06届本科毕业生鞠生培等创新团队参加实验室科研训练之....docx

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1、实验室科研训练典型案例06届本科毕业生鞠生培等创新团队参加实验室科研训练之案例鞠生培，男，江苏如皋人，2002年由普通高中考入徐州师范大学电气工程及自动化学院学习。宋文生，男，江苏邳州人，2003年由其它学校专转本考入徐州师范大学电气工程及自动化学院学习。吴友权，男，江苏金湖人，2001年考入考入徐州师范大学电气工程及自动化学院学习（专科专业），2003年由本专转本考入徐州师范大学电气工程及自动化学院学习。 以上三位同学学习认真刻苦，成绩优良，勇于探索，敢于实践，踏实肯干，有良好的团队协作精神。自2003年进入我院电工电子实验中心参加科研训练，充分利用实验室的仪器设备，在老师的精心指导和帮助下

2、，致力于课外实践和创新活动，积极参加老师的科研课题，为以后的研究工作打下了良好基础。 三位同学在校期间利用课余时间进入实验室参加科技作品制作和科研活动，多次参加学院、学校举办的电子设计大赛，大学生科技成果展，大学生科研立项及全国电子设计大赛，第九届 “挑战杯”飞利浦全国大学生课外学术科技作品竞赛，并积极参与教师的科研项目，并获得了可喜成绩。一、 主要工作1 参加2005年全国大学生电子设计设计大赛2005年暑假，这三名刚刚修完大三课程的在校大学生参加全国电子设计大赛，这是对他们的挑战。根据参加规则，他们选择的题目是“悬挂运动控制系统”，该题目的任务要求是：设计一电机控制系统，控制物体在倾斜（仰

3、角100度）的板上运动。在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为80cm100cm。物体的形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点。这个题目是一个典型自动控制系统，并且要用到单片机控制的知识，对他们来说，在刚刚学完单片机与接口技术及自动控制系统课程，要完成该项任务是富有挑点性的。他们在选定题目后，在张兴奎、丁启胜两位老师的指导，更加深入学习单片机与接口技术及自动控制系统相关知识，利用整个暑假时间，查阅相关资料，制订可行的实

4、施方案，选购相关元器件，为参加全国电子大赛做好充分准备。根据题目要求，他们所设计的该系统的功能是：在硬件上，利用单片机控制两台电动机的正反转，使悬挂的物体具有升降、左右、前后和沿预设曲线运动等功能，实现了使悬挂物体按设置坐标到达指定的目标位置。在软件设计上，其算法采用工业生产中的“逐点比较插补法”来完成插补运算，在控制电机中采用步进控制思想，以达到了准确、稳定地控制电动机稳定地沿特定曲线运动的目的，从而控制了物体的运动轨迹与预期轨迹基本吻合。他们的参赛作品在比赛中较好地完成预期任务，并获得江苏赛区二等奖的好成绩。2 参加第九届“挑战杯”飞利浦全国大学生课外学术科技作品竞赛2005年他们申报参加

5、第九届“挑战杯”飞利浦全国大学生课外学术科技作品竞名称是“巷道综合监控装置”，该作品源于张兴奎、伍斌、丁启胜等老师与徐州矿务集团签订的横向课题“煤矿井下巷道综合监控装置”，鞠生培、宋文生和吴友权三名同学参与了该项目，主要协助老师做了部分PLC程序的编程、监控信号的显视、系统的安装调试等辅助工作。“巷道综合监控装置”是针对矿井斜巷人车共行、矿车超挂、矿车运行超速及双轨错车等不安全运行现象和事故隐患进行综合监控的保护装置；是以保证矿井安全生产及配合矿井安全管理而研制的安全监控设备，该装置的投入使用对煤矿安全生产、安全管理、避免违章操作、消除安全事故和提高安全意识具有重要意义，其直接影响表现在具有良

