機(jī)動車后視鏡反射率測試儀設(shè)計

機(jī)動車后視鏡反射率測試儀設(shè)計,機(jī)動車,后視鏡,反射率,測試儀,設(shè)計 摘要 隨著汽車工業(yè)的急速發(fā)展，智能化，環(huán)保化概念的提出，作為汽車“后眼”的外后視鏡從外觀及功能上也不斷更新?lián)Q代。本文跟隨時代潮流，為解決當(dāng)前測試儀在實際應(yīng)用中存在的不足問題，設(shè)計一款性價比較高的機(jī)車后視鏡測試儀。其下位機(jī)控制部分選用AT89C52單片機(jī)，該款單片機(jī)具有操作簡單，使用普遍，價格低廉，性能可靠，并能完成復(fù)雜控制系統(tǒng)等優(yōu)點。在積分球設(shè)計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)計的機(jī)車后視鏡反射率測試儀主要由積分球、箱體、前門、探測器、校準(zhǔn)板、開關(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，對于主要零部件以及裝配體，利用autocad進(jìn)行二維設(shè)計。 關(guān)鍵詞：反射率；測試儀；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國內(nèi)外后視鏡檢測儀的現(xiàn)狀 1 1.3.1國內(nèi)外后視鏡檢測儀的發(fā)展 1 1.3.2后視鏡檢測儀的分類 3 1.4課題的研究內(nèi)容 4 第 2 章 技術(shù)指標(biāo)要求及測量定理 5 2.1設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)與要求 5 2.1.1后視鏡的分類 5 2.1.2測試儀的系統(tǒng)要求 6 2.2檢測方法 7 2.3測量原理 8 第3章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 3.1光學(xué)部件及結(jié)構(gòu)設(shè)計 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 后視鏡位移傳動裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 3.2.1絲杠滑臺電機(jī)選取及計算 13 3.2.2絲杠選取及計算 13 3.2.3軸承選取 15 3.2.4聯(lián)軸器選取 15 3.2.5待測后視鏡安裝 16 第 4 章 電控部分設(shè)計 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)動系統(tǒng)電路 22 4.5電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 22 4.6音樂報警線路的控制 23 4.7串口通信控制 23 第5章 人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計 25 5.1人機(jī)交互界面簡介 25 5.2人機(jī)交互界面設(shè)計 25 5.3功能介紹 27 第 6 章 工程定額概算 30 6.1 反射率測試儀制作成本預(yù)算 30 6.2 機(jī)動車后視鏡反射率測試儀制作過程管理 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)動車在人類社會中被廣泛使用，已然成為不可替代的工具之一，機(jī)動車的安全性也受到廣泛關(guān)注。機(jī)動車上的后視鏡是機(jī)動車非常重要的安全部件，隨著機(jī)動車的發(fā)展而產(chǎn)生，其安全標(biāo)準(zhǔn)同樣重要。在機(jī)動車發(fā)展初期，由于車速慢、機(jī)動車少，后視鏡并沒有被人們使用。但是隨著車輛增多、車速變快，在機(jī)動車變線超車、或交通擁擠的情況下,機(jī)動車的事故率在逐漸增加增加，因此為了解決是這一問題，后視鏡才被人們發(fā)明出來。使用后視鏡可以讓駕駛員間接得看見機(jī)動車后方和側(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，了解車輛周圍物體的動向從而有力地保障了駕駛員的行車安全性。 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。 后視鏡反射率測試儀的研究是為了檢測當(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。但如果這兩個眼睛有缺陷，它就會給汽車安全駕駛帶來隱患。為了確保汽車使用者的駕駛安全性，后視鏡的檢測工作尤其重要，需要受到特殊標(biāo)準(zhǔn)的限制。反射鏡反射率是一個重要指標(biāo)，不合格的后視鏡是為了給用戶帶來安全性風(fēng)險，我國為了規(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使用的。 本文針對機(jī)動車后視鏡安全性檢測的問題提出了一種后視鏡測試儀，它可以檢測機(jī)動車后視鏡反射率是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。