摘要
在工程实践中，经常会遇到各种需要测量转速的场合，测量转速的方法分为模拟式和数字式两种。模拟式采用测速发电机为检测元件，得到的信号是模拟量。数字式通常采用光电编码器，霍尔元件等为检测元件，得到的信号是脉冲信号。随着微型计算机的广泛应用，特别是高性能价格比的单片机的出现，转速测量普遍采用以单片机为核心的数字式测量方法。
本文便是运用AT89C51单片机控制的智能化转速测量仪。电机在运行过程中，需要对其进行监控，转速是一个必不可少的一个参数。本系统就是对电机转速进行测量，并可以和PC机进行通信，显示电机的转速，并观察电机运行的基本状况。
本设计主要用AT89C51作为控制核心，由霍尔传感器、LED数码显像管、HIN232CPE电平转换、及RS232构成。详细介绍了单片机的测量转速系统及PC机与单片机之间的串行通讯。充分发挥了单片机的性能。本文重点是测量速度并显示在5位LED数码管上。
其优点硬件是电路简单，软件功能完善，测量速度快、精度高、控制系统可靠，性价比较高等特点。
关键字：MSC-51（单片机）；转速；传感器
Abstract
In the project practice, we will meet each kind to need frequently to survey the rotational speed the situation, the survey rotational speed method divides into the simulation type and the digital two kinds. The simulation type uses measured that the fast generator is the detecting element, obtains the signal simulates the quantity. Digital usually uses the electro-optical encoder, the Hall part and so on is the detecting element, obtains the signal is the signal impulse. Along with microcomputer's widespread application, specially high performance price compared to monolithic integrated circuit's appearance, the tachometric survey uses generally take the monolithic integrated circuit as the core digital measuring technique I graduated from the Design of the issue is control of the intelligent use of SCM speed measuring instrument. The system is the motor speed measurement, and PC and can communicate that the motor speed, and to observe the motor running the basic situation.
The main design AT89C51 control as the core, by the Hall sensor, LED digital CRT, HIN232CPE-level conversion, and a RS232. Detailed measurements of the speed of the SCM system and PC and the serial communication between the microcontroller. Give full play to the performance of the SCM. This paper is to measure the speed and displayed in five LED digital pipe.
The advantage of a simple hardware and software capabilities improve, measuring speed, high precision and control system reliable, cost-effective and so on.
Keyword：MSC-51(One-chip computer)；sensor；Tachometer
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
1 序言 (1)
2 系统功能分析 (2)
2.1 系统功能概述 (2)
2.2 系统要求及主要内容 (2)
3 系统总体设计 (4)
3.1 硬件电路设计思路 (4)
3.2 软件设计思路 (4)
4 硬件电路设计 (6)
4.1 单片机模块 (6)
