机械课程设计板料厚度测量仪设计

第一篇：机械课程设计板料厚度测量仪设计

摘 要

根据超声波脉冲反射来进行厚度测量的，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此测量。按此设计的可对各种板材和各种加工零件作精确测量，也可以对生产设备中各种管道和压力容器进行监测，监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度。可广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域 仪器采用最新的高性能、低功耗微处理器技术，基于超声波测量原理，可以测量金属及其它多种材料的厚度，并可以对材料的声速进行测量。本机利用单片机技术应用液晶显示测量厚度值,并同时显示声速,自动校准实现了已知声速测量厚度及已知厚度测量声速两大功能.操作简单,稳定可靠,是无损检测工作者的理想检测工具.【关键词】超声波脉冲反射；电涡流传感器；数据采集系统；CCD输出信号。

Abstract

Thickness measurement, according to the ultrasonic pulse reflection when the launch of the ultrasonic pulse probe through the material object to be tested interface, the pulse is reflected back to the probe, through the accurate measurement of ultrasonic wave propagation in the material time to determine the thickness of the material being tested.Those that make the ultrasonic wave at a constant speed in its internal communications can adopt the measure of various materials.According to this design can accurately measure about all kinds of plates and all kinds of machining parts, can be all kinds of pipeline and pressure vessel in the production equipment to monitor, monitor them in the process of using the degree of corrosion after thinning.Can be widely used in petroleum, chemical industry, metallurgy, shipbuilding, aviation, aerospace and other fields，Equipment using the latest high performance and low power consumption microprocessor technology, based on ultrasonic measuring principle, can measure the thickness of the metal and other a variety of materials, and can be conducted on the material of the sound velocity measurement.The machine using the single chip microcomputer technology application of measuring the thickness of the liquid crystal display(LCD)value, and at the same time shows that sound velocity, implements the automatic calibration known sound velocity measuring thickness and thickness measuring sound velocity known two big functions.The operation is simple, stable and reliable, and is an ideal testing tools to nondes

【key words】 ultrasonic pulse reflection;The eddy current sensor;Data acquisition system;The CCD output signal.目录

板料厚度测量仪设计

质量，降低了劳动强度。激光测厚仪使用两年多以来，具不完全统计，因板厚误差造成的废品率下降了50%以上，创经济效益近千万元，受到各级部门和工作人员的肯定与赞赏。

1.2国内外研究现状

光电法测厚的基础理论研究及测量仪器的研制在国外是比较早的，而且比较完善，如在日本、美国、英国、德国等国家，尤其是在日本、德国，由于一向注重于光电子技术的应用，因而在这一方面的发展更为瞩目，从光源到光电检测元件最为齐全，光电检测技术应用也比较普光遍。从18世纪工业革命以来，科学技术以前所未有的速度在突飞猛进的发展，特别是近50年来，随着现代化生产和加工技术的发展，对于加工零件的检测速度与精度有了更高的要求，向着高速度、高精度、非接触和在线检测方向发展。为此，工业发达国家对于检测仪器与设备速度与精度一直作为检测仪器的主要指标。利用CCD 技术对产品表面质量进行实时检测、动态测量，具有结构简单、非接触、精度高、测量速度快、性能稳定可靠等优点。摄像头的主要传感部件是CCD，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点。目前应用较多的是CCD技术，在现代板材生产中，不论是轧制过程中还是最终产品的调整中，为获得较高的板材命中率和最佳的轧制过程及剪切效果，板材尺寸测量系统已成为生产线上不可缺少的设备之一。宽度偏差每减少1mm，成材率就可以提高0．1％左右，因此尺寸控制技术可显著提高经济效益和产品竞争力。目前，先进的钢铁企业已较为普遍地采用在线自动测量技术对钢板板材的长度、宽度进行测量与剪切。其中，除了采用激光扫描、超声检测、射线测量等技术外，近几年来也正在应用CCD摄像机进行图像尺寸测量方面的科研和技术改造，但达到实际应用的系统并不多。国内目前钢板测宽仪,其结构复杂,控制繁琐,需要标定，以及及时维护,实时操作性差。而本文所要研究的，是在原有的钢板在线测宽仪的基础上，提出了一种改良型的系统。系统中采用经济的线阵CCD 成像系统,应用CPLD 与单片机结合采集与处理测量数据，和边缘细化技术提高测量精度。整套系统结构简洁,成本低廉,抗干扰性能好，调试方便。