6、好的社会效益上。该装置是PLC、传感器技术于一体的智能化监控装置，适用于煤矿斜巷运输生产及其它绞车运输场合。“巷道综合监控装置”具有显示时间、运行状态、违章报警、违章记录等功能，并可以查阅违章记录。正常工作时，显示器显示当前时间、巷道中的人数、绞车运行速度和所挂绞车数量，若有报警信号，则相应LED指示灯点亮。“进人指示”提示人员入口位置，“自检报警”只有在复位或上电时起作用，对各个传感器、绞车状态和按键进行检测。按下功能键则进入违章记录查阅状态，此时显示器显示违章时间、违章次数及类型，其中“人数”一栏显示违章次数，相应LED指示违章类型。通过上、下翻页按键可以查看上一条或下一条记录。“巷道综合

7、监控装置 ”的主要技术特点是功能全、性能稳定、操作使用方便、安装维护简单、可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、应用范围广。目前该产品已在徐州矿务集团张集煤矿应用，在煤矿安全中发挥着重要作用，并给煤矿安全生产产生良好的社会效益和经济效益，同时可使煤矿安全生产的技术水平大幅提高，正在进一步推广应用。鞠生培、宋文生和吴友权三名同学在参与该项科研项目的过程中，在张兴奎等老师的大力指导下，深入煤矿井下现场熟悉情况，了解整套装置的功能，并按照老师的要求积极开展工作，做了大量具体工作，使之学习了从事科研工作的步骤和方法，提高了分析和解决生产实际问题的能力，为以后开展创新和科研工作打下良好基础。该作品在参加第九

8、届“挑战杯”飞利浦全国大学生课外学术科技作品竞赛中荣获二等奖的好成绩。3 积极参加大学生科研立项工作鞠生培、宋文生和吴友权三名同学在搞好学习和参与教师科研项目的基础上，积极参加学校组织的大学生科研立项工作，并如期结题。（1）鞠生培同学于2005年11月申报“小型直流电机调速定位控制系统”项目，获徐州师范大学第6届学生科研课题科技类项目立项，鞠生培同学为项目负责人，宋文生、吴友权来参加者。“小型直流电机调速定位控制系统”是以单片机为核心，构成微型计算机电机控制系统。整个系统由控制器、显示器、键盘、驱动控制电路等主要部分组成。系统功能为：系统控制两台或三台小型电机的正转和反转，使悬挂物体具有上升、

9、下降、左右移动和沿特定曲线移动的功能。实现了使悬挂物按设置的功能、设置坐标，达到指定的目标位置。同时兼有动态显示悬挂物坐标、语音提示等辅助功能。利用红外线传感器测距、测速，起到控制电机沿特定路线运动的功能。系统的软件采用模块化、步进状态控制的思想，结构清晰、逻辑功能较强。采用了工业生产中比较常用的“逐点比较插补法”来完成插补运算，达到了准确、稳定地控制电机稳定沿特定曲线运动的目的，从而控制了物体的运动轨迹与预期轨迹比较吻合。并且系统采用了一系列软硬件抗干扰措施，提高了整个系统的可靠性。系统结构简单，能够实现设计功能。本系统以单片机为核心构成微型计算机控制系统，控制多台小型电机（直流、交流、步进

10、电机）进行变速运行和定位的控制系统，在工业生产中有广泛的应用前景，系统的主要功能为：系统可以实现对多部（23）小型电机综合控制，实现对吊装物在平面或空间进行坐标定位；在平面或空间范围内可实现按设定曲线（直线、圆弧等）变速运行；可实现坐标设定，动态显示坐标；语音提示操作顺序，最终显示运行时间。研究该课题的意义：小型直流电机调速定位控制系统应用在物料储运系统中，完成对进库的物料按预定的规则位置进行存储，按预定的要求将需出库的物料进行搬运，并对所有的物料进行综合管理，实现了储运综合自动化。鞠生培同学在开展该项课题的研究与毕业设计相结合，在查阅了大量资料的基础上，在指导教师的指导下，完成硬件系统设计和

