全方位推进器实验平台数据采集系统研究

论文摘要

潜器是海洋开发与研究的重要工具之一,它的发展要求其本身更加轻量化、小型化,同时还要满足其操纵性能的要求,全方位推进器便基于上述要求应运而生。全方位推进器是一种在运动过程中螺距角可以变化的螺旋桨。它最大特点是通过叶片螺距角在桨叶旋转的过程中周期性的改变,产生前后、上下、左右六个方向的推力。采用全方位推进器可以减少潜器所需推进器的数目,从而减少潜器本身的重量及体积,工程实用前景广阔。本文以C8051F021单片机为核心,针对全方位推进器实验平台设计了该数据采集系统。数据采集技术是监测系统的基础,信号采集的速度、精度、可靠性在整个监测系统中占有重要地位,正确的数据采集能够得到正确的分析结果。本文针对全方位推进器实验平台设计了该数据采集系统,目的是以之来完成推进器在运行过程中叶片所受弯矩、扭矩以及相关数据的采集和设备监控。为实现这一目的,具体完成任务如下:(1)设计测量叶片弯矩和扭矩的电阻式传感器,实现叶片受力测量;(2)采用交流伺服驱动装置,完成对推进器主动圆盘转动的速度控制;(3)为满足上述两方面要求设计了基于C8051F021单片机的硬件电路;(4)完成基于C语言的单片机程序设计和基于Delphi软件的上位机界面设计,实现上下位机之间的数据通信,达到了实时监控的要求。本数据采集系统满足多通道采集、高精度A/D转换、上位机进行集中控制等要求。试验证明了本系统硬件处理电路具有高稳定性,高精度,并且上下位机之间能够顺利通信,可以通过上位机实现对下位机及设备的监控,令实验方便快捷,且得到良好的测控效果,这对以后推进器的研究具有实用意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.2 全方位推进器国内外研究状况
• 1.3 数据采集系统国内外研究状况
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 系统总体方案设计
• 2.1 推进器结构简介
• 2.1.1 主动圆盘驱动控制
• 2.1.2 叶片传感器
• 2.2 数据采集系统总体控制方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 传感器设计
• 3.1 传感器原理
• 3.2 传感器结构设计及其强度校核
• 3.3 应变片选择及其应变效应分析
• 3.3.1 应变片选择
• 3.3.2 金属的电阻应变效应分析
• 3.3.3 金属材料的应变电阻效应分析
• 3.3.4 半导体材料的应变电阻效应分析
• 3.4 应变电桥分析及电桥接法
• 3.5 温度补偿
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 C8051F021单片机简介
• 4.2 系统电源模块设计
• 4.2.1 应变电桥电源电路设计
• 4.2.2 单片机供电电源电路设计
• 4.2.3 A/D转换基准电源电路设计
• 4.2.4 负电源电路设计
• 4.3 应变信号处理模块设计
• 4.3.1 全桥应变信号的前级放大电路设计
• 4.3.2 半桥应变信号的前级放大电路设计
• 4.3.3 次级放大调零电路设计
• 4.3.4 偏置电路设计
• 4.4 数据存储模块设计
• 4.5 数据传输模块设计
• 4.5.1 MAX232接口电路设计
• 4.5.2 无线通讯模块选择
• 4.6 D/A转换模块设计
• 4.7 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 下位机软件设计
• 5.1.1 通信模块程序设计
• 5.1.2 模/数转换程序设计
• 5.2 上位机Delphi界面设计
• 5.2.1 Delphi简介
• 5.2.2 MSComm控件的应用
• 5.2.3 MSComm控件的常用属性
• 5.2.4 上位机界面总体设计
• 5.2.5 数据显示界面设计
• 5.2.6 其它部分界面设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 实验研究
• 6.1 系统硬件电路调试
• 6.2 伺服电机调试
• 6.3 传感器标定
• 6.3.1 技术指标及静态特性
• 6.3.2 数据拟合
• 6.4 上下位机的软件调试
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