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轴,2 探头之间的距离D固定不变,并且和被测工件垂直,被测件和标准件的材质相同,这样它们的厚度和距离之间有以下关系式：

（2.5）

式中

标准件和被测件的厚度

标准件和被测件到探头1和2的距离

图2.2测量原理图

由于T0可以预先测量，所以，只要测得D1，D2和D3，D4就可以求出Tx，即可以用测量2个探头到被测件的距离的方法测出其厚度这里必要的条件为：要保证测得的数据和实际距离之间的线性关系；2个探头应有相同的灵敏度；对标准件和被测件的2次测量之间不应该有零点的漂移。

实际上,在自然的条件下很难同时满足以上3个条件,应针对情况分别进行处理。

a.对于线性不好的探头要预先进行标定测量，根据测量结果设计插值函数软件或查表软件对数据，进行处理，不能使用曲线非单调性的探头。b.对于2个灵敏度不同的探头要分别进行插值运算。

c.为解决随时间的漂移问题，应进行即时标定测量，并紧接着对被测件进行测量。

除此之外，机械系统应保证足够的精度和具有稳定的可操作性。2.1.3 线阵CCD 用于光学三角法测量金属板厚

我们分三种情况来讨论：（1）是金属板不动的情况。这时较简单，如图2.3 所示，设基准平面的位置在Z0，已知金属板的位置在Z1位置，把待测金属板紧贴着

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已知金属板的平面，它的另一平面的位置在Z2。用前述办法测量出Z1、Z2 到Z0的距离d1、d2，则金属板厚为：

（2.6）

（2.7）

图 2.3 测量金属板厚的实验装置

(2)是当被测板的面积太大时，这时得采用两套CCD装置，让它们有共同的起始位置Z0，再分别测量出金属板两端面的位置d1和d2，则金属的板厚仍可按(2.6)式计算。

（3）如果待测的金属板是在轧制过程中，设板轧制的前进方向是沿着X，但是在 Z方向也会有一定的移动。如果移动的方向与Z方向有一定的偏离，则必需把此偏角ε测量出来，按下式对所测量的金属板厚度进行修正

（2.8）

我们知道激光束并非一条线而是有横截面的，在横截面上的光强分布是高斯分布，当金属板的反射率有变化时，或者激光光强发生变化时，高斯分布的高度和宽度都会发生变化，二值化后得到的矩形脉冲的宽度也会随之而变化，如图 2.4所示，光强减小时脉宽也变狭，即t2

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图2.4光斑光强变化时，CCD二值化输出的矩形脉冲的宽度也发生变化 经过比较以上三种方案的比较，板料厚度测量仪设计

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CCD像敏面I钢板镜头LXlxfuv

图3.1 镜头成像原理图

3.2机械结构设计

3.2.1 行走机构的设计

行走机构主要由步进电机、滚珠丝杠副、滑动导轨组成，采用的是丝杠转动螺母移动的方法。步进电机的转轴通过联轴器和丝杠直接连接，丝杠跟随电机一起转动，从而把电机的转动转化为螺母的移动。螺母上固定有螺母座，而螺母座又与安装在导轨滑块上的工作台底板连接，最终把电机的转动转化为工作台在导轨上的平动，实现传感器的位置移动。1.系统步进电机的驱动

行走机构的驱动是以步进电机作为主动元件的，如何控制步进电机的运动是现厚度实时测量的一个重要内容，传感器相对于被测钢板的运动是通过步进电机有规律的转动实现的，为了完成钢板厚度参数的采集，步进电机的驱动系统应该具有下列功能：步进电机能够启动和停止；能够实现正转和反转；步进电机能够在任何位置锁定。

在测量过程中，为了提高运动精度，步进电机以三相六拍方式工作。本系统采用配套的步进电机驱动器进行控制。其特点是：驱动器性能对电机的依赖性极小，不同参数电机均可获得优异性能；具有多种细分模式；