4.1.1 处理执行元件 (6)
4.1.2 时钟电路 (10)
4.1.3 复位电路 (11)
4.1.4 显示电路 (12)
4.2 霍尔传感器简介 (15)
4.2.1 霍尔器件概述 (15)
4.2.2 霍尔传感器的应用 (16)
4.2.3 AH41霍尔开关 (17)
4.3 发送模块 (18)
5 软件设计 (22)
5.1 单片机转速程序设计思路及过程 (22)
5.1.1 单片机程序设计思路 (22)
5.1.2 单片机转速计算程序 (23)
5.1.3 二-十进制转换程序 (24)
5.2 程序设计 (27)
6 系统调试 (29)
6.1 硬件调试 (29)
6.2 软件调试 (30)
6.3 综合调试 (32)
6.4 故障分析与解决方案 (33)
6.5 结论与经验 (34)
参考文献 (36)
致谢 (37)
附录 (38)
附录1 电路原理图 (38)
附录2 元器件清单 (39)
1 序言
智能化转速测量可以对电机的转速进行测量，电机在运行的过程中，需要对其平稳性进行监测，适时对转速的测量有效地可以反映电机的状况。
本系统主要由传感器，单片机AT89C51构成。可以对大范围转速进行测量，测量的转速精度高，还可以和PC机时时通信，实现对电机转速的测量。
单片机的英文名称是Micro Controller unit,缩写为MCU，又称为微控制器，它是一种面向控制的大规模集成电路芯片。它具有功能强、体积小、可靠性高、应用简单灵活，因而使用非常广泛，有力地推动各行业的技术发展和更新换代。
本文首先在第二章绪论介绍了此系统的功能、技术指标以及主要内容等；在第三章论述了总体设计过程,确定了技术指标及器件的选择；第四章着重描述了系统硬件电路设计、硬件设计框图及所使用的各种芯片功能与特性；在第五章中重点剖析了软件设计的过程；最后在第六章中具体论述单片机、电平转换电路、通信的处理及调试。
由于本人水平有限，加之时间仓促，论文中难免会有错误和不足之外，不够理想、许多方面还需要继续完善和改进。在这里恳请指导老师和各位专家老师批评指正。在此特别感谢我的指导老师郭顺京老师的大力指导。
2 系统功能分析
2.1 系统功能概述
功能：
系统主要实现功能是:AT89C51单片机接收霍尔传感器传来的脉冲信号,单片机根据外部中断,以及内部定时器进行记数计算出电机转速送到LED显示，同时数据传给PC机,并在PC机屏幕上显示出来。记录各时段的转速，画出V-T坐标图。
组成及框图：
本系统通信部分是单片机经电平转换电路HIN232CP之后，通过串口RS-232发送数据，由PC微机接收，微机部分用Visual Basic软件编写的界面作为PC机部分与单片机进行串口之间通信。
传感器电路、转速测量、LED显示、电平转换电路设计等将在以下章
图2-1 系统硬件电路
应用：
从实用的角度看，评价一个系统实用价值的重要标准，就是这个系统对社会生活和科技观念有多大的贡献。转速测量系统具有大范围、高精度等优点、测量速度快，这种系统将会有良好的应用。
2.2 系统要求及主要内容
将霍尔传感器产生的脉冲信号输出入到单片机的外部中断0口，单片机工作在内部定时器工作方式0，对周期信号进行内部记数，调用计算公式算出转速，调用显示程序显示在LED上，同时通过串口向上位机发送转速数据。
主要内容：
（1）单片机部分主要完成电机转速的测量
（2）LED部分主要是把转速显示出来，显示范围60-36000r/min （3）发送部分主要是完成电平转换，送RS232向PC发送数据。
（4） PC机部分主要完成将数据显示在界面并描绘出V-T图
2.3 系统技术指标
系统主要完成以下功能：
测量系统：
1.设计并制作单片机的转速测量的硬件系统；
2.用汇编语言完成转速测量的软件系统；
3.要求把转速显示在5位LED上，精度为0.1%；
4.能向上位机发送数据；
5.用9针RS-232即可；
通信部分：
1.在微机部分采用Visual Basic编制RS—232通信软件；
2.通信软件具有数据接受编辑框；
3.通信软件要适时对数据的记录，用时间曲线表示；
根据系统要实现的功能以及要求，要实现单片机的转速测量主要是各个模块的设计，定时器记数功能、以及LED驱动、电平转换及PC机之间的通信。单片机可通过编程控制外围部件，能实现较高的自动化程度。以它为系统核心的控制模块可实现主从控制，完成预定的任务。
3 系统总体设计
3.1 硬件电路设计思路
硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的原理框图、电路原理图。
89C51单片机通过INT0输入传感器的脉冲信号，P0口P2口接LED动态显示。另由于PC系列微机串行口为RS232C标准接口，与输入、输出均为TTL 电平的89C51单片机在接口规范上不一致，因此TTL 电平到RS－232接口电平的转换采用HIN232CP接口芯片，该芯片可以用单电压（+5V）实现RS232接口逻辑“1”（-3V～-15V）和逻辑“0”（+3V～+15V）的电平转换。
转速测量部分的硬件设计思路：本次设计单片机部分的硬件框图如图2－1所示。
图3-1 单片机部分硬件框图
具体详细的叙述将在下面的章节中逐一介绍。
3.2 软件设计思路
