管道内钢珠运动测量装置的设计与实现
钢球振动测量仪电气系统的设计
钢球振动测量仪电气系统的设计引言随着微电子技术的发展，出现了许多功能强大的集成电路芯片，这些芯片往往可以将一个完整功能的电路集成到一个芯片上，或将几个相关功能的电路甚至整套的测控电路集成到一个芯片上。
在现代仪器的开发设计中，应尽可能地采用集成化器件。
钢球振动测量仪的电气系统设计，充分采用了高集成度的芯片去简化电路或电路设计，利用了集成状态变量滤波器；集成化真有效值、对数转换器；集成函数发生器等，提高了仪器电气系统的性能，降低了成本。
1工作原理被测钢球通过不同胎具固定在高精度主轴上旋转，加速度传感器与被测钢球表面接触，并拾取钢球表面因波纹而产生的微弱振动信号。
此信号经电荷放大器放大后，通过170～400Hz或400～800Hz带通滤波器，再送至有效值、对数电路，最后经表头指示出被测钢球的波纹振动值，其振动值的大小用分贝值度量。
该仪器设有自校电路，其电路产生260Hz 与520Hz正弦波信号，用于随时校准。
电气系统的测量原理如图1所示。
2主要单元电路的设计2.1前置放大电路钢球振动测量仪的拾振器为压电式加速度型传感器。
该类传感器的结构形式有3种：周边压缩式、中心压缩式及剪切式。
从性能和经济的角度考虑，选用yd-12型中心压缩式传感器。
该型传感器的压电片和质量块与外壳隔离，对基座应变引起的误差和横向灵敏度均较小，比周边压缩式传感器的抗环境干扰能力强。
与压电元件配套的测量电路的前置放大器电路有两种形式：一是用电阻反馈的电压放大器，其输出电压与输入电压（即传感器的输出）成正比；另一种是带电容反馈的电荷放大器，其输出电压与输入电荷成正比。
电压放大器与电荷放大器相比，电路简单，但易受外界干扰影响，并且电缆分布电容对传感器测量精度影响很大，而电缆的分布电容量则与导线种类和长度有关，在测量中如果更换电缆，则必须对前置放大器的倍率重新进行调整；电荷放大器的输出电压与传感器的电荷量成正比，对电缆长度变化的影响几乎可以忽略不计，所以在此测量系统中采用电荷放大器作为前置放大电路。
管道钢珠
2017 年 TI 杯大学生电子设计竞赛管道内钢珠运动测量装置摘要我们的管道内钢珠运动测量装置主要采用 TL-W5MC1 金属感应接近开关，AT89C51 单片机， Adxl335 三轴角度传感器来反应钢珠在管道内的运动情况。
本实验中仅使用普通的元器件就可以较好的测量与反应数值。
显示部分 LCD12864 液晶显 示屏幕钢珠通过数，钢珠运动方向，管道角度都能较好直观呈现。
一丶实验设计方案一：首先我们设计的用两个普通的金属传感器来完成上述实验，后来因为发现需要 一个金属传感器一个角度传感器才能较好的完成本实验，为了准确性与创意性我们选择了后 者。
由两个普通的 TL-W5MC1 金属传感器一前一后贴合在塑料管的外管壁上。
当金属小球通过 传感器时便开始计数。
传感器 S2传感器 S1如上图所示 我们通过小球在管壁上所受的重力分量 F 而得到的加速度 a 从而求出 a/g=sinα 即得到 管道倾角α 。
方案二：我们使用的方案二通过一个 TL-W5MC1 金属感应开关和一个 Adxl335 角α度感应器来完成题目要求。
三轴角度传感器 Adxl335 将收到的 模拟信号发送回单片机记录计算并显示角度与方向，金属传感器 TL-W5MC1 将接到的脉冲信号1发送回单片机完成计数。
二丶理论分析与论证方案一论证：以上便是我们本实验的程序框图初始化后经过小球经过传感器 s1,s2 后显 示方向 10 并且计数（反之经过ｓ２，ｓ１显示方向０１）。
然后通过套用公式加速度公式然后我们将上面的公式联列起来即得由上面公式我们发现只要测得两点之间距离与两点之间时间就可以求出小球下落的加速 度ａ。
加速度ａ得到之后管道倾角α 的正弦值就等于加速度ａ与重力加速度的比值。
得到小球个数，倾斜角度，运动方向后将数据上传在１２８６４液晶显示屏上直观的呈 现出来。
方案二论证：我们使用的方案二通过一个 TL-W5MC1 金属感应开关和一个 Adxl335 角度感 应器来完成题目要求。
一种利用检测钢球通过管道来判断管道角度的装置设计
一种利用检测钢球通过管道来判断管道角度的装置设计张通张萌谷栎娜(石家庄工程职业学院河北省石家庄市050061 )摘要：本文设计一种利用检测钢球通过管道来判断管道角度的装置。
利用检测钢球通过管道来判断管道角度的装置，主控部分为 STC89C52单片机并配以12864B液晶显示模块，利用两个金属感应接近开关非接触式实时监测钢球在管道内的运动状态。
传感器的信号接 入单片机的外部中断端口，利用单片机内部定时器进行计时，综合利用力学运动公式推理计算，实现对钢球的运动方向，投入钢球的个数、钢球在管道内摆周期及管道倾斜角度的测量。
整个装置硬件电路结构简洁、调试方便，可以实现在特殊的领域进行管道的角度测量，即使 在两个传感器间距小于20mm的情况下也能实现了准确测量。
关键词：管道角度测量；STC89C52单片机；金属感应接近开关；12864B液晶显示模块1硬件设计方案整套系统包括主控控制芯片、非接触是传感器和显示模块。
1. 1显示部分的论证与选择显示部分是整套系统的展现给使用者的人机交互界面，需要清晰的展示显示的内容，也需要考虑采购价格。
综合考虑我们采用12864 LED液晶显示，这一款显示屏自带中文字库，同时能显示字符和数字，编程简单。
1.2非接触式传感器的认证与选择因为不适用角度传感器，我们采用电感式接近开关。
将电感式接近开关安装到管道上，可以通过算法实现管道角度的测量。
电感式接近开关具有精度高、体积小、安装方便的特点，特别适合测量钢铁等金属物体。