11、软件的编写，并做出实物模型，并进行系统安装调试，使之达到预期目标，在毕业前该课题顺利结题。（）宋文生同学于2005年11月申报“皮带综合保护集控系统”项目，获徐州师范大学第6届学生科研课题科技类项目立项，宋文生同学为项目负责人，鞠生培、吴友权为参加者。煤矿生产中，皮带机事故严重影响煤矿安全生产，威胁着职工生命财产安全。煤矿安全规程中，对于采掘使用皮带运输机要求有“煤位、低速、跑偏、超温洒水、烟雾报警、张力”6项保护。为了满足安全生产和质量标准化工作的需要，国内许多厂家和公司研制了不同的皮带综合保护控制系统，但其综合性能和指标还存在许多不足，有待进一步改进和提高，对于所存在的问题我们经过了充分的

12、论证和研究得出一套更先进的系统方案。宋文生同学设计的皮带综合保护集控系统功能及特色为：该系统是皮带运输机综合保护集散控制系统，将综合保护与监控管理融为一体；全部主、从机均采用单片机作为主控核心，提高了系统的整体可靠性；系统具有试验和自检功能，对传感器参数具有适应和整定功能皮带综合保护集控系统可显示当前日期及时间，巡显各部皮带机的实时运行状态对各从机进行实时通讯、综合监测、报警、闭锁，并按时间进行故障记录存储及查阅。此系统除了具有常规的皮带运输机综合保护装置按煤矿安全规程中要求的“煤位、低速、跑偏、超温洒水、烟雾报警、张力”6项保护功能之外，还具有集散控制功能强、可靠性高、方便安全管理等特点。宋

13、文生同学的此项课题是张兴奎、丁启胜等老师与徐州市劳力达橡塑制品有限公司合作的科研项目的一部分，在项目中他协助老师完成了大量程序的编写工作及系统的安装调试工作。在此项目的研发过程中（宋文生在毕业实习和毕业设计阶段），徐州市劳力达橡塑制品有限公司与其提前签订就业协议，让其毕业后到该公司工作，并提前半年发给其工资。宋文生毕业后即到了该公司上班，负责该项目的技术工作，受到该公司的重用。目前该项产品已被徐州市劳力达橡塑制品有限公司广泛应用于煤矿皮带机上，其性能已达到国内同类产品的先进水平。（）吴友权同学于2005年11月申报“远程液位监控系统”项目，获徐州师范大学第6届学生科研课题科技类项目立项，吴友权

14、同学为项目负责人，鞠生培、宋文生为参加者。“远程液位监控系统”以单片机为核心，构成微型计算机控制子系统，实现对远程的多液位进行监控，保证多液位在一定范围内维持恒定。多个子系统连网通讯构成一套微机集散控制系统。该系统通过多点压力检测，监视动态液位并显示，通过液位的检测来实现定量液体输送和计量；主从式两级系统完成系统的管理和报表功能；实现对液位的上、下限报警，并对报警记录进行存储和查阅；主从机进行实时通讯、综合监测、报警、闭锁，并按时间进行故障记录存储及查阅；系统成本低，安装方便，使用维护简单。此系统除了具有常规的液位监控系统的功能外，还具有成本低、可靠性高，并可实现远程监控，便于综合管理。其它科

15、技科技活动鞠生培、宋文生和吴友权三名同学还积极参加学院、学校的电子设计大赛、大学生科技成果展等活动，同样也取得了丰硕成果。二、相关成绩一份耕耘一份收获，鞠生培、宋文生和吴友权三名同学组成的创新团队，在学习好专业课程的基础上（三位同学多次获得学校优秀学生奖学金），积极参加科技作品制作和科技创新、科研立项等活动，取得了丰硕成果，该团队获奖情况见表1。表1 鞠生培、宋文生和吴友权三名同学科技活动获奖统计表序号科技活动名称作品名称获奖人获奖等级时 间1全国大学生电子设计大赛江苏省赛区便携式汽车称重仪鞠生培宋文生吴友权二等奖2005112第九届挑战杯飞利浦全国大学生课外学术科技作品竞赛巷道综合监控装置鞠