软件需要解决的是定时器0的记数和外部中断0的设定、由于测量的转速范围大，所以低速和高速都要考虑在内，关键在于一个四字节除三字节程序的实现。显示部分、需要有一个二进制到十进制的转化程序，以及转换成非压缩BCD 的程序后、才能进行调用查表程序送到显示。PC机串口和单片机串行口的工作方式，包括串行口的通讯速率、奇偶校验位、停止位等均由通信部分的软件部分实现。
软件工作流程：霍尔传感器利用磁电效应产生一周期脉冲向单片机的外部中断0（P3.2）口发送一个中断信号，定时器工作在内部定时，TH0、TL0设定初值为0，作为除数的低两字节，利用软件记数器、定时器0中断的次数作为除数高字节。中断完毕读取内部记数值作为除数，调用除法程序计算转速，再对二进制数进行一系列变换后调用查表显示程序，显示在LED上。（同时调用传送程序向上位机送数据，这里不是本文重点）
转速部分软件设计思路： AT89C51单片机的P3.2口接收传感器的信号。主要编写一个外部中断服务程序INT_0，读取记数值的三个字节，并再次清0记数初值以便下次的记数和计算。调用两字节二进制-三字节十进制（BCD）转换子程序BCD，再调用十进制转换成非压缩BCD程序CBCD、最后调用查表程序送显示。为了和PC通信，系统要求单片机晶振11.0592MHZ。软件的具体设计我们将在下面的章节中作详细介绍。
4 硬件电路设计
硬件的功能由总体设计所规定，硬件设计的任务是根据总体设计要求，在选择的机型的基础上，具体确定系统中所要使用的元器件，设计出系统的电路原理图，必要时做一些部件实验，以确定电路图的正确性，以及工艺结构的设计加工、印制板的制作、样机的组装等。
整个单片机测量转速系统为单片机控制模块、霍尔传感器模块、发送模块，各个模块都承担着各自的任务。
设计单片机模块，考虑到单片机本身的外围电路较多，所以在单片机模块方面需要极为小心。在整个电路设计时要考虑电平转换电路，具体每一部分的设计将在以下章节中详细分析。
4.1 单片机模块
根据系统功能要求以及单片机硬件电路设计思路（如图3－1）对单片机模块进行设计，要使单片机准确的测量电机转速，并且使测出的数据能显示出来，所以整个单片机部分分为传感器电路、时钟电路、复位电路、执行元件以及显示电路五个部分。
4.1.1 处理执行元件
单片机我们采用AT89C51(其引脚图如图4－1)，相较于INTEL公司的8051它本身带有一定的优点。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存贮器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。该器件采
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PLC控制三相异步电动机正反转设计 Plc control with a three wire asynchronous motor is inverting design 摘要本论文文设计了三相异步电动机的PLC控制电路，就是三相异步电动机的正反转控制，与传统的继电器控制相比，具有控制速度快、可靠性高、灵活性强等优点。非常实用。三相异步电动机的应用非常广泛，具有机构简单，效率高，控制方便，运行可靠，易于维修成本低的有点，几乎涵盖了工农业生产和人类生活的各个领域,在这些应用领域中,三相异步电动机运行的环境不同，所以造成其故障的发生也很频繁，所以要正确合理的利用它。本文研究的这个系统的控制是采用PLC的编程语言----梯形图,梯形语言是在可编程控制器中的应用最广的语言，因为它在继电器的基础上加进了许多功能，使用灵活的指令，使逻辑关系清晰直观，编程容易，可读性强，所实现的功能也大大超过传统的继电器控制电路，可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，它是专为在恶劣工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术等操作的指令，并采用数字式，模拟式的输入和输出，控制各种的机械或生产过程。 关键词：PLC 三相异步电动机可编程控制梯形图
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河南科技大学 2009 届本科毕业论文 论文题目：基于单片机的直流电机调速系统设计 学生姓名： 所在院系：信息工程学院 所学专业：计算机科学与技术 导师姓名： 完成时间：2009-05-22
摘要 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算 1