1. 3主控芯片的选取整套系统采用的是51内核的国产单片机STC89C52R C单片机，该单片机简单实用相关技术资料文档齐全，开发快捷并且高效。
芯片有8K字节的数据储存空间，并且可以通过串口进行下载代码，方便开发者调试和更新程序。
本系统设计代码部分并不复杂所以采取该型号单片机。
2理论分析与计算本装置设计要求计量钢球的投放个数、显示钢球运动方向、统计管道的摆动周期三个内容通过单片机对传感器的检测信号的分析即可完成，下面主要分析从管道一端投入•枚钢球，要求显示管道的倾斜角度。
管道内钢珠运动测量装置
管道内钢珠运动测量装置摘要：本次设计为2017年全国大学生电子设计竞赛题目《管道内钢珠运动测量装置》，该装置主要由控制模块、显示模块、语音模块、电源模块组成。
以高性能的电感式接近传感器进行测量，单片机对传感器传回的电信号处理后发送给液晶显示屏。
经过测试该装置能够精确显示放入钢珠的个数、钢珠的运动方向及管道倾斜的角度值等基本要求。
在限制两传感器之间的距离后，该装置还能实现显示管道摆动的周期个数、连续倒入钢珠的个数和倾斜角的角度值等发挥部分的题目。
关键词：单片机；接近传感器；管道内钢珠；测量装置1系统方案本次设计了一种管道内钢珠运动测量装置，该装置主要由控制模块、显示模块、语音模块、电源模块组成。
下面分别论证这几个模块的选择。
1.3 系统总体框图系统总体框图如下图1所示。
本系统包括由主控芯片、传感器、显示模块、语音模块组成，由按键控制单片机的运行模式，接近开关检测钢珠并传给单片机，芯片处理后发送数据给显示和语音模块。
由上表6数据可知，符合发挥部分（三）的要求。
5.总结综上所述，本设计根据上述测试数据，由此可以得出以下结论：总体上看，所有测量结论均与基本要求和发挥部分要求相符合，实验较为成功。
还实现了语音播报的特色功能。
综上所述，本设计达到设计要求。
参考文献：[1]胡仁杰，堵国樑.全国大学生电子设计竞赛优秀作品设计报告选编[M].南京：东南大学出版社，2014.[2]谭浩强.C语言程序设计[M].2版，北京：清华大学出版社，2008.[3]堵国樑，吴建辉，樊兆雯等.模拟电子电路基础[M].北京：机械工业出版社，2014.。
使用接近开关测量管道内钢珠个数的装置设计
常开 ＮＰ Ｎ型接 近 开 关 ， 住没 有 接 收 到 触 发信 号 时 ，ＯＵ Ｔ 端与
电源 正极 问通 过 一 个ｌ ｋ 的 电阻 相连 ，与 电源 负极 之 断 开 ，Ｏｕ Ｔ 端 为高 电平 ， 一旦钢 珠从 管道 中滚落 接近 至 开关磁 场 ，受 内 部涡流 影 响 ，使接 近开 关主 线路 发生 变 化，ＯＵ Ｔ 端 与 负极 电源连 接 ，低 电平 脉冲 输 出 。仿 真 图中 用一 个ｂ ｕ ｔ ｔ ｏ ｎ 模 拟 了接 近 开关 的 内 部连接 ， 当
｛ ｌ ｃ ｄ ． ｂ ｅ ｇ ｉ ｎ （ １ ６ ， ２ ） ； ／ ／ 初始化 Ｌ ＣＤ１ ６ ０ ２
（下转 第 １ ９ １ 页 ）
电子世界 ・１ ８ ９・
Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ ＯＮ ｓ Ｗ ＯＲＬ Ｄ・ 技术 交流
３ ） 辅 助 资源 方 面 。发动 机 孔探 不是 一 个独 立 的维修 工 作 ， 需要
其 他工 种的 支 持 ，而对 于普 通 的航 线维 修人 员 ，参加 发动 机 孔探 辅 助 工作 的概 率 是很低 的 ，容 易 导致 因其 技能 和经 验不 足 ，对孔 探 工 作 的质 量 和 效率 造 成干 扰 。 资源 不 足所 占权 重 ：单 一 内容 是２ ；工
作时 间不 确 定是５ ：工 作压 力大 是３ 经 验 和主观 性是 ３ ；总和 是 １ ３ 。
１ 方案设计
有信 号时 ，类 似于 ｂ ｕ ｔ ｔ ｏ ｎ 迅速 的闭 合 了一 卜 给Ａ ｒ ｄ ｕ ｉ ｎ ｏ 的３ 脚 释放 。
个低 电平信 号 。
一
图１ Ｌ ＣＤ１ ６ ０ ２ 接 线
基于AVR128的管道内钢珠运动测量装置设计
图 ２ 管道内钢珠运动测量装置从机硬件框图
部分硬件接线图如图 ３、图 ４所示。
图 １ 管道内钢珠运动测量装置主机硬件框图
收稿日期：２０１８－０５－２７ 作者简介：李红萍（１９７０－ ），女，甘肃榆中人，教授，硕士．
图 ３ 系统显示电路 图 ４ 键盘电路
２ 基于 ＡＶＲ１２８的管道内钢珠运动测 量装置程序设计
检测与数 据 融 合 ［Ｊ］．河 南 科 技 大 学 学 报 （自 然 科 学 版），２０１５（０４）：１４－１７．
ＤｅｓｉｇｎｏｆＳｔｅｅｌＢａｌｌＭｏｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅＢａｓｅｄｏｎＡＶＲ１２８ ＬＩＨｏｎｇ－ｐｉｎｇ１，ＬＩＱｕａｎ２，ＬＩＪｉｎ－ｍｉｎｇ１，ＪＩＡＸｉｕ－ｍｉｎｇ２
测、钢珠运动方向模块等模块组成［３］。 ２．１ 系统软件模块设计
系统软件模块设计如图 ５所示。
图 ５ 管道内钢珠运动测量装置系统软件框图
２．２ 典型程序设计 １）主程序流程图如图 ６所示。
３ 程序功能
管道内钢珠运动测量装置通过金属传感器实现 对钢珠的个数、运动方向、运动周期的精确测量，通 过角度传感器实现对管道倾角的精确控制，并实时 地显示钢珠的个数、运动方向、运动周期、管道倾角 的大小，并 用 菜 单 的 形 式 实 现 不 同 的 功 能［４］，具 体 如下：
· １ ８· 兰 州 ，李 首 滨．基 于 液 压 支 架 倾 角 的 采 煤 高 度 测 量 方法［Ｊ］．煤炭学报，２０１６（０３）：７８８－７９３．
［７］ 刘春阳，徐 军 领，程 洪 涛，等．ＭＰＵ９２５０传 感 器 的 姿 态