16、生培宋文生吴友权二等奖2005123校第大学生科技成果展简易便携哑人说话机王世敏鞠生培一等奖200564校大电子设计大赛智能遥控系统鞠生培二等奖2005115校大电子设计大赛多功能控制器宋文生三等奖2005116校大电子设计大赛无触点搅拌器吴友权三等奖2005117校大电子设计大赛交通灯定时控制系统张 明鞠生培一等奖2005118院第三届电子设计大赛反应测试器宋文生 蒋 焱三等奖200469院第三届电子设计大赛具有语音功能的电阻电容电感测试仪鞠生培优秀奖2004610校大学生立项科技课题远程液位监控系统吴友权20051211校大学生立项科技课题小型直流电机调速定位控制系统鞠生培20051212

17、校大学生立项科技课题皮带综合保护集控系统宋文生200512三、结语鞠生培、宋文生和吴友权三名同学组成的科技创新活动团队是我院大学生科技创新活动的一个缩影，除此以外，我院其他广大同学也积极踊跃参加科技创新活动，使我院形成了一个良好的创新活动氛围。鞠生培、宋文生和吴友权三名同学在科技科技创新活动中所取得的成绩与其辛勤劳动是分不开的，与我院的良好的创新活动氛围也分不开，同时广大教师倾注的大量心血、电工电子实验中心为其提供的良好环境及设备、学院领导的关怀与政策鼓励等因素无疑是其成功的基石。通过科研训练，使学生在相应比赛获得了证书和荣誉只是外在的、物质化的，其对学生实践技能、思维方式、科学研究的方法和创

18、新能力的培养才是让学生受益终身的宝贵财富。在总结过去成绩的基础上，我们应进一步解放思想，积极探索电工电子实验中心对学生实践技能和科研能力培养的新途径，进一步发挥电工电子实验中心在教学科研中的重要作用。附件：1 全国电子设计大赛获奖证书2 第九届“挑战杯”飞利浦全国大学生课外学术科技作品竞赛获奖证书3 大学生科研立项“小型直流电机调速定位控制系统”课题立项申请书4 大学生科研立项“小型直流电机调速定位控制系统”课题结题报告5 大学生科研立项“小型直流电机调速定位控制系统”课题设计报告6 大学生科研立项“皮带综合保护集控系统”课题立项申请书7 大学生科研立项“皮带综合保护集控系统”课题结题报告8

19、大学生科研立项“皮带综合保护集控系统”产品使用说明书9 大学生科研立项“远程液位监控系统”课题立项申请书10 大学生科研立项“远程液位监控系统”课题结题报告11 大学生科研立项“远程液位监控系统”课题设计报告12 参加其他比赛部分获奖证书附件1：附件2：附件3：徐州师范大学学生科研课题立项申请表项目编号 申请课题 小型直流电机调速定位控制系统申 请 者 鞠生培 所在院系 工学院电气工程系 申请日期 2005年10月10 徐州师范大学学生工作处制研究课题名称小型直流电机调速定位控制系统起止年月2005年10月2006年5月申请金额1500元成果形式实物样机研制报告申请者姓名鞠生培性别男院系工学院

20、班级02电气41指导老师姓名丁启胜性别男专业自动化职称讲师课题组成员姓名性别专业班级在本项目中分工鞠生培男自动化02电气41总体方案设计软硬件设计宋文生男自动化02电气42软件设计吴友权男自动化02电气42样机的安装调试张明女自动化02电气41报告整理研究项目主要内容本设计以单片机为核心，构成微型计算机电机控制系统。整个系统由控制器、显示器、键盘、驱动控制电路等主要部分组成。系统功能如下：系统控制两台或三台小型电机的正转和反转，使悬挂物体具有上升、下降、左右移动和沿特定曲线移动的功能。实现了使悬挂物按设置的功能、设置坐标，达到指定的目标位置。同时兼有动态显示悬挂物坐标、语音提示等辅助功能。利用

21、红外线传感器测距、测速，起到控制电机沿特定路线运动的功能。系统的软件采用模块化、步进状态控制的思想，结构清晰、逻辑功能较强。采用了工业生产中比较常用的“逐点比较插补法”来完成插补运算，达到了准确、稳定地控制电机稳定沿特定曲线运动的目的，从而控制了物体的运动轨迹与预期轨迹比较吻合。并且系统采用了一系列软硬件抗干扰措施，提高了整个系统的可靠性。系统结构简单，能够实现设计功能。拟采取的研究方法和技术路线（包括研究工作的总体安排、步骤和进度等）：查阅国内外文献，对当前电机调速和定位原理进行理论分析，对其功能及其性能进行综合分析，采取理论联系实际的研究方法，利用现代技术手段来实现小型电机调速和定位系统的

