基于DS18B20的振动箱体数字温度计设计
1引言
单片机已经在测控领域中获得了广泛的应用，它除了可以测量电信号外，还可以用于温度、湿度等非电信号的测量，能独立工作的单片机温度检测、温度控制系统已经广泛应用于很多领域。与传统的温度计相比，这次设计的是基于DS18B20的数字温度计，它具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。
在本设计中选用AT89C51型单片机作为主控制器件，采用DS18B20数字温度传感器作为测温元件，通过4位共阳极LED数码显示管并行传送数据，实现温度显示。本设计的内容主要分为两部分，一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计，应用C语言实现温度的采集与显示。通过DS18B20直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处理，之后进行输出显示，最终完成了数字温度计的总体设计。其系统构成简单，信号采集效果好，数据处理速度快，便于实际检测使用。
关键词：单片机AT89C51；温度传感器DS18B20；LED数码管；数字温度计
2绪论
2.1论文课题及要求
论文课题：
选用热敏电阻、DS18B20或其它温度传感器测量某振动箱体的温度，其内部装有冷却水时的温度范围为0—100摄氏度，内部不装冷却水时的温度范围为-20—+120摄氏度，根据需要设计数据采集通道，对传感器信号进行合理的调理后送AT89C52单片机，由单片机控制1602液晶显示屏显示输出，显示格式自定，但需包含简短说明及实时温度两项内容。
论文要求：
1）.对热敏电阻、DS18B20或其它自选测量方法的测温原理进行论述和比较，指出各自的适用场合（如测温范围、使用环境是否允许油污、振动等等），并选定其一用于温度测量；无论采用哪种测温方案均需分别检测箱体（金属固体）和箱体内冷却水或空气（液体或气体）的温度，即需要同时检测两个温度值，取其平均值作为最终显示温度；
2）.明确指定检测装置的安装及调试方案（即应该如何安装固定及调试），根据选定的传感器进行数据采集通道的设计，论文中应明确写出数据采集通道由几个环节组成以及各环节的作用；无论采用哪种方案，都需在硬件设计中明确指出所采用的抗振及抗干扰措施，软件设计中需采用软件看门狗技术以确保检测系统在恶劣情况下能够正常工作；
3）.在占用最少系统资源的原则下，对所使用单片机资源进行合理分配。
2.2课题背景
单片机自1976年由Intel公司推出MCS-48开始，迄今已有三十多年了。由于单片机集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎“无处不在，无所不为”。单片机的应用领域已从面向工业控制、通讯、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域，对各个行业的技术改造和产品更新换代起着重要的推动作用。
单片机有两种基本结构形式：一种是在通用微型计算机中广泛采用的，将程序存储器和数据存储器合用一个存储器空间的结构，称为普林斯顿结构。另一种是将程序存储器和数据存储器截然分开，分别寻址的结构，一般需要较大的程序存储器。目前的单片机以采用程序存储器和数据存储器截然分开的结构为多。
20世纪80年代中期以后，Intel公司以专利转让的形式把8051内核技术转让给许多半导体芯片生产厂家，如ATMEL、PHILIPS、ANALOG、DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些兼容机与8051的系统结构(主要是指令系统)相同，采用CMOS工艺，因而，常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机，它们对8051单片机一般都作了一些扩充，使其更有特点。其功能和市场竞争力更强，其实不该把它们直接称呼为MCS-51系列单片机，因为MCS只是Intel公司专用的单片机系列型号。MCS-51系列及80C51单片机有多种品种。它们的引脚及指令系统相互兼容，主要在内部结构上有些区别。目前使
用的MCS-51系列单片机及其兼容产品通常分成以下几类：基本型、增强型、低功耗型、专用型、超8位型、片内闪烁存储器型。其中ATMEL公司的标准型AT89单片机因其与MCS-51的完全兼容性、优良的工作性能、使用的灵活性以及较高的性能价格比，成为AT89系列单片机的主流机型，在嵌入式控制系统中获得广泛应用。
2.3课题来源
众所周知，环境温度一直是生物能否较适宜生存的一个重要因素，而人们对环境温度的感知也从单纯的身体感官的感受发展到用各种温度计来对环境温度进行准确的测量。但是受限于技术等原因，温度计通常都有体积较大，精度不高等各种缺陷。而数字温度测量芯片的出现则解决了这些问题，其中的一款芯片DS18B20是DALLAS公司生产的1-Wire，即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此，用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线上可以挂载很多这样的数字温度芯片，十分方便。
美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，在其内部使用了在板(ON-B0ARD)专利技术。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。“一线总线”独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。使你可以充分发挥“一线总线”的优点。同DS1820一样，DS18B20也支持“一线总线”接口，测量温度范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V～5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜，体积更小，这就为用最低的成本制作出用途更广，精度更高的便携带的数字温度计提供了可能。
目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式，从集成化向智能化、网络化的方向飞速发展。
3基于DS18B20数字温度计设计的可行性分析
3.1数字温度计设计方案论证
3.1.1方案一
由于本设计实现的是测温电路，首先我们可以使用热敏电阻之类的器件，利用其感温效应，将其随被测温度变化的电压或电流值采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，通过显示电路就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D转换电路，感温电路比较麻烦。因此，我们引出第二种方案。
3.1.2方案二
我们可以采用技术成熟、操作简单、精确度高的温度传感器，在此，可以选用数字温度传感器DS18B20，根据它的特点和测温原理，很容易就能直接读取被测温度值并进行转换，这样就可以满足设计要求。
从以上两种方案，很容易看出，采用方案二，电路比较简单，软件设计也比较简单，故在本设计中采用了方案二。
通过方案二设计的温度计总体电路图如附录图C所示，控制器采用单片机AT89C51，温度传感器采用DS18B20，用4位LED数码管以串口并行输出方式传送数据实现温度显示。
3.2单线技术
目前，常用的微机和外设之间数据传输的串行总线有I2C总线、SPI总线等，其中I2C总线采用同步串行双线(一根时钟线，一根数据线)方式，而SPI总线采用同步串行三线(时钟线，输入线，数据输入线)方式。这两种总线需要至少两根或两根以上的信号线。美国达拉斯半导体公司推出了一项特有的单线技术。该技术于上述总线不同，它采用单根信号线，即可传输时钟，又能传输数据，而且数据传输时是双向的，因而这种单线技术具有线路简单，硬件开销少，成本低廉。便于扩展的优点。
单线技术适用以单主机系统，单主机能够控制一个或多个从机设备。主机可以是微控制器，从机可以是单线器件，它们之间的数据交换，控制都由这根线完成。主机或从机通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放线，而让其它设备使用。单线通常要求外接一个约5kΩ的上拉电阻，这样，当该线闲置时，器件状态为高电平。
主机和从机之间的通信主要分为3个步骤：初始化单线器件，识别单线器件和单线数据传输。由于只有一根线通信，所以它们必须是严格的主从结构，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，主机访问每个单线器件都必须严格遵循单线命令序列，从机遵守上述三个步骤的顺序。如果命令序列混乱，单线器件将不会响应主机。
所有的单线器件都有遵循严格的协议，以保证数据的完整性。单线协议有复位脉冲，其他均由主机发起，并且所有命令和数据都是字节的地位在前。
4系统的硬件选择及设计
4.1核心处理器的设计
4.1.1 AT89C51的简介
