1、，天平的行业也有了电子的时代，从此。有了第一台电子天平，并且以迅速的。速度准确地，迅速地进入了计量称重的领域，这个称重发生了非常大的改变，把繁琐的称重变得比较简单，特别是。在微处理器的产生之后，天平就变得更加的智能了，而且可以去皮，累积数据输出等等。在七十年代末，我国电子天平的研究，早期的产品是对着进口的天平进行模仿制作。在八十年代的初期，上海的天平仪器厂以及沈阳的天平厂，长熟衡器厂，平常等主要的厂家都开始致力于研究电子天平，或者像国外的早期产品进行模仿与制作，但是因为技术比较。不成熟规模的生产能力也不够。随着我国改革开放步伐的加快，在八十年代中期，天平行业。开始向发达国家天平的生产技术靠拢。
2、搞SKD的散件进行组装，累积了比较久的经验，在这个基础上进行改良。他们的产品以及技术将国产化的研究，运用微处理器的技术。制造更先进的技术，将我国的电子天平产业在，普通的领域中跟上了先进的水平，在90年代的初期已经有了一定的规模，在上海天铭厂，沈阳龙腾公司等等厂家都开始批量的生产电子天平，然后向国内的市场开始销售。国外的电子天平的称重的传感器刚开始都是在用电磁力是直接驱动，然后引起单机的-杆又传到了多级杠杆的结构，发展到现在的一体化的结构，在精度上面有了很大的提高。在国内生产的天平传感器，它的结构相对来说比较复杂，部件的连接件都很多，装配比较复杂，导致。若生产的效率很低，并且它的故障率也很高，虽
3、然在电子天平计量性能上和国外的电子天平相对来说比较接近，但是他的技术和制造的设计都是需要进一步改进的。1.1.2研究的意义这课题应用的技术方案方法，算数和技术的参数都可以直接的运用到产品的设计中，却对于传感器输出的稳定性有着直观的指导。这个课题也涉及到了电子秤所应用的软件，硬件也可以作为实验的指导，这个课题的经济。利用的价值在于。可以为中低端的电子秤解决了方案。大家知道，称量的精度越高，它的速度越快。电子秤本身的价格就相对来说非常的高，这个方案就提高了它的自身的价值，所以整个方案的设计过程对于电子产品的开发有着非常重要的意义。第二章 电子秤的分类和原理综述2.1电子秤的分类2.1.1安放的位置
4、分类1桌面秤：30kg以下的电子秤2台秤：30-300kg电子秤3地磅：300kg以上的电子秤图2.1电子秤分类示意图2.1.2按精确度分类1、特种天平精密度皿万基准衡器2、级高精度天平万三精密度万精密衡器3、级中精度天平三精密度万工业、商业衡器级4、普通秤三精密度粗衡器2.1.3按用途分类1、质量比较仪、分析天平研究机构、制药厂、化学工厂、油漆与染料厂。2、珠宝天平、实验室天平、纺织天平、工业天平食品业、电子业、银楼、制药厂、学校实验室、纺织厂。3、计价秤、计重秤、计数秤市场、各类工厂。4、体重秤、厨房秤、家庭。2.2电子秤的称重原理图2.2电子称重原理构成示意图当我们把物体放在电子秤的秤台
5、上的时候，它的重量就可以通过传感器传递到了沉重的传感器中。传感器谁知产业了，产生了效应，将物体的重量转换为重量成一定函数比例的。电信号，这个信号有放大的电路进行放大，通过滤波后再由A/D器进行转换数字信号，再通过CPU处理，CPU又不断的扫描键盘和各种功能，根据输入盘的内容和开关进行判断分析，再通过控制各种运算运输的角，结果会储存在集体中，需要显示的时候，CPU发出指令，然后发送到显示器上或者打印机中打印，通常的信号放大，滤波A/D转换，以及各种运算处理，都是在仪表中完成的。第三章 电子秤的传感器选型电子厂主要是通过壳体、主板，传感器及显示屏等元件组成的。它的承载重量功能的传感器是整个电子秤的
6、重要的核心为了选择适合项目的传感器我们需要经营以下几个步骤的考虑：3.1传感器实际工作的环境工作的环境对于传感器来说是非常重要的，它关系到传感器是否，正常的工作，也会对传感器的安全和使用的寿命会有所影响。甚至会关系到整个电子秤的安全性，以及准确性。3.2传感器数量和量程的选择我们可以根据电子秤的用途和称体大概所需要的支撑的点数来定传感器的数量的选择，一般来说，身体的几个支撑点就是选择使用这个传感器，但是对于一些特殊的称体，比如电子吊秤就只能采用一个传感器。所以我们需要根据实际的情况来选择传感器的个数。传感器良辰的选择是按照电子秤最大的称量值。使用传感器的个数称体的自主产生最大片仔的综合评价来确