22、方案设计。在充分论证的基础上对总体方案进行优化，并进行硬软件的设计，经实验检验，完善其功能和性能指标。总体安排、步骤如下：1资料检索，对国内外的小型电机调速和定位控制系统的原理进行综合分析和对比； (2005.102005.11)2系统总体方案论证； (2005.112005.12)3系统硬件设计及实验； (2005.122006.1)4系统软件设计，程序编写及调试； (2006.12006.2)5系统软硬件的综合调试； (2006.22006.3)6小型直流电机调速定位控制系统的样机制作、调试、性能测试及整体优化； (2006.32006.4)7资料整理及报告撰写。 (2006.42006.

23、5)研究的阶段成果及最终成果：1 经资料检索和查新，得出整个系统的总体设计方案，给出方案论证报告；2 进行系统的硬软件设计，得出系统的硬件设计图及软件源程序；3 通过实验，对硬软件进行验证和优化；4 进行样机的组装及调试；5 资料整理，研究报告的撰写；6 最终成果：实物样机及研制报告。本研究项目的科学依据和意义（包括科学学术意义和应用前景，国内外研究概况，发展趋势，立论依据，特色或创新之处等）：电机控制系统实现定位和调速的研究在国内外已经有多年的研究，相对技术比较成熟，例如：交流电机的变频调速、直流电机的PWM调速、步进电机调速在实际工业生产当中都得到了广泛应用。但是，针对小型多部电机协调、调

24、速和定位的位移控制系统的研究比较少，低成本、高性能方面还存在着不足。根据物料储运系统的实际要求设计了调速定位控制系统。本系统以单片机为核心构成微型计算机控制系统，控制多台小型电机（直流、交流、步进电机）进行变速运行和定位的控制系统，在工业生产中有广泛的应用前景，系统的主要功能如下：1系统可以实现对多部（23）小型电机综合控制，实现对吊装物在平面或空间进行坐标定位；2在平面或空间范围内可实现按设定曲线（直线、圆弧等）变速运行；3可实现坐标设定，动态显示坐标；4语音提示操作顺序，最终显示运行时间；系统主要特色：1 根据实际用途和现场状况，分别选择直流、交流、步进电机并进行综合控制；2 可根据实际工

25、艺要求，灵活设置物体运动曲线满足整个工艺流程的需要；3 采用不同的插补算法，满足不同的定位精度和运行速度的要求。小型直流电机调速定位控制系统应用在物料储运系统中，完成对进库的物料按预定的规则位置进行存储，按预定的要求将需出库的物料进行搬运，并对所有的物料进行综合管理，实现了储运综合自动化。院系意见（对本项目的研究意义、研究方案、取得预期成果的可能性等签署具体意见）：（盖章） 年月日学校评审意见： （盖章）年 月 日附件4：学生科研课题资助项目结题报告书研究课题名称小型直流电机调速定位控制系统完成时间2006.6.10批准经费500元成果形式实验样机研制报告成果数量1课题负责人姓名鞠生培性别男院

26、系电气工程及自动化学院班级02电气41指导教师姓名丁启胜性别男专业自动化职称讲师一、应提交成果的内容与形式 实验样机、设计报告、研制报告二、完成成果及成果的特色创新之处 完成成果：1、系统可以实现对多部小型电机综合控制，实现对吊装物在平面或空间进行坐标定位；2、系统可以控制物体在一定的空间范围内实现按设定路线顺序运行的目的；3、系统可以实现坐标的设定，显示坐标的状态；4、语音提示操作顺序，最终显示运行时间；主要特色：1、根据实际用途和现场状况，分别选择直流、交流、步进电机并进行综合控制；2、可根据实际工艺要求，灵活设置物体运动曲线满足整个工艺流程的需要；3、采用不同的插补算法，满足不同的定位精