The Design of Direct Current Motor speed Regulation System Based On SCM Chenli School of Information and Engineering Abstract This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS-51 single-chip computer to control the speed of a D.C. motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation o f D.C. motor. What’s more, tachogenerator is used in this system to measure the speed of D.C. motor. The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the single-chip computer and participates in a PI calculation. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it. Key words:PWM signal，tachogenerator，PI calculation 2
专业课程设计 题目三 直流电动机测速系统设计 院系： 专业班级： 小组成员： 指导教师： 日期：
前言 1.题目要求 设计题目：直流电动机测速系统设计 描述：利用单片机设计直流电机测速系统 具体要求：8051单片机作为主控制器、利用红外光传感器设计转速测量、检测直流电机速度，并显示。 元件：STC89C52、晶振（12MHz ）、小按键、ST151、数码管以及电阻电容等 2.组内分工 （1）负责软件及仿真调试：主要由完成 （2）负责电路焊接： 主要由完成 （3）撰写报告：主要由完成 3.总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示: 单片机 PWM 电机驱动 数码管显示 按键控制
一、转速测量方法 转速是指作圆周运动的物体在单位时间内所转过的圈数,其大小及变化往往意味着机器设备运转的正常与否,因此,转速测量一直是工业领域的一个重要问题。按照不同的理论方法,先后产生过模拟测速法(如离心式转速表) 、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪) 以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。本文介绍的采用单片机和光电传感器组成的高精度转速测量系统,其转速测量方法采用的就是电子式定时计数法。 对转速的测量实际上是对转子旋转引起的周期脉冲信号的频率进行测量。在频率的工程测量中,电子式定时计数测量频率的方法一般有三种： ①测频率法:在一定时间间隔t 内,计数被测信号的重复变化次数N ,则被测信号的频率fx 可表示为 f x =Nt(1) ②测周期法:在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m0 ,则被测信号频率fx = fc/ m0 ,其中, fc 为时钟脉冲信号频率。 ③多周期测频法:在被测信号m1 个周期内, 计数时钟脉冲数m2 ,从而得到被测信号频率fx ,则fx 可以表示为fx =m1 fcm2, m1 由测量准确度确定。 电子式定时计数法测量频率时, 其测量准确度主要由两项误差来决定: 一项是时基误差; 另一项是量化±1 误差。当时基误差小于量化±1 误差一个或两个数量级时,这时测量准确度主要由量化±1 误差来确定。对于测频率法,测量相对误差为： Er1 =测量误差值实际测量值×100 % =1N×100 % (2) 由此可见,被测信号频率越高, N 越大, Er1 就越小,所以测频率法适用于高频信号( 高转速信号) 的测量。对于测周期法,测量相对误差为： Er2 =测量误差值实际测量值×100 % =1m0×100 % (3) 对于给定的时钟脉冲fc , 当被测信号频率越低时,m0 越大, Er2 就越小,所以测周期法适用于低频信号( 低转速信号) 的测量。对于多周期测频法,测量相对误差为： Er3 =测量误差值实际测量值100%=1m2×100 % (4) 从上式可知,被测脉冲信号周期数m1 越大, m2 就越大,则测量精度就越高。
毕业设计论文 (霍尔传感器电机转速测量系统的设计)
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
摘要 电机的起动电流近似的与定子的电压成正比，因此要采用降低定子电压的办法来限制起动电流，即为降压起动。对于因直接起动冲击电流过大而无法承受的场合，通常采用降压起动，此时，起动转矩下降，起动电流也下降，所以只适合必须减小起动电流，又对起动转矩要求不高的场合。常见降压起动方法：定子串电阻降压起动、Y/Δ起动控制线路、延边三角起动、软启动及自耦变压器降压起动。 当负载对电动机启动力矩无严格要求但要限制电动机启动电流且电机满足 380V/Δ接线条件才能采用降压启动。该方法是：在电机启动时将电机接成星型接线,当电机启动成功后再将电机改接成三角型接线（通过双投开关迅速切换）；因电机启动电流与电源电压成正比,此时电网提供的启动电流只有全电压启动电流 的1/3，但启动力矩也只有全电压启动力矩的1/3。 在实际使用过程中,发现需降压启动的电机从11KW开始就有需要的,如风机，在启动时11KW电流在7-9倍(100)A左右,按正常配置的热继电器根本启动不了（关风门也没用），热继电器配大了又起不了保护电机的作用，所以建议用降压启动。而在一些启动负荷较小的电机上，由于电机到达恒速时间短，启动时电流冲击影响较小，所以在30KW左右的电机，选用1.5倍额定电流的断路器直接启动，长期工作一点问题都没有。 关键词：三相异步电动机降压启动启动方法