此系統(tǒng)針對機(jī)動車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)動車后視鏡反射率是否符合要求。有了這樣一個測試儀，對于保障后視鏡實物的安全性要求提供良好的途徑。測試儀通過尋找后視鏡反射率的問題可以更好的改善制作工藝，所以設(shè)計后視鏡檢測儀是對后視鏡生產(chǎn)有一定實際意義的。 1.3國內(nèi)外后視鏡檢測儀的現(xiàn)狀 1.3.1國內(nèi)外后視鏡檢測儀的發(fā)展 華中理工大學(xué)光電子工程系的李穎文等人在1998年提出了自動快速測試磁光盤反射率的雙通道測試方法 ,討論了磁光盤反射率測試儀的誤差來源 ,并通過磁光盤反射率測試儀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 ,提高了磁光盤反射率測試儀的測試精度。 徐紅光等人于2002年對現(xiàn)代汽車后視鏡進(jìn)行了綜合分析，分析了現(xiàn)代汽車后視鏡的結(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)代汽車后視鏡的分類及其特點，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，按操作時的調(diào)節(jié)方式分類分為固定式后視鏡、直接調(diào)節(jié)鏡面式后視鏡以及電動后視鏡等。后面又總結(jié)了光學(xué)后視鏡的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低，安裝方便，節(jié)省空間等；缺點：無法根除視覺盲區(qū)，難以消除物象失真，光線不足或過強(qiáng)時觀察困難以及存在時差盲點等。并在最后總結(jié)了后視技術(shù)的發(fā)展趨勢，即對后視鏡改進(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等人對汽車后視鏡的相關(guān)檢測儀器進(jìn)行了系統(tǒng)詳盡的分類與整合。按按檢測對像來劃分，汽車后視鏡檢測儀可分為：專用型和通用型；按檢測鏡面轉(zhuǎn)動角度的方法來劃分，汽車后視鏡檢測儀可分為：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儀。其中專用型外后視鏡檢測儀就是指專為一種外后視鏡設(shè)計的檢測設(shè)備，一般是由汽車整車廠指定廠家生產(chǎn)（一般為國外引進(jìn)），通用型外后視鏡檢測儀是指該檢測設(shè)備適用于各類電動外后視鏡使用；基于傾角傳感器的外后視鏡檢測儀是指檢測外后視鏡鏡片偏轉(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儀是指檢測外后視鏡鏡片偏轉(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儀是指檢測外后視鏡鏡片偏轉(zhuǎn)性能的方案采用影像傳感器。 沈陽紫微機(jī)電設(shè)備有限公司的冀中祥于2007年對機(jī)動車后視鏡反射率測試儀的設(shè)計進(jìn)行了深入研究。針對機(jī)動車后視鏡質(zhì)量控制的需要，冀中祥設(shè)計研制了一種測量機(jī)動車后視鏡反射率參數(shù)的測試儀，著重敘述了該測試儀的測試原理、結(jié)構(gòu)和測量精度分析。該測試儀采用比較測量法、光電積分和單片機(jī)相結(jié)合，不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便 、性能穩(wěn)定等特點，而且還具有測量精度高及重復(fù)性好等優(yōu)點。研究設(shè)計的測試儀結(jié)構(gòu)簡單、測量簡便快速并能直觀得出反射率數(shù)值。且該測試儀采用比較測量法、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，而且在測量精度及重復(fù)性上還具有完全符合并高于國家對機(jī)動車后視鏡反射率性能檢測的要求。為機(jī)動車后視鏡反射率測試儀的設(shè)計提供必要的參考。 在2011年武漢理工大學(xué)汽車學(xué)院的馬東杰，屈金龍從汽車倒車安全性方面考慮，著重且系統(tǒng)的研究了汽車后視鏡的發(fā)展演變歷程以及其對倒車安全性能的影響，從后視鏡功能來看，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)，改善汽車后視鏡的安全性功能，為汽車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年對光學(xué)諧振腔激發(fā)場進(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稱性的腔，但新的推導(dǎo)考慮了“簡單”的像散和橢圓率，這使得它可以處理更多現(xiàn)實的光學(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)場分布的精確模擬。特別是，這要求包括通常在教科書中忽略的反向傳播的TEM模式。