27、度和运行速度的要求。三、经费使用情况1、参考书：145元 4、资料检索：125元2、电路板制作：350元 5、其他：130元3、电子元件及工具：750元 四、课题研究中存在的问题及改进措施“小型直流电机调速定位控制系统”经3个月的调试和检测，虽然取得了一定的效果，但仍存在一些不足有待进一步改进和完善。主要有：1、系统需进一步加强硬件质量，如提高传感器检测精度、悬挂系统机械部件反应速度和精度。2、在系统功能上可以根据实际情况进一步扩充。五、指导教师对成果的评价（对是否予以结题提出明确意见）： 指导教师（签名）年 月 日六、专家组审核意见：1、计划完成情况（在内打）： 按原计划完成任务 基本按原计

28、划完成任务 未完成原计划任务2、是否同意结题（在内打）： 是 否负责人（签章）：年 月 日附件5：小型直流电机调速定位控制系统设计报告项目编号 XSK2005027 设计课题 小型直流电机调速定位控制系统 设 计 者 鞠 生 培 所在院系 电气工程及自动化学院日 期 2006年5月30日 徐州师范大学科研立项目 录1、概述22、系统功能分析23、系统理论模型24、系统总体框图45、主要电路工作原理56、软件主要功能77、附录71、概述电机控制系统实现定位和调速的研究在国内外已经有多年的研究，相对技术比较成熟，例如：交流电机的变频调速、直流电机的PWM调速、步进电机调速在实际工业生产当中都得到了

29、广泛应用。但是，针对小型多部电机协调、调速和定位的位移控制系统的研究比较少，低成本、高性能方面还存在着不足。根据物料储运系统的实际要求设计了调速定位控制系统。本系统以单片机为核心构成微型计算机控制系统，控制多台小型电机（直流、交流、步进电机）进行变速运行和定位的控制系统，在工业生产中有广泛的应用前景，系统的主要功能可以控制电动机起动、停止、变速、转向；可以通过键盘方式任意设定坐标点参数；控制物体做自行设定的运动；控制物体从左下角坐标原点出发到达设定的一个坐标点；检测并动态显示物体的具体位置；可扩充语音提示等功能。2、系统功能分析根据小型直流电机调速定位控制系统设计要求分析，所设计系统主要功能有

30、：1、系统可以实现对多部小型电机综合控制，实现对吊装物在平面或空间进行坐标定位；2、系统可以控制物体在一定的空间范围内实现按设定路线顺序运行的目的；3、系统可以实现坐标的设定，显示坐标的状态；4、语音提示操作顺序，最终显示运行时间；要实现以上系统功能，可以通过控制小型直流电机的转向、转速来实现，本设计中，小型直流电机的调速控制是一个闭环控制系统，通过光电传感器的检测记数，来判断电机的转速，计算物体被拉动的长度，从而实现了对物体的定位控制。对于控制物体在空间范围内实现按曲线变速运动，采用了工业生产中比较常用的“逐点比较插补法”来完成系统的算法，达到了准确、稳定地给电机运动提供各种参数，从而控制了

31、物体的运动轨迹与预期轨迹比较吻合。并且系统采用了一系列软硬件抗干扰措施，提高了整个系统的可靠性。3、系统理论模型如图2-1所示，此系统通过控制三个电机的转速达到控制L1，L2，L3的长度，使物体在空间内按设定值运动，图中光码盘是来检测L1，L2，L3的运动距离的，从而控制电机的速度。其中：（x,y,z）为点在空间内的坐标，L1，L2，L3分别为图中电机1上的滑轮到物体的距离、电机2上的滑轮到物体的距离及电机3上的滑轮到物体的距离。把通过理论计算所得到的L1，L2，L3值和物体在原点处时的L1，L2，L3相比较作差，差值即为电机所要转动的距离，这里再通过传感器对电机的转动距离进行检测，再经过单片