具有脱机控制信号；电机位置掉电记忆；静止时半自动电流锁定；输入输出信号光电隔离。2.滚珠丝杠的选择

根据估算工作台、支架和测杆等上部组件的重量，假定压在滚珠丝杠上的重

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量为w=1500N，工作台的设计行走行程为800mm。

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把以上计算所得数据与FFZD3205-3型滚珠丝杠的各项参数比较，可知该型号丝杠完全满足设计要求。

3.2.2 测量部分的设计

测量部分是通过测量钢板的实际厚度和标准厚度的偏差来进行厚度测量的。测量前先用标准量块代替标准钢板对传感器进行零点调节，具体的做法是先调节测头到钢板的距离，使其在传感器的测量范围内，然后通过传感器的控制器对传感器进行复位，此时传感器的模拟输出电压值为零。测量时，若钢板的实际厚度与标准厚度存在偏差，即钢板上表面相对于传感器发生位移变化，传感器便输出一定量的模拟电压。模拟电压输出值与厚度偏差值存在固定的线形关系，我们由这个线形关系便可推算出钢板的实际厚度。1.传感器的选择。

电涡流传感器结构简单、频率响应宽、灵敏度高、抗干扰能力强、测量线性范围大，而且具有非接触测量的优点，因此广泛应用于工业生产的各个领域。本系统采用的便是基士恩公司生产的EX-200系列中的EX-416圆柱形涡电流位移传感器，它具有如下的优点：微小位移的精确模拟输出，EX-200系列以F.S.的0.04％的解析度来测量目标物，有两种模拟输出（电压/电流）可供连接到外部设备；EX-200系列使用内置线性化电路，可以精确的输出绝对位移值；高反应速度，EX-200系列提供最高达18KHZ反应频率，可以测量快速移动的物体；自动归零键，按下自动归零键就可以把当前的电压输出设定为0V，只要按下归零键即可 完成参考目标物的零值调节，在产品更换时可以容易而快速度地设定传感器。本传感器的解析度为F.S的0.04％，测量范围为5mm，所以分辨率为2um，能够满足设计的要求。

2.数据采集系统的设计。

测量系统中，为了实现对外界各种模拟信号的测量，必须通过数据采集系统将信号送入控制系统中，数据采集系统是外部信号进入计算机的必经之路。一般的数据采集系统由前置放大器A、采样保持放大器SHA、模数转换器ADC组成，其中前置放大器A的作用是将信号放大到ADC可以接受的范围，采样保持器的作用是保持输入信号在ADC转换期间不变，而ADC的作用就是把模拟量转化为数字量。目前，随着大规模集成电路工艺的发展，市场上已经出现了各种专用的数据采集芯

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片。这种芯片集高速度高精度SH、ADC、基准时钟源及数字接口与一体，可以达到很高的水平，本系统便采用了数据采集卡进行数据采集.该采集卡属于TDEC ISA系列，型号为TOP-10016，它是四通道同步并行数据采集模块，采用16Bit高精度A/D，每通道最高采样频率可同时达到100Kps，同时配有最高8M字节/通道的大容量SDRAM板载缓存，可实现多通道低速动态信号的实时记录。它具有高速、大容量、并行采集、同步扩展的特点。将采集卡插入PC机的插槽内工作，传感器将被测信号变为模拟电压信号，经屏蔽电缆与采集卡上的信号输入插槽直接连接，在配套TOPView2000虚拟仪器软件的控制下，可实现对模拟信号的采集和储存，并可在PC机上进一步完成数据的上是实时处理和后处理。3.厚度数据的处理。

为了对钢板整体厚度进行精确的测量，本系统采用了多点采集厚度参数然后进行整体处理的方法。传感器采集的信息经过数据采集后送计算机储存，当达到要求的测量次数时对储存的数据进行处理，以达到对钢板厚度进行整体测量的目的，所有的数据处理都是通过软件编程实现的。

