùn)算可方便地求出被測(cè)件的質(zhì)量和質(zhì)心位置坐標(biāo)。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以根據(jù)實(shí)際情況更換傳感

35、器以調(diào)整測(cè)量范圍，并且不受樣件形狀和大小的影響。通過(guò)合理選擇傳感器和分布位置，其測(cè)量準(zhǔn)確度最高可達(dá)0.01mm。</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，最終選擇三點(diǎn)支撐法測(cè)量質(zhì)心，應(yīng)為相比懸掛法，三點(diǎn)支撐法精度更高，測(cè)量更方便，更容易通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示出測(cè)量結(jié)果。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)方案論證</b></p><p>　　2.1稱(chēng)重

36、傳感器選擇</p><p>　　2.1.1傳感器分類(lèi)</p><p>　　稱(chēng)重傳感器實(shí)際上是一種將質(zhì)量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)輸出的裝置。用傳感器茵先要考慮傳感器所處的實(shí)際工作環(huán)境，這點(diǎn)對(duì)正確選用稱(chēng)重傳感器至關(guān)重要，它關(guān)系到傳感器能否正常工作以及它的安全和使用壽命，乃至整個(gè)衡器的可靠性和安全性。在稱(chēng)重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)的基本概念和評(píng)價(jià)方法上，新舊國(guó)標(biāo)有質(zhì)的差異。</p>&l

37、t;p>　　分類(lèi)：稱(chēng)重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8類(lèi)，以電阻應(yīng)變式使用最廣。</p><p>　　電阻應(yīng)變式傳感器利用電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路和傳輸電纜4部分組成。電阻應(yīng)變片貼在彈性元件上，彈性元件受力變形時(shí)，其上的應(yīng)變片隨之變形，并導(dǎo)致電阻改變。測(cè)量電路測(cè)出應(yīng)變片電阻的變化并變換為

38、與外力大小成比例的電信號(hào)輸出。電信號(hào)經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測(cè)物的質(zhì)量。 </p><p>　　2.1.2最終選擇方案</p><p>　　電阻應(yīng)變式傳感器的稱(chēng)量范圍為300g至數(shù)千kg，計(jì)量準(zhǔn)確度達(dá)1/1000～1/10000，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可靠性較好。大部分電子衡器均使用此傳感器。</p><p>　　被測(cè)件的質(zhì)量在100kg左右，工作臺(tái)設(shè)計(jì)重量為50kg，共重

39、150kg。設(shè)計(jì)中共使用三個(gè)稱(chēng)重傳感器，每個(gè)傳感器載重約為50kg。由此可選用電阻式傳感器型號(hào)臺(tái)灣MAVIN足立NA2-100稱(chēng)重傳感器。</p><p>　　圖2.1 MAVIN足立NA稱(chēng)重傳感器</p><p>　　產(chǎn)品參數(shù)： 額定輸出 2mv/V±5%綜合誤差 0.02% F.S.重復(fù)性、線(xiàn)性、滯后性 0.02% F.S.蠕變（20分鐘） 0.02% F.S.

40、零點(diǎn)復(fù)歸（20分鐘） 0.02% F.S.靈敏度溫漂 0.003% F.S./℃零點(diǎn)溫漂 0.003% F.S./℃溫補(bǔ)范圍 -10℃~+50℃容許范圍 -20℃~+60℃零點(diǎn)平衡 ±0.0200mv/V輸入阻抗 410Ω±15Ω輸出阻抗 350Ω±5Ω絕緣阻抗 ≥5000MΩ推薦激勵(lì)電壓 5~12VDC最大激勵(lì)電壓 15VDC安全超載 150%終極超載 200%材質(zhì) 鋁合金防護(hù)

41、等級(jí) IP65、IP66電纜 Φ6×2m推薦臺(tái)面尺寸 400×400mm </p><p>　　2.2編程語(yǔ)言選擇方案</p><p>　　2.2.1匯編語(yǔ)言選擇方案</p><p>　　匯編語(yǔ)言（英語(yǔ)：Assembly language）是一種用于電子計(jì)算機(jī)、微處理器、單片機(jī)或其他可編程器件的低級(jí)語(yǔ)言，在不同的設(shè)備中，匯編語(yǔ)言對(duì)應(yīng)著不同的機(jī)

42、器語(yǔ)言指令集。一種匯編語(yǔ)言專(zhuān)用于某種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而不像許多高級(jí)語(yǔ)言，可以在不同系統(tǒng)平臺(tái)之間移植。使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的源代碼，需要通過(guò)使用相應(yīng)的匯編程序?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)換成可執(zhí)行的機(jī)器代碼。這一過(guò)程被稱(chēng)為匯編過(guò)程。</p><p>　　匯編語(yǔ)言是面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。在匯編語(yǔ)合中，用助記符代替操作碼，用地址符號(hào)或標(biāo)號(hào)代替地址碼。這樣用符號(hào)代替機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制碼，就把機(jī)器語(yǔ)言變成了匯編語(yǔ)言。于是匯編語(yǔ)言亦稱(chēng)為符號(hào)語(yǔ)言。&