作為對復(fù)雜案例的說明性應(yīng)用，新的模擬可重入腔配置，其中在腔輸出處獲得Herriott點。模擬研究表明，散光腔的情況也很容易建模。就我們所知，此類相關(guān)應(yīng)用通常在簡化的幾何光學(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年對間接ADC最佳參數(shù)選擇的分析測量進(jìn)行了深入研究，提出了在間接測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/無系統(tǒng)誤差）對擬合精度的影響。分析和模擬了鏡面反射率對擬合函數(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，對電路設(shè)計。通過擬合CRDS系統(tǒng)的照相時間常數(shù)，ADC的分辨率對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單個對象時應(yīng)該考慮活動擬合功能。 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量中具有設(shè)計靈敏度。 1.3.2后視鏡檢測儀的分類 通過查閱文獻(xiàn)[21][22]可以知道后視鏡檢測儀有幾種分類方法。根據(jù)后視鏡檢測儀的檢測對象來說可分為專用型和通用型這兩種后視鏡檢測儀，根據(jù)測量鏡面時的轉(zhuǎn)角方式來說可分為基于傾角的傳感器的機(jī)動車后視鏡檢測儀、基于位移的傳感器的機(jī)動車后視鏡檢測儀和基于影像的傳感器的機(jī)動車后視鏡檢測儀三種。 （1）專用型外后視鏡性能檢測儀 專用型的外部后視鏡檢測儀一般由國外進(jìn)口的汽車制造商指定的制造商制造，一般專門為某一種特定外后視鏡檢測所用。這種檢測儀是操作簡單，不需要調(diào)整檢測器的參數(shù)，性能更加穩(wěn)定，對特定型號的后視鏡不需要重復(fù)調(diào)試設(shè)備。但是它價格較高，所以這種檢測儀通常用在銷量較高的車型上的外后視鏡或豪華品牌車的外后視鏡上。 （2）通用型外后視鏡性能檢測儀 通用型外后視鏡檢測儀是指可以應(yīng)用于各種外部后視鏡的測試裝置。它的普遍性強(qiáng)，測試項目靈活，成本較低，但如果使用的是不同類型的后視鏡，工程師需要相應(yīng)調(diào)整或改變測試設(shè)備的一些參數(shù)。操作比專用測試儀復(fù)雜。這種類型的測試器主要用于中型和低端車型的后視鏡。 （3）基于傾角傳感器的外后視鏡性能檢測儀 是基于角度傳感器來檢測外部后視鏡的偏轉(zhuǎn)性能的檢測儀，它的低成本但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢測速度慢。在檢測之前需要將傳感器模塊配置在鏡片中心且在檢測過程中，機(jī)械構(gòu)造和傳感器接觸鏡片有可能對鏡頭造成損傷。 （4）基于位移傳感器的外后視鏡性能檢測儀 是一種基于位移傳感器檢測外部后視鏡偏轉(zhuǎn)性能的檢測儀，它具有高檢測精度可以精確到0.1度，傳感器具有的高速響應(yīng)速度（超過200Hz）和簡單的機(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儀 是一種基于圖像傳感器用于檢測外部后視鏡透鏡的偏轉(zhuǎn)性能的檢測儀。具有高檢測精度、高檢測效率而且傳感器或機(jī)器結(jié)構(gòu)無需與鏡頭接觸，也不會對鏡面造成任何損害，鏡面外觀可由圖像傳感器識別來判斷缺點但是成本高。檢測器采用了高級的圖像分析技術(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課題的研究內(nèi)容 本設(shè)計涉及到的基本技術(shù)包括：單片機(jī)的基本原理及應(yīng)用、機(jī)械原理及設(shè)計、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，這對于培養(yǎng)學(xué)生硬件系統(tǒng)設(shè)計能力、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)行了如下四個方面的研究： （1）機(jī)動車后視鏡反射率測試儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計； （2）機(jī)動車后視鏡反射率測試儀的位移傳動機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計； （3）電路控制系統(tǒng)設(shè)計； （4）人機(jī)交互界面設(shè)計。 第 2 章 技術(shù)指標(biāo)要求及測量定理 依 據(jù) GB 15084-2006 《 機(jī) 動 車 輛 后 視 鏡 的 性 能 和 安 裝 要 求 》、 CNCA-02C-059:2005《機(jī)動車輛產(chǎn)品強(qiáng)制性認(rèn)證實施規(guī)則—汽車后視鏡產(chǎn)品》，設(shè) 計一套后視鏡反射率測試儀，用于測定汽車后視鏡反射率。 