7、定传感器的量程。一般而言，颤器的量程越接近每个传感的载荷，它的准确度就越高。但是在实际的操作的时候，因为在传感器的载荷上面的物体有可能还会存在着秤体自重，皮重，偏载及振动冲击的载荷的存在。因此我们需要考虑更多的方面来保证传感器的安全。3.3传感器准确度等级的选择传感器的准确度等级概括了传感器的非线性、蠕变、蠕变恢复、滞后、重复性、灵敏度等技术指标。称重传感器已按准确度等级划分,且已考虑了倍误差因子,非自动衡器称重传感器的准确度等级要选择与电子秤相对应的准确度等级。称重传感器按综合性能分为四个准确度等级,分别对应于衡器四个准确度等级。3.4传感器的分类介绍电子秤中的最重要的组件就是传感器，在市场
8、上，通常的传感器是可以根据工作原理来分为以下几种的电阻：应变式，电容式，压磁式，压电式等，其中最广泛运用是变应变片式和电磁力，使传感器两大类。3.4.1电阻应变片式传感器简介它的原理是把电阻应变计放在了弹性敏感元件上，然后在利用恰当的组合的方式，将一种力量转化为电信号的转换元件。图3.1电阻应变片式传感器示意图在称重的整个过程中，如图所示，当称盘空载时，应变片的阻值就会相同,。通过桥式电路后输入到放大器的电压为零。当称盘上有负载时,应变片和被拉伸,其阻值增大而应变片和受压,其阻值减小。这样,经过桥式电路后有一微小电压输入到放大器。这一数值经放大,微处理器处理后显示出来,也就是被称物体的最终的重
9、量。3.4.2电磁力式传感器简介它的工作原理是通电导体在磁场中做切割磁力线运动,将产生电磁力洛仑兹力。利用电磁效应,将被称重量的变化变换成传感器导磁体的导磁率变化并输出电信号。电磁力传感器具有输出信号大、抗干扰性能好、过载能力强、不均匀载荷对测量准确度的影响小等特点,但配件及安装工艺较为复杂。图3.4电磁力式传感器称量示意图整个称量的过程就如图3.4，通电线圈在磁场中的切割磁力线运动，从而产生较大的电磁力。位置传感器通过插盘上的重物引起的杠杆的位置的变化。它转化为电信号，经过放大器的线圈。产生的电磁力和被称重物体的重力相互平衡，垫线圈上的电流的强度和电阻的电流强度是完全相等的，所以。电阻上的电
10、压之和被称重物体的重量也是有确定的对应关系的采集这个电压信号。模数转换和微处理器的处理都是在显示器上可以被物体的重量所显示的。3.5传感器的选择从上面的两种传感器。技术指标都可以满足设计的。具体的需求，其中电磁力传感器的技术相对是比较下来比较先进，称量的精确度也比较高，她和外面环境的湿度变化的影响相对于比较小。但是它的市场价格就比较高，结构非常的复杂，组装的工艺要求非常高，这是和精度高的高端天平。电阻应变式的传感器，它的结构就比较简单，价格也便宜，非常容易组装，耐用性也很好比较适合于项目的要求，根据设计的要求来考虑性价比的问题，最终采用了电阻应变片式的传感器。为了可以准确的掌握传感器的各方面的
11、主要的性能，接下来我们可以为程序的设计做好基础。在论文写作的期间要参与应变片式传感器的选型工作，这过程主要包括对于原理的学习，传感度的传感器的参数比较，以及主要参数的重复性测试工作。第四章电子秤应用程序设计在传感器定型之后，我们可以把传感器和主板电源以及显示器相互连接，组成一个最为基本的称重的单位。在这个时候的电子秤已经有了一个很基本的外观。现在我们需要将这个电子秤应用起来，使得它的用途越来越广。我们需要考虑电子秤的应用程序开发的工作，只有完成了这个工作，才可以根据所得到的结果来进行判断是否和项目的设计的要求相互一致，然后根据这些数据进行适当的调整。电子秤的设计是为了方便用户进行操作的应用程序
12、进行开发。换句话就是设计用户的操作的界面，可以让用户在电子秤上可以屏幕上显示物体的重量，然后结合菜单的功能进行设置。4.1应用程序模块化设计我们需要将操作简单化、更明了，让用户更方便懂，我们根据设计的需要以及上面菜单的具体的选项进行分析，将功能定义成以下几个基本的模块，并且将这些模块进行设计，其中加粗的字体代表着。本人参与开发的模块，基本代表这些用户菜单的基本选项，可选代表，内置的功能还需要和外接的设备进行相互结合，才能够完成。A/D采样处理程序模块包括滤波,换算等；液晶显示程序模块液晶驱动及显示控制基本；按键处理程序模块基本；串口通讯程序模块可选；打印驱动程序模块自动和手动可选；校准程序模块