43、lt;/p><p>　　使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，機(jī)器不能直接識(shí)別，要由一種程序?qū)R編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語(yǔ)言處理系統(tǒng)軟件。匯編程序把匯編語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的過(guò)程稱(chēng)為匯編。</p><p><b>　　其主要特點(diǎn)：</b></p><p>　　(1) 面向機(jī)器的低級(jí)語(yǔ)言，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或系列計(jì)

44、算機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。</p><p>　　(2) 保持了機(jī)器語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)。</p><p>　　(3) 可有效地訪(fǎng)問(wèn)、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備，如磁盤(pán)、存儲(chǔ)器、CPU、I/O端口等。</p><p>　　(4) 目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。</p><p>　　(5) 經(jīng)常與高級(jí)語(yǔ)言配合使用，應(yīng)

45、用十分廣泛。</p><p>　　匯編語(yǔ)言由于采用了助記符號(hào)來(lái)編寫(xiě)程序，比用機(jī)器語(yǔ)言的二進(jìn)制代碼編程要方便些，在一定程度上簡(jiǎn)化了編程過(guò)程。匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)是用符號(hào)代替了機(jī)器指令代碼，而且助記符與指令代碼一一對(duì)應(yīng)，基本保留了機(jī)器語(yǔ)言的靈活性。使用匯編語(yǔ)言能面向機(jī)器并較好地發(fā)揮機(jī)器的特性，得到質(zhì)量較高的程序。</p><p>　　用匯編語(yǔ)言編制的程序輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)不能象用機(jī)器語(yǔ)言編寫(xiě)的程序一

46、樣直接識(shí)別和執(zhí)行，必須通過(guò)預(yù)先放入計(jì)算機(jī)的"匯編程序"中進(jìn)行加工和翻譯，才能變成能夠被計(jì)算機(jī)直接識(shí)別和處理的二進(jìn)制代碼程序。用匯編語(yǔ)言等非機(jī)器語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)好的符號(hào)程序稱(chēng)為源程序，運(yùn)行時(shí)匯編程序要將源程序翻譯成目標(biāo)程序。目標(biāo)程序是機(jī)器語(yǔ)言程序，當(dāng)它被安置在內(nèi)存的預(yù)定位置上，就能被計(jì)算機(jī)的CPU處理和執(zhí)行。</p><p>　　匯編語(yǔ)言是面向具體機(jī)型的，它離不開(kāi)具體計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)，因此，對(duì)于不同型號(hào)

47、的計(jì)算機(jī)，有著不同的結(jié)構(gòu)的匯編語(yǔ)言，而且，對(duì)于同一問(wèn)題所編制的匯編語(yǔ)言程序在不同種類(lèi)的計(jì)算機(jī)間是互不相通的。</p><p><b>　　其優(yōu)點(diǎn)如下：</b></p><p>　　(1) 面向機(jī)器的低級(jí)語(yǔ)言，通常是為特定的計(jì)算機(jī)或系列計(jì)算機(jī)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的。</p><p>　　(2) 保持了機(jī)器語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，具有直接和簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)。</p>

48、<p>　　(3) 可有效地訪(fǎng)問(wèn)、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備，如磁盤(pán)、存儲(chǔ)器、CPU、I/O端口等。</p><p>　　(4) 目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。</p><p>　　(5) 經(jīng)常與高級(jí)語(yǔ)言配合使用，應(yīng)用十分廣泛。</p><p>　　2.2.2C語(yǔ)言選擇方案</p><p>　　C語(yǔ)言

49、是一種計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它既具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，又具有匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)。它可以作為工作系統(tǒng)設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)系統(tǒng)應(yīng)用程序，也可以作為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，編寫(xiě)不依賴(lài)計(jì)算機(jī)硬件的應(yīng)用程序。</p><p>　　C語(yǔ)言，是一種通用的、過(guò)程式的編程語(yǔ)言，廣泛用于系統(tǒng)與應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。具有高效、靈活、功能豐富、表達(dá)力強(qiáng)和較高的移植性等特點(diǎn)，在程序員中備受青睞。最近25年是使用最為廣泛的編程語(yǔ)言。</p><p

50、>　　C語(yǔ)言是由UNIX的研制者丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie）于1970年由肯·湯普遜（Ken Thompson）所研制出的B語(yǔ)言的基礎(chǔ)上發(fā)展和完善起來(lái)的。目前，C語(yǔ)言編譯器普遍存在于各種不同的操作系統(tǒng)中，例如UNIX、MS-DOS、Microsoft Windows及Linux等。C語(yǔ)言的設(shè)計(jì)影響了許多后來(lái)的編程語(yǔ)言，例如C++、Objective-C、Java、C#等。</p>