对于单片机的选择，可以考虑使用8031与8051系列，由于8031没有内部RAM，系统又需要大量内存存储数据，因而不适用。所以，我们选用51系列单片机AT89C51。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可编程的Flash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚，并集成了Flash 程序存储器，既可在线编程(ISP)，也可用传统方法进行编程，因此，低价位AT89C51单片机可应用于许多高性价比的场合，可灵活应用于各种控制领域，对于简单的测温系统已经足够。单片机AT89C51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设计使用系统可用二节电池供电。A T89C51的主要特性如下：
▲与MCS-51 兼容；
▲4K字节可编程闪烁存储器；
▲寿命：1000写/擦循环；
▲数据保留时间：10年；
▲全静态工作：0Hz-24Hz；
▲三级程序存储器锁定；
▲128*8位内部RAM；
▲32根可编程I/O线；
▲两个16位定时器/计数器；
▲5个中断源；
▲可编程串行通道；
▲低功耗的闲置和掉电模式；
▲片内振荡器和时钟电路。
1、AT89C51引脚图
芯片AT89C51的引脚排列和逻辑符号如图4.1 所示。
图 4.1 AT89C51单片机引脚图
2、AT89C51引脚功能介绍
单片机芯片AT89C51为40引脚双列直插式封装。其各个引脚功能介绍如下：
(1) VCC：供电电压；
(2) GND：接地；
(3) P0口
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每个管脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚写”1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部电位必须被拉高。
(4) P1口
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入”1”后，电位被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
(5) P2口
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写”1”时，其管脚电位被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，P2口的管脚电位被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取
时，P2口输出地址的高八位。在给出地址”1”时，它利用内部上拉的优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
(6) P3口
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入”1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，同时P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。其具体功能如表4.1所示。
表4.1 P3口的特殊功能
端口定义符号表示功能描述
P3.0 RXD 串行输入口
P3.1 TXD 串行输出口
P3.2 INT0 外部中断0
P3.3 INT1 外部中断1
P3.4 T0 定时器0外部输入
P3.5 T1 定时器1外部输入
P3.6 WR 外部数据存储器写
选通
P3.7 RD 外部数据存储器读
(7) RST：复位输入端。当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
(8) ALE / PROG
当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
(9) PSEN
外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，每个机器周期PSEN两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
(10) EA/VPP
当EA保持低电平时，访问外部ROM；注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，访问内部ROM。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
(11) XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
(12) XTAL2：来自反向振荡器的输出。
4.1.2复位电路的设计
单片机复位电路的设计如图3.2所示。该复位电路采用手动复位与上电复位相结合的方式。当按下按键S1时，VCC通过R1电阻给复位输入端口一个高电平，实现复位功能，即手动复位。上电复位就是VCC通过电阻R2和电容C构成回路，该回路是一个对电容C充电和放电的电路，所以复位端口得到一个周期性变化的电压值，并且有一定时间的电压值高于CPU复位电压，实现上电复位功能。
图4.2 单片机复位电路
4.1.3晶振电路的设计
单片机晶振电路的设计如图3.3所示。XTAL1（X1）为反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2(X2)是来自反向振荡器的输出。按照理论上AT89C51使用的是12MHz的晶振，但实测使用11.0592MHz。所以设计者通
常用的是11.0592MHz。
4.2温度采集电路的设计
由于传统的热敏电阻等测温元件测出的一般都是电压，再转换成对应的温度，需要比较多的外部元件支持，且硬件电路复杂，制作成本相对较高。这里采用DALLAS公司的数字温度传感器DS18B20作为测温元件。
图4.3 单片机晶振电路
4.2.1 DS18B20的简介
DALLAS 最新单线数字温度传感器DS18B20是一种新型的”一线器件”，其体积更小、更适用于多种场合、且适用电压更宽、更经济。DALLAS 半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持”一线总线”接口的温度传感器。温度测量范围为-55～+125 摄氏度，可编程为9位～12 位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中，掉电后依然保存。被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可以在远端引入，也可以采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2 根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20 通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温度计，十分方便。
DS18B20 的性能特点如下：
▲独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条总线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯；
▲DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实
现组网多点测温；
▲DS18B20在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；
▲适应电压范围更宽，电压范围：3.0～5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电；
▲测温范围-55℃～＋125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃；
▲零待机功耗；
▲可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温；
▲在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字，12位分辨率时最多在750ms内把温度值转换为数字，速度更快；
▲用户可定义报警设置；
▲报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度(温度报警条件)的器件；
▲测量结果直接输出数字温度信号，以"一线总线"串行传送给CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力；
▲负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作
