透镜焦距测定仪的高精度、智能化研究.docVIP

申报作品情况 作品全称 透镜焦距测定仪的高精度、智能化研究 作 品 分 类 学术论文 √实验制作 课程论文 创新论坛 作品的设计目的和基本思路 (相关材料作为附件,如论文、研究报告、装置图片、试验数据、原理结构图、外观图、鉴定证书和应用证书等。) 发明目的：提高测量透镜焦距的精确度与简单化，解决人眼测量时的各种弊端，使测量过程自动化、高效化、智能化。 主要功能：自动测量和显示透镜焦距 设计方案： 思路框架图： 图一：总框架图 一方面，光源通过被测透镜照到光电转换模块上，光信号被转化为电信号，再通过模数转换模块将模拟信号转换为数字信号，最后将采集的数字信号传给单片机分析处理,根据单片机接收信号分析出光强最强的位置，另一方面，电动机驱动光敏电阻移动，时刻将电动机的转数信号传给单片机，“+1”表示正传一圈，“-1”表示倒转一圈，最后得到光强最大时的转数，以此算出焦距的大小，并通过数码管直观的读取出来。 光电转换模块的设计 本模块主要用到的电子元件是光敏电阻，光敏电阻具有灵敏度高抗过载能力强和寿命长等特点，因此焦距的测量可以得到很高的精度。把光敏电阻与一个高精度的稳定性好的定值电阻串联，并用5V电压源供电，由于光敏电阻两端电压在小压值范围内浮动比较大，直接测量误差比较大，为次，我们采取测量定值电阻两端电压的方法，即可把不同的电阻值转化为不同的电压值，于是，就把对光照信号的处理转化为对电压信号V的处理。设计的电路如下图所示： 图二：光电转换模块电路 模数转换模块的设计 本模块用到的主要元件是模数转换芯片，选用的型号是ADC0804，ADC0804因其价格低廉而应用广泛，主要特点是：数模转换时间大约100us;方便的TTL或CMOS标准接口；可以满足差分电压输入；参考电压输入端，内含时钟发生器；单电源工作时（0~5V）输入信号电压范围0~5V，不需要调零等。 表一：ADC0804LCN 主要参数分辨率 8 Bits 工作电压 4.5-6.3 V 吞吐率 10 KSPS 输入通道数 1 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 基于负载、电路特点、成本等多方面因素考虑，最后我们选用的是42系列步进电机，基本参数如下表所示： 表二：42步进电机 电流 1.2A 电阻精度 电阻 3.2 电感精度 静力矩 52N.cm 温升 80℃ Max. 机身长度 48mm 环境温度 -20℃~50℃ 引线数 4线 绝缘电阻 100M Min.500V DC 电机重量 350g 耐压 500V AC lminute 表三：42电机驱动器DM420A输入电压 直流12～40V输入(极限) 输入电流 小于2安培 输出电流 0.44A～2.83A(PEAK) 功???耗 40W 温???度 工作温度-10～45℃；存放温度-40℃～70℃ 湿???度 不能结露，不能有水珠 气???体 禁止有可燃气体和导电灰尘 重???量 70克 作品的设计目的和基本思路 (相关材料作为附件,如论文、研究报告、装置图片、试验数据、原理结构图、外观图、鉴定证书和应用证书等。) 图七：最终实物模型图 说明：必须由申报者本人（代表）填写 作品创新点、技术难点、实际应用和特色等 运用单片机控制技术，解放了人的双手，使测量完全机械化、自动化、高效化。 测量精度比人眼测量高，精确度可以达到0.1mm，甚至更高，解决了人力测量误差大，结果不稳定的问题。 单片机控制步进电机技术成熟，比较容易与其他控制系统结合，并且，产品成本低，测量精确度高，实际应用价值大，可以大规模生产。 为了保证测量精度，要求电动机的驱动齿轮精度高，受外界影响小。 定值电阻的精确度直接影响到焦距测量的精度，制造更稳定的定值电阻是保证该仪器高精度的前提，这是首先要解决的问题。 作品的展示形式 实物（外观尺寸） 展板（90×120） 其他（请具体说明） 其他说明 参考文献： [1] 单片机的C语言应用程序设计(第4版).北京航空航天大学出版社2007,34-21 [2] 电路、系统与设计(第2版).电子工业出版社 2010,35-5 [3] 陈炳和.《计算机控制原理与应用》.北京航空航天大学出版社,2008