機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率測(cè)試儀設(shè)計(jì)

機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率測(cè)試儀設(shè)計(jì),機(jī)動(dòng)車(chē),后視鏡,反射率,測(cè)試儀,設(shè)計(jì) 摘要 隨著汽車(chē)工業(yè)的急速發(fā)展，智能化，環(huán)?；拍畹奶岢?，作為汽車(chē)“后眼”的外后視鏡從外觀及功能上也不斷更新?lián)Q代。本文跟隨時(shí)代潮流，為解決當(dāng)前測(cè)試儀在實(shí)際應(yīng)用中存在的不足問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款性價(jià)比較高的機(jī)車(chē)后視鏡測(cè)試儀。其下位機(jī)控制部分選用AT89C52單片機(jī)，該款單片機(jī)具有操作簡(jiǎn)單，使用普遍，價(jià)格低廉，性能可靠，并能完成復(fù)雜控制系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。在積分球設(shè)計(jì)方面與之前相比在性能方面也有了相應(yīng)的優(yōu)化。 本次設(shè)計(jì)的機(jī)車(chē)后視鏡反射率測(cè)試儀主要由積分球、箱體、前門(mén)、探測(cè)器、校準(zhǔn)板、開(kāi)關(guān)、電源插座、顯示器等部件組成；采用solid works進(jìn)行以上零部件件三維建模，并完成裝配；此外，對(duì)于主要零部件以及裝配體，利用autocad進(jìn)行二維設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：反射率；測(cè)試儀；AT89C52單片機(jī)；三維建模 0 Abstract With the rapid development of automobile industry, the concept of intelligence and environmental protection is put forward, and the external rear-view mirror, as the rear-eye of automobile, is constantly updated in appearance and function. This article follows the trend of the times, in order to solve the shortcomings of the current tester in practical application, design a high cost-effective locomotive rearview mirror tester. AT89C52 single chip microcomputer is used in the control part of the lower computer, which has the advantages of simple operation, universal use, low price, reliable performance, and can complete complex control system. In terms of integral ball design compared with the previous performance has also been optimized accordingly. This design of locomotive rearview mirror reflectivity tester is mainly composed of integral ball, box, front door, detector, calibration board, switch, power outlet, display and other components; using solid works to do the above parts three-dimensional modeling, and complete assembly; in addition, for the main parts and assembly, the use of autocad for two-dimensional design. Key words: reflectance; tester; AT89C52 MCU ;3D modeling 3 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1引言 1 1.2 1 1.3國(guó)內(nèi)外后視鏡檢測(cè)儀的現(xiàn)狀 1 1.3.1國(guó)內(nèi)外后視鏡檢測(cè)儀的發(fā)展 1 1.3.2后視鏡檢測(cè)儀的分類(lèi) 3 1.4課題的研究?jī)?nèi)容 4 第 2 章 技術(shù)指標(biāo)要求及測(cè)量定理 5 2.1設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)與要求 5 2.1.1后視鏡的分類(lèi) 5 2.1.2測(cè)試儀的系統(tǒng)要求 6 2.2檢測(cè)方法 7 2.3測(cè)量原理 8 第3章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 3.1光學(xué)部件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 3.1.1光源的選取 10 3.1.2平行光管 10 3.1.3積分球 11 3.2 后視鏡位移傳動(dòng)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 3.2.1絲杠滑臺(tái)電機(jī)選取及計(jì)算 13 3.2.2絲杠選取及計(jì)算 13 3.2.3軸承選取 15 3.2.4聯(lián)軸器選取 15 3.2.5待測(cè)后視鏡安裝 16 第 4 章 電控部分設(shè)計(jì) 17 4.1單片機(jī)選擇及功能介紹 17 4.1.1單片機(jī)方案選擇 17 4.1.2單片機(jī)介紹 18 4.2光電接收電路 19 4.2.1前置放大及濾波電路 19 4.2.2光電接收器電路 19 4.2.3 A/D轉(zhuǎn)換部分 20 4.3光柵尺采集電路 20 4.4光源恒流控制 21 4.4.1數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832 21 4.4.2恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路 22 4.5電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 22 4.6音樂(lè)報(bào)警線路的控制 23 4.7串口通信控制 23 第5章 人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 5.1人機(jī)交互界面簡(jiǎn)介 25 5.2人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 25 5.3功能介紹 27 第 6 章 工程定額概算 30 6.1 反射率測(cè)試儀制作成本預(yù)算 30 6.2 機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率測(cè)試儀制作過(guò)程管理 31 結(jié) 論 33 參考文獻(xiàn) 34 致 謝 36 第 1 章 緒 論 1.1引言 作為現(xiàn)代化工具，機(jī)動(dòng)車(chē)在人類(lèi)社會(huì)中被廣泛使用，已然成為不可替代的工具之一，機(jī)動(dòng)車(chē)的安全性也受到廣泛關(guān)注。機(jī)動(dòng)車(chē)上的后視鏡是機(jī)動(dòng)車(chē)非常重要的安全部件，隨著機(jī)動(dòng)車(chē)的發(fā)展而產(chǎn)生，其安全標(biāo)準(zhǔn)同樣重要。在機(jī)動(dòng)車(chē)發(fā)展初期，由于車(chē)速慢、機(jī)動(dòng)車(chē)少，后視鏡并沒(méi)有被人們使用。但是隨著車(chē)輛增多、車(chē)速變快，在機(jī)動(dòng)車(chē)變線超車(chē)、或交通擁擠的情況下,機(jī)動(dòng)車(chē)的事故率在逐漸增加增加，因此為了解決是這一問(wèn)題，后視鏡才被人們發(fā)明出來(lái)。使用后視鏡可以讓駕駛員間接得看見(jiàn)機(jī)動(dòng)車(chē)后方和側(cè)方情況，這就相當(dāng)于是駕駛員的“第二只眼睛”。后視鏡的使用能夠方便得擴(kuò)大駕駛員所能看到的的視野范圍，了解車(chē)輛周?chē)矬w的動(dòng)向從而有力地保障了駕駛員的行車(chē)安全性。 傳統(tǒng)后視鏡主要包括鏡面，鏡架以及輔助部件，鏡的形狀為圓形或正方形。 