3.3电路系统设计

CCD的输出信号是脉冲信号，其中既包含被测尺寸的信息，又含有大量的复位噪声和电子系统的白噪声，使得有用信号难以提取。由于CCD本身的感光单元有一定间距，加上照明光源在视场内光强分布的不均匀性，CCD本身的光敏不均匀性、转移损失以及光源在通过待测目标边缘时的衍射现象等原因，使得CCD输出不会是理想的0/1信号，其包络的边缘必然带有明显的梯度，或者说，目标尺寸的两个边缘在CCD上成像的具体位置不可能十分确定。导致CCD输出信号波形在轮廓边缘处有一渐缓的过渡区，而且这一过渡区随着轮廓在视场中位置的变化而变化，这一变化直接影响捕捉真正代表物体边缘的特征点，进而影响测量精度。因此，除了减少外界干扰外，如何从CCD的输出信号中提取出真正代表物体边缘的特征信息，是测量的难点所在。真正表示物体的边缘点处，CCD输出信号的微分最大。由于被测物体的边缘是通光和挡光的交界点，理论上该处的光强变化率最大，该点就是滤波后的视频信号电压函数u=u(t)在过渡区内的拐点，由高等数学的知识知道，在拐点处，电压函数的一次微分为最大值，二次微分为零。电路便于寻找为零的点。基于此，可设计微分法处理电路提取测量信号。

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图3.3.1未放工件输出信号

图3.3.2放出工件输出信号

观察CCD的输出波形，发现原始信号上附加有许多细小的“毛刺”，即各种噪声信号，有器件本身的噪声（如散粒噪声、热噪声、1/f噪声等)，也有转移过程中附加的噪声(如复位噪声等)。为了准确地从中提取出有用的信号成分，必须尽可能地抑制或消除各种噪声干扰。归纳起来主要有以下几种方法：1）低通滤波法(LFS)2）双斜率积分法(DSI)3）嵌位切除法(CCS)4）相关双取样(CDS)另外CCD的输出信号幅值为2V～3V，可以直接进行信号处理，不需要放大环节。信号处理原理图如图3.3.3所示：

图 3.3.3 信号提取电路示意图

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检测精度越高。另外实验时两块挡板平行才能模拟钢板，但人为因素造成摆放挡板不能绝对平行，这一点可以通过测量挡板间多点间距求平均值作为实际测量值来修正。

(3)软件算法引起的误差

虽然在系统设计时考虑到采用硬件电路对信号进行处理会引入更多误差，但是每一种软件算法都有其自身的局限性。本系统使用单片机作为微处理器，单片机计算速度比较慢，片上资源有限，这些都制约了我们软件算法设计时，只能选择实现简单，耗时少的滤波及二值化算法，这些算法固有的局限性都会使最终计算结果产生误差。

设计过程中的误差分配指定一个合理的误差量（根据仪器设计精度δ）分配给上述电器产生的随机误差项，特别是分配给光源，以便获得光源的选择参数和稳定性参数，同时可以适当地分配给CCD传感器，电路，数据采集等环节。（1）光源不稳定引起的误差（2）CCD感光单元灵敏度不均匀误差（3）单片机硬件计数存在误差（4）环境造成的影响

随机误差ΔΣ系统即为上述1）～4）项的误差和，也可以采用绝对值累加，也可以采用平方和开平方进行累加，本系统中采用开平方累加。

由分析可以得到如下系统误差：1）光源发散角引起的误差Δll，2）成像镜头引起的误差Δes，3）被测工件倾斜引起的系统测量误差Δmt，4）被测工件不均匀性引起的误差Δmm。（1）光源发散角引起的误差（2）成像镜头引起的误差

（3）被测工件倾斜引起的系统测量误差（4）被测工件不均匀性引起的误差

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仪器的总误差来源为：

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参考文献

[1] 张克敏,王世耕.测厚仪在板带轧制中的应用[J].中国仪器仪表,2006,7:80-82.[2] 陈阳，王慕坤.光学式非接触厚度-微位移测量仪的研制[D].哈尔滨理工大学.2004(02).[3] 赵世强，王玉田.CCD光电式测厚仪及其系统研究[D].燕山大学.2003(02).[4] 费业泰.误差理论与数据处理[M].北京：机械工业出版社，1998 [5] 崔遇功,海潮智.铝及铝合金中厚板在线激光测厚新技术[J].轻合金加工技术,1997,27(1):21-24.[6] 杨齐民,王翊,钟丽云,宫爱玲,佘灿麟,张文碧.CCD用于光学三角法测量金属板厚[J].激光杂志.作者：