51、<p>　　C語(yǔ)言是世界上最流行、使用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。</p><p>　　在操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用C語(yǔ)言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語(yǔ)言，許多大型應(yīng)用軟件都是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的。</p><p><b>　　其優(yōu)點(diǎn)如下：</b></p><p>　　(1) 簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便</p>&l

52、t;p>　　C語(yǔ)言一共只有40個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語(yǔ)句，程序書(shū)寫(xiě)形式自由，區(qū)分大小寫(xiě)。把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C 語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。</p><p><b>　　(2) 運(yùn)算符豐富</b></p><p>　　C語(yǔ)言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有34種運(yùn)算符。C語(yǔ)言把括號(hào)

53、、賦值、強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。從而使C語(yǔ)言的運(yùn)算類(lèi)型極其豐富，表達(dá)式類(lèi)型多樣化。靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)在其它高級(jí)語(yǔ)言中難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)類(lèi)型豐富</p><p>　　C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類(lèi)型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類(lèi)型、指針類(lèi)型、結(jié)構(gòu)體類(lèi)型、共用體類(lèi)型等。能用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。并引入了指針概念，使程序效率更高。</p>

54、<p>　　(4) 表達(dá)方式靈活實(shí)用</p><p>　　C語(yǔ)言提供多種運(yùn)算符和表達(dá)式值的方法，對(duì)問(wèn)題的表達(dá)可通過(guò)多種途徑獲得，其程序設(shè)計(jì)更主動(dòng)、靈活。它語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大，如對(duì)整型量與字符型數(shù)據(jù)及邏輯型數(shù)據(jù)可以通用等。</p><p>　　(5) 允許直接訪(fǎng)問(wèn)物理地址，對(duì)硬件進(jìn)行操作</p><p>　　由于C語(yǔ)言允許直接訪(fǎng)問(wèn)物理地址，可

55、以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，因此它既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能，又具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能，能夠像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位（bit）、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可用來(lái)寫(xiě)系統(tǒng)軟件。</p><p>　　(6) 生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高</p><p>　　C語(yǔ)言描述問(wèn)題比匯編語(yǔ)言迅速，工作量小、可讀性好，易于調(diào)試、修改和移植，而代碼質(zhì)量與匯編語(yǔ)言相當(dāng)。C語(yǔ)言一般只比匯編程序生成

56、的目標(biāo)代碼效率低10%～20%。</p><p><b>　　(7) 可移植性好</b></p><p>　　C語(yǔ)言在不同機(jī)器上的C編譯程序，86%的代碼是公共的，所以C語(yǔ)言的編譯程序便于移植。在一個(gè)環(huán)境上用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，不改動(dòng)或稍加改動(dòng)，就可移植到另一個(gè)完全不同的環(huán)境中運(yùn)行。</p><p><b>　　(8) 表達(dá)力強(qiáng)<

57、/b></p><p>　　C語(yǔ)言有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)算符。包含了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如整型、數(shù)組類(lèi)型、指針類(lèi)型和聯(lián)合類(lèi)型等，用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。C語(yǔ)言的運(yùn)算符有34種，范圍很寬，靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)難度極大的運(yùn)算。</p><p>　　C語(yǔ)言能直接訪(fǎng)問(wèn)硬件的物理地址，能進(jìn)行位（bit）操作。兼有高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言的許多優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　它既

58、可用來(lái)編寫(xiě)系統(tǒng)軟件，又可用來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，已成為一種通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。</p><p>　　另外C語(yǔ)言具有強(qiáng)大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。且計(jì)算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。</p><p>　　2.2.3最終選擇方案</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，最終選擇C語(yǔ)言編寫(xiě)程序。因?yàn)閰R編語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼非常難懂，不好維護(hù)；很容易產(chǎn)生bug，難于調(diào)試；只能針對(duì)特定的

59、體系結(jié)構(gòu)和處理器進(jìn)行優(yōu)化；開(kāi)發(fā)效率很低，時(shí)間長(zhǎng)且單調(diào)。</p><p><b>　　2.3主要部件介紹</b></p><p>　　C8051F350單片機(jī)器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU。其主要特性如下：</p><p>　　高速、流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核（可達(dá)50MIPS）</p><p>

60、　　全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）</p><p>　　24或16位單端/差分ADC，帶模擬多路器</p><p>　　兩個(gè)8位電流輸出DAC</p><p>　　高精度可編程的24.5MHz內(nèi)部振蕩器</p><p>　　8KB在片F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器</p><p>　　768字節(jié)片內(nèi)RAM</p>

61、<p>　　硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/I2C、增強(qiáng)型UART和SPI串行接口</p><p>　　4個(gè)通用的16位定位器</p><p>　　具有3個(gè)捕捉/比較模塊和看門(mén)狗定時(shí)器功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA）</p><p>　　片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器</p><p><b>　　片內(nèi)電壓比較器&

62、lt;/b></p><p>　　17個(gè)端口I/O（容許5V輸入）</p><p>　　具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的C8051F350是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。用戶(hù)軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。</p>&l