［３］ 王 直，施 晓 敏，丁 建 军，等．增 量 式 光 电 编 码 器 信 号 处理电路的设计与实现［Ｊ］．电子设计工程，２０１２（０２） ：１２１－１２３．
基于stc12c5a60s2单片机管道内钢珠运动测量系统的设计
S2
t2 t
a
PVC管
a
传感器2
S1
t1
钢珠 β
传感器1
g
图 3 倾斜角 a 测量示意图
综上所述不难发现钢珠经过两个传感器的间隔时间 t 与 管道的倾斜角度有着复杂的非线关系，加上外界不可避免的 误差，会使整个系统误差加大，而且增加了单片机的负荷。 但是在此同时我们又发现随着倾斜角度 α 的增加，通过传 感器的时间也越来越短。多次检测特殊角度所对应的时间， 然后通过算法进一步减少误差。
环形接近开关 HX-DGS-20N 具有高分辨率特点：即使 直径为 0.6mm 的小钢珠都能被可靠的检测，特别快速的反 应时间 0.2ms，满足本次设计需求。
综合比较，方案二比较合适。 ■■4.2 环形开关驱动电路
系统选用 HX-DGS-20N 的环形接近开关 NPN 型号，其 负载电流在 3mA~100mA 之间，其工作电压在直流 10~36V 之间。系统选用 12V 电源，1K 电阻作为负载。经测试，当 有金属球经过时输出信号脚 SingnalOut 有高低电平的变化， 高电平为 +12V，并非标准的 TTL 信号。为将该信号转换为 TTL，还需要外接电平转换电路。 ■■4.3 电平转换电路
设定传感器 1 和 2 之间的距离 l 为 20mm。 （1）将 1 粒钢珠放入管道内，堵住两端的管口，摆动 管道，摆动周期≤ 1s 摆动方式如图 1 所示，要求能够显示 管道摆动的周期个数。 （2）按照图 2 所示放置管道，由 A 端一次连续倒入 2~10 粒钢珠，要求装置能够显示倒入钢珠个数。 （3）按照图 2 所示放置管道，倾斜角 α 为 10° ~80°之 间的某一角度，由 A 端放入 1 粒钢珠，要求装置能够显示 倾斜角度 α 的角度值，测量误差的绝对值≤ 3°。
基于STC12C5A60S2单片机钢珠运动测量装置设计
1 系统方案设计1.1 系统总体方案设计本系统采用长度为50cm 的PV 材质管道[1]，将两个接近开关安装在管壁外，可以在不接触钢球和不破坏管道的情况下检测到管道内高速通过的小球。
系统的总体结构框图如图1所示，主要由主控模块、电机驱动模块、角度检测模块、小球运动检测模块、液晶显示模块、电源模块等组成[2]。
图1 总体结构框图1.2 主控模块选择STC89C52是传统的8051单片机，具有价格便宜、技术成熟的优点，但运行速度慢、内部资源少、功耗高。
STC-12C5A60S2是新一代8051单片机，单时钟/机器周期为1T，指令代码与传统8051完全兼容，但速度快10倍左右。
该型号单片机具有速度快、可靠性高、功耗低、超强抗干扰的特点。
综合考虑选择STC12C5A60S2型号的单片机，完全满足系统设计需求。
1.3 电机驱动模块步进电机驱动器2M415型使用直流18-36V 供电，电流小于3A 外径35-42 mm 的两相混合式步进电机。
此驱动器采用DSP 交流伺服驱动器的电流环进行细分控制，具有性能高、价格低、噪音低、平稳性好的优点，因此电机驱动模块采用2M415细分型步进电机驱动器。
1.4 角度检测模块角度传感器是一种常用的电子元件，它使用角度变化来定位物体的位置。
角度传感器在其主体上有一个孔，可以连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上。
角度传感器每隔1/16圈计数一次，计数随着一个方向的旋转而增加，随着另一个方向的旋转而减小。
计数与角度传感器的初始位置有关，初始化角度传感器时可以通过编程方式重置计数值为0。
1.5 液晶显示模块常用的液晶显示模块主要有LCD1602和12864两种。
motion and sends the signal to the MCU to trigger the interrupt. The Angle sensor measures the pipe Angle and establishes the database related to the ball movement and Angle. By comparing the relevant data of the ball movement with the database, the exact Angle is obtained by using the parallel algorithm and algorithm correction. The device can measure the number of steel balls, the direction of movement, the velocity of movement, the period of pipe swing and the Angle of inclination. Key words : STC12C5A60S2 single-chip microcomputer; proximity switch; database基金项目：贵州省科技厅联合基金项目（黔科合LH 字[2016]7069号）；贵州工业职业技术学院科研基金项目（2018SK02）。
2017年全国大学生电子设计竞赛
2017年全国大学生电子设计竞赛————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2017年全国大学生电子设计竞赛管道内钢珠运动测量装置（M题）【高职高专】摘要：系统以STC15W4K61S4单片机为主控器，设计一款管道内钢珠运动测量装置。