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致谢

在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了X老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！

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第二篇：压力测量仪 单片机课程设计

目 录

第 1章 课程设计简介......................................................................................1

1.1 设计要求...............................................................................................1 1.2 要求分析.............................................................................................1 第 2章 总体设计............................................................................................2

2.1 压力测量仪框图...................................................................................2 2.2 原理.......................................................................................................2 恒压源供电不能消除温度影响。.......................................................................4 第 3章 模块电路设计....................................................................................5

3.1 电桥测量电路.....................................................................................5 3.2 模数转换...............................................................................................6 3.3 放大电路...........................................................................................7 第 4章 硬件电路设计....................................................................................8

4.1 模数转换器.......................................................................................8 4.2 金属箔应变片.......................................................................................9 第五章 电路调试与说明...................................................................................11 心得体会.............................................................................................................12 参考文献.............................................................................................................13 附录

系统原理图...................................................................................14

第 1章 课程设计简介

1.1 设计要求

(1)设计一个电子天平，量程为0 ～ 1.999Kg，传感器采用悬臂梁式的称重传感器（悬臂梁上贴有应变片）。显示电路采用共阳极数码管。3位半A/D转换电路。

(2)安装、调试电路。首先对电路进行调零、定标，然后再对电路进行稳定性、漂移（零漂、温漂）、重复性、线性等参数的测试和分析。

1.2 要求分析

压力测量仪设计在于其精度高、显示时间快、操作方便、易读数、价格低廉等优点。此次设计通过使用电桥测量传感器采集模拟信号，仪用放大电路对微弱信号进行放大，送入MC14433A/D转换器进行模数转换，然后进行BCD码的译码，再经驱动电路送入LED显示电路显示，完成了压力测量仪的基本设计。能够实现对0到1.999Kg物体的测量。

需掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法、放大电路、A/D转换电路等

第 2章 总体设计

2.1 压力测量仪框图

2.2 原理

压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等组成。

(1)传感器测量电路

称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变化，这就是可用的输出信号。

电桥电路由四个电阻组成，如图2所示：桥臂电阻R1，R2，R3和R4，其中两对角点AC接电源电压USL=E（+10V），另两个对角点BD为桥路的输出USC，桥臂电阻为应变电阻。

R1R4=R2R3时，电桥平衡，则测量对角线上的输出USC为零。当传感器受到外界物体重量影响时，电桥的桥臂阻值发生变化，电桥 2

失去平衡，则测量对角线上有输出，USC≠0。

(2)放大系统

压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进行放大，放大的信号应能满足模数转换的要求。该系统使用的模数转换是3位半A/D转换，所以放大器的输出应为0V ～ 1.999V。

为了准确测量，放大系统设计时应保证输入级是高阻，输出级是低阻，系统应具有很高的抑制共模干扰的能力。

(3)模数转换及显示系统

传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量，该数字量由显示器显示。显示器可以选用数码管或液晶显示器

(4)传感器供电电源 有恒压源与恒流源

对于恒压源供电：参考图2，设四个桥臂的初始电阻相等且均为R，当有重力作用时，两个桥臂电阻增加△R，而另外两个桥臂的电阻减少，减小量也为△R。由于温度变化影响使每个桥臂电阻均变化△RT。这里假设△R远小于R，并且电桥负载电阻为无穷大，则电桥的输出为：

USC= E*(R+△R+△RT)/(R-△R+△RT +R+△R+△RT)-E*(R-△R+△RT)/(R+△R+△RT +R-△R+△RT)= E*△R/（R+△RT）

即

USC= E*△R/（R+△RT）式(1)说明电桥的输出与电桥的电源电压E的大小和精度有关，还与温度有关。

如果△RT=0，则电桥的电源电压E恒定时，电桥的输出与△R/R

成正比。

当△RT≠0时，即使电桥的电源电压E恒定，电桥的输出与△R/R也不成正比。这说明 恒压源供电不能消除温度影响。

对于恒流源供电：供电电流为I，设四个桥臂的电阻相等，则

IABC=IADC=0.5I 有重力作用时，仍有

IABC=IADC = 0.5I 则电桥的输出为：

USC= 0.5I*(R+△R+△RT)-0.5I*(R-△R+△RT)=I*△R 即 USC= I*△R 式(2)因此，采用恒流源供电，电桥的输出与温度无关。因此，一般采用恒流源供电为好。