13、零点校准及线形校准4.2应用程序设计举例一计数功能的设计方法零件数量的统计，对于很多工厂来说是一个非常渴可见的工作，普通的零件统计是一个比较容易的事情，如果零件很少，数量比较大，那么它的消费的耗费的时间和人力都是比较多的，但是一旦统计的零件数量和实际有所偏差，就会影响到库存，采购付款等各个环节。这样就会减少这个麻烦中利用电子秤的功能来解决电子秤的这个功能。接近于零件的个数。所以首先称重的零件需要有样本数量，从结果上可以得出单个零件的重量，然后把它放在天平的零件的数量在电子秤上的操作如下:1在天平上放上空的容器2天平上去皮丁3将参考样品数量添加到容器中在本例中件4更改参考样品数量5选择参考样品等
14、,至重复短暂按按并保持6确认选择的参考样品数量,启动应用程序。当前参考重量保持存储状态,直到设置新的参考值,或者断电。7添加期望的零件数目。8如果需要,可以打印数量9显示屏在平均单件重量、重量、数量之间切换10将物品从天平上取下。11如果需要,重复进行,从第步开始。12重复参考值第五章应用程序写入与调试5.1程序写入前的准备工作在传感器的选型和应用程序开发全部完成以后，接下来我们就需要将这些程序进行汇编，转换成为二进制代码然后写进主板的芯片，然后开始下一步功能的测试工作。需要做以下的工作结合现在有的天平操作手册结合特点进行编辑，撰写和天平相互适合的操作手册，主要包括主机的工作范围需要温度、湿度
15、、工作环境等、将程序放入主芯片之后，结合操作手册上的功能进行相互比较。这样也测试了功能又取得了相关的数据写入的工具。连接的方式为线连接。传输平台选用了编程器作为读写工具。电脑环境为简体中文版。5.2程序写入过程我们可以图片和文字说明的方式进行简单的介绍（1） 首先安装调试适配器的驱动,并将传输平台软件安装至电脑。（2） 将电脑、调试适配器、电子秤相互连接起来。然后我们就可以接通电子秤的电源。如图所示,此时电子天平己经接通电源,但由于主板未写入任何数据,故按天平开关键时显示屏并无显示。图5.1未写入程序时的开机状态示意第六章传感器补偿程序设计本章节主要解决的传感器自身的问题和外界的因素所导致的电
16、子城不稳定性。项目在进行的第一步阶段时候起来设计工作已经接近尾声。线路板显示器电池电路的测试最终仍然在继续接下来的传感器补偿程序工作。图6.1电子秤实际测量的曲线与理想型的曲线上面的这个图就是电子秤实际的测量曲线和理想型的曲线的对比，从上面的图我们就可以看出，理想型的直线与实际的曲线有很大的差别，这些差别就是因为传感器的误差的原因，主要造成这些偏差的原因如下一，固定的偏移值。二，测量曲线的斜率和理想线的斜率的差值。三险是指的最大偏差极限性的误差。四，这些误差都有可能来源于温度的漂移舞，在同样的环境下，重复的测量会有结果的差异。具体来说，传感器有常见的技术参数，比如湿度，重复性，滞后性，如便的在
17、传感器定。异形实验室中需要多次的测试通过。大量的查阅实验的记录，我们可以知道这些传感器在哪些参数，在什么具体的湿度和温度下存在着问题。对此对于传感器的影响有很大的特性划分出来，通过软件和硬件相互结合的方式来寻找比较稳定的方法，这些方法包括四个方面第一，传感器的温度补偿。第二，传感器蠕变的调整第三，四角误差的解决，第四，非线性误差的补偿。6.1传感器补偿程序设计一传感器温度补偿设计由于不同的电阻应变片式的传感器在相同的电价下，它的灵敏度是不同的，在相同的温度下，相同的载荷下，传感器的输出的电压是不同的。由于不同的传感器的温度特性不同，温度变化时的传染器的灵敏度的变化也是不同的，在不同环境下的。相
18、同的物种读出来的，读书也是有变化的，这种情况下对于这个项目涉及到的电子秤的表现是非常的明显。第一 零点漂移问题相对于零点漂移的问题，我们是需要老驴进行对零点漂移和灵敏度的补偿，系数是有关的，而且在一样的温度下加载相同的采用的数之和，没有加载的数值的差别，可以抵消用于零点漂移所带来补偿的差异。通过这个方法和原来的方法相互比较，新的方法就对于解决项目的第二 电子秤的温度的补偿问题。在解决所有的温度补偿技术常见的方法之一，也就是零位补偿技术，所谓的零位补偿也就是说在采集了具体的数据进行减掉对应的数值，得到的数值就是对真正的有效的信号，通过试验的对比，对于零位的补偿的技术采用新的温度补偿的方法就可以更