该装置可以获取管道内钢珠滚动的方向，以及倒入管道内钢珠的个数和管道的倾斜角度。
并通过LCD12864液晶显示屏实时显示钢珠滚动方向、个数以及管道的倾斜角度。
系统包括单片机主控模块、角度信号采集模块、磁力传感器模块、显示模块、电源模块、采用稳压输出电源为系统提供工作电源。
系统制作成本较低、工作性能稳定，能很好达到设计要求。
关键词:角度传感器、磁性接近开关、LCD12864目录1设计任务与要求 (1)1.1设计任务 (1)1.2技术指标 (1)1.3题目评析 (1)2方案比较与选择 (2)2.1单片机选择 (2)2.2角度测量选择 (2)2.3 钢珠运动检测选择 (2)2.4显示选择 (2)2.5电源选择 (2)3电路系统与程序结构设计 (3)3.1系统硬件总体设计 (3)3.2单片机最小系统模块设计 (3)3.3角度传感器模块设计 (3)3.4 磁性传感器模块设计 (3)3.5显示模块设计 (4)3.6电源模块设计 (4)3.7程序结构与设计 (4)4系统测试 (5)5总结 (6)参考文献及附录 (6)1设计任务与要求1.1设计任务设计并制作一个管道内钢珠运动测量装置，钢珠运动部分的结构如图1.1所示。
1.2技术指标1．基本要求规定传感器宽度w≤20mm，传感器1和2之间的距离l任意选择。
（1）按照图1.1所示放置管道，由A端放入2～10粒钢珠，每粒钢珠放入的时间间隔≤2s，要求装置能够显示放入钢珠的个数。
（2）分别将管道放置为A端高于B端或B端高于A端，从高端放入1粒钢珠，要求能够显示钢珠的运动方向。
基于AVR128的管道内钢珠运动测量装置设计
基于AVR128的管道内钢珠运动测量装置设计
李红萍;李泉;李金明;贾秀明
【期刊名称】《兰州石化职业技术学院学报》
【年(卷),期】2018(18)3
【摘要】讨论了基于AVR128的管道内钢珠运动测量装置的硬件和软件设计.系统由主机和从机组成,主机以AVR128单片机为核心,由钢珠检测系统、角度检测系统、液晶显示、串行通讯、等模块组成;从机以AVR128单片机为核心,由键盘、声光报警、串行通讯电路等模块组成.该系统能准确地测得钢珠的个数、运动方向、运动
周期、管道倾角的大小,为我们提供了测试角度和方向的新方法,为以后开发其他单
片机应用系统提供参考.
【总页数】3页(P16-18)
【作者】李红萍;李泉;李金明;贾秀明
【作者单位】兰州石化职业技术学院电子电气工程系,甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院电子电气工程系,甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院电子电
气工程系,甘肃兰州730060;兰州石化职业技术学院电子电气工程系,甘肃兰州730060
【正文语种】中文
【中图分类】TP368.12
【相关文献】
1.基于IAP15W4K58S4单片机的管道内钢珠运动测量装置研究 [J], 斯芸芸;景琴琴;郭虎
2.基于STC15单片机的管道内钢珠运动测量装置设计与实现 [J], 刘永锋
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4.基于STC15W4K56S4单片机控制的管道内钢珠运动测量装置设计 [J], 张仁朝; 王先彪; 张茂贵
5.基于STC15W4K56S4单片机控制的管道内钢珠运动测量装置设计 [J], 张仁朝; 王先彪; 张茂贵
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一种在线钢珠直径检测仪的制作方法
一种在线钢珠直径检测仪的制作方法制作一种在线钢珠直径检测仪可以遵循以下步骤：步骤一：收集所需材料和工具1.所需材料：-钢珠-光电传感器-运动控制器-显示器-控制电路板-电源-电线-电阻-电容-电位器-开关-电线套管-支架材料-塑料外壳-螺丝和螺母2.所需工具：-焊接设备-电钻-锯子-扳手-小锤子-剪切器-打磨机-螺丝刀-钳子步骤二：制作支架和外壳1.使用支架材料制作一个稳定的支架，用于安装光电传感器和运动控制器。
2.使用塑料外壳将整个装置封装起来，以保护内部元件免受外界环境的影响。
步骤三：布置光电传感器和运动控制器1.将光电传感器安装在支架上，使其能够准确测量通过的钢珠直径。
2.将运动控制器与光电传感器连接，以便控制钢珠的运动轨迹。
步骤四：搭建电路和控制系统1.使用电路板搭建测量和控制电路，包括光电传感器的接口电路和运动控制器的接口电路。
2.将电线、电阻、电容、电位器和开关连接到电路板上，以确保电路的正常工作。
步骤五：连接显示器和电源1.将显示器连接到电路板上，以便可以实时显示钢珠的直径数据。
2.将电源连接到电路板上，以供电整个装置。
步骤六：测试并调试1.打开电源，检查各个部件是否工作正常。
2.将钢珠通过装置，观察传感器是否能够准确测量其直径。
3.如果出现问题，使用调试工具和仪器进行排查和修复。
4.进行多次测试，确保装置的准确度和稳定性。
步骤七：完善细节和使用1.调整控制系统的灵敏度和响应速度，以满足具体需求。
2.完善外壳细节，包括安装开关、电线套管等，以提高安全性和美观度。
3.在使用装置时，根据需要进行数据记录和处理。
以上是制作一种在线钢珠直径检测仪的大致步骤，具体操作可能因使用的材料和工具而有所不同。
在制作过程中，应特别注意安全事项，如正确接线、防止触电等。
此外，需要根据具体应用需求对装置进行调整和优化，以确保测量结果的准确性和可靠性。
钢球直径自动检测装置技术方案
钢球直径自动检测装置技术方案1.原理说明：2.系统组成：该装置由以下几个组成部分组成：2.1激光测量模块：激光测量模块包括激光发射器和激光测距传感器。