以上特点使DS18B20非常适用与多点、远距离温度检测系统。
DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列、各种封装形式如图 4.4 所示。其中，DQ 为数据输入/输出引脚，也可用作开漏单总线接口引脚，当被用在寄生电源工作方式下，可以向器件提供电源；GND为地信号；VDD为可选择的电源引脚，当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。其电路图4.5所示。
图4.4 外部封装形式图4.5 传感器电路图
4.2.2 DS18B20内部结构
图4.6为DS1820的内部结构框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的TH和TL触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码(CRC)发生器等七部分。DS18B20采用3脚PR－35封装或8脚SOIC封装。
其中，64 bit闪速ROM的结构如下：
MSB LSB MSB LSB MSB LSB
开始的8位是产品类型的编号，接着是每个器件的惟一的序号，共有48 位，最后8位是前面56 位的CRC 检验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入户报警上下限。主机操作ROM的命令有五种，如表4.2所示。
图4.6 DS18B20内部结构框图
温度传感器DS18B20的内部存储器还包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的EERAM。高速暂存RAM的结构为8字节的存储器，结构如图4.7所示。
图4.7 高速暂存RAM结构图
其中，前2个字节包含测得的温度信息，第3和第4字节TH和TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。第5个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。DS18B20工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。
暂存存储器的第5个字节是配置寄存器，可以通过相应的写命令进行配置，其内容如下：
MSB LSB
其中R0和R1是温度值分辨率位，可按表3.3进行配置。
表3.3 温度值分辨率配置表
R1 R0 分辨率最大转换时间(ms)
0 0 9位93.75ms(t conv/8)
0 1 10位183.50ms(t conv /4)
1 0 11位375ms(t conv /2)
1 1 12位750ms(t conv)
当DS18B20接收到温度转换命令后，开始启动转换。转换完成后的温度值就以16位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第1、2字节。单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前、高位在后，数据格式以0.0625℃/LSB形式表示。温度值格式如下：
MSB LSB
这是12位转化后得到的12位数据，存储在DS18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘于0.0625即可得到实际温度。格式中，S表示位。对应的温度计算：当符号位S=0时，表示测得的温度植为正值，直接将二进制位转换为十进制；当S=1时，表示测得的温度植为负值，先将补码变换为原码，再计算十进制值。例如+125℃的数字输出为07D0H，+25.0625℃的数字输出为0191H，-25.0625℃的数字输出为FF6FH，-55℃的数字输出为FC90H。
DS18B20温度传感器主要用于对温度进行测量，数据可用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，并以0.0625℃/LSB形式表示。表4.4是部分温度值对应的二进制温度表示数据。
表4.4 部分温度的二进制数表示
温度数字输出（二进制）数字输出（16进制）
+125℃00000111 11010000 07D0H
+85℃00000101 01010000 0550H +25.0625℃00000001 10010001 0191H
+10.125℃00000000 10100010 00A2H
+0.5℃00000000 00001000 0008H
0℃00000000 00000000 0000H
-0.5℃11111111 11111000 FFF8H
-10.125℃11111111 01011110 FFE5H
-25.0625℃11111110 01101111 FF6FH
-55℃11111100 10010000 FC90H
DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与RAM中的TH、TL字节内容作比较，若T>TH或T 4.2.3 DS18B20测温原理 DS18B20的测温原理如图4.8所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量.计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。 图4.8 DS18B20测温原理图 减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3.8中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性其输出用，于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。 另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，它有严格的时间概念，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据。 在正常测温情况下，DS18B20的测温分辨力为0.5℃，可采用下述方法获得高分辨率的温度测量结果：首先用DS18B20提供的读暂存器指令(BEH)读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位(LSB)，得到所测实际温度的整数部分Tz，然后再用BEH指令取计数器1的计数剩余值Cs 和每度计数值CD。实际温度Ts可用式(4.1)计算： Ts=（Tz-0.25℃）+(CD-Cs)/CD (4.1) 4.2.4 温度采集电路 设计的温度采集电路如图4.9所示。 图4.9 温度采集电路图 4.3温度显示电路的设计 4.3.1 LED数码管的操作 LED数码管，也叫LED数码显示器，由于它具有很高的性能价格比、显示清晰、亮度高、使用方便、电路简单、寿命长等诸多优点，长期以来一直在各类电子产品和工程控制中得到非常广泛的应用。在单片机控制系统中，因为单片机的硬件简单、灵活等特点，非常适合使用LED数码管作为其输出设备，这样既满足了控制系统硬件简单，又能如实地显示被控系统的温度、压力、流量、高度等一些单片机的处理结果。 LED数码管的基本组成是半导体发光二极管，它是将若干个发光二极管，按照一定的笔段组合起来构成的一个整体。LED数码管能显示0～9十个数字及部份英文字母。常见的八段LED数码管结构如图4.10所示。 图4.10 数码管的内部结构 它由8个发光二极管组成，其中7个长条形的发光二极管排列成”日”字形，另一个发光二极管在整个数码管的右下角，用来显示小数点。根据8个发光二极管的不同连接形式，可以将LED数码管分成共阳极和共阴极两种。将8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED数码管；将8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED数码管。共阴极和共阳极结构的LED数码管各笔段名和安排位置是相同的(如图4.10所示)。 当发光二极管导通时，相应的笔段发亮，由发亮的笔段组合成0～9十个数字及部分英文字母。这里我们以共阴极LED数码管为例，当让其显示数字”3”时，只要a、b、c、d、g段的发光二极管点亮，e、f、dp段的发光二极管不亮，即a、b、c、d、g段发光二极管的阳极加上高电平”1”，e、f、dp段发光二极管的阳极加上低电平”0”，同时使LED数码管的公共阴极接低电平”0”，则LED数码管此时就能显示数字”3”。 如果加到各笔段对应发光二极管阳极上的代码不同，则就能控制LED数码管显示不同的字符和数字，这个代码称为段码。通常将这个段码用单片机系统中的一个字节进行存储，正好这个字节中的8个二进制位(D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1、D0)，依次对应LED数码管的8个笔段dp、g、f、e、d、c、b、a。