19、加的有效率的解决一系列的问题，并且适合应变式的传感器。第三 初始温度补偿的算法的不足我们可以通过对。测试时的温度进行验证，在刚开始温度补偿的算法是可以在不同的温度下的状态，对称重传感器采用的数据进行补偿。消除温度对于传感器信号的作用，但是当天平零点有很大的飘雨的情况下，温度补偿的系数就会失效，可能造成的影响就是得出的数据和实际的数据有很大的偏差，通过这种现象的具体的分析。我们可以发现初始的温度。在设计上有一些不足，这个算法对于敏感度的补偿和。零点的漂移，商户同时进行的，这就忽略了对敏感度的影响。第八章电子秤其他设计成果8.1电子秤抗干扰设计小型的电子秤主要广泛的运用于市场、实验室、野外进行考察
20、的使用设备。这些地方信号相对于比较复杂、辐射也很大，而且比较难固定。这就会导致仪器不可能采用接地抗干扰措施。因此,抗干扰设计是仪器设计的重要内容。本文所涉及的抗干扰设计从方面下手：硬件及软件。8.1.1硬件抗干扰设计简介新型的电子秤不能接地，电场的屏蔽相对于来说很困难，也会受到现场的制约，仪器不可以增加太多的硬件屏蔽。所以，仪器是外壳表面上涂一层金属膜对外部的电磁进行屏蔽。图8.1加入抗干扰的电子秤8.1.2软件抗干扰设计简介在软件的方面我们本篇文章采用了数字滤波的方法。数字的滤波技术就是在软件中将采集的各个数据进行消除存在的干扰进行处理。一般而言，除了对于硬件中的信号进行抗干扰的措施以外，还
21、需要在软件中使用数字滤波的处理，然后对于数据的各式各样的干扰，将采取的数据可以真实的反映出实际情况。我们需要介绍一下关于电子秤软件中的数据滤波的技术，然后基本上可以满足相关数据的需要。8.1.3数字滤波技术简介目前为止，我们比较流行的方式就是平均值法、中值法、滑动滤波法等。这个产品的主要应用和市场等环境，我们不但不需要考虑实验室的稳定和变化，不会考虑市场上发生的偶发的、突发的相互干扰的情况。我们可以采用了数字平均法和中值滤波法相互结合的方法。8.2电子秤的快速稳定性设计我们可以考虑采用实时值采集的办法来确保称量过程中快速、准确的显示称量重量。在这个系统中会自动的把电路的取值，通过中值滤波及数字
22、平均值滤波，以及防线性、蠕变。可以大大地增加这个数值的稳定性和准确性。以至于的可以缩短稳定显示的时间。8.3电子秤的低功耗设计因为电子秤携带起来比较方便，减少的功耗设计是至关重要的。这时候我们需要采用软硬相互结合的方法，低于电子秤的能量的消耗可以保证在工作过程中有尽可能多的时间，这样的方法包括：自动待机的功能、大量地采用低功耗的芯片、在屏幕待机的状态下自动休眠会使用大功率的电池，比如节号电池可以持续性的使用40小时以上。结 论纵观全文，我们努力了很久的时间，这个项目的设计的目标已经基本性的完成了，基本上的表现形式在以下方面根据整体的仪器确定传感器以及其他部件的选型工作完成了几种待传器的测试及定
23、型工作完成了预期的底层功能软件的设计工作，并为以后拓展功能预留接口为解决传感器各类存在的误差进行大量的实验，通过硬件和软件进行调整解决各种误差以及数值输出的影响开始做大量的实验，通过软硬件的调整解决误差的问题使用电子秤可以快速、稳定的显示出具体的读数，然后采用硬件和软件相互结合的方法，提高整个积极的过程中，在各个环境中干扰的能力，在环境中进行整体产品的测试，并且根据问题然后进行必要的修改，以及调整电子秤的功能的选项，编写了这个系列的电子秤的整个工艺的流程以及生产线用户的说明书积累的。经验以及项目的开发的经验，对于新产品的开发。和本题的选题的依据是某个型号的电子秤国产化开发基层应用的程序，这个项
24、目进行过程中，电子秤的传感器的选项以及竖直都做出了大量的工作，为这类的产品积累了丰富的经验。这课题在整个的研究过程中，针对单传感器在不同种情况下的数值的偏差的问题进行分析以及归纳，对于不同的问题，会给出不同的软件或者软件，硬件相互结合的。解决的途径，如果根据，新的温度补偿。来对不同的温度的数值进行补偿，采用的点法或者点法对成人期新鲜问题进行补偿，这些数字的话得采用都减少了对环境以及物理特性本身的。影响通过这个系列的电子秤进行整体机械的测试，这个程序具有可靠性，应用性。反应的速度和精度，电子秤对于不同环境的抗干扰的能力，数值的稳定都达到了要求，现场测试来看。本次测试实现了设计刚开始的所有的功能，