63、t;p>　　片內(nèi)SiliconLabs二線(xiàn)（C2）開(kāi)發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用C2進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。兩個(gè)C2接口引腳可以與用戶(hù)功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。</p><p>　　每種器件都可在工業(yè)溫度范圍（-45℃到+85

64、℃）內(nèi)用2.7V-3.6V的電壓工作。端口I/O和/RST引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓。C8051F350采用28腳QFN（也稱(chēng)為MLP或MLF）封裝或32腳LQFP封裝。</p><p>　　圖2.2 C8051F350引腳圖</p><p>　　引腳類(lèi)型及功能介紹：</p><p>　　表2.1 引腳類(lèi)型及功能</p><p><b

65、>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1儀器功能介紹</b></p><p>　　本質(zhì)心檢測(cè)系統(tǒng)操作方便，人機(jī)間互動(dòng)主要依靠計(jì)算機(jī)。操作過(guò)程如下：上電后系統(tǒng)復(fù)位，放上被測(cè)件，此時(shí)三個(gè)點(diǎn)的重力顯示在計(jì)算機(jī)屏上，通過(guò)計(jì)算程序輸出質(zhì)心坐標(biāo)。</p><p><b>　　3.2系統(tǒng)原理框圖</b

66、></p><p>　　硬件電路按照模塊化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì),主要包括檢測(cè)裝置，單片機(jī)電路、傳感器電路、A/D放大電路、電源穩(wěn)壓電路、串口通信電路等。系統(tǒng)原理框圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　3.3檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本文采用了三點(diǎn)支撐稱(chēng)重法。三點(diǎn)支撐稱(chēng)重法的重量和質(zhì)心測(cè)量

67、是通過(guò)三個(gè)稱(chēng)重傳感器共同完成的，圖3.2為三點(diǎn)支撐稱(chēng)重法示意圖，檢測(cè)裝置主要由測(cè)試臺(tái)面，支撐軸，稱(chēng)重傳感器，底主要座等部分組成</p><p>　　圖3.2 三點(diǎn)支撐稱(chēng)重法示意圖</p><p>　　稱(chēng)重傳感器在測(cè)量平臺(tái)上的投影如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3測(cè)量平臺(tái)俯視圖</p><p>　　3.3.1工件質(zhì)心檢測(cè)基本方法&l

68、t;/p><p>　　質(zhì)量和質(zhì)心測(cè)量是通過(guò)3個(gè)稱(chēng)重傳感器共同完成的。稱(chēng)重傳感器在測(cè)量平臺(tái)上的垂直投影如圖2所示。其中點(diǎn)s1，s2，s3分別表示三個(gè)稱(chēng)重傳感器和測(cè)量平臺(tái)的接觸點(diǎn)，OX，OY為裝置參考軸，原點(diǎn)O為裝置的定位中心[14]。設(shè)三個(gè)傳感器測(cè)出了力分別為f1，f2，f3。</p><p>　　則根據(jù)傳感器測(cè)得的值可得被測(cè)件的重量為：</p><p><b>

69、;　?。?.1）</b></p><p>　　式中：g為重力加速度</p><p>　　根據(jù)力矩平衡原理在平面oxy內(nèi)對(duì)OX取矩，被測(cè)件在oxy平面內(nèi)的徑向質(zhì)心yc為：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　對(duì)OY取矩，被測(cè)件的軸向質(zhì)心xc為：</p><p&

70、gt;<b>　　（3.3）</b></p><p>　　將被測(cè)件繞x軸旋轉(zhuǎn)90°，重復(fù)上式，即可測(cè)試出z軸方向的質(zhì)心坐標(biāo)[15]。</p><p>　　3.4壓力傳感器電路設(shè)計(jì)</p><p>　　傳感器采用電阻應(yīng)變片，利用電橋平衡原理進(jìn)行壓差的采樣，因?yàn)殡姌驕y(cè)量不僅可以提高檢測(cè)靈敏度，還能獲得較為理想的溫度補(bǔ)償效果，減小和克服非線(xiàn)

71、性誤差。</p><p>　　直流電橋電路如下圖所示：</p><p>　　圖3.4 直流電橋電路圖</p><p>　　四個(gè)電阻兩兩串聯(lián)，接點(diǎn)A和B接直流電源E。根據(jù)串聯(lián)電路電阻分壓關(guān)系，得C、D兩點(diǎn)的電壓分別為：</p><p>　　， （3.4）</p><p

72、>　　電橋的輸出電壓為： （3.5）</p><p>　　電橋的平衡條件是：。當(dāng)電橋平衡時(shí)，輸出電壓為零。</p><p>　　根據(jù)本儀器的設(shè)計(jì)要求，我們選擇臺(tái)灣MAVIN足立NA2稱(chēng)重傳感器。</p><p>　　惠斯登電橋具有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱(chēng)重傳感器的補(bǔ)償問(wèn)題等，所以惠斯