4.3.2温度显示电路 显示电路采用4个共阴极LED数码管，从P1口并行输出温度段码，用P3.0～ P3.3四个端口输出选择脉冲，控制数码管的点亮。其具体电路图如图4.10所示。 图4.10 显示电路 其工作过程如下： 1、并行数据由P1口送至4个数码管。 2、这时P3.0、P3.1、P3.2、P3.3轮流输出低电平，LED数码管依次被点亮，显示P1传送来的数据。 由于数码管余辉效应和人眼的视觉延迟，当数码管每秒点亮50次时，就会出现静止显示的温度值。 5系统的软件设计 5.1概述 软件设计关键在于DS18B20的使用。DS18B20属于单线式器件，它在一根数据线上实现数据的双向传输，这就需要一定的协议，来对读写数据提出严格的时序要求，而AT89C51单片机并不支持单线传输，因此必须采用软件的方法来模拟单线的协议时序。 5.2DS18B20的单线协议和命令 DS18B20有严格的通信协议来保证各为数据传输的正确性和完整性。主机操作单线器件DS18B20必须遵循下面的顺序。 5.2.1初始化 单线总线上的所有操作都是从初始化开始的。过程如下： 1、请求 主机通过拉低单线480us以上，产生复位脉冲，然后释放该线，进入Rx接收模式。主机释放总线时，会产生一个上升沿脉冲。 DQ : 1 -> 0(480us+) -> 1 2、响应 DS18B20检测到该上升沿后，延时15~60us，通过拉低总线60~240us来产生应答脉冲。 DQ: 1(15~60us) -> 0(60~240us) 3、接收响应 主机接收到从机的应答脉冲后，说明有单线器件在线。至此，初始化完成。 DQ: 0 5.2.2 ROM操作命令 当主机检测到应答脉冲，便可发起ROM操作命令。共有5类ROM操作命令，如表5.1所示。 表5.1 ROM操作命令 指令类型命令字节功能说明 Read Rom 读ROM 33H 读取激光ROM中的64位，只能用于总线上单个DS18B20器件情况，多挂时会发生数据冲突； Match Rom 匹配ROM 55H 此命令后跟64位ROM序列号，寻址多挂总线上的对应DS18B20，只有序列号完全匹配的DS18B20才能响 应后面的内存操作命令，其他不匹配的将等待复位脉 冲，可用于单挂或多挂两种情况； Skip Rom 跳过ROM CCH 可无须提供64位ROM序列号即可运行内存操作命令，只能用于单挂； Search Rom 搜索ROM F0H 通过一个排除法过程，识别出总线上所有器件的ROM 序列号； AlarmSearch 报警搜索ECH 命令流程与Search Rom相同，但DS18B20只有最近的一次温度测量时满足了报警触发条件的，才会响应 此命令。 5.2.3内存操作命令 在成功执行ROM操作命令后，才可使用内存操作命令。共有6种内存操作命令，如表5.2所示。 表5.2 内存操作命令 指令类型命令字 节功能说明 Write Scratchpad 写暂存器4EH 写暂存器中地址2~地址4的3个字节(TH,TL和配置寄存器)在发起复位脉冲之前，3个字节都必须要写； Read Scratchpad 读暂存器BEH 读取暂存器内容，从字节0一直到字节8，共9个字节，主机可随时发起复位脉冲，停止此操作，通常我们只 需读前5个字节； 机 械 创 新 设 计 班级:机械2104 姓名:韩杰 学号:3102101441 落叶清理机的设计 摘要:该落叶清理器主要用于对道路旁的落叶进行清扫,该机器操作维护方便, 便于工人使用,其结构需简单,可靠性好,清扫机构可调节。 该机器在整体方案上采用三轮传动形式,通过前轮的旋转来带动整个机构的运动。清扫功能实现形式确定为扫把运动方向与机器前进方向相同。扫把环绕工作轴成星形布置(放射状),工作轴与车轮所在轴平行。落叶收集方式确定为扫把成环状布置在一根轴上,环轴一圈扫把逐渐增长,通过轴旋转,扫把一点点地将落叶送上斜坡,由最长的那根扫把将落叶弹入垃圾箱。传动的方式采用的两轴间的带传动。改机器的设计适用于各种道路的落叶垃圾等的清理,有着很高的应用前景。 1.设计背景 目前路面上的清洁车基本都就是用吹吸式或冲水式来清除垃圾,只能在大路中间行驶,清洁范围有限。路边或小路上等无法用清洁车清扫的地方,只能依靠工人手工清扫垃圾,劳动量大且效率低。所以有必要开发一种小型清洁机器,以减少工人劳动量,同时提高效率。 2.方案设计选择 该机器应具备以下特点: 1、结构简单。因就是小型清洁机器,要求成本低,操作维护方便,便于工人使用,其结构需简单,可靠性好。目前国内虽然已有同类机器,但其结构偏复杂,成本高,无法推广使用。 2、清扫机构可调节,即清扫时该机构工作,不清扫时该机构不工作,以免做无用功。 在以上分析的基础上,对机器各部分方案进行设计。 1、整体方案的设计,即机器的整体结构形式(外观)的确定。有两种方案可供选择: (1)、机器为四轮车形式,由人推动或机车拖动。清扫的动力来源为前轮与地面的摩擦力。前轮旋转,带动前轮所在轴旋转,再带动工作轴旋转,扫把旋转,完成运动。 (2)、机器为三轮车形式,由人力驱动。清扫的动力来源为人蹬脚踏板的力。人蹬脚踏板,带动后轮运动,再将后轮运动传递给工作轴,扫把旋转,完成运动。 对方案(1)(2)进行比较: 方案(1): 优点:仅有一个传动(从前轮所在轴到工作轴),结构简单,紧凑。若机器自备动力源,通过一定方式控制机器运动,还可实现自动清扫。 缺点:动力来源不稳定,可能会使机器无法正常工作。而且要产生足够大的摩擦力,机器自重必须足够大。 方案(2): 优点:动力来源稳定,可直接在现有三轮车基础上进行改装,成本低。因就是骑行,效率较手推车高。 缺点:结构尺寸相对较大。 方案(1)动力开源问题难以解决,方案(2)虽然结构尺寸较大,但相对来说,其稳定性好,效率高。最终选择方案(2),同时选定动力源为人力。 《机械创新设计方法》结课报告设计题目：脚踏儿童滑板车 学生姓名：刘凡 学号： 103004010303 班级：机制1003 任课教师：张融 2011 年 5 月 29 日 1. 运用《机械创新设计方法》课程所学的创新思维、创新技法，以及机械系统方案设计、机构设计、结构设计等方面的创新知识，针对某一你所熟悉的产品、设备或零件，提出你在上述某一方面的具体的创新与改进措施。 2. 设计课题在主题框架内可自行确定，课题可以是机构设计，结构设计，外观设计，创新设计等； 3. 每个课题可一人一题，也可两人或三人一题，但需要有较明确的分工； 一．拟定设计任务书 1.设计原由 脚踏儿童滑板车是时下一种时尚的运动休闲工具，深受广大儿童的喜爱。脚踏儿童滑板车适合3-5岁左右的孩子玩耍。脚踏儿童滑板车是继滑板车几年前在我国流行之后的又一儿童运动健身类玩具。脚踏儿童滑板车的前身是比较专业型滑板车改进而来。而滑板车是继滑板之后的又一类运动型新产品，名副其实－－滑板车（Bicman），速度可以达到20公里/时，这种新型产品来源于世界科技先进大国日本，但却是一位德国工人发明的，它是一种简单的省力运动机械。 早在三年前，滑板车已经传入我国，只不过当时价格太高，很少人对它产生兴趣。直到这阵子，它的价格猛然下降，加上产家们对它加紧疯狂推销，使它"人气大旺"，最重要的是玩滑板车必须有高度的悟性和胆量，这正符合想象力丰富，喜欢挑战的青少年们的口味，如今滑板车已成为青少年新一代的潮流运动产品。可见，它的魅力可不逊于滑板哦！所以我们对其进行改进由原来的脚滑变成脚踏！这个设计是基于个人创意一个大的提升，希望我的设计能给小朋友带来更多的乐趣，给企业带来效益！ 2.设计技术条件 1．设计技术条件需要速练得掌握SolidWorks软件的基本操作，通过SolidWorks软件设计出零件的模型，然后零件图组装成装备体，最后生成二维工程图。 2.设计零件的前提是掌握齿轮齿合条件，计算出一些技术参数后方可画出齿合的齿轮。掌握蜗轮蜗杆的齿合条件，并比较两者的优缺点，选取最佳方案. 二．功能原理与工作原理分析 功能原理：脚踏踏板，踏板带动棘轮，棘轮带动齿轮，齿轮带动车轴，最后车轮前进。 工作原理：就是利用脚踏带动棘轮，棘轮将速度传递给齿轮，这样就可以带动小车不断前进。 三．国内外同类产品现状 在驱动方式上国内有许多不同点，有人力驱动的，有电能驱动，但总体来说都朝着使使用者更加舒适和环保节能等方向发展。在传动方向有齿轮传动，蜗轮蜗杆，链条等不同的传动方式。国内外滑板车上常能看到以圆锥齿轮，轴传动，棘轮棘爪传动无链传动等多种方式设计的滑板车。在材料方面碳纤维，复合材料，镁铝合金，铝合金等因其优良的材料特性而被广泛的应用于该产品上。 四．机构方案评价 智能仪表课程大作业题目：PID控制算法在变频调速中的应用 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 开课时间: 2015 至2016 学年第 1 学期 摘要 P ID控制是工业工程中应用最为广泛,最有效率的控制理论,从它的出现到现在已经经历了很长的时间, 今天它依然在工业控制中占有不可替代的地位, 相信在以后的很长一段时间 P I D控制还会有很强的生命力。现代工业的高速发展使原始,单一的控制技术已经很难适应现代控制的要求,将新型的控制理论,与传统的 P I D 控制技术相结合在未来的控制领域内会有广阔的前景。 针对目前自动称重配料系统中采用传统 PID控制的不足、系统误差不稳定、动态特性不理想，提出了一种基于模糊 PID控制的算法。