25、结果非常满意，这些电子秤外观，十分的大方，性能也比较稳定，安装起来也比较方便，价格比较适中，这是一款比较有竞争力的产品，在市场上。能够。有一定的地位，这为以后的工作的方向提供了基础，根据用户的反馈，可以知道完善一个电子秤的积层应用的程序的功能，在硬件和软件上继续探索，找到快速稳定的输出。这位。深化的国产化工作打下了基础。基本完成,表现在如下几个方面根据整机仪器的市场定位需求确定了传感器及其他部件的选型工作完成了几种待选传感器的测试及定型工作完成了预期的底层功能软件功能设计开发工作,并为以后扩展功能预留接口为解决传感器各类主要误差问题进行了大量的实验,并通过软硬件调整基本解决了各类误差对称量过程
26、以及数值输出的影响采用软硬件结合的办法,使电子秤能够快速稳定的显示读数采用软硬件结合的方法,提高了整机在各种环境的抗干扰能力在各种环境下进行了整机产品测试,并根据问题情况进行了必要的修改和调整根据该电子秤的实际菜单功能选项,编写了该系列电子秤的工艺流程卡生产线及用户说明书积累的丰富的开发经验和项目经验,为以后新产品的开发积累的经验本课题的选题依据是为某型号电子秤国产化开发底层应用程序,在项目进行过程中对电子秤的传感器的选型以及数值输出修正等方面做了大量的工作。为这类产品今后的国产化工作积累了丰富的经验。致谢这几个月的辛勤工作可以说算是没当下十分紧要的开发资产，其开发、取得及传送的发展必要性尤为
27、突出1。现代科技研发、生产历程中，传感器已成为信息取得的主要途径，而作为信息科技的三大支柱之一，其运用范围特别广泛、发展空间很大已变成既定的事实。2因为工业 4.0、智能智造等概念渐渐发展，怎样准确取得并测量体现机器设备角度改变成为必须处理的问题，设备寿命，产品质量等生产成本规格与测量值的准确性息息相关。3所以，高灵敏、高精度、多功能的新型角度传感器的研发与打造智能化生产之路的发展不谋而合。4角度传感器是将角度衡量科技应用到传感器科技中，能够将机器角度转化为可用的输出标志的传感器。它被广泛应用于军事、海事、高新科技产业、工业生产和机器制造等各个领域。在军事和海事中，大型炮弹的定位装置需要精准的
28、角度传感器，火炮瞄准装置和射击台对倾角装置要求很高。在导弹、鱼雷、射击装置、风速仪和其他作战用的各种定位装置也都需要测角仪来到达精准定位。在工业中，大型起重机、勘探仪器、高层建筑和挖隧道时也都要求高精准的角度衡量装置。在机器制造行业，角度传感器主要用于大型机器对准控制、弯曲控制和倾斜控制，角度的精准衡量能提高产品质量和减少机器损耗。随着工业变革的不断深化，角度传感器发挥着越来越紧要的功能。所以，开发出智能的和精准的角度衡量仪对推进科技发展和工业科技改革有着举足轻重的意义。5第一章【角度测量仪的方案选择和设计】1.1 【系统设计要求】基于对国内外角度衡量科技的深入解析，提出智能角度衡量仪的设计要
29、求： （1）掌握角度变换器的设计与制作，钻研角度衡量方法。 （2）设计智能角度衡量仪的硬件构造，包括角度变换器板块、核心掌控器板块、展现板块、电源板块、下载板块、通信板块。要求系统具有体积小，方便调试、连接，集成化的特点。 （3）设计智能角度衡量仪的软件系统，完成对角度变换器的衡量、运算、展现、数值存储和上位机展现功能。到达角度衡量的智能化和一体化。 （4）在系统搭建、调试、数值处理和仿真的前提上完成整个系统的功能设计和调试工作。 （5）对角度变换器的特性曲线实行标定试验，以高精度角度衡量仪器为参考，对角度变换器标准化处理。使智能角度衡量仪具有角度衡量功能，到达衡量界限为 0 360 的角度采
30、集，要求精确度为 010 .（6）对智能角度衡量仪做准确性试验，得出性能规格。解析系统存在的偏差并提出改进方法。（7）在到达特定功能的同时，既要确定系统的恒定，还要确定低投入、低功耗和高精度。1.1.1【系统方法选择】角度衡量科技的发展成熟，样式有差别的角度变换器层见叠出。按照角度衡量规律的有差别分成以下几种： (1) 电位器式角度变换器电位器变换器工作规律为：电位器元件能将机器位移转变成电压或电阻获取值。应用电位器制成的线性角度变换器，在理想空载状态下，其获取值特性曲线具有线性相干。电位器式角度变换器具有精度高、恒定好、构造简单和投入低等特点，被广泛应用 (2) 光栅式角度变换器，光栅式变换