而現(xiàn)在的后視鏡的結(jié)構(gòu)和形狀發(fā)生了重大變化，以使其盡可能滿足安全要求，提高操作便利性并滿足個(gè)性化需求，并且許多機(jī)械構(gòu)件和電子設(shè)備已添加到后視鏡中。 后視鏡反射率測(cè)試儀的研究是為了檢測(cè)當(dāng)后視鏡反射率是否能達(dá)到相關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，后視鏡鏡面的質(zhì)量是否合格。 1.2課題的研究意義 汽車(chē)的后視鏡好像是駕駛員的二只眼睛，有助于幫助人們查看路面情況。但如果這兩個(gè)眼睛有缺陷，它就會(huì)給汽車(chē)安全駕駛帶來(lái)隱患。為了確保汽車(chē)使用者的駕駛安全性，后視鏡的檢測(cè)工作尤其重要，需要受到特殊標(biāo)準(zhǔn)的限制。反射鏡反射率是一個(gè)重要指標(biāo)，不合格的后視鏡是為了給用戶帶來(lái)安全性風(fēng)險(xiǎn)，我國(guó)為了規(guī)范后視鏡的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布了后視鏡性能和安裝標(biāo)準(zhǔn)，給出了用于測(cè)量后視鏡的反射率的方法和要求，這大大提高了使用后視鏡的安全性。所以制造的后視鏡必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢查，符合所有安全標(biāo)準(zhǔn)的后視鏡才是有資格的可以用來(lái)使用的。 本文針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡安全性檢測(cè)的問(wèn)題提出了一種后視鏡測(cè)試儀，它可以檢測(cè)機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。此系統(tǒng)針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡的反射率這一安全因素利用光機(jī)電結(jié)合的方法可以判斷機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率是否符合要求。有了這樣一個(gè)測(cè)試儀，對(duì)于保障后視鏡實(shí)物的安全性要求提供良好的途徑。測(cè)試儀通過(guò)尋找后視鏡反射率的問(wèn)題可以更好的改善制作工藝，所以設(shè)計(jì)后視鏡檢測(cè)儀是對(duì)后視鏡生產(chǎn)有一定實(shí)際意義的。 1.3國(guó)內(nèi)外后視鏡檢測(cè)儀的現(xiàn)狀 1.3.1國(guó)內(nèi)外后視鏡檢測(cè)儀的發(fā)展 華中理工大學(xué)光電子工程系的李穎文等人在1998年提出了自動(dòng)快速測(cè)試磁光盤(pán)反射率的雙通道測(cè)試方法 ,討論了磁光盤(pán)反射率測(cè)試儀的誤差來(lái)源 ,并通過(guò)磁光盤(pán)反射率測(cè)試儀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) ,提高了磁光盤(pán)反射率測(cè)試儀的測(cè)試精度。 徐紅光等人于2002年對(duì)現(xiàn)代汽車(chē)后視鏡進(jìn)行了綜合分析，分析了現(xiàn)代汽車(chē)后視鏡的結(jié)構(gòu)與工作原理，包括結(jié)構(gòu)、材料以及鍍層等，還分析了現(xiàn)代汽車(chē)后視鏡的分類(lèi)及其特點(diǎn)，按布置位置分為內(nèi)后視鏡和外后視鏡，按鏡面形狀分為平面鏡、凸面鏡，而凸面鏡又分為球面鏡、雙曲率鏡面，變曲率鏡面以及全景后視鏡等，按操作時(shí)的調(diào)節(jié)方式分類(lèi)分為固定式后視鏡、直接調(diào)節(jié)鏡面式后視鏡以及電動(dòng)后視鏡等。后面又總結(jié)了光學(xué)后視鏡的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，成本低，安裝方便，節(jié)省空間等；缺點(diǎn)：無(wú)法根除視覺(jué)盲區(qū)，難以消除物象失真，光線不足或過(guò)強(qiáng)時(shí)觀察困難以及存在時(shí)差盲點(diǎn)等。并在最后總結(jié)了后視技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，即對(duì)后視鏡改進(jìn)內(nèi)容應(yīng)圍繞后視安全性、操作方便性、經(jīng)久耐用性和美觀協(xié)調(diào)性等方向發(fā)展。 2005年以及2006年Alan J DeWeerd，Lyth，David等人對(duì)汽車(chē)后視鏡的相關(guān)檢測(cè)儀器進(jìn)行了系統(tǒng)詳盡的分類(lèi)與整合。按按檢測(cè)對(duì)像來(lái)劃分，汽車(chē)后視鏡檢測(cè)儀可分為：專(zhuān)用型和通用型；按檢測(cè)鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)角度的方法來(lái)劃分，汽車(chē)后視鏡檢測(cè)儀可分為：基于傾角傳感器、基于位移傳感器、基于影像傳感器三種外后視鏡檢測(cè)儀。其中專(zhuān)用型外后視鏡檢測(cè)儀就是指專(zhuān)為一種外后視鏡設(shè)計(jì)的檢測(cè)設(shè)備，一般是由汽車(chē)整車(chē)廠指定廠家生產(chǎn)（一般為國(guó)外引進(jìn)），通用型外后視鏡檢測(cè)儀是指該檢測(cè)設(shè)備適用于各類(lèi)電動(dòng)外后視鏡使用；基于傾角傳感器的外后視鏡檢測(cè)儀是指檢測(cè)外后視鏡鏡片偏轉(zhuǎn)性能的方案采用傾角傳感器，基于位移傳感器的外后視鏡檢測(cè)儀是指檢測(cè)外后視鏡鏡片偏轉(zhuǎn)性能的方案采用位移傳感器（LVDT），基于影像傳感器的外后視鏡檢測(cè)儀是指檢測(cè)外后視鏡鏡片偏轉(zhuǎn)性能的方案采用影像傳感器。 沈陽(yáng)紫微機(jī)電設(shè)備有限公司的冀中祥于2007年對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡質(zhì)量控制的需要，冀中祥設(shè)計(jì)研制了一種測(cè)量機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率參數(shù)的測(cè)試儀，著重?cái)⑹隽嗽摐y(cè)試儀的測(cè)試原理、結(jié)構(gòu)和測(cè)量精度分析。該測(cè)試儀采用比較測(cè)量法、光電積分和單片機(jī)相結(jié)合，不僅具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便 、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，而且還具有測(cè)量精度高及重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。研究設(shè)計(jì)的測(cè)試儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量簡(jiǎn)便快速并能直觀得出反射率數(shù)值。且該測(cè)試儀采用比較測(cè)量法、光電積分和單片機(jī)相結(jié)合，不僅具有外觀精美、操作方便 、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，而且在測(cè)量精度及重復(fù)性上還具有完全符合并高于國(guó)家對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率性能檢測(cè)的要求。為機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)提供必要的參考。 在2011年武漢理工大學(xué)汽車(chē)學(xué)院的馬東杰，屈金龍從汽車(chē)倒車(chē)安全性方面考慮，著重且系統(tǒng)的研究了汽車(chē)后視鏡的發(fā)展演變歷程以及其對(duì)倒車(chē)安全性能的影響，從后視鏡功能來(lái)看，鏡片由傳統(tǒng)的平面鏡、球面鏡，向雙曲率鏡、變曲率鏡、全景后視鏡發(fā)展，力求減少外后視鏡的盲區(qū)，改善汽車(chē)后視鏡的安全性功能，為汽車(chē)后視鏡朝著更為良好的安全性能的進(jìn)步提供了發(fā)展方向方面的較大支持。 Daniele Romanini于2014年對(duì)光學(xué)諧振腔激發(fā)場(chǎng)進(jìn)行了較為深入的模擬研究，假設(shè)近軸近似，Daniele Romanini推導(dǎo)了高斯光束在光腔的高斯-赫姆特橫向電磁（TEM）模式上的投影系數(shù)的有效遞歸表達(dá)式。雖然先前的研究考慮了具有圓柱對(duì)稱(chēng)性的腔，但新的推導(dǎo)考慮了“簡(jiǎn)單”的像散和橢圓率，這使得它可以處理更多現(xiàn)實(shí)的光學(xué)系統(tǒng)。高斯光束在腔TEM模式上的最終擴(kuò)展提供了腔內(nèi)，透射和反射中激發(fā)場(chǎng)分布的精確模擬。特別是，這要求包括通常在教科書(shū)中忽略的反向傳播的TEM模式。