将模糊控制与传统的 PID控制技术结合起来，共同应用于实际系统的调节当中。系统采用可编程逻辑控制器（PLC）实现模糊 PID双模控制，大大加快了系统的响应速度， PLC模拟输出控制变频器调节皮带电机转速，从而达到控制物料流量的目的。经过实际系统的仿真试验，系统控制性能良好，有效解决了系统运行中误差不稳定和动态特性不理想的问题。 关键词：模糊 PID；控制算法；变频调速；自动配料系统 Abstract PID control is the most widely applied in industrial engineering, the most efficient control theory, from its emergence to now has experienced a very long time, today it still occupies an irreplaceable position in the industry control, believe in the future for a long time of PID control will also have the very strong vitality. With the rapid development of modern industry makes original, single control technology has been difficult to adapt to the requirement of modern control, the new type of control theory, combined with the traditional PID control technology in the future will have broad prospect of control field. In view of the present automatic weighing ingredients for the system’s lack of traditional PID control，instability often system error， the dynamic characteristics were not ideal． A fuzzy PID control algorithm was pro- posed． Fuzzy control and conventional PID control combined together were used in the regulation of the actual system． System used PLC to achieve dual-mode fuzzy PID control， greatly speeding up the system response speed， PLC analog output adjustment belt drive motor speed control to achieve control of material flow purposes． After a system simula- tion test， the system had good dynamic and static performance， to meet the requirements of actual control． Effectively solved the problem of the system operation error instability and dynamic characteristics was not ideal．Key words： fuzzy PID； control algorithm； variable frequency speed regulation； automatic batching system 题目要求： 利用三轴加速度传感器实现跌倒的检测。在PSoC 3 FirstTouch板上实现。 一、学习PSOC的开发环境creator的使用。首先图示化选定所用的硬件并产生该硬件的API 函数，然后类似keil环境下做C语言程序。 二、https://www.doczj.com/doc/331443255.html,/data/html/2010-9-14/85764.html理解加速度传感器检测跌倒的算法原理。 三、PSoC 3 FirstTouch上有三轴加速度传感器KXSC7-2050，实现跌倒检测算法。 摘要 跌倒是指人身体的任何部位意外地触及地面或其它较低的平面，而当事人无法实时做出反应．跌倒是对健康，乃至生命的严重威胁。随着老龄化社会的到来，对跌倒的监测和及时报警日益成为一个紧迫的问题。 跌倒监测报警系统的目标是能够将跌倒(Fall)与日常生活的正常动作(Activities of Daily Life，ADL)区分开来，准确地检测跌倒的发生，并智能判断是否需要报警求助。从而尽可能地缩短救助时闻，减小跌倒带来的伤害，降低误报率，最终提升被监测者的生活质量。 本次研究采用了PSoC 3 FirstTouch实验板，利用三轴加速度传感器KXSC7-2050搭建了三维加速度监测系统。 研究主要分为两部分：第一，对跌倒和ADL进行定义和模式分类，通过佩戴在腰间的数据记录系统记录各模式下的三维加速度数据，并对其进行处理、分析和比较；第二，根据分析结果，提出了以SVM或SMA为特征量，以人体状态及姿态为辅助判据的算法，并总结出了具体阈值相关参数。另外，还提出了基于三维加速度数据的步态分析及跌倒预警的设想，并进行了步频分析等初步的分析与论证． 关键词：跌倒检测监测三维加速度传感器 跌倒判断方式 对跌倒的自动检测可通过直接或间接的手段。常见的手段包括： (1)视频分析：需要在每个盗测区域安置设备，不方便且昂贵； (2)声响或振动分析：该方法认为跌倒可通过频率分析与其它活动区分开来，但各种各样的地面材质是一个棘手蛉问题； (3)智能护理系统：跌倒发生后的当然结果就是在其后的一段时期内，被监测者几乎不会有运动，缺点是反应需要的对间较长且易误报警； (4)随身佩戴的装置：它们能够即时检测出跌倒，且如果有智能判断，可自动决定是否发出摄警或求救信号。’ 显然，第四种方案简便、可靠、经济，且易与现有技术结合，从而达到更好的监测效果，难点在予检测的准确性：既不能漏过每一次跌倒，也不能将正常活动误报为跌倒，其中的平衡取舍较难掌握。 早期的跌倒判定手段和方法比较简单，其结果也受较大的限制。如，手杖中的水银开关。该检测方法默认，当跌倒发生时，手杖也躺倒呈水平状态，此时水银开关导通发出报警信号。显然这样的手段太过简单，结果也很粗糙。之后渐渐出现了以加速度信号为监测对象的监测 《现代仪器分析》教学大纲 课程编号： 课程名称：现代分析/ Modern Instrumental Analysis 学时/学分：40 /2.5 先修课程：无机及分析化学、有机化学 适用专业：化学工程与工艺 开课学院（部）、系(教研室)：化学工程学院制药工程系 一、课程的性质与任务 仪器分析与光谱解析是制药工程专业的学科基础必修课。 本课程要求学生掌握各种仪器分析方法的基本原理、基本方法和基本操作。熟悉各种典型光谱的解析及色谱法的分离条件的选择。了解各种仪器的工作原理，以及各种仪器分析方法在药学中的应用。 二、课程的教学内容、基本要求及学时分配 （一）教学内容 1.电位法及永停滴定法 电化学分析法的基本原理（分类、基本原理）；直接电位法、电位滴定法和永停滴定法的测定方法、应用及示例。 2.气相色谱法 气相色谱法的基本原理（基本概念、塔板理论、Van Deemter方程式简介），色谱柱（固定液、载体、气－液色谱填充柱的制备），气－固色谱填充柱、毛细管色谱柱简介，检测器（热导、氢焰）分离条件的选择，定性、定量分析方法，应用与示例等。 3.高效液相色谱法 高效液相色谱法的基本原理（Van Deemter）； 方程式在HPLC与GC中表现形式、Giddings方程式简介），各类高效液相色谱法：液－固吸附色谱法、液－液分配色谱法、化学键合相色谱法（反相键合相色谱法、正相键合相色谱法、离子抑制色谱法、离子对色谱法），离子交换色谱法与离子色谱法、空间排斥色谱法，其他色谱法简介（胶束色谱法、手性色谱法、亲合色谱法），高效液相色谱固定相，流动相、仪器装置、定性与定量分析方法及毛细电泳法简介。 4.紫外—可见光度法 紫外—可见光谱的跃迁机理；Lambert-beer定律；精细结构；溶剂效应；wood-word吸收定则及应用。 5.红外光谱法 红外光谱的跃迁机理；判别定则；拉曼光谱；Fourier变换红外光谱；试样的制备和仪器等。 6.核磁共振 核自旋能级跃迁的基本原理；Zeeman能级；Boltzman分布；核的进动与弛豫；化学位移及其影响因素；13C—1H自旋—自旋偶合；偶合常数及其影响因素；NMR光谱的改进；奥氏核效应；二维谱。 7.质谱 《机械创新设计》课程教学大纲 课程名称：机械创新设计 英文名称：Machinery Innovation Design 课程代码： 一、课程基本情况 1．