31、器是基于莫尔条纹表象来衡量角度或位移的。用光电元件检测莫尔条纹标志的变化可衡量光栅的线位移或角位移。20光栅式角度变换器的精度由光栅刻线的密度确定，但是高密度的光栅普遍造价昂贵，并且制造困难。21目前光栅式角度变换器的精确度能达到 6 0.0，解析度10.0 。此类变换器长处为精确度高、易数字化和能动态衡量等，缺点为价格昂贵、制造困难和开发周期长。 (3) 霍尔角度变换器霍尔角度变换器是根据半导体材料具有霍尔效应的规律来设计的。霍尔式角度变换器的长处在于其非接触式衡量、小型集成化和运用方便等，在自动控制领域应用较为广泛。目前，市场上大部分的霍尔角度变换器的精确度不高，一般在 5 .0 上下。
32、(4) 码盘式角度变换器码盘式角度变换器是将角度坐标转变为数字编码而制成的。当码盘式角度变换器转动并停留在任意角度位置时，会获取值一个数字码与位置和角度对应。22这种变换器具有位置唯一性、抗干扰性和较大的数值可靠性。将码道数增加可以提高解析度。码盘式角度变换器可到达 360 度衡量，由于电流路线和机器构造繁琐，一般衡量精确度在 7 .0上下。虽然以上列举的这些变换器精度很高，但是高精度变换器的钻研繁琐，制造困难且投入很高，难以普及。电容式角度变换器可以避开这一难题。电容式角度变换器具有精度高、灵敏度高、构造简单和温度恒定好等长处。它可以在低温、高温、强磁场和强辐射等恶劣的环境下运用，具有更好的
33、适应性。电容式角度变换器是根据平行板电容规律制成的。其工作规律为：电容极板间距和介质的介电常数不变时，机器角度的变化会改变两个极板间的相对面积发生变化，导致电容的变化，电容值与角度值成一定数学关系相干。23本设计选用电容式角度变换器设计智能角度衡量仪，适用于高新科技产业、工业制造和机器制造等领域。智能角度衡量仪采用电容式角度变换器，所以选取适当的电容衡量方法是非常紧要的。传统的电容检测方法有：谐振法、振荡法、充放电法、交流电桥 法。26所采用的检测电流路线中常用的是充放电检测电流路线和交流 C/V 电容检测电流路线。24（1）直流充放电检测电流路线 直流充放电电流路线规律为通过 CMOS 开关
34、控制，给未知电容充电并向电荷检测器放电，以频率为f实行周期充、放电，衡量获取值电压与频率、电容相干，可求出未知电容。差动式充放电电流路线的最大的长处是能抑制杂散电容，通过软 件补偿后恒定较好。25缺点是由于电容的充、放电由 CMOS 开关控制，有电荷注入需回答的内容，同时有漂移量较大的需回答的内容。 （2）交流 C/V 电容检测电流路线 交流 C/V 电容检测电流路线如图 2.1 所示。正弦标志 U S（t） 对被测电容实行激励，电流通过fR、fC和运算放大器D组成的放大电流路线，获取值电压与被测电容成正比。衡量历程为：衡量的电容值通过 C/V 转变变成电压标志，并通过放大电流路线放大，编写到
35、相敏解调电流路线中，由滤波器滤掉杂散的交流电压标志，获取值稳定的电压标志，最后将获取值的电压标志 通过 A/D 转变，转化为数字标志。26 交流 C/V 电容检测电流路线的解析度和信噪比较高，偏差小，但是电流路线设计繁琐，开发周期长，衡量频率较慢。对于电容的衡量，传统的衡量方法有一定的局限性，电流路线设计繁琐和电容 衡量界限小都导致了电容变换器的开发困难。27德国 Acam 公司的 PICOCAP 衡量规律突破了原有的处理方法，推出 ADCAP 芯片。该芯片带有内部 DSP 单片机的芯片，具有强大的数值处理功能，可以到达电容的高精度衡量。 ADCAP 是一款电容衡量芯片，其内部附有单片机处理板
36、块，可以对微小电容衡量并实行电容数字转变。芯片的衡量界限从几f F到几百n F，能到达精度 为 22 位有效位的衡量，并且最高的快速衡量速度为 50 万次每秒，满足高速衡量的需求。芯片内部有对电容衡量数值的校准机制，可以通过 SPI 或者 IIC 接 口实行数值传输，供 MCU 处理。ADCAP 芯片封装尺寸小，对外部元器件需求少，衡量精度高，数值处理速度快，而且芯片配置简单，极大地降低系统设计的投入和开发难度，完全适用于本试验对电容的衡量。 2.2.3 主掌控器选型设计 市面上主流的控制芯片有 8 位的 51 系列单片机、 16 位的 MSP430 系列单片 机以及 32 位的 STM32