73、登電橋在稱(chēng)重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。又因?yàn)槿珮蚴降缺垭姌虻撵`敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵消，所以稱(chēng)重傳感器均采用全橋式等臂電橋。</p><p>　　圖3.5 惠斯登電橋</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p><b>　　若，，則：</b></p><p&

74、gt;<b>　?。?.7）</b></p><p>　　3.5數(shù)據(jù)處理電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.5.1單片機(jī)電路</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用SOC單片機(jī)C8051F350，芯片的各主要引腳分配如下：</p><p>　　表3.1 C8051F350主要使用引腳</p><p>　　3

75、.5.2A/D放大電路</p><p>　　圖3.6 A/D放大電路</p><p>　　傳感器測(cè)量的電壓信號(hào)經(jīng)常含有干擾信號(hào)，所以當(dāng)差分電壓輸出時(shí)，在其前面加一個(gè)LC濾波電路，抑制了電源對(duì)傳感器的噪聲干擾，得到比較穩(wěn)定的差分信號(hào)。再通過(guò)一個(gè)2通道模擬多路分配器接入運(yùn)放的同相輸入端放大。由于系統(tǒng)連續(xù)工作電壓信號(hào)會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生漂移，為了防止溫漂導(dǎo)致的電壓失真，在差分信號(hào)的兩端加接通道

76、多路器74HC4053，當(dāng)電壓隨溫度往上變化時(shí)，74HC4053就把其信號(hào)變反，這樣電壓信號(hào)就會(huì)成鋸齒形穩(wěn)定在其真實(shí)電壓值附近，從而保證了信號(hào)的準(zhǔn)確。如圖3.6所示，R8、R9、R10電阻使用了精度高、溫度系數(shù)穩(wěn)定的精密電阻，從而減小因?yàn)榉糯螽a(chǎn)生的干擾。</p><p>　　電阻應(yīng)變片式傳感器輸出電壓為mv數(shù)量級(jí)，因此必須加放大電路。根據(jù)差分電路的原理：</p><p><b>

77、　?。?.8）</b></p><p>　　傳感器稱(chēng)重量程100Kg，靈敏2mv/v，供橋電壓為5v，滿(mǎn)量程輸出就為10mv?，F(xiàn)測(cè)量物體最重50Kg，則最多輸出5mv電壓。ADC的參考電壓為2.5v，50Kg</p><p>　　對(duì)應(yīng)2v，所以要使輸出電壓從0-10mv放大到0-2v，放大倍數(shù)為。</p><p>　　本系統(tǒng)的放大電路用了專(zhuān)用的儀表放大器

78、，其優(yōu)點(diǎn)是：</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部的運(yùn)放不是很穩(wěn)定，容易造成偏差。</p><p>　　內(nèi)部的運(yùn)放最大增益為128，而現(xiàn)在所需求的放大倍數(shù)要達(dá)到200，不能滿(mǎn)足放大的要求。故采用外部的運(yùn)算放大器。</p><p>　　傳感器滿(mǎn)量程輸出=傳感器額定輸出×激勵(lì)電壓=2mV/V×5V=10mV=10000V。</p><p

79、>　　查靈敏度表，對(duì)應(yīng)于5000分度數(shù)，其靈敏度允許范圍為0.6-5.2，符合靈敏度要求。</p><p>　　3.5.3電源電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖3.7 電源電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的芯片需要的供電電壓有2.5V，3.3V和5V三種，主要采用小功率電源調(diào)整芯片MIC5205產(chǎn)生2.5V和5V電壓，3

80、.3V低壓降調(diào)節(jié)器LP2981產(chǎn)生3.3V電壓。</p><p>　　5V電壓用MIC5205芯片產(chǎn)生，輸出電壓有波動(dòng)時(shí)，為了使電路能穩(wěn)定工作，在輸入和輸出部分分別接入電容C5，C8。C5為輸入穩(wěn)定電容，當(dāng)穩(wěn)壓器輸入阻抗降低時(shí)，防止發(fā)生震蕩。C8為輸出穩(wěn)壓電容，對(duì)于降低輸出紋波、輸出噪音及負(fù)載電流變化的影響有好的效果，C8的最大值為2.2μF太大的值會(huì)增加調(diào)節(jié)器的過(guò)度反應(yīng)。C7作為濾波電容，C6的作用是減少相位失

81、真，減小輸出噪聲。2.5V電壓采用電阻分壓的方式從MIC5205的輸出得到，其中R1、R2電阻用1ppm的高精度電阻，這樣能得到穩(wěn)定的電壓。3.3V電壓用LP2981芯片產(chǎn)生，其工作原理與MIC5205相似。</p><p>　　3.5.4串口通信電路</p><p>　　圖3.8 串口通信電路</p><p>　　該稱(chēng)重系統(tǒng)與上位機(jī)通信，這樣系統(tǒng)可以擴(kuò)展功能，由上