由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。

第 3章 模块电路设计

3.1 电桥测量电路

图2 传感器电桥测量电路

USC= E*(R+△R+△RT)/(R-△R+△RT +R+△R+△RT)-E*(R-△R+△RT)/(R+△R+△RT +R-△R+△RT)= E*△R/（R+△RT）

即 USC= E*△R/（R+△RT）

对于恒流源供电：供电电流为I，设四个桥臂的电阻相等，则

IABC=IADC=0.5I 有重力作用时，仍有

IABC=IADC = 0.5I 则电桥的输出为：

USC= 0.5I*(R+△R+△RT)-0.5I*(R-△R+△RT)=I*△R 即 USC= I*△R 由于工艺过程不能使每个桥臂电阻完全相等，因此，在零压力时，仍有电压输出，用恒流源供电仍有一定的温度误差。

3.2 模数转换

A/D转化电路。

亦称“模拟数字转换器”，简称“模数转换器”。将模拟量或连续变化的量进行量化（离散化），转换为相应的数字量的电路。

A/D变换包含三个部分：抽样、量化和编码。一般情况下，量化和

编码是同时完成的。

抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程；

量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程；

编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。3.3 放大电路。

第 4章 硬件电路设计

4.1 模数转换器

即A/D转换器，或简称ADC，通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。

通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。

A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。

在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。

本实验采用的是ICL7017三位半A/D转换器，即低三位显示0-9，最高位只能显示0或1，4.2 金属箔应变片

电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。描述电阻应变效应的关系式为：ΔR / R =Kε式中：ΔR / R 为电阻丝电阻相对变化，K 为应变 灵敏系数，ε = ΔL / L 为电阻丝长度相对变化。同时，由于应变片敏感栅丝的温度系数的影响，以及应变栅线膨胀系数与被测试件的线膨胀系数不一致，产生附加应变，因此当温度变化时，在被测体受力状态不变时，由于温度影响，输出会有变化。

金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化。电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压/ 4 01 U = EKε。当应变片阻值和应变量相同时，半桥输出电压/ 2 02 U = EKε。全

桥输出电压U = EKε 03，其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性度和温度误差均得到改善。

第五章 电路调试与说明

1、将+10V电压接到传感器的输入端，测量传感器的输出。在空载时，传感器的输出应为零，但由于有一个称盘，输出不为零，记下初始数据，然后在称盘上放砝码，测量传感器输出端的变化。正确的变化应为：测量0 ～ 2Kg，输出电压变化为0 ～ 10mV 2调零：当传感器上不放砝码时，放大电路的输出应为零。若不为零，调整放大器的调零环节，使其输出为零。

3、定标：当传感器放上2Kg的砝码时，放大器的输出应为2V。小于2V或大于2V时应调节放大器的增益。

心得体会

两周的课程设计终于完成了。测控电路课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还很多，以前老是觉得有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

参考文献

1、《单片机C语言轻松入门》周坚编

北京航空航天大学出版社

2、单片机人机接口实例 公茂法编著，北京航空航天大学出版社

3、《测控电路》

张国雄主编

附录

系统原理图

第三篇：机械课程设计设计小结（最终版）

这次的课程设计对于我来说有着深刻的意义，这种意义不光是自己能够独立完成了设计任务，更重要的是在这段时间内使自己深刻感受到设计工作的那份艰难。而这份艰难又体现在设计内容与过程中为了精益求精所付出的艰辛，和背负恶劣的天气所付出的决心与毅力!