37、系列单片机。 51 系列单片机是一种低功耗、高性能的 8 位微掌控器28。其具有 40 个 I/O 口，3 个 16 位的定时/计数器，1 个全双工异步串口29。51 系列的单片机控制方便，价格低廉，程序编写较为简单。但是储藏小、处理速度慢、可用的接口少不适用于本设计。 MSP430 系列单片机是一种新型 16 位单片机，具有功耗小和处理速度快的 特点。30内置多种中断源，和多种寻址方式，支持多种精简的指令，方便开发。但是由于储藏小，不适用于本设计。 STM32F4 系列芯片基于 ARM Cortex-M4 内核，针对高性能、低投入、低 功耗的嵌入式应用而设计31。该芯片具有自适应实时存储器加
38、速器，最高工作 频率 168MHZ，210DMIPS。同时，集成了单周期 DSP 指令和 FPU 运算能力， 是一种有强大运算能力的掌控器。其中 STM32F405RG 芯片集成 1MFLASH 和 192KB SRAM，特点是数值存储量大，擦除和改写速度快。具有数值处理快、 易于开发、投入低的特点，适用于本设计。32,33根据设计要求，核心掌控器板块需要对电容标志做数值处理，写入角度衡量方法，则需要一款数值处理速度快、可靠性强的的芯片。其次，设计中要求具有展现板块、下载板块、通信板块、电容衡量板块，则需要选择一款接口较 多的芯片。所以采用 STM32F405RG 芯片作为智能角度衡量仪的核心
39、掌控器板块。 1.1.1.1系统总设计本文基于在众多角度变换器中选择了电容式角度变换器，设计出了智能角度衡量仪。实践应用表明，智能角度衡量仪到达了高精度、检测方便、响应速度快的衡量，可广泛应用于工业衡量与其它角度衡量领域。根据设计要求和方 案选型，提出智能角度衡量系统的总体设计方法，如图 2.2 所示。系统的核心处理器为 STM32 掌控器。提出一种电容式角度变换器构造，可 以到达 0360 度衡量。考虑到传统电容检测方法具有电流路线繁琐、采集速度慢、精确度低、投入高和开发周期长的特点，采用了一种对于微小电容的检测方法， 基ADCAP 芯片，到达电容衡量并实行电容数字转变，芯片采用 SPI 串
40、行通 信方式与 S7无锡职业技术学院 毕业设计（论文）题 目 基于 UG 的弧焊机器人离线编程与统计方法的焊接质量判定英文并列题目 Off-line programming of arc welding robot based on UG and welding qualification based on statistic methods院 系 机械技术学院 班 级 模具21531 学生姓名 高 学 号 指导老师（1） 职 称 教授 指导老师（2） 职 称 答辩委员会主任 主答辩人 二 零 一八 年 四 月中文摘要随着人们生活条件的日益改善，单一商品的模式已经无法满足人们对商品多样性的需求
41、。因此，小批量多样性的生产模式应运而生。对与焊接机器人相关的生产提出了更高的要求。传统的弧焊机器人在线编程方法已经不能满足上述要求。除此之外，弧焊机器人的在线编程需要机器人停止工作，不但降低了效率， 而且增加了生产成本。鉴于此，弧焊机器人的离线编程方法便成为近年来焊接领域主要的研究內容。本文以 UG NX4.0 作为开发平台，以 VC+作为开发工具，对 MOTOMAN HP6 型弧焊机器人进行了离线编程的研究。同时，利用统计学方法对焊接质量进行了在线判定。主要研究內容如下：首先, 依照 MOTOMAN HP6 型弧焊机器人及变位机各连杆的实际尺寸对该型号弧焊机器人和变位机进行了三维建模。弧焊机
42、器人的设备建模包括三个重要的模块：零件建模模块、装配建模模块以及运动学模块。其次，对各个部件模型进行装配，并且建立了三维运动仿真模型；运用UG/OPEN API 提供的二次开发函数，建立了连杆坐标系下的弧焊机器人的运动学模型；阐述了模型的建立方法、装配方式以及模型的运动仿真；运用四个 D-H 参数，计算出此弧焊机器人的运动学正解和运动学反解；开发了以板对接接头模型和管状焊缝模型为主的焊接工件特征建模库。再次，运用关节空间法和直角空间法相结合的方法，在 Matlab 软件中通过仿真运行运动过程中的插补点，得到了 MOTOMAN HP6 型弧焊机器人关节空间关节角度的变化曲线。然后，通过计算马哈拉