設(shè)計人機(jī)界面功能，采用 windows XP 操作系統(tǒng)，主要進(jìn)行試驗信息輸入、傳感器標(biāo)定、試驗參數(shù)設(shè)定、試驗操作、數(shù)據(jù)記錄及報告生成等。 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)視見函數(shù)； （3）幾何條件：入射角為 25°±5°； （4）測量范圍：反射比 0～100% ； （5）零位漂移 10 分鐘不大于±0.001； （6）測量重復(fù)性不大于 0.01； （7）測量誤差：±1％；測量速度：< 1 秒。 2.1設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)與要求 2.1.1后視鏡的分類 （1）平面鏡 這種反射鏡的鏡面是沒有曲率的平面。優(yōu)點是可以顯示與實際物體相同的物體的大小，后視鏡的圖像不存在失真，看到的情況實際上是機(jī)動車后面的實際情況。但是這種后視鏡視野狹窄，后視范圍比較小，所以在行車時使用這種后視鏡比較危險 （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，但實際上無法反映物體真正大小和真實的距離。所以球面曲率的設(shè)計就成為了重要的設(shè)計目標(biāo)來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以及平面反映物體視野狹窄的缺點。雙曲率鏡部分被設(shè)計成曲率半徑變大的鏡面，SR 2000基本上可以解決失真問題，并且為可變曲率反射鏡的設(shè)計提供了良好的轉(zhuǎn)變條件。 3）變曲率鏡面[3] 變曲率的反射鏡可以根據(jù)車輛種類、駕駛員的視角和相對位置對凸透鏡的鏡面曲率進(jìn)行改變，這一變化是基于光學(xué)原理來進(jìn)行的，能夠選擇不同的曲率半徑過渡。以這種方式，可以在反射物體基本上沒有失真的狀態(tài)下進(jìn)一步擴(kuò)大視角并且可以減少視覺盲區(qū)。 4）全景后視鏡 為了解決司機(jī)的盲點問題，國外發(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，行車時可以在車內(nèi)觀看全景從而消除盲點、擴(kuò)大視野。 2.1.2測試儀的系統(tǒng)要求 （1）光源和光檢測器的光譜特性[2] 1）通過使用穩(wěn)壓電源來使CIE標(biāo)準(zhǔn)光源A產(chǎn)生的一束平行光，光束透過鏡片形成光源。 2）光檢測器的光譜響應(yīng)與CIE標(biāo)準(zhǔn)色度觀測儀的亮度函數(shù)成正比。接受部件采用內(nèi)壁涂上無光澤白色涂料的光集成球體。 （2）幾何條件 1）入射光線與試驗鏡面表面的垂線成（）角。如圖2-1所示，接收裝置軸線和試驗鏡面的垂線成角度，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，照在檢測器上的面積不能太大但也要大于檢測器感光面積的一半 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，透鏡測試的開口和球面壁的光束完全通過入射光束和反射光，光檢測器被放置在反射器的入射和反射光沒有直接照到的位置。 圖2-1兩種標(biāo)定方法所用反射率測試儀的幾何關(guān)系 （3）光檢測器—指示儀表裝置的電特性 光檢測元件的讀數(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％測量和標(biāo)定的光學(xué)儀器，如圖2-1所示。 2）測量低反射面一半通過直接標(biāo)定法來檢測，是將一定透射率濾波器插入需要測量的光路上，通過調(diào)節(jié)校準(zhǔn)按鈕，使測量儀的讀數(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)過標(biāo)定確定反射率。通常適用于測試鏡片反射率很接近的平面鏡上，同時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)行測定，通過這些方法測量后，直接從測試儀表盤讀出反射率的數(shù)值[4]。 （4）非平面鏡( 凸面鏡 ) 的測定 對凸面鏡測量反射率就要運用到一些特殊的儀器。如圖2-2所示，為帶光積分球體的測量儀，當(dāng)測量用反射率為E%的標(biāo)準(zhǔn)試件時，測量儀的指針在處，所以如果測量不知道的鏡面的反射率，當(dāng)指數(shù)為 ，那么這個鏡面的相應(yīng)的反射率X％就可以用如下的公式進(jìn)行計算： (2-1) 圖2-2 球面反射率測量裝置 2.3測量原理 （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)光面的各個方向上都是相同的即，則此時： (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)用在光的測量上。 （2）積分球測反射率原理 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。