82、位機(jī)直接完成監(jiān)控任務(wù)。與上位機(jī)的通信接口采用芯片MAX3221。MAX3221是3V至5.5V單通道RS-232線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器/接收器。該器件可滿(mǎn)足TIA/EIA-232-F要求并在一個(gè)異步通信控制器和串行端口連接器之間提供接口電荷汞和四個(gè)小型外接電容器可在單路3V至5.5V電源電壓下工作，這些器件在數(shù)據(jù)信號(hào)率達(dá)到250kbit/s且最大的30-V/s驅(qū)動(dòng)輸出回轉(zhuǎn)率時(shí)工作。</p><p>　　當(dāng)串行端口失效時(shí)，可以對(duì)

83、電壓管理進(jìn)行靈活的控制選擇。在FORCCEON為低且FORCEOFF為高時(shí)自動(dòng)掉電功能起作用。在這種工作方式中，若器件未感應(yīng)到接收器輸入端上的一個(gè)有效的RS-232信號(hào)，則驅(qū)動(dòng)器輸出端被禁止。若FORCEOFF置為低且EN為高，則驅(qū)動(dòng)器和接收器均被切斷，電源電流降至1μA。斷開(kāi)串行端口或關(guān)閉外圍驅(qū)動(dòng)器將會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)掉電。當(dāng)FORCEON和FORCEOFF為高時(shí)，自動(dòng)掉電被禁止，當(dāng)自動(dòng)掉電被使能且在接收器輸入端加一個(gè)有效信號(hào)時(shí)器件被激活。無(wú)

84、效INVALID輸出告知用戶(hù)查看RS-232信號(hào)是否加在接收器輸入端。如果接收器輸入端電壓高于2.7V或低于-2.7V或在+0.3V之間并持續(xù)少于30μs，INVALID為高數(shù)據(jù)有效；如果接收器輸入端電壓在+0.3V之間并持續(xù)超過(guò)30μs，則INVALID低數(shù)據(jù)無(wú)效。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1

85、主程序的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的主程序是由各個(gè)子程序模塊構(gòu)成的。系統(tǒng)上電后，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，由于C8051F350是SOC單片機(jī)，它較MCS51單片機(jī)的一大特點(diǎn)是將很多外設(shè)或功能部件都嵌入其中，如本設(shè)計(jì)用到的24位ADC、增強(qiáng)型UART、時(shí)鐘振蕩器等。完成初始化后，放上被測(cè)件，系統(tǒng)開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，采集完一定的數(shù)據(jù)后取平均值，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即將A/D轉(zhuǎn)換得來(lái)的數(shù)字量通過(guò)串口通訊進(jìn)入

86、計(jì)算機(jī)，通過(guò)計(jì)算程序算出質(zhì)心坐標(biāo)。</p><p><b>　　主程序流程圖如下：</b></p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p><b>　　4.2子程序的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì)是按照結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì),將整個(gè)程序主要分為3部分，A/D轉(zhuǎn)換軟件

87、設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)計(jì)算軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　該程序用于完成采樣、校準(zhǔn)、轉(zhuǎn)換的工作，為輸出做好準(zhǔn)備。</p><p>　　圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊流程圖</p><p>　　A/D處理的任務(wù)一是將A/D轉(zhuǎn)換而來(lái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的重量值，二是將重量值轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒╋@示的字符，以便查表輸出

88、顯示。</p><p>　　硬件部分已經(jīng)提到50Kg重量經(jīng)傳感器輸出并放大400倍后對(duì)應(yīng)A/D輸入的2V，而24位A/D的參考電壓為2.5V，由得X=62.5Kg，留有了一定余量。由解得Y=0A7CH，即0.01Kg對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)為0A7CH,同理可知0.02Kg 時(shí)對(duì)應(yīng)數(shù)值為14F8H，50Kg時(shí)數(shù)值為CCCCCCH。由此可知從0.01Kg到0.02Kg的數(shù)字量變化較大，這樣不僅滿(mǎn)足了轉(zhuǎn)換精度的要求，而且由于

89、AD采樣誤差或外部干擾引起的數(shù)字量的變化不會(huì)影響到輸出結(jié)果的穩(wěn)定，提高了顯示的準(zhǔn)確度。</p><p>　　4.2.2 數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　該程序?qū)/D轉(zhuǎn)換后得到的重力數(shù)字量經(jīng)過(guò)RS232串口發(fā)送到上位機(jī)（計(jì)算機(jī)），經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化顯示為10進(jìn)制字符，方便接下來(lái)的計(jì)算，流程圖如下：</p><p>　　圖4.3 數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計(jì)</p>&