目录 摘要...................................................................... I 目录..................................................................... II 第1章绪论.. (1) 第2章三相异步电动机的基本结构 (2) 2.1 定子的结构组成 (2) 2.2 转子的结构组成 (2) 2.3 工作原理 (2) 第3章异步电动机的分类及优缺点 (3) 3.1 三相异步电动机的优点 (3) 3.2 异步电动机存在的缺点 (3) 第4章三相异步电机启动出现的问题 (5) 4.1 异步电动机启动时的要求 (5) 4.2 三相异步电动机启动问题 (5) 4.3 工业生产机械不同的起动条件 (6) 第5章三相异步电动机起动方式 (7) 5.1 直接启动 (7) 5.2 三相异步电动机的Y—Δ起动控制 (8) 5.3 定子串电阻降压起动控制 (10) 5.4 自耦变压器降压启动 (11) 5.5 软启动 (14) 结论 (15) 致谢 (17) 参考文献 (18)
课程设计转盘转速测量的设计方案
转盘转速测量的设计方案 一、设计目的 设计电路实现转盘的转速测量。 二、组内分工初定 A.陈永昌：负责设计方案的制定，程序的设计，电路的焊接。 B.詹小樑：负责元件的采购，方案的讨论，电路的调试。 C.李忠谕：负责元件的采购，方案的讨论，电路的调试。 三、使用电子元件及个数 光电门1个 七段数码管1个 AT89S52单片机1片 串口转USB线1条 MAX232 1个 串行口1个 导线、电阻、电容若干 电动机1个 四、设计方案 光电转速传感器是根据光敏二极管工作原理制造的一种感应接收光强度变化的电子器件，当它发出的光被目标阻断时，则接收器感应出相应的电信号。光电式传感器由独立且相对放置的光发射器和收光器组成。当目标经过光发射器和收光器之间并阻断光线时，传感器输出信号。它是效率最高、最可靠的检测装置。槽形（U形）光电开关是对射式的变形，其优点是无须调整光
轴。 4.1电动机、信号盘、传感器 图1：电动机、信号盘、传感器的安装 图中电机为直流电机，转速随输入的电压变化。信号盘为带有4个透光孔的圆盘。传感器为光电门，透光时输出电 流，遮光时无电流。 4.2信号放大电路 图2：信号放大电路 信号放大电路是经过三极管对光电门输出的信号进行放大，然后经过CD4093进行整形，输入到单片机的脉冲计数
T0口，进行计数。 4.3单片机电路 图3：单片机电路 在此采用频率测量法，其测量原理为，在1S时间内，计取转速传感器发生的脉冲个数（即频率），从而算出实际转速。设1S的脉冲数为 n，转速 rate = n * 60 / 4; 4.4串口输出电路
毕业设计论文 2007届毕业生 <<电动机转速检测仪>> 系别： 班级: 设计人: 学号： 指导教师:
目录 前言 (3) 一、设计的任务 (5) 二、总体方案设计 (5) 1．设计思路 (5) 2．原理框图 (6) 三、设计原理分析 (7) 1．信号拾取与整形 (8) 2．计数电路 (10) 3．锁存电路 (12) 4． CD4543译码显示电路 (14) 5．时钟电路及波形设计 (16) 四、制作和调试 (25) 五、电路设计的优缺点分析 (27) 六、经验总结 (28)
七、结束语 (30) 八、参考文献 (31)
前言 毕业设计是工科院校学生十分重要的一个教学环节，是教学联系实践、理论联系实际的重要过程，是综合运用所学知识、解决实际应用技术问题、进行项目训练的重要手段。在老师的指导下，就某一课题，综合运用所学知识，争取用最佳方式予以实现的思维过程及书面表述。对我来说这既是学习过程也是实践过程，其成果则具体表达了我的综合能力、掌握所学知识的深度、知道的知识面、工作能力以及文字表达能力。 随着电子技术的不断发展，数子电子，模拟电子等技术越来越多的运用到社会生活中。 在计数器的发展过程中，传统计时器精确度低，测量误差大，已不适应现在发展需求。伴随着计算机技术的发展，特别是单片机的诞生，让计数器的发展更迈进了一大步，单片机功能强大，与数字电路及接口技术的完美结合，使计数器的精确度大大提高了。单片机已渗透到了各个领域，在计数器方面也起着举足轻重的作用。单片机作为微型计算机的一个分支，其应用系统的设计方法和思想与一般的微型计算应用系统设计在许多方面是一致的。由于单片机应用系统通常作为系统的最前端，设计数应注意实际问题，使设计的可靠性能够满足更多的需求。我们在设计电机转速检测仪的设计，就充分运用了单片机的这种性能与数字电路、A/D转换接口等相结合，大大提高了转速检测仪的精确度。 我们此次电机转速检测仪的设计，牵扯知识面较广，需要查阅大量的相关资料，我们相信在不久的将来，我们会做得更好。在设计中不足之处，还望各位老师和同学能够给予帮助和鼓励！