作為對(duì)復(fù)雜案例的說(shuō)明性應(yīng)用，新的模擬可重入腔配置，其中在腔輸出處獲得Herriott點(diǎn)。模擬研究表明，散光腔的情況也很容易建模。就我們所知，此類(lèi)相關(guān)應(yīng)用通常在簡(jiǎn)化的幾何光學(xué)近似下或使用較重的數(shù)值方法進(jìn)行處理。 Xiaoming Zhu等人于2015年對(duì)間接ADC最佳參數(shù)選擇的分析測(cè)量進(jìn)行了深入研究，提出了在間接測(cè)量中如何選擇最佳的ADC參數(shù)，包括分辨率，采樣率，ADC的采樣誤差和系統(tǒng)誤差。以光時(shí)間常數(shù)在腔衰蕩光譜中的擬合為例，依次模擬ADC的分辨率，采樣率和采樣誤差（有/無(wú)系統(tǒng)誤差）對(duì)擬合精度的影響。分析和模擬了鏡面反射率對(duì)擬合函數(shù)參數(shù)的影響。給出了在不同鏡面反射率下區(qū)分1 ppbv甲烷濃度的ADC參數(shù)。得出相應(yīng)結(jié)論，ADC是AD系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，其分辨率和采樣率直接確定位寬和最小數(shù)字系統(tǒng)的工作頻率，對(duì)電路設(shè)計(jì)。通過(guò)擬合CRDS系統(tǒng)的照相時(shí)間常數(shù)，ADC的分辨率對(duì)擬合的影響更大精度高于采樣率，降低采樣誤差將得到最佳擬合精度，并且在選擇ADC單個(gè)對(duì)象時(shí)應(yīng)該考慮活動(dòng)擬合功能。 另外，系統(tǒng)噪還應(yīng)包括在ADC采樣誤差中以獲得標(biāo)稱(chēng)值采樣精度。因此，根據(jù)以上分析，可以選擇具有合適分辨率和采樣率的ADC使儀器以最佳的位寬和頻率工作在間接測(cè)量中具有設(shè)計(jì)靈敏度。 1.3.2后視鏡檢測(cè)儀的分類(lèi) 通過(guò)查閱文獻(xiàn)[21][22]可以知道后視鏡檢測(cè)儀有幾種分類(lèi)方法。根據(jù)后視鏡檢測(cè)儀的檢測(cè)對(duì)象來(lái)說(shuō)可分為專(zhuān)用型和通用型這兩種后視鏡檢測(cè)儀，根據(jù)測(cè)量鏡面時(shí)的轉(zhuǎn)角方式來(lái)說(shuō)可分為基于傾角的傳感器的機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡檢測(cè)儀、基于位移的傳感器的機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡檢測(cè)儀和基于影像的傳感器的機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡檢測(cè)儀三種。 （1）專(zhuān)用型外后視鏡性能檢測(cè)儀 專(zhuān)用型的外部后視鏡檢測(cè)儀一般由國(guó)外進(jìn)口的汽車(chē)制造商指定的制造商制造，一般專(zhuān)門(mén)為某一種特定外后視鏡檢測(cè)所用。這種檢測(cè)儀是操作簡(jiǎn)單，不需要調(diào)整檢測(cè)器的參數(shù)，性能更加穩(wěn)定，對(duì)特定型號(hào)的后視鏡不需要重復(fù)調(diào)試設(shè)備。但是它價(jià)格較高，所以這種檢測(cè)儀通常用在銷(xiāo)量較高的車(chē)型上的外后視鏡或豪華品牌車(chē)的外后視鏡上。 （2）通用型外后視鏡性能檢測(cè)儀 通用型外后視鏡檢測(cè)儀是指可以應(yīng)用于各種外部后視鏡的測(cè)試裝置。它的普遍性強(qiáng)，測(cè)試項(xiàng)目靈活，成本較低，但如果使用的是不同類(lèi)型的后視鏡，工程師需要相應(yīng)調(diào)整或改變測(cè)試設(shè)備的一些參數(shù)。操作比專(zhuān)用測(cè)試儀復(fù)雜。這種類(lèi)型的測(cè)試器主要用于中型和低端車(chē)型的后視鏡。 （3）基于傾角傳感器的外后視鏡性能檢測(cè)儀 是基于角度傳感器來(lái)檢測(cè)外部后視鏡的偏轉(zhuǎn)性能的檢測(cè)儀，它的低成本但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢測(cè)速度慢。在檢測(cè)之前需要將傳感器模塊配置在鏡片中心且在檢測(cè)過(guò)程中，機(jī)械構(gòu)造和傳感器接觸鏡片有可能對(duì)鏡頭造成損傷。 （4）基于位移傳感器的外后視鏡性能檢測(cè)儀 是一種基于位移傳感器檢測(cè)外部后視鏡偏轉(zhuǎn)性能的檢測(cè)儀，它具有高檢測(cè)精度可以精確到0.1度，傳感器具有的高速響應(yīng)速度（超過(guò)200Hz）和簡(jiǎn)單的機(jī)械構(gòu)造，但同樣有可能損傷鏡片。 （5）基于影像傳感器的外后視鏡性能檢測(cè)儀 是一種基于圖像傳感器用于檢測(cè)外部后視鏡透鏡的偏轉(zhuǎn)性能的檢測(cè)儀。具有高檢測(cè)精度、高檢測(cè)效率而且傳感器或機(jī)器結(jié)構(gòu)無(wú)需與鏡頭接觸，也不會(huì)對(duì)鏡面造成任何損害，鏡面外觀可由圖像傳感器識(shí)別來(lái)判斷缺點(diǎn)但是成本高。檢測(cè)器采用了高級(jí)的圖像分析技術(shù)，以交叉激光射線作為透鏡的基準(zhǔn)坐標(biāo)，用于判定旋轉(zhuǎn)透鏡的旋轉(zhuǎn)角度和范圍。 1.4課題的研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)涉及到的基本技術(shù)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)的基本原理及應(yīng)用、機(jī)械原理及設(shè)計(jì)、機(jī)電一體化等，軟件方面涉及到CATIA三維建模、Proteus電路仿真繪制、Keil編程軟件、PCCAD二維圖繪制、Labview上位機(jī)編程等應(yīng)用，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、編程能力、軟件使用能力的培養(yǎng)具有重要意義。 本課題主要進(jìn)行了如下四個(gè)方面的研究： （1）機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率測(cè)試儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （2）機(jī)動(dòng)車(chē)后視鏡反射率測(cè)試儀的位移傳動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （3）電路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （4）人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)。 第 2 章 技術(shù)指標(biāo)要求及測(cè)量定理 依 據(jù) GB 15084-2006 《 機(jī) 動(dòng) 車(chē) 輛 后 視 鏡 的 性 能 和 安 裝 要 求 》、 CNCA-02C-059:2005《機(jī)動(dòng)車(chē)輛產(chǎn)品強(qiáng)制性認(rèn)證實(shí)施規(guī)則—汽車(chē)后視鏡產(chǎn)品》，設(shè) 計(jì)一套后視鏡反射率測(cè)試儀，用于測(cè)定汽車(chē)后視鏡反射率。 設(shè)計(jì)人機(jī)界面功能，采用 windows XP 操作系統(tǒng)，主要進(jìn)行試驗(yàn)信息輸入、傳感器標(biāo)定、試驗(yàn)參數(shù)設(shè)定、試驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄及報(bào)告生成等。 系統(tǒng)要求：（1）光源：符合 CIE 標(biāo)準(zhǔn)光源；工作相關(guān)色溫 T68=2855.6K； （2）接收器：符合 CIE（1931）標(biāo)準(zhǔn)視見(jiàn)函數(shù)； （3）幾何條件：入射角為 25°±5°； （4）測(cè)量范圍：反射比 0～100% ； （5）零位漂移 10 分鐘不大于±0.001； （6）測(cè)量重復(fù)性不大于 0.01； （7）測(cè)量誤差：±1％；測(cè)量速度：< 1 秒。 2.1設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)與要求 2.1.1后視鏡的分類(lèi) （1）平面鏡 這種反射鏡的鏡面是沒(méi)有曲率的平面。優(yōu)點(diǎn)是可以顯示與實(shí)際物體相同的物體的大小，后視鏡的圖像不存在失真，看到的情況實(shí)際上是機(jī)動(dòng)車(chē)后面的實(shí)際情況。但是這種后視鏡視野狹窄，后視范圍比較小，所以在行車(chē)時(shí)使用這種后視鏡比較危險(xiǎn) （2）凸面鏡 凸面鏡是有曲率的鏡面，它可以增大觀察者的視野，在后視鏡上的凸透鏡由以下幾種： 1）球面鏡 球面鏡能夠使鏡中的物體縮小從而使視野更寬，但實(shí)際上無(wú)法反映物體真正大小和真實(shí)的距離。