90、lt;p>　　4.2.3 質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算軟件</p><p>　　利用C語(yǔ)言編寫(xiě)計(jì)算程序，將A/D轉(zhuǎn)換后測(cè)得的結(jié)果利用計(jì)算公式算出質(zhì)心坐標(biāo)，并在計(jì)算機(jī)中顯示出來(lái)。</p><p>　　已知三個(gè)傳感器坐標(biāo)，，，測(cè)得結(jié)果，，，根據(jù)以下計(jì)算公式編寫(xiě)程序：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>&l

91、t;b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　（4.3）</b></p><p><b>　　流程圖如下：</b></p><p>　　圖4.4 計(jì)算軟件流程圖</p><p><b>　　計(jì)算程序如下：</b></p><p

92、>　　#include<stdio.h>int main(){ int i=0,buf[3]='0'; int X1=x1; int X2=x2; int X3=x3; int Y1=y1; int Y2=y2; int Y3=y3; int Xc=0; int Yc=0; int G=0; for(i=1;i++;i<4){ printf(&

93、quot;輸入第%d個(gè)f值\n",i); scanf("%d",&buf[i-1]);} G=buf[0]+buf[1]+buf[2]; Xc=(buf[0]*X1+buf[1]*X2+buf[2]*X3)/G; Yc=(buf[0]*Y1+buf[1]*Y2+buf[2]*Y3)/G; printf("Xc的值=%d\nYc的值=%d\n",Xc,Yc

94、);return 0;}</p><p>　　5 誤差分析與補(bǔ)償 </p><p>　　分析可知，質(zhì)量誤差主要來(lái)自傳感器測(cè)量誤差；質(zhì)心誤差主要來(lái)自傳感器重量測(cè)量誤差、傳感器的定位誤差。 </p><p>　　傳感器的測(cè)量誤差可通過(guò)采用高精度傳感器來(lái)提高測(cè)量精度；傳感器的定位誤差主要有傳感器的安裝誤差、傳感器頂點(diǎn)的不確定，其最終都會(huì)使傳感器頂點(diǎn)位置坐標(biāo)產(chǎn)生位置

95、誤差，可通過(guò)測(cè)量方法的改進(jìn)進(jìn)行補(bǔ)償，抵消一定的誤差。文中分析某單一誤差時(shí)都是在假設(shè)其他誤差為零的情況下進(jìn)行的。</p><p><b>　　5.1質(zhì)量誤差 </b></p><p>　　根據(jù)隨機(jī)誤差傳遞公式得重量誤差為： </p><p>　　（5.1） </p>&

96、lt;p><b>　　5.2質(zhì)心誤差 </b></p><p>　　設(shè)傳感器綜合極限誤差。</p><p>　　( 1 )由傳感器測(cè)量誤差引起的x的質(zhì)心誤差為： </p><p>　?。?.2） </p><p>　　( 2 )由定位誤差引起的x的質(zhì)心誤差為：</p><p&g

97、t;<b>　　（5.3）</b></p><p>　?。?.3）式中：、、分別為位置誤差。 </p><p>　　( 3 ) 由傳感器測(cè)量誤差引起的的誤差為：</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　( 4 ) 由定位誤差引起的誤差為：</p><

98、p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　式中： 、、 分別為位置誤差。 </p><p>　　綜合以上公式推導(dǎo)以及誤差分析可知：提高傳感器的測(cè)量精度可減小各參數(shù)的誤差；通過(guò)測(cè)量方法補(bǔ)償可大大減小各參數(shù)的誤差；通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的改進(jìn)減小了人為操作引起的誤差。通過(guò)合理選擇傳感器，改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，使用合理補(bǔ)償方法可提高質(zhì)量、質(zhì)心的測(cè)量精度。</p>

99、;<p><b>　　6 軟件仿真</b></p><p>　　6.1仿真軟件的介紹</p><p>　　KeilC51uVision2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是Keil Software,Inc/Keil Elektronik GmbH 開(kāi)發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)工具，可以完成從工程建立和管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代

100、碼的生成、軟件仿真及硬件仿真等完整的開(kāi)發(fā)流程。尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活控制選項(xiàng)，在開(kāi)發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。</p><p>　　在Keil C51集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下是使用工程的方式來(lái)管理文件的，而不是單一文件的模式。所有的文件包括源程序（包括C程序和匯編程序）、頭文件以及說(shuō)明性的技術(shù)文檔，它們都可以放在工程文件里統(tǒng)一管理。使用該軟件時(shí)，首先創(chuàng)建一個(gè)自己的應(yīng)用程序，

101、然后進(jìn)行程序文件的編譯、連接。</p><p>　　6.2仿真畫(huà)面的介紹</p><p>　　圖6.1 主程序仿真圖</p><p>　　將源文件程序添加到項(xiàng)目后，接下來(lái)開(kāi)始編譯連接。先選擇Project菜單中的Options for Target‘Target 1’進(jìn)行工程詳細(xì)設(shè)置，設(shè)置為軟件模式，</p><p>　　然后選擇Projec