43、诺比斯距离以及利用正态分布原理对焊接质量进行了在线判定。在施焊过程中通过改变焊接参数制造出焊接缺陷，同时采集焊接过程中的焊接电流以及电弧电压。运用马哈拉诺比斯距离的判定思想和正态分布原理对所采集到的电流值与电压值通过 Matlab 软件进行计算，利用计算结果判定焊接质量的好坏。最后，根据马哈拉诺比斯距离以及正态分布的思想，给出了焊接质量的判定公式和基准值，据此开发了可以进行焊接质量在线判定的软件和硬件设备。经过大量实验验证，该设备完全可以对焊接质量进行在线判定，为焊接生产提供强有力的质量保证。关键词：离线编程，Unigraphics，马氏距离，正态分布，质量判定ABSTRACTWith the
44、 peoples daily improving the living conditions, the one-commodity model cant meet people demands for commodity diversification. Therefore, the models of small-batch and diversification production are born at the right moment. Higher requirements for productions relevant to welding robot are put forw
45、ard. The methods of conventional on-line programming of arc welding robot cant satisfy the requirements above. Besides, on-line programming of arc welding robot needs robot to stop work, which not only saps the efficiency but also increases the production costs. In view of the above, the methods of
46、off-line programming of arc welding robot have become the main research contents in the field of welding in recent years.In this dissertation, the research on off-line programming of MOTOMAN HP6 arc welding robot is taken by using UGNX4.0 as development platform and using VC+ as development tool. Me
47、anwhile, the qualification of welding quality is performed by using statistics methods. The main research substances are as follows:First, 3D models of MOTOMAN HP6 arc welding robot and positioner are founded at their actual sizes. The equipment modeling of arc welding robot includes three key modules: parts modeling module, assembly modeling module and kinematic module.Second, various parts models are assembled and 3D motion simulation models are founded. The kinematic models of arc welding robot in a link frame are set up using secondary development functions provided by UG/OPEN API. The e
