谷物流量传感器的设计与研究

论文摘要

21世纪,人类全面进入信息电子化时代,传感器技术、通信技术、计算机技术成为信息产业的三大支柱。随着人类探知领域和空间的拓展,使得人们需要获得的电子信息的种类日益增加,迫切要求加快信息的传递速度、增强信息的处理能力。传感器作为人类探知自然界信息的触角,是采集对象与信息系统的接口,是系统感知、获取与检测信息的窗口。其中,谷物流量传感器在农业生产加工过程发挥着非常重要的作用,但是相关方面的研究还比较落后,应用还不普及。本文在分析研究谷物流量传感器原理基础上,针对散体谷物的特点,运用科氏力原理,设计了一种谷物流量测量装置,它可以将回转测轮轴的转矩信息转换成电压信号,对谷物流量进行测量和显示。通过分析比较确定了传感器测量机构方案,对各部件的结构进行了设计,并绘出了三维效果图。设计研究了传感器转矩测量装置和转速测量装置,在比较常见的几种转矩传感器之后,选择了电阻应变式转矩传感器并进行了设计计算;选择一种数字式的转速传感器,直接在测轮轴上可获得转速信号;结合传感器的结构,选择了合适的电机和信号引导装置集流环。对于信号接收系统的硬件部分,设计了以89C51型单片机核心的外围电路,包括配套的信号放大模块、A/D转换模块和LED显示模块,以及稳压电源、振荡电路和复位电路等;对于软件部分,在uVision3开发平台下用C语言编写了程序,并利用Proteus软件模拟仿真;最后分析了流量传感器的标定方法,并讨论了可能的误差来源。设计完成的谷物流量传感器,可以实现流量的高精度测量,并且是在线即时测量;在改变转速的情况下还可以调整测量范围,适应不同的测量需要。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 传感器概念及作用
• 1.2 传感器的发展概况
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 传感器的研究现状
• 1.4.1 谷物流量传感器
• 1.4.2 转矩转速传感器
• 1.5 研究内容和主要任务
• 第二章传感器原理与总体设计
• 2.1 传感器原理
• 2.2 传感器结构设计
• 2.3 结构方案的选择
• 2.4 传感器主要机件的设计
• 2.4.1 轴的设计
• 2.4.2 测轮的设计
• 2.4.3 导流锥的设计
• 2.4.4 传感器机构的整体设计
• 2.5 小结
• 第三章 转矩传感器的设计
• 3.1 转矩传感器的设计方案
• 3.1.1 转矩的测量方法
• 3.1.2 几种常见转矩传感器
• 3.1.3 转矩测量方案的确定
• 3.2 电阻应变式传感器的设计
• 3.2.1 电阻丝应变片的结构和原理
• 3.2.2 电阻丝应变片的选择
• 3.2.2.1 蠕变自补偿及选用
• 3.2.2.2 弹性模量自补偿及选用
• 3.2.2.3 应变片的选择
• 3.2.3 电阻应变片的电桥电路
• 3.2.4 电阻应变片的布置
• 3.3 本章小结
• 第四章 转速传感器的设计
• 4.1 转速传感器的种类
• 4.1.1 磁电式转速传感器
• 4.1.2 电涡流式转速传感器
• 4.1.3 霍尔转速传感器
• 4.1.4 电容式转速传感器
• 4.2 转速传感器的选择
• 第五章 其它配套器件的选择与应用
• 5.1 集流环的选择
• 5.2 电动机的选择
• 5.2.1 电动机输出功率的计算
• 5.2.2 电动机的选择
• 第六章 流量信号接收系统的设计
• 6.1 系统的总体结构
• 6.1.1 系统主控制器的选择
• 6.1.2 系统的组成
• 6.1.3 系统的功能特点
• 6.2 系统的硬件设计
• 6.2.1 单片机的选择
• 6.2.1.1 单片微型计算机的组成
• 6.2.1.2 MCS-51 单片机系列
• 6.2.1.3 单片机AT89C51 模块
• 6.2.2 信号放大电路
• 6.2.3 A/D 转换电路
• 6.2.4 LED 显示
• 6.2.5 单片机和A/D 转换器的接口电路
• 6.2.6 稳压电源电路
• 6.2.7 振荡电路
• 6.2.8 复位电路
• 6.3 测试系统的软件开发
• 6.3.1 开发语言的选择
• 6.3.2 uVisi0113 开发平台
• 6.3.3 程序模块设计
• 6.4 Proteus 与单片机实时动态仿真
• 6.5 本章小结
• 第七章 传感器的标定
• 7.1 传感器的理论计算
• 7.2 传感器的标定方法
• 7.3 操作误差分析
• 第八章 结论与改进方向
• 8.1 结论
• 8.2 改进方向
• 参考文献
• 附录1 单片机系统电路图
• 附录2 程序编写
• 致谢
• 作者简介