所以球面曲率的設(shè)計(jì)就成為了重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)來(lái)提高反射鏡的安全性，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定曲率半徑不得小于1200毫米，曲率半徑通常為1400毫米。 2）雙曲率鏡面 雙曲后視鏡鏡目前是比較新的反射鏡，可以彌補(bǔ)球面鏡反射物體不真實(shí)以及平面反映物體視野狹窄的缺點(diǎn)。雙曲率鏡部分被設(shè)計(jì)成曲率半徑變大的鏡面，SR 2000基本上可以解決失真問(wèn)題，并且為可變曲率反射鏡的設(shè)計(jì)提供了良好的轉(zhuǎn)變條件。 3）變曲率鏡面[3] 變曲率的反射鏡可以根據(jù)車(chē)輛種類(lèi)、駕駛員的視角和相對(duì)位置對(duì)凸透鏡的鏡面曲率進(jìn)行改變，這一變化是基于光學(xué)原理來(lái)進(jìn)行的，能夠選擇不同的曲率半徑過(guò)渡。以這種方式，可以在反射物體基本上沒(méi)有失真的狀態(tài)下進(jìn)一步擴(kuò)大視角并且可以減少視覺(jué)盲區(qū)。 4）全景后視鏡 為了解決司機(jī)的盲點(diǎn)問(wèn)題，國(guó)外發(fā)明并采用了全景后視鏡，后視鏡的中央部分的三分之二是平面鏡而外側(cè)的三分之一是具有圓弧較大的凸面鏡，行車(chē)時(shí)可以在車(chē)內(nèi)觀看全景從而消除盲點(diǎn)、擴(kuò)大視野。 2.1.2測(cè)試儀的系統(tǒng)要求 （1）光源和光檢測(cè)器的光譜特性[2] 1）通過(guò)使用穩(wěn)壓電源來(lái)使CIE標(biāo)準(zhǔn)光源A產(chǎn)生的一束平行光，光束透過(guò)鏡片形成光源。 2）光檢測(cè)器的光譜響應(yīng)與CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀測(cè)儀的亮度函數(shù)成正比。接受部件采用內(nèi)壁涂上無(wú)光澤白色涂料的光集成球體。 （2）幾何條件 1）入射光線與試驗(yàn)鏡面表面的垂線成（）角。如圖2-1所示，接收裝置軸線和試驗(yàn)鏡面的垂線成角度，且大小等于入射角的角度。光束在鏡面形成的圓形半徑要大于19毫米，照在檢測(cè)器上的面積不能太大但也要大于檢測(cè)器感光面積的一半 2）在光接收單元中使用光積分球的情況下球的直徑不小于127mm，透鏡測(cè)試的開(kāi)口和球面壁的光束完全通過(guò)入射光束和反射光，光檢測(cè)器被放置在反射器的入射和反射光沒(méi)有直接照到的位置。 圖2-1兩種標(biāo)定方法所用反射率測(cè)試儀的幾何關(guān)系 （3）光檢測(cè)器—指示儀表裝置的電特性 光檢測(cè)元件的讀數(shù)與入射光的亮度成線性關(guān)系。為了校準(zhǔn)儀器，可以使用光和電組合的方法但是不能影響設(shè)備的線性和光譜特性。接收系統(tǒng)的精度在全比例的2%以內(nèi)或讀取值的10%以內(nèi)。 2.2檢測(cè)方法 （1）直接標(biāo)定法 1）直接標(biāo)定法將接收元件調(diào)整到光源的一些光路，從而能夠進(jìn)行100％測(cè)量和標(biāo)定的光學(xué)儀器，如圖2-1所示。 2）測(cè)量低反射面一半通過(guò)直接標(biāo)定法來(lái)檢測(cè)，是將一定透射率濾波器插入需要測(cè)量的光路上，通過(guò)調(diào)節(jié)校準(zhǔn)按鈕，使測(cè)量?jī)x的讀數(shù)與濾波器透射率相同，從而能夠校準(zhǔn)儀器。 （2）間接標(biāo)定法 間接標(biāo)定法經(jīng)過(guò)標(biāo)定確定反射率。通常適用于測(cè)試鏡片反射率很接近的平面鏡上，同時(shí)也一般用于光源和接收器的位置固定的機(jī)器上。 （3）平面鏡的測(cè)定 平面鏡的反射率可以采用直接或間接標(biāo)定法進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)這些方法測(cè)量后，直接從測(cè)試儀表盤(pán)讀出反射率的數(shù)值[4]。 （4）非平面鏡( 凸面鏡 ) 的測(cè)定 對(duì)凸面鏡測(cè)量反射率就要運(yùn)用到一些特殊的儀器。如圖2-2所示，為帶光積分球體的測(cè)量?jī)x，當(dāng)測(cè)量用反射率為E%的標(biāo)準(zhǔn)試件時(shí)，測(cè)量?jī)x的指針在處，所以如果測(cè)量不知道的鏡面的反射率，當(dāng)指數(shù)為 ，那么這個(gè)鏡面的相應(yīng)的反射率X％就可以用如下的公式進(jìn)行計(jì)算： (2-1) 圖2-2 球面反射率測(cè)量裝置 2.3測(cè)量原理 （1）積分球原理 如圖2-3所示，首先要明白朗伯余弦定律的含義才能知道積分球的具體工作原理，設(shè)在某一個(gè)方向上均勻發(fā)光面的發(fā)光面積為A，亮度為，那么在該方向上的發(fā)光面的發(fā)光強(qiáng)度就為，θ，稱(chēng)為方向角，如圖2-3所示。如果發(fā)光面亮度在發(fā)光面的各個(gè)方向上都是相同的即，則此時(shí)： (2-2) 圖2-3朗伯體 亮度不隨方向而變的發(fā)光面的發(fā)光強(qiáng)度和該發(fā)光面法線方向上的發(fā)光強(qiáng)度與方向角的余弦的乘積相等，這就是朗伯余弦定律[5]。具有一定光亮度的發(fā)光面為朗伯發(fā)射面。有時(shí)一般漫射表面如磨砂后的玻璃等都能具有理想漫射面的特征，因此可以經(jīng)常應(yīng)用在光的測(cè)量上。 （2）積分球測(cè)反射率原理 光譜反射比是指反射光譜的輻射通量與入射光譜的輻射通量的比值。所以要測(cè)量某種鏡面的反射比，只要可以測(cè)量反射射通量和入射射通量的數(shù)值然后進(jìn)行計(jì)算即可。 積分球可以測(cè)量很多鏡片的反射率 [6]，把測(cè)量鏡面放在球開(kāi)口的地方而且用光照射，將反射的光通過(guò)球其他開(kāi)口捕捉，然后通過(guò)探測(cè)裝置檢測(cè)數(shù)值，將獲得的數(shù)值通過(guò)觀察計(jì)算得到反射率。 積分球是內(nèi)壁均勻涂上白色中性漫反射材料的一種空心球，球內(nèi)某點(diǎn)亮度一部分由光直接照射產(chǎn)生，另一部分由光照射在球內(nèi)后反射所產(chǎn)生，第二部分是通過(guò)無(wú)限次數(shù)反射產(chǎn)生。 光源直接照射得到的光照度為；一次反射所產(chǎn)生的照度為，二次反射所產(chǎn)生的照度為 其中,p為積分球內(nèi)部涂料的反射率，r為積分球的半徑，為光源光通量。 則該點(diǎn)的總照度為： +++++ (2-3) =+++++ =+(+++) =+ 第一項(xiàng)為光直射在球上某點(diǎn)產(chǎn)生的照度，光源是存在各向異性的特征的,光照度和方向具有特點(diǎn)聯(lián)系。所以加擋板減去直射光，上式就變?yōu)椋? (2-4) 因此光源經(jīng)內(nèi)壁無(wú)限次反射后，某點(diǎn)的光照度就只與光通量、球半徑、內(nèi)壁反射率存在關(guān)系。由于r、p已知，一次要測(cè)光源的光通量只需在球上開(kāi)孔，通過(guò)檢測(cè)小孔的光照度即可。 第 3 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1光學(xué)部件及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1.1光源的選取 國(guó)標(biāo)上規(guī)定測(cè)量時(shí)可以使用2855.6K的鎢絲燈。因此選用了P15D-25-3型車(chē)前照燈作為光源，燈泡的工作電壓為12VDC。由于同樣的色溫條件下的同樣的燈泡電流有時(shí)是不相同的，所以要對(duì)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)穩(wěn)定電流的大小，才能保證測(cè)量工作正常進(jìn)行。 3.1.2平行光管 （1）平行光管基本原理 根據(jù)系統(tǒng)焦面發(fā)出的光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后將出射平行光這一幾何光學(xué)的原理。平行光管就是在其光學(xué)系統(tǒng)焦平面上設(shè)置光源或者所需光學(xué)元件(如星點(diǎn)板、分辨率板、玻羅板等)[7]，使其成像于無(wú)窮遠(yuǎn)處，提供一束平行光或者一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)的目標(biāo)。 圖3-1平行光管基本原理 （2）平行光管的基本使用 透鏡或透鏡組的焦距、識(shí)別率和其他成像質(zhì)量可以與微儀表目鏡或顯微鏡系統(tǒng)通過(guò)使用不同的分劃板來(lái)測(cè)量。平面反射器也可以放置在直線運(yùn)動(dòng)中的工作件上，并且可以通過(guò)觀察準(zhǔn)直器上的高斯目鏡來(lái)檢查工作件的直線度。