102、t菜單中的Build target命令對(duì)源程序進(jìn)行編譯。</p><p>　　圖6.2 程序編譯錯(cuò)誤</p><p>　　如圖6.2所示，程序在編譯時(shí)發(fā)現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)給出錯(cuò)誤所在的行和該錯(cuò)誤提示信息。如有錯(cuò)誤則可以根據(jù)下面窗口的提示進(jìn)行修改，更正程序中出現(xiàn)的語(yǔ)法錯(cuò)誤，重新編譯直至完全正確為止，如圖6.3所示：</p><p>　　編譯連接正確后獲得目標(biāo)代碼，但這

103、僅僅代表源程序沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤，至于源程序中存在的其他錯(cuò)誤必須通過(guò)調(diào)試才能發(fā)現(xiàn)并解決。</p><p>　　使用菜單Debug中的Start/Stop Debug Session進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。使用Step或Step Over可以單步執(zhí)行程序，使用Insert/Remove BreakPoint可以設(shè)置/移除除斷點(diǎn)等。通過(guò)對(duì)各子程序模塊的設(shè)置斷點(diǎn)和單步執(zhí)行可以發(fā)現(xiàn)在編譯時(shí)不能發(fā)現(xiàn)的功能執(zhí)行上的錯(cuò)誤。</p>

104、<p>　　圖6.4 單步執(zhí)行程序至斷點(diǎn)</p><p>　　在調(diào)試程序時(shí)可以通過(guò)菜單View下的相應(yīng)命令打開(kāi)輸出窗口（Output Windows）、觀察窗口（Watch&Call Statck Windows）、存儲(chǔ)器窗口（Memory Window）、反匯編窗口（Dissambly Window）、串行窗口（Serial Window）等。</p><p>　　

105、存儲(chǔ)器窗口中可以顯示系統(tǒng)中各種內(nèi)存中的值，通過(guò)在Address后的編緝框內(nèi)輸入“字母：數(shù)字”即可顯示相應(yīng)內(nèi)存值，其中字母可以是C、D、I、X，分別代表代碼存儲(chǔ)空間、直接尋址的片內(nèi)存儲(chǔ)空間、間接尋址的片內(nèi)存儲(chǔ)空間、擴(kuò)展的外部RAM 空間，數(shù)字代表想要查看的地址。在軟件設(shè)計(jì)中使用的寄存器都有相應(yīng)的地址被定義在C語(yǔ)言的.h頭文件中，例如要查看時(shí)鐘乘法器控制寄存器CLKMUL中的值，就可以輸入該特殊寄存器的地址D:0xBE便可查看到，如圖6.5

106、所示：</p><p>　　圖6.5 用存儲(chǔ)器窗口查看寄存器的值</p><p><b>　　6.3計(jì)算程序運(yùn)行</b></p><p>　　計(jì)算程序采用C語(yǔ)言編程，當(dāng)依次輸入三個(gè)傳感器測(cè)得的力f1，f2，f3，時(shí)，程序自動(dòng)計(jì)算出質(zhì)心坐標(biāo)Xc和Yc。圖6.6為linux系統(tǒng)下計(jì)算程序運(yùn)行結(jié)果。</p><p>　　圖6.

107、6 計(jì)算程序運(yùn)行圖</p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p><p>　　本課題研究的質(zhì)心檢測(cè)系統(tǒng)是在傳統(tǒng)的測(cè)量基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。涉及到傳感器原理、A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)、模擬電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、信息顯示技術(shù)以及穩(wěn)壓電源技術(shù)等眾多學(xué)科。本檢測(cè)從單片機(jī)選型、傳感器選型、濾波放大電路設(shè)計(jì)、電源設(shè)計(jì)、功能擴(kuò)展等諸多方面全面考慮，進(jìn)行了合理的改進(jìn)和完善,提高了性能，增

108、加了功能，降低了成本，簡(jiǎn)化了操作。傳感器電路采用電橋電路并增加了濾波有效地防止了干擾；A/D放大電路利用通道多路器有效地防止了溫漂；選擇內(nèi)置24位精確A/D型SOC單片機(jī)C8051F350作為控制核心，有效地提高了測(cè)量精度，利用異步串行接口與上位機(jī)通信，通過(guò)C語(yǔ)言計(jì)算出質(zhì)心坐標(biāo)。硬件結(jié)構(gòu)較一般質(zhì)心檢測(cè)儀器更加合理,采用C語(yǔ)言模塊化編程使得控制程序更加精煉、靈活、易懂，儀器性能穩(wěn)定,檢測(cè)方便、快捷、準(zhǔn)確。</p><p

109、><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 孫銘.非均勻工件(部件)質(zhì)心檢測(cè)方法的研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2001(6).</p><p>　　[2] 顧強(qiáng),李波,彈體質(zhì)量、質(zhì)心及質(zhì)偏的新三點(diǎn)測(cè)量法[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào),2003,25(6).</p><p>　　[3] 王保貴,張洪偉.質(zhì)心測(cè)量平臺(tái)實(shí)現(xiàn)方法及精度分

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