激光发射器用于向钢球表面发射激光束，激光测距传感器用于测量激光束到钢球表面的距离。
2.2转台：转台用于将钢球放置在固定位置，并将其旋转以确保激光束在钢球表面上的照射角度均匀分布，从而提高测量精度。
2.3控制系统：控制系统用于控制整个装置的运行，并对测量数据进行处理和分析。
可以使用微控制器或嵌入式计算机来实现控制系统。
2.4显示和记录系统：显示和记录系统可将测量结果实时显示在屏幕上，并将数据存储到数据库或文件中，以便后续分析。
3.工作流程：3.1钢球装载：将待测钢球放置在转台上，并确保其固定在正确的位置。
转台可以自动将钢球转动至设定的角度。
3.2激光测量：激光发射器发射激光束照射到钢球表面，激光测距传感器测量激光束与钢球表面的距离。
通过多次测量并取平均值，提高测量精度。
3.3数据处理：控制系统接收到激光测量传感器采集的数据，并进行数据处理，计算钢球直径。
可以根据具体需求添加其他数据处理算法，如滤波、标定等。
3.4结果显示和记录：测量结果实时显示在屏幕上，包括钢球直径。
同时，测量数据也可以存储到数据库或文件中，以便后续分析和比较。
4.技术优势：4.1高精度：激光测量技术具有高精度和高灵敏度，可以实现对钢球直径的精确测量。
4.2高效性：自动化操作，可以快速测量大批量的钢球直径，提高生产效率。
4.3无损检测：激光测量是一种非接触式的检测方法，不会对钢球造成任何损伤，确保产品质量。
4.4数据可追溯性：测量数据可以存储到数据库或文件中，形成完整的数据记录，方便后续分析和追溯。
综上所述，钢球直径自动检测装置可以通过激光测量技术实现高精度、高效率、无损和数据可追溯的钢球直径测量。
这个技术方案可以应用于钢球生产和加工的各个环节，提高生产效率和产品质量。
基于ATmega128控制的管道钢珠测量设计
2021.14科学技术创新基于ATmega128控制的管道钢珠测量设计魏孔贞孙红英李泉（兰州石化职业技术学院电子电气工程学院,甘肃兰州730060）1概述本设计来源于全国大学生电子设计竞赛，通过一个管道A 、B 两端任意位置进行释放小球，AB 两端的距离任意，要能够测量出释放小球的个数、管道的倾斜角度、小球的运动方向以及小球在管道内摆动的周期或者频率。
设计的关键是传感器的选择与信号的接收，系统内部的控制算法和显示，难点在于脉冲信号的获取和小球初始速度的影响。
2系统总体设计2.1系统设计要求设计并制作一个管道内钢珠运动测量装置，使用2个非接触传感器检测钢珠运动，传感器1和传感器2之间的距离任意，配合信号处理和显示电路获得钢珠的运动参数。
倾斜角为0o ~800之间的某一角度，由A 端放入1粒钢珠，要求装置能够显示倾斜角的角度值，测量误差的绝对值≤30。
2.2方案论证2.2.1控制器选择方案一:STC89C51RC 是采用8051核的ISP 在系统可编程芯片，工作时钟频率高，内存小、保护能力差，功耗较高，运行速度慢，单片机内集成资源少[1]。
方案二:AVR ATmega128单片机，运行时钟高，外围电路简单，硬件设计方便，资源丰富，可以满足本设计的要求。
通过比较，综合考虑认为在满足功能要求的前提下使用AVR ATmega128单片机，运行速度较快，资源较多。
2.2.2传感器选择电感线圈式金属探测器是由高频振荡器、震荡检测器、音频振荡器和功率放大器组成，与传统探测器相比：探测器工作面的特殊设计，探测面积大、扫描速度快、灵敏度极高。
其缺点是要进行复杂的滤波算法，信号检测不稳定。
电感式接近开关作为钢珠检测传感器，其优点为输出的信号是数字方波，信号稳定，便于检测与计算最终根据实际情况，选择传感器采用TL-Q5MC-7方柱型直流三线式金属接近开关。
3系统理论分析与计算3.1数学模型必须通过检测钢珠运动，利用时间和距离的关系，根据牛顿运动定律来计算管道的倾斜角α[2]。
基于STC15W4K56S4单片机控制的管道内钢珠运动测量装置设计
基于STC15W4K56S4单片机控制的管道内钢珠运动测量装置设计作者：张仁朝王先彪张茂贵来源：《现代信息科技》2020年第02期摘; 要：文章设计了一种基于STC15W4K56S4单片机控制的管道内钢珠运动测量装置。
该装置采用霍尔传感器测量钢珠运动参数，通过钢珠在管道内的运动特点建立数学模型，利用数学模型实现对钢珠个数、运动方向、角度、周期的测量，通过标定法减小系统误差，并在12864LCD上进行显示。
该装置可以较好地完成钢珠数量与运动方向显示，并且将倾斜角度误差的绝对值在误差范围之内。
关键词：单片机;运动;测量;显示中图分类号：TP368.1; ; ; ;文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）02-0041-04Abstract：In this paper，a steel ball motion measuring device in pipeline is designed based on STC15W4K56S4 single chip microcomputer. The device uses Hall sensor to measure the movement parameters of steel balls，establishes the mathematical model through the movement characteristics of steel balls in the pipeline，realizes the measurement of the number of steel balls，movement direction，angle and period by using the mathematical model，reduces the system error by the calibration method，and displays on 12864LCD. The device can display the number of steel balls and the direction of movement well，and the absolute value of the tilt angle error is within the error range.Keywords：SCM;motion;measure;display0; 引; 言角度測量在我们日常生活中的应用非常广泛。