32、机进行差值比较，从而达到准确定位的目的。电机1电机2电机3滑轮滑轮滑轮光码盘2光码盘1光码盘3L1L2L3图2-1 系统实物模型本设计的设计思想主要利用了数学、几何学知识将实际问题抽象出来，成为理论的能够分析问题，再运用单片机知识使具体的数学知识通过计算机知识作相应的处理计算，比较进而可以计算出电机所要转动的距离，图2-2为底版的规格设计。底板采用复合板材结构，坚固可靠，有一定的承载能力，以底板的中心为圆心，R=40cm为半径，控制物体在这个平面的空间范围内运动，再把圆等分三份，设A、B、C三点为柱子的坐标点。物体就控制在以这三个柱子为等边三角柱的范围内运动。在这个范围内，建立了一个坐标系，分

33、析物体在各个坐标系的运动函数，可以推导出物体的控制运动的距离。结论如下：由推：由推：通过对理论模型的分析，系统的一些设计参数很直观的体现出来了，这为后面的程序设计提供了一定的基础。4、系统总体框图根据本设计题目要求，本系统总体框图如图2-3所示。键盘控制电机（正、反）M1 电机（正、反）M2电机（正、反）M3LED显示语音报数驱动电路控制器单片机电 源距离L3距离L1距离L2检测电路图2-3 系统总体框图5、主要电路工作原理检测电路如图3-6所示，通过测量码盘在运动过程中所转的圈数，再乘以码盘内径的周长，就可以得到吊绳的伸长、缩短的距离，即可得出控制物体移动的距离。码盘所转的圈数可以用红外线对

34、射式传感器进行计数。方法是在码盘轴上安装黑色圆片并沿同心圆均匀钻孔，当码盘转动时，红外线对射式传感器可以得到高低不同的脉冲电平，通过单片机计数，就可以测得码盘所转的圈数。测量精度与码盘沿同心圆钻孔个数成正比。该方法的缺点是码盘有可能打滑而引起空转，那么会使测量距离大于实际距离，但是可以通过增强码盘摩擦系数等方法来减小这种误差。图3-6 码盘检测图 图3-7 光电传感器检测电路光电传感器检测电路图如图3-7所示，当光码挡住光电传感器时，1为高电平，经反向器，输出为低电平，当光码透光时，光电传感器导通，1为低电平，经反向器，输出为高电平，当光电传感器1导通，设为预备，此时，当光电传感器2导通时，计

35、数加一，每一格所转的距离为2mm，这样就可以精确的测出物体运动的距离了。驱动电路采用脉冲宽度调节方式来控制电机，其原理如下所述：正、反转控制与速度调节，由于电机在正常工作时对电源的干扰很大，如果只用一组电源时会影响单片机的正常工作，所以我们选用双电源供电。一组5V给单片机和控制电路供电， 另外一组12V给电机供电。在控制部分和电机驱动部分之间用光耦隔开，以免影响控制部分电源的品质，并在达林顿管的基极加三极管驱动，可以给达林顿管提供足够大的基极电流。图3-5所示为采用TIP122的驱动电机电路，P1.1口为“1”，P1.0口输入PWM波时，电机正转，通过 改变PWM的占空比可以调节电机的速度。而

36、当P1.0口为“1”，P1.1口输入PWM 波时，电机反转，同样通过改变PWM的占空比来调节电机的速度。图3-5控制电机的驱动电路该电路的优点是能通过较大的电流，而且电路的功耗较小。采用大功率管C2655与9013组成达林顿管，利用C2655能通过2A的大电流作为输出级，同时配合9013组成达林顿管，增加管子的饱和程度，减小管子功耗，防止管子过热而损坏器件。由于存在上述优点，而且可以通过改变输入信号高低电平的时间来达到转速的控制，即PWM控制。所以本设计采用这种电路，达到较好的调速效果。6、软件主要功能本系统软件的主要功能有：(1)三台电机PWM控制即速度与转向控制；(2)控制系统能够通过键盘

37、方式任意设定坐标点参数；(3)控制物体在R=40CM，H=80CM的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，限300秒内完成；(4)控制物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点（两点间直线距离不小于140cm）；(5)动态显示物体中画笔所在位置；(6)软件抗干扰措施。7、附件附录一：系统主电路图附录二：接口电路图附录三：电源电路附件6：徐州师范大学学生科研课题立项申请表项目编号 申请课题 皮带综合保护集控系统申 请 者 宋 文 生 所在院系 工学院电气工程系 申请日期 2005年9月30日 徐州师范大学学生工作处制研究课题名称皮带综合保护集控系统起止年月2005