学分：2 学时：32 （理论学时：28 实验学时：4 ） 2．课程类别：专业限定选修课 3．适用专业：机械设计制造及其自动化 4．适用对象：本科 5．先修课程：机械原理机械设计机械制图 6．教材与参考书目 教材：《机械创新设计》，高志刘莹编著，清华大学出版社，2009 年。 二、课程介绍 机械创新设计的目的和任务是帮助学生建立创新设计的思想，从创新的理论出发, 重点掌握机械创新设计中有效的创新方法，通过对机械设计中常用的表达方法进行详细介绍, 以及创新设计的实例的引入, 使学生对创新的方法有了更全面的了解. 从而获得掌握机械创新设计问题的初步能力. 此外通过创新失误的原因了解, 提高从事创新设计的实践成功率.在教学中彩用多媒体辅助教学方法、实物教学等教学手段。本门课在专业教学计划中起到及其重要的作用，创新是人类文明进化，发展的动力，是科技进步、发展的动力，是人类社会发展的动国力，所以在大学中必须开设创新课程。 三、课程内容、学时分配及教学基本要求 第一章（单元）绪论（共2 学时） （一）教学内容： 第一节创新的含义 知识要点：，创新的实用性和新颖性 第二节创新的意义 知识要点：创新是一个民族发展的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力 第三节创新与设计 知识要点：创新是设计的本质属性 第四节创新学与创新教育 知识要点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为。 第五节设计理论与教育 知识要点：设计是一种创造性的实践活动，设计水平的更是成为国家核心竞争的标志，于是，人们发现了多种设计理论和方法，并创立了各类学科体系。 智能仪器设计 引言 数据采集系统是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集监测已成为日益重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。 数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。 本次设计中数据采集系统是基于单片机的测量软硬件来实现灵活的测量显示系统，它主要完成数据信息的采集、A/D转换、标度变换、数据显示及实现报警系统。随着计算机技术的飞快发展和普及，以数据采集系统为核心的设备也迅速在国内外得到了广泛的应用，现代工业生产和科学研究对数据采集的要求也越来越高。 第1章数据采集系统概述 1.1 数据采集系统发展概况 数据采集系统起始于20世纪50年代,1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统,目标是测试中不依靠相关的测试文件,由非熟练人员进行操作,并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性,可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代中后期随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统，由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。20世纪80年代，随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机等构成，第二类以数据采集卡标准总线和计算机构成。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已 2012-2013学年第一学期论文题目：单片机系统设计开发应用—智能仪器 学院：计算机科学与信息工程 专业：软件工程 学号： 姓名：高红斌 日期：2013年12月1日 单片机系统设计开发应用—智能仪器 一、设计要求及目的 本实验通过一个单通道通用型智能仪器的软硬件系统设计，将这学期学过的单片机原理加以综合运用，以此掌握单片机应用系统的设计要领，本次试验设计的总体目标是一路电压信号输入和两路报警开关量输出控制功能，其中信号电压范围0—5VDC，AD采样分辨率8bit，数码管显示信息为：以为参数字符和三位十进制采样值，控制参数有两个，即下限报警值L和上线报警值H，当采样值大于H时，高位报警继电器接通（用LED 状态灯D1亮表示）；当采样值小于L时，下位报警继电器接通（用D2表示）；当采样值介于L和H之间时，两路报警器功能均被解除（D1和D2均熄灭表示） 二、实验环境 微型计算机一台，proteus软件,keilC编译器。 三、元器件列表， 图表 1 四、实验原理 本实验选用了一只六联共阴极数码管显示器，按照动态显示原理接线，其中段码通过锁存器74LS245驱动后接于P0口，位码则有反相器74LS04驱动后接于。A/D转换器采用逐次逼近方式的芯片ADC0809，其并行数据输出端直接连接于P2口，4个控制端CLOCK,START,EOC,和OE分别接于，采用查询法等待转换 结束，转换时钟利用定时器中断产生。四个面板按键通过8位串行输入并行输出移位寄存器74LS164与单片机接口，其移位时终端与单片机的TXD引脚相连，串行数据端（1和2脚）与单片机的RXD引脚相连，串口输出功能采用汇编语言与C51语言混合编程实现。 软件系统采用一个有多个功能模块构成的程序，模块之间相互依赖，他们之间的关系如图，程序有主要的两个功能模块组成——控制模块和菜单模块。这两个模块能够同时运行。这里，“同时”的意思是指用户进行菜单操作的时候，程序还能采集数据并进行控制。 图表 2 软件系统结构组成 “控制”和“菜单”这两个主要的模块都是建立在其他小模块的基础上的，比如控制模块建立在A/D转换和LED 显示的基础 机械创新设计心得（精选多篇） 第一篇：机械创新设计心得 有幸参加本次“博亚杯”机械创新设计大赛。不管是在准备过程中还是在比赛过程中，都学到了许多在平时的学习中所学不到和感受不到的东西。 参加比赛是对一个人各方面能力的全面锻炼。这是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要：首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要注意很小的细节问题。 二，一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个比赛过程更加协调。 三、明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事，参加一个比赛亦如此。没有一个明确而有强烈的目标很难取得比赛的成功。 四、各方面的支持。来自自己的内心，来自学校，来自老师。 比赛表面上是一件件参赛作品的比较，实质是思维和思想的比拼。在比赛中能够使自己在思想认识上得到提高在思维习惯上得到改善则是最大的收获。创新，一个不曾间断过的话题，但怎么做到创新，怎么才能有一个创新型的思维却很少有人做到。 另外，在比赛过程中和其他学校学生的交流，让我认识到了自己看到了现状。从对比中看到了自己的情况，对自己在今后的学习生活上也有很大的帮助，给自己今后在一些事情上的选择上提供了借鉴。 机械创新设计心得（2）： 大三花了将近半年的时间去搞第三届大学生机械创新设计大赛的作品，本来比赛早就完成了，开学还将所有的比赛花费的发票递交了上去，最后学校还要我们写一篇比赛心得，今晚花了两个钟的时间写下了下来这篇比赛心得，真的有点长，转发到自己的博客上，见证下自己曾经的步伐。 转眼间，大三过去了，在大三的第一个学期的最后几天，我们的参赛作品——绿色环保自动吸尘黑板擦通过了答辩，最后得到了学校老师，领导的肯定，成为其中的一个立项项目，得到了学校的大力支持。 立项之后，我们就开始了作品的制作阶段。寒假期间，我们首先通过上网买回 引言 我国目前中小型企业在整个工业产业中占相当大的比例，这些企业的监控模式主要为模拟控制系统加以常规仪表为主的数据采集系统。这种监控模式存在着检修维护工作量大、没有可靠的历史记录等缺点。而且常规模拟仪表也进入老化淘汰期，设备可靠性明显降低，某些仪表的备品备件也得不到保障，因此中小型企业监控系统的技术改造工作已势在必行。 数据采集系统是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集监测已成为日益重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。 数据采集系统可以采集的工业运行数据包括电气参数和非电气参数两类。其中电气参数主要有电流、电压、功率、频率等模拟量，断路器状态、隔离开关位置、继电保护动作信号等开关量以及表示电度的脉冲量等。而非电气参数种类较多，既可以是采集某些工业中的各种温度、压力、流量等热工信号，也可有水电厂中的水位、流速、流量等水工信号，还可以采集诸如绝缘介质状态、气象环境等其它信号。 本次设计中数据采集系统是基于单片机的测量软硬件来实现灵活的测量显示系统，它主要完成数据信息的采集、A/D转换、标度变换、数据显示及实现报警系统。