一种在线钢珠直径检测仪的制作方法
一种在线钢珠直径检测仪的制作方法
简介：
在线钢珠直径检测仪是一种用于检测钢珠直径的仪器装置。
它能够实
时检测钢珠的直径大小，并通过数据输出显示出来。
下面将介绍一种制作
在线钢珠直径检测仪的方法。
步骤：
1.准备工作：
-准备工具：电钳、螺丝刀、焊台等。
2.组件连接：
-连接光电传感器：将光电传感器的输出端连接到微控制器的输入端，用线缆进行连接。
-连接显示屏：将显示屏的输入端连接到微控制器的输出端，用线缆
进行连接。
3.写入程序：
-使用合适的编程语言，编写程序并将其烧录到微控制器中。
程序的
功能应该能够读取光电传感器的输入并计算钢珠的直径。
-程序应该能够将直径数据显示在显示屏上，并可以根据需要进行数
据的存储和输出。
4.安装和调试：
-将光电传感器安装在设计好的位置，并固定好。
-将显示屏安装在合适的位置，并连接好电源。
-连接微控制器和电源，并进行初步调试，确保传感器和显示屏的工作正常。
5.调整和优化：
-根据实际检测需要，调整程序中的参数和算法，以获得更精确的直径测量结果。
-对于硬件方面，可以根据实际情况优化光电传感器的位置和角度，以获得更好的检测效果。
6.测试和应用：
-对不同直径的钢珠进行测试，验证检测仪的准确性和可靠性。
-根据实际需要应用在线钢珠直径检测仪，在生产线上实现对钢珠直径的实时监控和检测。
总结：。
管道内钢珠运动测量装置的设计
管道内钢珠运动测量装置的设计发表时间：2019-07-16T11:43:33.110Z 来源：《知识-力量》2019年9月31期作者：彭永杰[导读] 管道内钢珠运动测量装置是基于物理学上能量守恒定律、牛顿运动定律、三角函数进行角度精确计算，其中涉及到响应时间、运算速度及各种复杂算法，本设计基于STM32F103单片机为主控芯片，硬件以接近开关，VGUS串口屏显示电路，语音电路等几部分组成。
通过软件编程算法，能实现检测钢珠运动方向、个数，获取其运动轨迹及参数，并建立具体的数学模型，最后可转换为实际角度。
（宜宾职业技术学院电子信息与控制工程系，四川宜宾 644000）摘要：管道内钢珠运动测量装置是基于物理学上能量守恒定律、牛顿运动定律、三角函数进行角度精确计算，其中涉及到响应时间、运算速度及各种复杂算法，本设计基于STM32F103单片机为主控芯片，硬件以接近开关，VGUS串口屏显示电路，语音电路等几部分组成。
通过软件编程算法，能实现检测钢珠运动方向、个数，获取其运动轨迹及参数，并建立具体的数学模型，最后可转换为实际角度。
关键词：钢珠；测量装置；角度测量前言现代社会科技高速发展，而物理科学也在稳定向前的发展，随着生活中技术的不断更新，测量方面要求精度越来越高，物理与数学知识在测量过程中的应用也越来越广，许多数据分析都需要传感器精确测量，通过测量和科学知识一起搭配以减少测量误差。
本设计中根据能量守恒定律、牛顿运动定律、三角函数对管道倾斜角度精确计算；其中依据牛顿第二运动定律引入了惯性质量，全面完整地刻画了物体因受力作用而产生加速度，以及加速度与外力及质量的定量关系，通过三角函数对管道倾斜角度分析，综合两部分得出精确角度。
一、设计要求及理论计算方法(一)设计要求图1-1设定传感器1和2之间的距离l为20mm，传感器1和2在管道外表面。
上安放的位置不限。
（1）将1粒钢珠放入管道内，堵住两端的管口，摆动管道，摆动周期≤1s，摆动方式如图1-1所示，要求能够显示管道摆动的周期个数。
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∗浙江省课堂教学改革项目(kg20160507);国家级大学生创新项目(201811481018);浙江水利水电学院2018大学生年创新项目(基于CDIO 理念的电子线路创新模块开发)浙江省公益技术应用研究项目(2017C33155);浙江省水利厅项目(RC1848,RC1855,RC1858)1装置方案1.1总体方案设计如图1所示,钢珠滚动入直径为20mm 的PV 管道,在管道上安装两个宽度小于20mm 的电感线圈作为传感器,当钢珠滚动经过管道,通过涡流传感器产生一个波形,通过比较器后整形成为脉冲波,送到单片机进行运算处理,单片机包含了4∗4键盘、液晶显示,可以方便地按照题目要求进行设置和显示[1]。
图1总体框图1.2单片机的选择一种选择是32位的ARM2132单片机,该单片机功能强大,相对价格也比较昂贵。
本次控制对时间精度的要求不是很高,采用该单片机许多资源都是用不上,所以不需要用32位的ARM 单片机。
STC12C5A32S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期穴1T雪的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍,内部集成MAX810专用复位电路,具有SPI 接口,编程和下载方便,所以采用该单片机。