开始的时候感觉设计对我们这些刚刚入门的人来说,无非就是按照条条框框依葫芦画瓢的过程，有的时候感觉挺无聊的，反正按照步骤一定可以完成设计任务。其实不然，设计过程中有许多内容必须靠我们自己去理解，去分析，去取舍。就拿电动机型号选择来说，可以分别比较几种型号电动机总传动比，以结构紧凑为依据来选择；也可以考虑性价比来选择。前者是结构选择，后者确实经济价格选择。如何将两者最优化选择才是值得我们好好深思的。

课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间仅有三周，但是通过本次每天都过得很充实的课程设计，收获颇多。

在设计过程中培养了我的综合运用机械设计课程及其他课程理论知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。在此期间我我们同学之间互相帮助，共同面对机械设计课程设计当中遇到的困难，培养了我们的团队精神。在这些过程当中我充分的认识到自己在知识理解和接受应用方面的不足，特别是自己的系统的自我学习能力的欠缺，将来要进一步加强，今后的学习还要更加努力。

本次课程设计充满困难和挑战，但是无论如何已经完成了，其中可能还有许多地方有不足之处，希望老师点评指出，以便我加以改正。

第四篇：机械课程设计心得体会

数字电子技术课程设计报告

一、设计目的

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.二、设计要求

（1）设计指标

①时间以12小时为一个周期；

②显示时、分、秒；

③具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；

④计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；

⑤为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。

（2）设计要求

①画出电路原理图（或仿真电路图）；

②元器件及参数选择；

③电路仿真与调试；

④pcb文件生成与打印输出。

（3）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

（4）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

三、原理框图

1．数字钟的构成

数字钟实际上是一个对标准频率（1hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1hz时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

（a）数字钟组成框图

2．晶体振荡器电路

晶体振荡器电路给数字钟提供一个频率稳定准确的32768hz的方波信号，可保证数字钟的走时准确及稳定。不管是指针式的电子钟还是数字显示的电子钟都使用了晶体振荡器电路。一般输出为方波的数字式晶体振荡器电路通常有两类，一类是用ttl门电路构成；另一类是通过cmos非门构成的电路，本次设计采用了后一种。如图（b）所示，由cmos非门u1与晶体、电容和电阻构成晶体振荡器电路，u2实现整形功能，将振荡器输出的近似于正弦波的波形转换为较理想的方波。输出反馈电阻r1为非门提供偏置，使电路工作于放大区域，即非门的功能近似于一个高增益的反相放大器。电容c1、c2与晶体构成一个谐振型网络，完成对振荡频率的控制功能，同时提供了一个180度相移，从而和非门构成一个正反馈网络，实现了振荡器的功能。由于晶体具有较高的频率稳定性及准确性，从而保证了输出频率的稳定和准确。

（b）cmos晶体振荡器（仿真电路）

3．时间记数电路

一般采用10进制计数器如74hc290、74hc390等来实现时间计数单元的计数功能。本次设计中选择74hc390。由其内部逻辑框图可知，其为双2-5-10异步计数器，并每一计数器均有一个异步清零端（高电平有效）。

秒个位计数单元为10进制计数器，无需进制转换，只需将qa与cpb（下降沿有效）相连即可。cpa（下降没效）与1hz秒输入信号相连，q3可作为向上的进位信号与十位计数单元的cpa相连。

秒十位计数单元为6进制计数器，需要进制转换。将10进制计数器转换为6进制计数器的电路连接方法如图2.4所示，其中q2可作为向上的进位信号与分个位的计数单元的cpa相连。

十进制-六进制转换电路

分个位和分十位计数单元电路结构分别与秒个位和秒十位计数单元完全相同，只不过分个位计数单元的q3作为向上的进位信号应与分十位计数单元的cpa相连，分十位计数单元的q2作为向上的进位信号应与时个位计数单元的cpa相连。

时个位计数单元电路结构仍与秒或个位计数单元相同，但是要求，整个时计数单元应为12进制计数器，不是10的整数倍，因此需将个位和十位计数单元合并为一个整体才能进行12进制转换。利用1片74hc390实现12进制计数功能的电路如图（d）所示。