在平行光管像面處放置運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生器，可以模擬一個(gè)無(wú)窮遠(yuǎn)處目標(biāo)的多種運(yùn)動(dòng)形式，如移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等。在檢測(cè)過(guò)程中配以動(dòng)態(tài)千涉儀和其他檢測(cè)儀器，就可以構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)被檢件進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，記錄光學(xué)元件各參數(shù)各個(gè)時(shí)間的情況。 （3）本系統(tǒng)使用的平行光管及基本尺寸 總體結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，選擇的透鏡的焦距為250mm，相對(duì)孔徑的大小有效通光口徑30mm。 透鏡選用品質(zhì)好、吸收小的玻璃，結(jié)構(gòu)采用小像差的結(jié)構(gòu)，表面要消除雜光,鏡筒材料為鋁合金，鏡筒的內(nèi)壁有細(xì)牙的消光螺紋,光管的內(nèi)部有孔徑光欄和消雜光光欄，盡可能降低雜光的影響。 圖3-2平行光管及支架總體結(jié)構(gòu) 3.1.3積分球 光積分球是制作反射鏡測(cè)量?jī)x的重要部件，對(duì)于不同種類(lèi)的測(cè)量?jī)x光積分球也不同，由于它的重要性，所以積分球的制造工藝也將直接影響測(cè)量?jī)x的精確度和準(zhǔn)確度。 （1）漫反射涂料 積分球的涂料除了要有一定的反射率，還需要具有對(duì)光譜無(wú)選擇的漫反射。本次設(shè)計(jì)的測(cè)量?jī)x的積分器采用了分析純硫酸鋇粉體材料，通過(guò)一定的涂層工藝使該反射層具有相當(dāng)良好的性能。 為了使積分器獲得良好的漫反射涂層，本次設(shè)計(jì)考慮使用獨(dú)特的涂層工藝，噴涂次數(shù)為10次。測(cè)量?jī)x的積分球殼體采用了不銹鋼材料，在不銹鋼層與涂層中間加了一層中間層，增加過(guò)渡性。 對(duì)制成涂層的目視及儀器測(cè)試表明，涂層均勻且無(wú)光澤，具有良好的漫反射勝質(zhì)，漫反射率大于80%，所以它的一致性好，能夠很好地滿足此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 （2）積分球幾何尺寸 要制作后視鏡測(cè)試儀首先要確定積分器我的尺寸，由標(biāo)準(zhǔn)要求選擇的積分球應(yīng)滿足： 1)球面直徑不小于127mm； 2)光的入射角度為255度； 3)入射光束在鏡面產(chǎn)生的圓的直徑應(yīng)該大于19mm。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)積分球的內(nèi)徑大小和光斑的大小對(duì)結(jié)果有很大影響，增大積分球的尺寸和光斑的尺寸可以增加測(cè)量?jī)x的精度和穩(wěn)定性，但過(guò)大的積分球也過(guò)于浪費(fèi)材料。所以一般情況下球的直徑選擇在200毫米左右，測(cè)量光斑在30毫米左右。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)中，積分球直徑為200mm，入射平行光通光口徑為30mm，后視鏡測(cè)試處通光口徑為30mm，光電接收器處設(shè)計(jì)為30mm，后視鏡與入射光線設(shè)計(jì)夾角，滿足標(biāo)準(zhǔn)（255）要求，結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。 圖3-3光積分球及其支架總體結(jié)構(gòu) 3.2 后視鏡位移傳動(dòng)裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括X軸位移滑臺(tái)，Z軸位移滑臺(tái)及后視鏡安裝，其主要工作流程為：U型夾具上夾緊后視鏡，再把U型夾裝置通過(guò)螺栓固定在U型固定套上，通過(guò)控制X軸電機(jī)來(lái)進(jìn)行水平移動(dòng)，控制Z軸電機(jī)來(lái)豎直移動(dòng)，移動(dòng)到光機(jī)分球測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試后視鏡的反射率。其主要內(nèi)容包括：步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器，軸承，聯(lián)軸器，絲杠等。 圖3-4 后視鏡位移傳動(dòng)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 3.2.1絲杠滑臺(tái)電機(jī)選取及計(jì)算 由于設(shè)計(jì)要求是滑臺(tái)的移動(dòng)是可以控制的。因此，我們選用可以控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和速度的步進(jìn)電機(jī)[9]。滑臺(tái)的最小位移是0.1mm，絲桿的導(dǎo)程是5mm所以必須選擇有帶細(xì)分的步進(jìn)電機(jī)才能夠滿足設(shè)計(jì)要求。所以為了達(dá)到位移的最小值0.1mm絲杠導(dǎo)程的最小值5mm，就要按照公式：步進(jìn)電機(jī)脈沖=50/1=50。即只要步進(jìn)電機(jī)最高脈沖達(dá)到50即可滿足設(shè)計(jì)要求，故選取的電機(jī)參數(shù)值如表3-1所示。 表3-1電機(jī)參數(shù)表 電機(jī)型號(hào) 步距角 （°） 機(jī)身長(zhǎng) L(mm) 電壓 （V） 電流 （A） 電阻 (Ω) 電感 （mH） 靜力距 （kg.cm） 引線數(shù) （Num） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （g.cm2） 重量 (kg) 42BYGH4812AA 1.8 48 3.6 1.2 3 5.5 4.3 4 68 1.35 3.2.2絲杠選取及計(jì)算 1) 根據(jù)定位精度要求確定脈沖當(dāng)量選擇步距角 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初步選擇導(dǎo)程為5mm的絲桿；本系統(tǒng)中X、Z方向的定位精度均為±0.1mm，因此X、Z方向的脈沖當(dāng)量均取=0.1mm/Hz；為脈沖當(dāng)量為0.1mm/Hz；為傳動(dòng)比 (3-1) 為步進(jìn)電機(jī)的步距角，初選為1.8°，由公式（3-1）可得傳動(dòng)比i=4。 2) 根據(jù)快速進(jìn)給速度，確定電機(jī)的最高運(yùn)行頻率 (3-2) 為工作臺(tái)運(yùn)行最高速度（m/min）； 為步進(jìn)電機(jī)最高運(yùn)行頻率（Hz）。代入工作臺(tái)最快進(jìn)給速度80mm/s，脈沖當(dāng)量0.1mm/Hz，由公式（3-2）計(jì)算得=800Hz。 3）根據(jù)電機(jī)的最高運(yùn)行頻率及步距角，確定電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 (3-3) 由公式（3-3）計(jì)算可得=4r/s=240r/min 4）絲桿的導(dǎo)程必須滿足下式 : (3-4) 為導(dǎo)程（mm）； 為工作臺(tái)運(yùn)行最高速度（mm/s）； 為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速（r/min）； I為傳動(dòng)比，由公式（3-4）得導(dǎo)程，故取=5（mm）。 5） 軸向載荷： (3-5) 為摩擦阻力；，其中m=40kg，u=0.1，F(xiàn)為切削力為0，由公式（3-5）計(jì)算可得N，故平均載荷N 6）工作壽命為5年，一年工作約300天，每天工作6小時(shí)，因此工作壽命 =9000（小時(shí)），回轉(zhuǎn)壽命r 7）額定載荷： (3-6) 為載荷系數(shù)，此處為普通運(yùn)動(dòng)，由表3-2，取=1.4，由公式（3-6）計(jì)算可得=511.57N，故選絲桿時(shí)，絲桿的額定動(dòng)載荷應(yīng)該大于等于511.57N。 表3-2 運(yùn)動(dòng)載荷系數(shù) 載荷系數(shù) 無(wú)沖擊運(yùn)動(dòng) 普通運(yùn)動(dòng) 有沖擊和震動(dòng)運(yùn)動(dòng) FW 1.0~1.2 1.2~1.5 1.5~2 8）預(yù)緊載荷：/3=39.2/3=13.06N，其中為軸向載荷。 9）絲杠公稱(chēng)直徑： (3-7) 絲杠臨界轉(zhuǎn)速r/min,為臨界長(zhǎng)度，取110mm，為支承系數(shù)，當(dāng)支承方式為支承-支承時(shí)，由表3-3取12.1。 表3-3 不同支撐方式的支撐系數(shù) 支撐方式 固定-固定 27.4 固定-支承 18.9 支承-支承 12.1 固定-自由 4.3 由公式（3-7）計(jì)算d=12mm，故所選的絲桿的底徑應(yīng)大于等于12mm，故取絲桿為14mm 10）絲杠螺紋長(zhǎng)度： =+2 （3-8） 為有效行程，為160，為余程，根據(jù)導(dǎo)程為5mm和下表可知=20mm，計(jì)算由公式（3-8）可得=200mm，故絲桿螺紋的長(zhǎng)度不得小于200mm故絲桿螺紋的長(zhǎng)度不得小于220mm，則軸承之間的距離=220mm，加上軸承安裝長(zhǎng)度和與聯(lián)軸器的連接長(zhǎng)度，取絲桿長(zhǎng)度為252mm。 