1.3比较器的选择涡流传感器检测到钢珠滚动经过的信号是一个不规则的波形,单片机无法识别,因此需要整形成脉冲波形送给单片机。
比较器可以通过运放构成单限比较器,运放市场上很多。
第一次是选择了运放LM358作为比较器,但是LM358输出只有3.8V 左右,最多也达到4V 左右,输出不是5V 的标准信号,给单片机检测带来不稳定因素;第二次是选择了专用的比较器运放LM339,该运放的输出是OC 门输出,接上拉电阻可以达到所需要的各种高电平,实现5V 输出,与单片机容易匹配。
因此最后选择了LM339运放作为比较器。
2理论分析与计算2.1测量方法的选择与工作原理分析测量方法1:选择市场上现有的涡流式原理的接近开关,在市场上购买到的TK-12P4C 是PNP 的接近开关,感应距离大概是0.4cm ,单个钢珠能输出较好的脉冲信号,多个钢珠一起滚动的时候捕捉脉冲信号就不准确。
而且安装很不方便,能够接触到钢珠的面积小,灵敏度不够高,因此放弃。
测量方法2:采用自制的涡流传感器及相关电路,工作原理如图2所示:图2涡流传感器工作原理图由于该方法检测灵敏,可以把电感线圈套在管道上作为传感器,电涡流的变化能够捕捉到小球连续滚过的信号,所以采用该方案来实现。
该电路主要是由LC 振荡电路,高频放大器,检波电路,及低频放大器组成,使输出在钢珠滚入和滚出产生一个输出波形经过整形送给单片机检测[2]。
从从能量角度来看,在被测电感导体内存在着电涡流的损耗和磁损耗,但在高频时电涡流损耗值远大于磁损耗值。
电涡流传感器所载高频电流一般为50kHz 以上,因此只须考虑电损耗即可。
能量的损耗,使传感器的Q 值和等效阻抗Z 减低,因此当被测体与传感器间的距离d 改变时,使传感器的Q 值和等效阻管道内钢珠运动测量装置的设计与实现∗杨启尧刘煜博许鑫焱吴众胡曹娟郭栋潘鑫鑫(浙江水利水电学院电气工程学院,浙江杭州310018)摘要:设计通过自制涡流传感器作为管道内钢珠的检测元件,用漆包线绕制20mm 左右的电感套在管道上,电感通过导线连接到涡流传感器电路,该电路由LC 振荡、高频放大、检波电路及低频放大器构成,能够灵敏捕捉到钢珠的滚动,以及多个钢珠一次性倒入的信号,该信号通过专用比较器LM339整形输出脉冲波送到单片机。
通过单片机控制分别在两个传感器间距较大时完成了钢珠的累计,运动方向的控制以及角度的显示。
关键词:涡流传感器,钢珠,单片机,运动测量Abstract 押A self-made eddy current sensor is designed to detect steel balls in pipes.The inductance is wrapped around a 20mm enameled wire on the pipe.The inductance is connected to the eddy current sensor circuit through the wire.The circuit consists of LC oscillation熏high frequency amplification熏detection circuit and low frequency amplifier熏which can sensitively capture the rolling of steel balls.The signal is sent to the single-chip computer through the special comparator LM339shap⁃ing output pulse wave.The accumulation of steel balls熏the control of movement direction and the display of angle are com⁃pleted by single chip microcomputer control when the distance between the two sensors is large.Keywords 押eddy current sensor熏steel ball熏single chip microcomputer熏motionmeasurement管道内钢珠运动测量装置的设计与实现142抗Z 、电感L 发生变化,这样就把位移量转化为电量,这是电涡流传感器的基本原理[2-3]。
自制一个电感线圈,套在4分管上,当钢珠滚过时,电涡流就发生变化,振荡后就使得输出的电压发生变化,可以得到一个脉冲。
电窝流传感器的具体公式见式(1)~式(3)。
∂H y ∂H x =J y ∂Jz ∂x =μ0μr ρ-∂H y ∂t H y (0,t )=H 0e j ωt H x |y=0=H y |x=0⎧⎩⏐⏐⏐⎨⏐⏐⏐(1)h=1b =2ρμ0μr ω√=ρμr f√(2)J z =∂H y∂x=-b (j+1)H 0e j (ωt-bx )(3)H-磁场强度,J-电流,μ0、μr -真空和被测体的导磁系数,h-贯穿深度,ρ-导体电阻率,J z -电涡流。
2.2检测电路的原理分析计算如图3所示,图中La1和La2是电感线圈并入的地方,利用9015和电感构成LC 振荡器,实现放大,当钢珠滚过电感线圈时,在高频磁场中产生电涡流,就会造成电涡流线圈端电压的衰减,再经过高频放大器,通过检波电路,最后通过一个三极管2N5551构成的低频放大器,可以检测出小球滚过时输出电压幅度的变化,最后通过另外一个比较器电路输出信号,达到稳定的输出脉冲信号,由单片机进行控制。
题目要求有两个传感器,所以有两个这样的电路。