随着计算机技术的飞快发展和普及，以数据采集系统为核心的设备也迅速在国内外得到了广泛的应用，现代工业生产和科学研究对数据采集的要求也越来越高。 第1章数据采集系统概述 1.1 数据采集系统发展概况 数据采集系统起始于20世纪50年代,1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统,目标是测试中不依靠相关的测试文件,由非熟练人员进行操作,并且测试任务是由 测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性,可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集 武汉工程大学 2010—2011学年度第二学期期末试卷 考试课程：现代仪器分析考核类型：考试A卷 考试形式：闭卷出卷教师：徐兰英 考试专业：环境工程考试班级：研究生 一、名词解释（5×4） 1、离子色谱 2、参比电极 3、生色团 4、摩尔吸光系 5、酸差 二、选择题（从下列各题备选答案中选出一个正确答案，并将其代号写在答题纸上。多选 或少选均不给分。每小题2分，共30分。） 1、符合吸收定律的溶液稀释时，其最大吸收峰波长位置。 A、向长波移动 B、向短波移动 C、不移动 D、不移动，吸收峰值降低 2、分子的紫外-可见吸收光谱呈带状光谱，其原因是什么？。 A、分子中价电子运动的离域性质； B、分子中价电子能级的相互作用； C、分子振动能级的跃迁伴随着转动能级的跃迁； D、分子电子能级的跃迁伴随着振动、转动能级的跃迁。 3、下列因素中，对色谱分离效率最有影响的是。 A、柱温 B、载气的种类 C、柱压 D、固定液膜厚度 4、用NaOH直接滴定法测定H3BO3含量能准确测定的方法是。 A、电位滴定法 B、酸碱中和法 C、电导滴定法 D、库伦分析法 5、总离子强度调节缓冲剂的最根本的作用是。 A、调节pH值 B、稳定离子强度 C、消除干扰离子 D、稳定选择性系数 6、已知在c(HCl)=1mol/L的HCl溶液中：ΦCr2O72-/Cr3+=1.00V, ΦFe3+/Fe2+=0.68V。若以K2CrO7滴定Fe2+ 时，选择下列指示剂中的哪一种最适合。 A、二苯胺（Φ=0.76V）； B、二甲基邻二氮菲—Fe3+（Φ=0.97V）； C、次甲基蓝（Φ=0.53V）； D、中性红（Φ=0.24V）； 7、进行电解分析时，要使电解能持续进行，外加电压应。 A、保持不变 B、大于分解电压 C、小于分解电压 D、等于分解电压 A卷【第页共页】 １ 1.设计目标 设计题目：爬杆机械猫。 主要机械系统为曲柄连杆机构。因此保证机器人能顺利完成爬杆的功能，并在上升时完成伸头以及摆尾的动作。 2.设计特点和创新点 搜集同类设计通过比较可知，普通爬杆机器人是在直杆上爬行，原理图如下所示，而我本次设计的执行机构为弯杆，与同类爬行机器人相比，我本次设计的爬行机器人不但能在直杆上爬行，并能在弯杆上爬行，极大的提高了爬行机器人的应用场合。 3.运动原理与功能模块划分 我们此次做的课程设计名为爬杆机器人。该机器人模仿虫 蠕动的形式向上爬行，其爬行运用简单的曲柄滑块机构。其中 电机与曲柄固接，驱动装置运动。曲柄与连杆铰接，其另一端 分别铰接一自锁套（即上下两个自锁套），它们是实现上爬的 关键结构。当自锁套有向下运动的趋势时，由力的传递传到自 锁套，球、锥管与圆杆之间形成可靠的自锁，阻止构件向下运 动，而使其运动的方向始终向上（运动示意见右图）。 功能模块：爬杆功能、伸头功能、摆尾功能。 设计方案主要分为：曲柄滑块机构和气功驱动两种形式。 4.设计方案的分析、比较与评价 通常情况下，一部的机器需要通过电机带动一系列复杂的机构使其正常运转，这其中涉及到很多简单且基本的机械机构。当然，也可以直接通过电机带动整部机器的运转，这完全取决于机器所需完成的工作以及设计该机器时所面临的种种实际情况。针对该爬杆机器人，提出两套设计方案，分别是：由曲柄滑块机构带动和由气压元件直接驱动。 曲柄滑块机构工作原理如下： 圆杆连杆上自锁套曲柄 下自锁套 在平面连杆机构Array中，能绕定轴或定点作 整周回转的构件被称 为曲柄。而通过改变平 面四杆机构中构件的 形状和运动尺寸能将 其演化为不同的机构 形式，就曲柄滑块机构 而言，它是通过增加铰链四杆机构中摇杆的长度至无穷大而演变过来的。改机构实际上是由一曲柄一端铰接在机架上，另一端铰接一连杆，连杆的另一端联结一滑块，在曲柄为主动件运动时带动连杆，连杆又带动滑块，使其在平面某一范围内做直线往复运动（图1）。 其次是气动的原理：该运动原理与上述的曲柄滑块机构相比，在保留两滑块作为自锁装置的前提下，省略了联结两滑块的传动装置，转而用两个汽缸直接带动两个滑块的上下移动。这样的设计更直接也更简洁，至于两者到底哪个更合理呢？现在我们结合两者的利弊，着重分析一下各自的优缺点： 就采用汽缸驱动而言，它形式简单、结构简便，从机械设计角度而言讲究尽量采用基本机构，设计的机构要简单、可靠。而汽缸则融会了上述的优点，它由驱动机构直接带动两个自锁滑块，避免了两者间的连接机构，精简了构件之间的连接。此外，该机构具有环保等特点，它利用空气作为动力源，无污染、运动时无噪音，而且运行速度快，可以在短时间内使机器人爬到杆的顶端，它还能够随身携带气包作为动力源，可以做到无线操作。 就采用曲柄滑块结构而言，它属于平面连杆机构，具有结构简单、制造方便、运动副为低副，能承受较大载荷；但平衡困难，不易用于高速。我们设计的机构是由电机经减速直接驱动的，和利用气动原理相比它多了一套传动和连接机构，但该机构运用的原理简单，设计合理，而且它不仅能在自杆上爬行，更能在弯曲的管道外爬行，具体的示意图见下。 综上所述，选取“曲柄滑块机构”作为该爬杆机器人的最终运动方案。 ２ 机械创新设计论文格式(标准版） 2020年4月 机械创新设计论文格式(标准版）本文关键词：标准版，创新，机械，设计，论文格式 机械创新设计论文格式(标准版）本文简介：论文既是探讨问题进行学术研究的一种手段，又是描述学术研究成果进行学术交流的一种工具。下面是为大家整理了机械创新设计论文格式的先关知识，欢迎阅读。一、机械创新设计论文格式标准论文格式字体的第一页：论文题目（黑体、居中、三号字）（空一行）作者（宋体、小三）（空一行）[摘要]（ 机械创新设计论文格式(标准版）本文内容： 论文既是探讨问题进行学术研究的一种手段，又是描述学术研究成果进行学术交流的一种工具。下面是为大家整理了机械创新设计论文格式的先关知识，欢迎阅读。 一、机械创新设计论文格式 标准论文格式字体的第一页： 论文题目（黑体、居中、三号字） （空一行） 作者（宋体、小三） （空一行） [摘要]（四号黑体）空一格打印内容（四号宋体，200-300字）…… （空一行） [关键词]（四号黑体）关键词内容（小四号宋体、每两个关键词之间空两格） 标准论文字体格式的第二页： 目录（居中、四号黑体） （空一行） （空一行） 引言（小四号宋体）……页码（小四号宋体） 一、标题（小四号宋体）……页码（小四号宋体） 1.（小标题）（小四号宋体）……页码（小四号宋体） （1）（下级标题）（小四号宋体）……页码（小四号宋体） 二、（标题）（小四号宋体）……页码（小四号宋体） 1.（小标题）（小四号宋体）……页码（小四号宋体） （1）（下级标题）（小四号宋体）……页码（小四号宋体） （小四号宋体）……页码（小四号宋体） 附录（小四号宋体）……页码（小四号宋体） 电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术的基本原理及其在地学研究中的应用 一、ICP-MS技术概况 电感耦合等离子体质谱技术从1980年发展至今已有二十多年。此间，ICP-MS技术发展相当迅速，不仅从最初在地质科学研究中的应用迅速发展到广泛应用于环境、冶金、石油、生物、医学、半导体、核材料分析等领域，成为公认的最强有力的元素分析技术，而且随着近年来人们对ICP-MS技术内在缺陷的研究革新，等离子体质谱的分析性能，尤其是同位素分析能力有了显著提高。 我国的ICP-MS研究工作进展也很快，这些仪器在地质、环境、冶金、半导体工业分析等方面发挥了重要作用，在应用研究方面也取得了一批重要成果。近年来ICP-MS的最大研究进展是围绕着解决四极杆ICP-MS的多原子离子干扰新途径的研究(如动态碰撞/反应池技术)以及提高同位素比值分析精密度的新途径(如多接收器磁扇形等离子体质谱仪和飞行时间等离子体质谱仪)，随着基础研究和仪器的进步，该技术在元素分析、同位素比值分析等方面都显示出巨大的优势。 二、ICP-MS的基本原理 众所周知电电感耦合等离子体质谱仪（ICP- MS）灵敏度极高，溶液固液比大，样品处理过程中任何一个极小的误差在测量时都会被成倍放大，因此无论采取哪种方法，样品处理过程都应十分仔细谨慎， 实验要尽量采用高纯试剂，工作过程要经常检查试剂纯度，注意容器及工作环境的污染，否则测试结果仍然不能保证。只有在彻底掌握仪器工作原理的基础上，有效的选择合适的样品分解方法，采取正确的干扰消除或校正方法，才能得到高质量的检测数据。