表3-4 公稱(chēng)導(dǎo)程-余程序 公稱(chēng)導(dǎo)程Ph0 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 余程 10 12 16 20 24 32 40 45 50 3.2.3軸承選取 不同類(lèi)型和結(jié)構(gòu)的軸承可以滿足不同的使用條件，選擇軸承類(lèi)型時(shí)一般綜合考慮如下幾個(gè)主要的因素：載荷大小、高速性能、軸向游動(dòng)性能、允許的空間、安裝與拆卸方便。 本設(shè)計(jì)選用并設(shè)計(jì)的軸承是深溝球軸承，它是最常用的也是最具代表性的滾動(dòng)軸承，適用于高速運(yùn)行、無(wú)需定期維護(hù)且非常耐用的場(chǎng)合。這種軸承摩擦系數(shù)小且極限速度高，具有各種大小的范圍和形狀。它廣泛應(yīng)用于高精度機(jī)器、低噪聲馬達(dá)、汽車(chē)摩托車(chē)等機(jī)械產(chǎn)業(yè)，主要負(fù)擔(dān)徑向負(fù)荷，但可以負(fù)擔(dān)一定程度的軸負(fù)荷。 3.2.4聯(lián)軸器選取 由于軸和絲杠?chē)?yán)格對(duì)齊，不產(chǎn)生工作的相對(duì)位移，所以力矩不大。因此選擇星形彈性聯(lián)軸器。聯(lián)軸器彈性部件是工程塑料制成的具有優(yōu)異的彈性，吸收和耐磨性可以補(bǔ)償位移，凸爪塊限制了聯(lián)軸器的聚氨酯彈性體。而無(wú)齒隙可以用于主軸驅(qū)動(dòng)、升降機(jī)平臺(tái)和機(jī)床。 3.2.5待測(cè)后視鏡安裝 本次設(shè)計(jì)為保證后視鏡拆卸和安裝方便，首先將待測(cè)的后視鏡安裝在U型夾上，調(diào)整后視鏡位置，通過(guò)緊定螺栓壓緊后視鏡，然后把U型夾正確安放在U型固定套上，U行固定套已經(jīng)通過(guò)螺栓固定在Z軸滑臺(tái)的中心位置上，安裝調(diào)整調(diào)整后確定后視鏡在合適位置上，并將螺釘擰緊U型夾和U型固定套通過(guò)螺母固定位置，防止在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中。安裝后視鏡時(shí)應(yīng)盡量使后視鏡與Z軸移動(dòng)滑臺(tái)接近同軸， 第 4 章 電控部分設(shè)計(jì) 電控部分作為整個(gè)運(yùn)動(dòng)的控制部分，在設(shè)計(jì)中擁有重要的作用，本次設(shè)計(jì)單片機(jī)為核心，同時(shí)對(duì)光電接收器、電機(jī)、報(bào)警系統(tǒng)、光柵尺位移傳感器、串口通信等系統(tǒng)進(jìn)行控制，將不同結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)整合成有序的可控運(yùn)動(dòng)，其中單片機(jī)如同大腦一樣，指揮各機(jī)械機(jī)構(gòu)有序完成指定運(yùn)動(dòng)，其控制電路如圖4-1所示。 圖4-1電控部分總體電路設(shè)計(jì)電路圖 4.1單片機(jī)選擇及功能介紹 4.1.1單片機(jī)方案選擇 （1）方案一：AT89C51 AT89C51內(nèi)部RAM有128字節(jié)的DATA 存儲(chǔ)區(qū)，而且它的內(nèi)部有 4K 字節(jié)的FLASH PERAM，單片機(jī)具有32條可編程的I/O節(jié)線，有兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)器以及數(shù)器，且AT89C51與MCS-51完全兼容。 （2）方案二：AT89C52 AT89C52是CMOS八位單片機(jī)，它功耗低且性能強(qiáng)。單片機(jī)帶有8KB閃存允許改寫(xiě)編程。AT89C52系統(tǒng)與80C52兼容，由于功能強(qiáng)大單片機(jī)AT89C52在許多地方都有應(yīng)用，單片機(jī)上還有256B大小的RAM、32條可編程的I/O接口線，還3個(gè)16位的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器以及有全雙工串行接口。 可根據(jù)以上比較，在單片機(jī)的CPU部分選用AT89C52單片機(jī)。 4.1.2單片機(jī)介紹 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)電控主體部分采用AT89C52單片機(jī)，它是由ATMEL公司所生產(chǎn)的51系列的高密度、非易失性存儲(chǔ)且兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令的單片機(jī)。單片機(jī)內(nèi)置8位的中央處理器以及Flash存儲(chǔ)單元，因此可以用在很多復(fù)雜的控制系統(tǒng)上。AT89C52單片機(jī)具有40個(gè)引腳其主要功能特性如下： （1）指令與MCS51指令系統(tǒng)兼容； （2）具有8k大小的Flash ROM； （3）具有32個(gè)雙向I/O接口； （4）具有256B內(nèi)部RAM； （5）具有3個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器； （6）具有0-24MHz的時(shí)鐘頻率； （7）具有2個(gè)串行中斷； （8）具有可編程的UART串行通道； （9）具有2個(gè)外部中斷源； （10）具有6個(gè)中斷源； （11）具有2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線； （12）具有3級(jí)加密位； （13）具有低功耗空閑模式和掉電模式； （14）具有軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 。 其AT89C52單片機(jī)外觀引腳圖如下： 圖4-2 AT89C52單片機(jī)引腳 4.2光電接收電路 4.2.1前置放大及濾波電路 為了讓系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，對(duì)放大器采用了對(duì)電壓并聯(lián)并且有負(fù)反饋的形式。由于AD712具有高阻抗、低電流還有高共模抑制比的特點(diǎn)，因此采用了AD712運(yùn)算放大器，可以使輸出電壓與輸入成線性關(guān)系。電路中采用了兩個(gè)RC濾波器。經(jīng)過(guò)兩個(gè)RC濾波器可以有效抑制光電流紋波，隨后信號(hào)接入到了 AD轉(zhuǎn)換模塊中[15]。 圖4-3放大及濾波電路圖設(shè)計(jì) 4.2.2光電接收器電路 光電接收器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器械，它是可以將兩者進(jìn)行轉(zhuǎn)化聯(lián)系的裝置。當(dāng)今光電檢測(cè)技術(shù)中常用的光電檢測(cè)設(shè)備包括光電倍增管，雪崩二極管，光電二極管和光電晶體管，PIN，光敏電阻，光敏電池，CCD陣列和其他半導(dǎo)體器件[13]。 通過(guò)查詢相關(guān)信息發(fā)現(xiàn)采用光電二極管作為光電接收器最好的。光電二極管的響應(yīng)可以滿足本次設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)的要求，它具有外加電壓小、電流小、穩(wěn)定且價(jià)格低廉的特點(diǎn)。但是應(yīng)注意連接電器時(shí)在反向偏置條件下光電二極管的正常運(yùn)行，電路如圖4-3所示。 圖4-4光接收器電路設(shè)計(jì) 4.2.3 A/D轉(zhuǎn)換部分 在設(shè)計(jì)中，為了讓光電接收器和單片機(jī)進(jìn)行連接，本系統(tǒng)采用A/D轉(zhuǎn)換部分對(duì)采集到光電接收器信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換[14]。利用單片機(jī)來(lái)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換裝置，轉(zhuǎn)換結(jié)束后再由光電接收器采集到的信號(hào)向單片機(jī)AT89C52發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，CPU進(jìn)行中斷請(qǐng)求相應(yīng)。讀取譯碼器后，譯碼器的轉(zhuǎn)換結(jié)果送到相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)。重新選擇了被測(cè)量后再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換裝置并進(jìn)行中斷返回操作。其組成框圖如圖4-5所示。 