图3涡流传感器电路图如图4所示为比较器原理图,涡流传感器的输出信号是不规则的波形,该信号经过LM339专用比较器整形输出得到一个比较好的脉冲波输出到单片机,两个涡流传感器共需要两路的比较器。
LM339的优点是OC 门输出,信号从反相端输入,同相端的比较电压是0~5V 连续可调,可以根据实际电路设置2.5~3.5V 之间的参考电压,运放电源是12V 供电,输出给单片机的信号选择5V 电源,这样输出高电平可以达到V ,满足单片机对高电平的要求。
图4LM339比较器原理图3电路与程序设计3.1总体电路总体电路主要是由STC12C5A32S2单片机构成最小系统,包括液晶显示和4∗4键盘输入,两路的涡流传感器电路,LM339构成的比较整形电路构成,同时有辅助的接口和蜂鸣器报警电路。
在设计最小系统板的时候设置了多个12V 和5V 的电源接口,为连接后续的各种板子带来很多方便。
3.2程序设计采用C 语言编程实现,利用Keil 编程软件,实现设计和编译的工作。
程序流程如图5所示,当测量开始时,程序先进行初始化,然后读入键盘信息,根据基本和发挥部分的六个要求分成摆动周期控制、角度测量、钢珠放入累计、运动方向指示等四个子程序,其中角度测量分成传感器距离是否超过20mm ,两个程序在控制时会有简单和复杂的控制。
钢珠累计程序也判断两部分,当距离是20mm 的时候,钢珠是一次性倒入2~10颗,基本部分可以间隔<1s 内累计放入。
图5主程序流程图4测试方案与测试结果4.1调试方法与仪器1)测试方案。
在室内环境下,根据题目要求,首先是测试基本部分,放入符合要求的钢珠在管道内,实现题目要求的各项功能。
第一次测基本部分传感器距离任意设置,第二次测量发挥部分把传感器距离固定在20mm 。
2)测试仪器装置。
电源适配器(12V )、单片机控制系统、液(下转第147页)表1钢珠放入个数与显示个数(两个传感器距离50mm )表2钢珠运动方向测试(两个传感器距离50mm)表3钢珠运动和角度显示(两个传感器距离50mm )(上接第143页)晶显示器、4∗4键盘、自制的管道控制装置(含量角器)、示波器、涡流传感器及比较器电路。
表5一次性放入钢珠数显示个数(两个传感器距离20mm )4.2测试结果分析从表1~表3是基本部分的测试数据,无论是对钢珠的个数统计、钢珠的运动方向控制显示、角度测量均能灵活实现,表4~表6是发挥部分的要求,管道来回摆动均能正确统计次数,一次性快速放入的钢珠也能完全正确捕捉到,根据钢珠的运动来显示角度相对较难,但是也实现了。
参考文献[1]贾立新,王涌,陈怡.电子技术系统设计与实践[M ].北京:清华大学出版社,2007[2]谭祖根,陈守川.电涡流传感器的基本原理分析与参数选择[J ].仪器仪表学报,1980,1(1):113-122[收稿日期:2018.11.20]手动模式:实现单个振打器振打功能;矩阵模式:根据电磁振打器编号依次进行振打;分组模式:根据阴阳极及高压电场分组情况,以组为单位,根据时间设定关系进行电磁振打;N 模式:在分组模式基础上,按设定N 组对需要加强清灰的极板/极线或高压电场进行清灰。
西门子PLC S7-300系列电磁振打功能库调用程序如下:CALL″EH″熏DB1EH _able 押=″EH1″.EH _able ENDDZD _able 押=″EH1″.ENDDZD _able DZQ 押=″EH1″.DZQ GRP _HOW 押=″EH1″.GRP _HOW RAP _HOW 押=″EH1″.RAP _HOW Angle _all押=″EH1″.Angle _allRAP _interval 押=″EH1″.RAP _interval Current _over 押=″EH1″.Current _over Voltage _over1押=″EH1″.Voltage _over1Voltage _over2押=″EH1″.Voltage _over2MMC 押=″EH1″.MMC GRP _M 押=″EH1″.GRP _M RAP _N0押=″EH1″.RAP _N0RAP _ADDR 押=″EH1″.RAP _ADDR JS _In押=″EH1″.JS _InCUR _RAP _HIGH 押=″EH1″.CUR _RAP _HIGH PQW _out 押=″EH1″.PQW _out ADDR _OUT 押=″EH1″.ADDR _OUT TBXH 押=″EH1″.TBXH SW _gate 押=″EH1″.SW _gate EH _Reset 押=″EH1″.EH _Reset EH _mode 押=″EH1″.EH _mode Angle _mode 押=″EH1″.Angle _mode IPC _SET _NO 押=″EH1″.IPC _SET _NO IPC _SET _TIME 押=″EH1″.IPC _SET _TIMECur _grp 押=″EH1″.Cur _grpCUR _RAP _NO押=″EH1″.CUR _RAP _NOCUR _RAP _state押=″EH1″.CUR _RAP _stateState _word 押=″EH1″.State _wordRAP _ZD _course押=″EH1″.RAP _ZD _courseNOP4)自定义通讯数据结构:为解决大中型PLC 与IPEC 监控系统不兼容的问题,采用开源方案开发了基于IPEC 的TCP /IP-S7通讯驱动程序,实现西门子PLC 与IPEC 监控系统的无缝连接,施耐德和AB 品牌的PLC 则采用TCP /IP-Modbus 协议进行通讯互连,并制定了《PLC 与IPC 系统通讯数据结构(Modbus 和S7协议)V2.0》。