（d）十二进制电路

另外，图（d）所示电路中，尚余－2进制计数单元，正好可作为分频器2hz输出信号转化为1hz信号之用。

4．译码驱动及显示单元电路

选择cd4511作为显示译码电路；选择led数码管作为显示单元电路。由cd4511把输进来的二进制信号翻译成十进制数字，再由数码管显示出来。这里的led数码管是采用共阴的方法连接的。

计数器实现了对时间的累计并以8421bcd码的形式输送到cd4511芯片，再由4511芯片把bcd码转变为十进制数码送到数码管中显示出来。

5．校时电路

数字钟应具有分校正和时校正功能，因此，应截断分个位和时个位的直接计数通路，并采用正常计时信号与校正信号可以随时切换的电路接入其中。即为用coms与或非门实现的时或分校时电路，in1端与低位的进位信号相连；in2端与校正信号相连，校正信号可直接取自分频器产生的1hz或2hz（不可太高或太低）信号；输出端则与分或时个位计时输入端相连。当开关打向下时，因为校正信号和0相与的输出为0，而开关的另一端接高电平，正常输入信号可以顺利通过与或门，故校时电路处于正常计时状态；当开关打向上时，情况正好与上述相反，这时校时电路处于校时状态。

实际使用时，因为电路开关存在抖动问题，所以一般会接一个rs触发器构成开关消抖动电路，所以整个较时电路就如图（f）。

（f）带有消抖电路的校正电路

6．整点报时电路

电路应在整点前10秒钟内开始整点报时，即当时间在59分50秒到59分59秒期间时，报时电路报时控制信号。

当时间在59分50秒到59分59秒期间时，分十位、分个位和秒十位均保持不变，分别为5、9和5，因此可将分计数器十位的qc和qa、个位的qd和qa及秒计数器十位的qc和qa相与，从而产生报时控制信号。

报时电路可选74hc30来构成。74hc30为8输入与非门。

四、元器件

1．四连面包板1块（编号a45）

2．镊子1把

3．剪刀1把

4．共阴八段数码管6个

5．网络线2米/人

6．cd4511集成块6块

7．cd4060集成块1块

8．74hc390集成块3块

9．74hc51集成块1块

10．74hc00集成块4块

11．74hc30集成块1块

12．10mω电阻5个

13．500ω电阻14个

14．30p电容2个

15．32.768k时钟晶体1个

16．蜂鸣器10个（每班）

1）芯片连接图

1)74hc00d2)cd4511

3)74hc390d4)74hc51d

2．面包板的介绍

面包板一块总共由五部分组成，一竖四横，面包板本身就是一种免焊电板。

面包板的样式是：

面包板的注意事项：

1．面包板旁一般附有香蕉插座，用来输入电压、信号及接地。

2．上图中连着的黑线表示插孔是相通的。

3．拉线时，尽量将线紧贴面包板，把线成直角，避免交叉，也不要跨越元件。

第五篇：机械课程设计心得体会（范文模版）

数字电子技术课程设计报告

一、设计目的数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟从原理上讲是一种典型的数字电路，其中包括了组合逻辑电路和时序电路。

因此，我们此次设计与制做数字钟就是为了了解数字钟的原理，从而学会制作数字钟.而且通过数字钟的制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法.二、设计要求

（1）设计指标

①时间以12小时为一个周期；

②显示时、分、秒；

③具有校时功能，可以分别对时及分进行单独校时，使其校正到标准时间；

④计时过程具有报时功能，当时间到达整点前10秒进行蜂鸣报时；

⑤为了保证计时的稳定及准确须由晶体振荡器提供表针时间基准信号。

（2）设计要求

①画出电路原理图（或仿真电路图）；

②元器件及参数选择；

③电路仿真与调试；

④pcb文件生成与打印输出。

（3）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。

（4）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。

三、原理框图

1．数字钟的构成数字钟实际上是一个对标准频率（1hz）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1hz时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。

（a）数字钟组成框图本文转载在www.xiexiebang.com代写之家

2．晶体振荡器电路

（b）cmos晶体振荡器（仿真电路）

3．时间记数电路

秒个位计数单元为10进制计数器，无需进制转换，只需将qa与cpb（下降沿有效）相连即可。cpa（下降没效）与1hz秒输入信号相连，q3可作为向上的进位信号与十位计数单元的cpa相连。

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