在这种情况下了解仪器的工作原理就显的尤为重要，下面对电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术的基本工作原理作简要介绍： 质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比(M/Z)大小进行分离并记录其信息的分析方法。所得结果以图谱表达，即所谓的质谱图(亦称质谱，Mass Spectrum)。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。它是利用电磁学原理使离子按照质荷比进行分离，而后分别被检测来实现痕量元素的测定或同位素分析，把1CP作为电离源与质谱仪结合起来的等离子体质谱法(ICP-MS)工作原理及仪器布局可见图1。 机械创新设计 说明书 设计题目：洗瓶机推瓶机构 设计组号： 院系 专业： 指导教师： 目录 1，设计目的及意义 由于工业生产和社会生活的需要，大量的玻璃瓶、塑料瓶需要进行回收清洗后再利用，节省了大量制瓶洗所需要的费用同时也提高了工业生产的生产效率。然而就在此时也出现了回收后再清洗的问题。产品盛载是车间的最后一道关键工序，因此玻璃瓶的供应速度也就决定了总的生产效率的高低。从而产生了对洗瓶机设备的研究与改进工作。 随着啤酒市场不断地发展变化，酒瓶种类、标纸和粘接剂品种不断增加，特别是现在的头标铝箔纸的出现，给洗瓶设备和工艺提出了新的更高的要求在长期使用多种洗瓶机的过程中。为了适应现在啤酒回收瓶的洗涤要求，我们同该洗瓶机的制造厂家进行了广泛地讨论和研究，对洗瓶机适时地进行了一系列的技术改进。 洗瓶机器设备的出现并且运用到实际生产中，改变了人工刷洗的传统工艺，实现了自动化生产方式，达到了减少劳动力、节约费用、提高工作效率、增加企业经济效益之目的。并且得到了广大用户的支持和好评，而且使得化、制药、食品等行业的生产率产生了质的飞跃。 洗瓶机推瓶机构的原理方案分析： （1）功能分解： （2） （3）求功能元解 洗瓶机推瓶机构形态学矩阵 2.设计题目 2.1推瓶机推瓶机构的改进设计 洗瓶机主要是由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。 待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋 转。当推头M 把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外 面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已 送入导辊待推。如图1所示。 图1 洗瓶机工作示意图 2， 原理方案设计 3.1功能分析 为了完成设计任务需要三个阶段：①通过组合机构使推 头M 以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后 机械创新设计心得(精选多篇) 有幸参加本次“博亚杯”机械创新设计大赛。不管是在准备过程中还是在比赛过程中，都学到了许多在平时的学习中所学不到和感受不到的东西。 参加比赛是对一个人各方面能力的全面锻炼。这是一个自我提升的过程。在这个过程中所得到的经验对以后的学习工作生活都很重要。总结自己团队的成败得失吸取成功团队的宝贵经验，个人觉得一个团队要取得成功以下几点非常重要： 首先需要一个优秀的领导者，在拥有必要的基本知识技能外还需要能够统筹全局，充分调动整个团队的积极性，发挥每个团队成员的长处，挖掘每个成员的潜能。这需要他能够准确把握宏观的方向也要注意很小的细节问题。 二，一个团结奋进的团队，不仅是个人能力有限，在思维的灵活、见识的广度、上个人都是无法和团队相比拟的。一个团结的团队会有不竭的动力，团员间互相鼓励保证了团队的旺盛的斗志。团员间相互交流相互理解使整个比赛过程更加协调。 三、明确的目标和坚定的信念以及不灭的斗志。坚持到最后就是胜利，说的容易但做起来却不是那么回事，很多时候在最需要坚持时，我们往往忘记了这句话。生活最怕没有目标，做一件事，参加一个比赛亦如此。没有一个明确而有 强烈的目标很难取得比赛的成功。 四、各方面的支持。来自自己的内心，来自学校，来自老师。 比赛表面上是一件件参赛作品的比较，实质是思维和思想的比拼。在比赛中能够使自己在思想认识上得到提高在思维习惯上得到改善则是最大的收获。创新，一个不曾间断过的话题，但怎么做到创新，怎么才能有一个创新型的思维却很少有人做到。 另外，在比赛过程中和其他学校学生的交流，让我认识到了自己看到了现状。从对比中看到了自己的情况，对自己在今后的学习生活上也有很大的帮助，给自己今后在一些事情上的选择上提供了借鉴。 机械创新设计心得： 大三花了将近半年的时间去搞第三届大学生机械创新设计大赛的作品，本来比赛早就完成了，开学还将所有的比赛花费的发票递交了上去，最后学校还要我们写一篇比赛心得，今晚花了两个钟的时间写下了下来这篇比赛心得，真的有点长，转发到自己的博客上，见证下自己曾经的步伐。 转眼间，大三过去了，在大三的第一个学期的最后几天，我们的参赛作品——绿色环保自动吸尘黑板擦通过了答辩，最后得到了学校老师，领导的肯定，成为其中的一个立项项目，得到了学校的大力支持。 现代仪器分析综述 （1309011025 韩武） 现代仪器分析为现代分析化学奠定了雄厚的学科理论基础——信息理论, 使现代仪器分析已经成为分析化学极其重要的组成部分，现代仪器分析所采用的分析仪器是化学、光学、电学、磁学、机械及计算机科学等现代科学综合发展的产物，仪器本身就是科学技术水平的标志。若能充分利用现代仪器分析方法和技术, 就能更加全面、准确地认识物质世界, 进一步促进科学技术向纵深发展。 1、现代分析仪器的发展及发展趋向 现代仪器分析是在化学分析的基础上逐步发展起来的一类分析方法，现代分析仪器对科技领域的发展起着关键作用,一方面科技领域对分析仪器不断提出更高的要求,另一方面随着科学技术的飞速发展,新材料、新器件不断涌现又大大推动了分析仪器的快速更新,同时为仪器分析中老方法的不断更新、新方法的不断建立提供了物质和技术基础,大大地促进了现代仪器分析的快速发展。现代分析仪器的发展趋向主要有以下特点:向多功能化、自动化和智能化方向发展，向专用型和微型化方向发展，向多维分析仪器方向发展，向联用分析仪器方向发展。仪器分析的最主要的功能是人类五官感触的延伸，人类智慧利用了光、电和磁的物理特性通过物理和化学手段将微小的物理量放大，而获得感知小型化集成化（芯片）、多功能化（联用技术）和高稳定、高灵敏度检测是仪器分析发展的最高境界。20 世纪 70 年代中期首先出现了二维气相色谱技术,70 年代后期迅速发展了二维质谱技术和二维核磁共振波谱技术。二维气相色谱技术可使 用一种流动相在两根串联的色谱柱上对组成复杂的样品实现完全分离:二维质谱技术可同时提供强的碎片离子峰和强的分子离子峰,从而获得完整的结构信息;二维核磁共振波谱技术可提供固体物质、生物大分子的三维结构,显示原子核在样品中分布的立体图像。由上述分析仪器的发展和发展趋向 ,可知现代分析仪器是一种高科技产品,它综合采用了各种技术的最新成果,在不断创新与自身发展的同时,又为各个科技领域的研究和发展提供有力的手段和重要的信息。 2、现代仪器分析的内容和分类 现代仪器分析方法内容丰富，种类繁多，每种方法都有相对独立的物理及物理化学原理，现已有三四十种，新的方法还在不断地出现。为了便于学习和掌握，根据测量原理和信号特点，大致分为电化学分析法、色谱分析法、质谱分析法， 浅谈常规、现代和创新设计的关系及实例分析 【摘要】机械设计是机械工程的重要组成部分，设计水平的高低直接关系到产品的质量性能、研制周期和经济效益等。设计方法包括常规设计、现代设计、创新设计，他们之间有区别，也有共同性。只有了解了三种设计方法的特点，并相互配合运用，才能将机械设计出的产品性能达到最高。 【关键词】常规设计；现代设计；创新设计；实例应用 一、引言 机械作为人类文明中的一个不可或缺的元素，一直在人类发展中起着极大的推动作用，它从某种程度上把人类从繁重、繁琐的劳动中解放出来，是人们能有更多的时间来从事娱乐、科研等活动。机械工业的快速发展当然离不开机械设计，而设计必然与设计方法紧密结合在一起。人们在进行机械设计过程中发现机械设计其实存在一些共同的地方，而这些共同的地方就构成了机械设计方法。 我们知道，设计在现代生活中无处不在，它从很多方面都改变了我们的生活，而我们的理念也在帮助我们完善我们的设计方法，于是我们在设计一个件物品便比较不同的方法，力求找到最有效的设计方案。本文通过生活中一些具体的实例分析，阐述了三种设计给人们的生活带来了巨大便利。 二、机械设计的三种方法的特点 在知识经济发展的时代，创新是国民经济可持续发展的基石，对于一个和国家，一个民族而言，拥有持续的创新能力就意味着发展经济具有巨大的潜能。对于机械专业设计人员而言，应当看到全球制造业面临前所未有的挑战，缩短产品开发周期、提高产品质量、降低生产成本、增加产品的核心竞争力已成为制造业的共识。如何加强机械创新设计，挖掘创造性思维，显得尤为重要。 1.常规设计 常规设计也称为传统设计，分为初步设计，技术设计，施工设计三个步骤，常规设计是指以成熟技术结构为基础，运用常规方法来进行的产品设计，它在工机械创新设计论文
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