圖4-5 A/D轉(zhuǎn)換框圖 4.3光柵尺采集電路 光柵是一種目前非常新型的位移檢測(cè)元件，它具有測(cè)量的精確度高、擁有非?？斓捻憫?yīng)速度且具有較大的量程的特點(diǎn)。 如圖4-6所示，光柵由標(biāo)尺光柵和指示光柵兩部分所構(gòu)成，他們光刻密度是相同的但長(zhǎng)度不一。 如圖4-7所示，指示光柵被平行地放置在了標(biāo)尺光柵上并且使兩者刻線傾斜一定的小角度，然后在指示光柵表面就能顯示幾條明暗相間的與光柵條紋成垂直的方向排列條紋，叫做莫爾條紋。 圖4-6光柵測(cè)量原理 圖4-7莫爾條文示意 光柵莫爾條紋能對(duì)光柵進(jìn)行放大，如果用W表示光柵條紋的寬度，P表示光柵的間距，則有 。 如果柵距P＝0.01mm，把莫爾條紋的寬度方法為 l0mm，那么利用光的干涉現(xiàn)象光柵就被放大了1000倍，從而減少了線路負(fù)擔(dān)。 光柵有透射光柵和反射光柵兩種，透射光柵一般刻制在透明玻璃上，反射光柵一般刻制在反射強(qiáng)的金屬板上。當(dāng)?shù)闹鞴鈻藕透惫鈻庞幸欢ǖ奈灰茣r(shí)則會(huì)在光的干涉與衍射下產(chǎn)生黑白相間的莫爾條紋，這就是光柵的工作原理。經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化為正弦波，最后再將轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器放大以及整形電路整形即可。 本文采用的光柵經(jīng)接收元件后變?yōu)橹芷谛宰兓碾娦盘?hào)（近似正弦信號(hào)），采用邏輯辨向電路區(qū)別位移的正反向，利用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示結(jié)果。數(shù)據(jù)采集通過(guò)光柵尺完成對(duì)物體的檢測(cè)，并以電信號(hào)脈沖的形式送入單片機(jī)的中斷源，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理，采集的信息再經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，通過(guò)串口通信在人機(jī)交互界面上顯示出來(lái)。 圖4-8光柵尺位移傳感器信號(hào)處理電路設(shè)計(jì) 4.4光源恒流控制 由于光源為鎢絲燈，同標(biāo)稱(chēng)色溫工作條件下的同類(lèi)型同規(guī)格燈泡，工作時(shí)的電流并不完全相同。為此要加上電流可調(diào)整的環(huán)節(jié)，使電流調(diào)整至穩(wěn)定的電流并采用穩(wěn)壓和穩(wěn)流的相關(guān)措施。 4.4.1數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832 如圖4-9所示，DAC0832芯片是通過(guò)CMOS工藝制成的一款8位的DA轉(zhuǎn)換器。它主要四部分所組成：反相T型R-2R電阻器網(wǎng)絡(luò)、模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF。DAC0832芯片具有有八個(gè)輸入和一個(gè)模擬輸出。 圖4-9 DAC0832的邏輯框圖和引腳排列圖 4.4.2恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路 圖4-10光源恒流電路設(shè)計(jì) 4.5電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 后視鏡位置的控制主要在于電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，因此，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)可以用簡(jiǎn)單的正反轉(zhuǎn)控制電路進(jìn)行控制?？刂贫丝谝揽緼T89C52外擴(kuò)I/O的Q0、Q1進(jìn)行控制系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)處于Q0=1、Q1=0時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)處于Q0=0、Q1=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)Q0=0、Q1=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)。單片機(jī)通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)的控制，完成對(duì)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的調(diào)控，其電路圖如4—11圖所示。 圖4-11 XZ軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì) 圖4-12 電機(jī)正反轉(zhuǎn)流程圖 4.6音樂(lè)報(bào)警線路的控制 音樂(lè)報(bào)警電路可使報(bào)警聲優(yōu)美悅耳，克服了蜂鳴音報(bào)警音調(diào)比較單調(diào)的不足，音樂(lè)報(bào)警接口有兩部分組成： （1） 樂(lè)曲發(fā)生器，即集成電子音樂(lè)芯片； （2） 放大電路，也可以采用集成放大電路。 電路如圖4-13所示，采用了芯片7920A。當(dāng)AT89C52的Q6口輸出高電平時(shí)，音樂(lè)芯片7920A的輸入控制端MT變?yōu)楦唠娖?，輸出端發(fā)出聲音，經(jīng)M51182L芯片放大后，揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出報(bào)警聲。若P1.7輸出低電平，芯片7920A關(guān)閉，揚(yáng)聲器停止輸出聲音。 圖4-13音樂(lè)報(bào)警電路設(shè)計(jì) 4.7串口通信控制 本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)上位機(jī)，因此需要具備單片機(jī)和上位機(jī)通信功能。針對(duì)上位機(jī)與單片機(jī)通信，采用串口通信的方式進(jìn)行控制。 通信電路是通過(guò)單片機(jī)AT89C52輸出口P3.0、P3.1控制，單片機(jī)的通信信息通過(guò)P3.0、P3.1傳輸?shù)酵ㄐ呸D(zhuǎn)換電路，由通信轉(zhuǎn)換電路傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的控制面板，期間傳輸電路采用電源轉(zhuǎn)換芯片MAX232，為電路提供電源保障，電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-14所示。 圖4-14串口通信電路設(shè)計(jì) 第 5 章 人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1人機(jī)交互界面簡(jiǎn)介 人機(jī)界面是進(jìn)行人機(jī)交互的一個(gè)系統(tǒng)界面，通常采用自然語(yǔ)言。它作為人與機(jī)器的中間媒介，可以提供了系統(tǒng)內(nèi)部的信息形式和人類(lèi)可接受的形式之間的轉(zhuǎn)換，從而方便人們的操作。 人機(jī)界面作為計(jì)算機(jī)的重要部件是人與計(jì)算機(jī)之間傳送以及交換自身信息的交互式界面，在人機(jī)界面，人和機(jī)器的信息交換可以對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行相互作用和相互影響。信息交換、功能性接觸或交互是指人與機(jī)器之間的硬性和軟性接觸，用于傳輸和控制信息。 人機(jī)界面的組成部分包括了中央處理器、信息顯示單元、信息輸入單元、人機(jī)通信接口以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。根據(jù)人機(jī)界面的不同，它的中央處理器可以分別是8位，16位或32位。HMI軟件由在HMI硬件上運(yùn)行的系統(tǒng)軟件和在PC的Windows操作系統(tǒng)上運(yùn)行的屏幕配置軟件兩部分組成。 軟件控制在控制系統(tǒng)中非常重要。由于軟件是人與機(jī)器進(jìn)行信息交流的方式，可以在功能強(qiáng)大的編程語(yǔ)言的幫助下運(yùn)行不同類(lèi)型的交互，主要包括了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制、信號(hào)接受采集和處理以及優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)等。為此本次設(shè)計(jì)的車(chē)輛后視鏡反射率測(cè)試儀基于人機(jī)交互的軟件控制進(jìn)行。