38、-9-30至2006-5-30申请金额1500成果形式实验样机研制报告申请者姓名宋文生性别男院系电气工程系班级02电气42指导老师姓名张兴奎性别男专业自动化职称讲师课题组成员姓名性别专业班级在本项目中分工宋文生男自动化02电气42总体设计与报告编写鞠生培男自动化02电气41电路设计与样机调试吴友权男自动化02电气42调研与软件设计严小兵男自动化02电气42硬件设计与制作研究项目主要内容以单片机为核心，设计一套主从结构式多部皮带综合保护监控系统。从机也是以单片机为主控器，独立监控单部皮带并与主机进行通讯。主机除完成本部皮带的监控外，还负责整个系统的监控报警记录。1）设计一个皮带综合保护集控系统，

39、来联锁控制各部皮带机（最多8部）逆煤流延时启动，顺煤流延时停止。2）各部皮带机的综合保护从机系统可实现对本部皮带机的“位、低速、跑偏、超温洒水、烟雾报警、张力” 6项保护。3）各从机系统可与主机联网实现集控，也可单独运行。4）主机进行实时通讯、综合监测、报警、闭锁，并按时间进故障记录存储及查阅。5）皮带综合保护集控系统可显示当前日期及时间，巡显各部带机的实时运行状态。拟采取的研究方法和技术路线（包括研究工作的总体安排、步骤和进度等）：查阅有关资料，对当前国内的皮带综合保护系统的功能和参数进行理论分析，对其功能及其性能参数不足之处进行综合分析，采取理论联系实际的研究方法，利用当前新技术手段来完善

40、其性能提高控制品质。在充分论证的基础上得出总体方案，分别对软硬件的设计分析、实验、功能测试。考虑到系统的总体性能及经济指标进行整体优化。完成整套系统的研制工作。总体安排、步骤如下：1检索和查阅资料，了解国内外研究及发展情况； (2005.102005.11)2系统总体方案的理论分析，设计及论证； (2005.112005.12)3系统硬件设计； (2005.122006.1)4系统软件设计，包括总体流程图及系统程序编写； (2006.12006.2)5系统各硬件模块及各软件子程序的调试，系统软硬件的综合调试；(2006.22006.3)6皮带综合保护集控系统样机的制作、调试、性能测试及整体优化

41、；(2006.32006.4)7皮带综合保护集控系统的资料整理及报告撰写。 (2006.42006.5)研究的阶段成果及最终成果：1检索、查阅资料阶段：完成文献资料检索报告； 2系统总体方案论证阶段：完成系统总体方案报告；3系统硬件设计阶段：完成硬件电路设计（理论分析与计算、原理图、原理说明）；4系统软件设计阶段：完成软件设计（系统总体流程图、源程序编制）；5系统软硬件综合调试及样机制作阶段：对系统进行总体调试，编写系统原理、使用说明书及总结报告。6最终成果：皮带综合保护集控系统实验样机及研制报告。本研究项目的科学依据和意义（包括科学学术意义和应用前景，国内外研究概况，发展趋势，立论依据，特色

42、或创新之处等）： 煤矿生产中，皮带机事故严重影响煤矿安全生产，威胁着职工生命财产安全。煤矿安全规程中，对于采掘使用皮带运输机要求有“煤位、低速、跑偏、超温洒水、烟雾报警、张力”6项保护。为了满足安全生产和质量标准化工作的需要，国内许多厂家和公司研制了不同的皮带综合保护控制系统，但其综合性能和指标还存在许多不足，有待进一步改进和提高，对于所存在的问题我们经过了充分的论证和研究得出一套更先进的系统方案。本皮带综合保护集控系统其性能可达到国内同类产品的先进水平。解决了已有技术中成本高、结构复杂、易出故障等不足，特别是具有较强的自适应能力和管理功能。本皮带综合保护集控系统主要功能及特色：1）、该系统是皮带运输机综合保护集散控制系统，将综合保护与监控