以下將進(jìn)行人機(jī)交互界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 5.2人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，同時(shí)涉及到對(duì)光電接收器、光柵尺位移傳感器、電機(jī)和報(bào)警電路的控制，因此，設(shè)計(jì)了配合單片機(jī)的人機(jī)交互界面如圖5-1所示，系統(tǒng)的總體流程圖如圖5-2所示。 圖5-1人機(jī)交互界面 圖5-2 后視鏡測(cè)試系統(tǒng)總體流程圖 5.3功能介紹 在系統(tǒng)運(yùn)行之前，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行光電檢測(cè)，在排除異常以后，再讓系統(tǒng)正常運(yùn)行。因此光電接收器的系統(tǒng)流程圖如圖所示。 圖5-3光電接收器的系統(tǒng)流程圖 （1）在人機(jī)交互界面中“啟動(dòng)”和“停止”按鈕是控制整個(gè)測(cè)試平臺(tái)的啟動(dòng)和停止，界面還設(shè)有對(duì)XZ軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)顯示，當(dāng)X軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，正轉(zhuǎn)指示燈亮起，電機(jī)正轉(zhuǎn)，滑塊帶動(dòng)后視鏡水平移動(dòng)；當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)，反轉(zhuǎn)指示燈亮起，電機(jī)反轉(zhuǎn)，滑塊帶動(dòng)后視鏡水平反向移動(dòng)；當(dāng)電機(jī)停止時(shí)，停止指示燈亮起，停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，正轉(zhuǎn)指示燈亮起，電機(jī)正轉(zhuǎn)，滑塊帶動(dòng)后視鏡豎直移動(dòng)；當(dāng)反轉(zhuǎn)時(shí)，反轉(zhuǎn)指示燈亮起，電機(jī)反轉(zhuǎn)，滑塊帶動(dòng)后視鏡豎直移動(dòng)；當(dāng)電機(jī)停止時(shí)，停止指示燈亮起，停止運(yùn)動(dòng)。 圖5-4電機(jī)正反轉(zhuǎn)顯示界面 （2）由于光源為鎢絲燈，同標(biāo)稱(chēng)色溫下的同種燈泡工作電流并不全部相同，故需要控制電流大小。如圖5-5所示，電流表顯示光源電路中電流大小，通過(guò)電流調(diào)節(jié)位置，輸入工作色溫要求的工作電流，使光源工作色溫達(dá)到要求。 圖5-5光源恒流調(diào)節(jié) （3）如圖5-6所示復(fù)位按鈕可以使電機(jī)返回起始位置，便于安裝和拆卸后視鏡，X軸和Z軸可以輸入測(cè)試點(diǎn)相關(guān)位置參數(shù)，在測(cè)試點(diǎn)位置統(tǒng)計(jì)表中統(tǒng)計(jì)出測(cè)試點(diǎn)及其位置參數(shù)。測(cè)試后通過(guò)數(shù)據(jù)清零按鈕清除輸入的測(cè)試點(diǎn)位置相關(guān)參數(shù)。 圖5-6測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入及統(tǒng)計(jì)表界面 （4）X軸光柵尺顯示出采集的X軸光柵尺輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)是否到達(dá)輸入測(cè)試點(diǎn)X軸位置，來(lái)控制X軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，和Z軸電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)，Z軸光柵尺顯示出采集的Z軸光柵尺輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)是否到達(dá)輸入的測(cè)試點(diǎn)Z軸位置，控制Z軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖5-7 XZ軸光柵尺數(shù)據(jù)顯示界面 （5）報(bào)警提示功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，提示試驗(yàn)臺(tái)出現(xiàn)異常，警報(bào)指示燈也會(huì)從綠色變?yōu)榧t色。 （6）當(dāng)光柵尺到達(dá)測(cè)試點(diǎn)位置時(shí)光電接收器接受光信號(hào)并通過(guò)單片機(jī)輸出反射率測(cè)試結(jié)果在，測(cè)試結(jié)果位置顯示出不同測(cè)試點(diǎn)反射率。 （7）反射率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)出測(cè)試的實(shí)驗(yàn)次數(shù)及每次測(cè)試點(diǎn)反射率，將所做過(guò)的試驗(yàn)有關(guān)數(shù)據(jù)依照流水次序記錄下來(lái)，每次試驗(yàn)結(jié)束后，輸出的數(shù)據(jù)會(huì)依次保存在表格中，當(dāng)不需要表格中的數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)清零清除數(shù)據(jù)。光柵尺控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的流程圖如圖5-10所示。 圖5-8測(cè)試點(diǎn)反射率采集界面 圖5-9反射率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)界面 圖5-10光柵尺控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的流程圖 35 第 6 章 工程定額概算 6.1 反射率測(cè)試儀制作成本預(yù)算 根據(jù)材料的計(jì)價(jià)依據(jù)和制作測(cè)試儀特定方法，儀器造價(jià)的合理確定能對(duì)制作過(guò)程中的支出費(fèi)用進(jìn)行準(zhǔn)確并合理的計(jì)算。在設(shè)計(jì)階段結(jié)束后，根據(jù)初步的設(shè)計(jì)圖紙大概核算設(shè)備價(jià)格、材料價(jià)格及收取費(fèi)用的標(biāo)準(zhǔn)等，預(yù)先對(duì)測(cè)試儀造價(jià)進(jìn)行大概了計(jì)算。 材料使用的多少包括直接用在設(shè)備制作中的材料以及制作時(shí)損耗的材料用量。材料定額對(duì)使用較少、基價(jià)影響小的材料影響不大，多以不再具體羅列，將材料的價(jià)格以元為單位進(jìn)行計(jì)算。外購(gòu)件的使用價(jià)格按設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行計(jì)算，外購(gòu)件的價(jià)格按購(gòu)買(mǎi)價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。 后視鏡檢測(cè)儀制作件、外購(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)件的零件清單如表6.1所示。 表6.1 零件計(jì)算清單 零件計(jì)算清單 序號(hào) 名稱(chēng) 型號(hào) 主要尺寸 重量 材料 單價(jià) 數(shù)量 1 車(chē)前照燈 P15D-25-3 0.5 15 1 六角螺栓 GB/T5782-2000 M8*15 碳鋼 2 12 電機(jī) 42BYGH4812AA L=48 1.35 120 1 深溝球軸承 6300 d=10 D=35 B=11 0.15 軸承鋼 10 2 聯(lián)軸器 GH1-15 D=15 L=21 0.6 45鋼 20 1 絲杠 DUF06320 L=260 40 45鋼 90 1 單片機(jī) AT89C52 5 1 運(yùn)算放大器 AD712 10 1 RC濾波器 CW4L2-20A-S 20 2 光電接收器 光電二極管 10 1 光柵 透射光柵 80 1 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832 10 1 電源轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 5 1 音樂(lè)芯片 7920A 5 1 除此之外，一些自制件包括平行光管及支架、積分球及支架以及U型夾具及固定套的制作成本也要計(jì)算在內(nèi)。這些結(jié)構(gòu)件的材料選用45鋼，按照表3.2中45號(hào)圓鋼的價(jià)格表，根據(jù)第三章的設(shè)計(jì)尺寸可初步得到成本預(yù)算 序號(hào) 名稱(chēng) 型號(hào)（φ） 長(zhǎng)度 價(jià)格 1 45號(hào)圓鋼 80 80 4360 2 45號(hào)圓鋼 90 500 4360 3 45號(hào)圓鋼 100 600 4360 4 45號(hào)圓鋼 110 700 4360 5 45號(hào)圓鋼 120 800 4360 平行光管和積分球支架需要45元，制作