所以要測量某種鏡面的反射比，只要可以測量反射射通量和入射射通量的數(shù)值然后進(jìn)行計算即可。 積分球可以測量很多鏡片的反射率 [6]，把測量鏡面放在球開口的地方而且用光照射，將反射的光通過球其他開口捕捉，然后通過探測裝置檢測數(shù)值，將獲得的數(shù)值通過觀察計算得到反射率。 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，第二部分是通過無限次數(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。 則該點的總照度為： +++++ (2-3) =+++++ =+(+++) =+ 第一項為光直射在球上某點產(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)壁無限次反射后，某點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，一次要測光源的光通量只需在球上開孔，通過檢測小孔的光照度即可。 第 3 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1光學(xué)部件及結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1.1光源的選取 國標(biāo)上規(guī)定測量時可以使用2855.6K的鎢絲燈。因此選用了P15D-25-3型車前照燈作為光源，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是不相同的，所以要對電流進(jìn)行調(diào)節(jié)穩(wěn)定電流的大小，才能保證測量工作正常進(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(如星點板、分辨率板、玻羅板等)[7]，使其成像于無窮遠(yuǎn)處，提供一束平行光或者一個無窮遠(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)通過使用不同的分劃板來測量。平面反射器也可以放置在直線運動中的工作件上，并且可以通過觀察準(zhǔn)直器上的高斯目鏡來檢查工作件的直線度。在平行光管像面處放置運動目標(biāo)發(fā)生器，可以模擬一個無窮遠(yuǎn)處目標(biāo)的多種運動形式，如移動、旋轉(zhuǎn)等。在檢測過程中配以動態(tài)千涉儀和其他檢測儀器，就可以構(gòu)建一個動態(tài)檢測系統(tǒng)，對被檢件進(jìn)行動態(tài)檢測，記錄光學(xué)元件各參數(shù)各個時間的情況。 （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量儀的重要部件，對于不同種類的測量儀光積分球也不同，由于它的重要性，所以積分球的制造工藝也將直接影響測量儀的精確度和準(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，還需要具有對光譜無選擇的漫反射。本次設(shè)計的測量儀的積分器采用了分析純硫酸鋇粉體材料，通過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)計考慮使用獨特的涂層工藝，噴涂次數(shù)為10次。測量儀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，增加過渡性。 對制成涂層的目視及儀器測試表明，涂層均勻且無光澤，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)計要求。 （2）積分球幾何尺寸 要制作后視鏡測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。 通過實驗發(fā)現(xiàn)積分球的內(nèi)徑大小和光斑的大小對結(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量儀的精度和穩(wěn)定性，但過大的積分球也過于浪費材料。所以一般情況下球的直徑選擇在200毫米左右，測量光斑在30毫米左右。 在畢業(yè)設(shè)計的測量系統(tǒng)中，積分球直徑為200mm，入射平行光通光口徑為30mm，后視鏡測試處通光口徑為30mm，光電接收器處設(shè)計為30mm，后視鏡與入射光線設(shè)計夾角，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 后視鏡位移傳動裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 傳動系統(tǒng)設(shè)計包括X軸位移滑臺，Z軸位移滑臺及后視鏡安裝，其主要工作流程為：U型夾具上夾緊后視鏡，再把U型夾裝置通過螺栓固定在U型固定套上，通過控制X軸電機(jī)來進(jìn)行水平移動，控制Z軸電機(jī)來豎直移動，移動到光機(jī)分球測試點，測試后視鏡的反射率。其主要內(nèi)容包括：步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器，軸承，聯(lián)軸器，絲杠等。 圖3-4 后視鏡位移傳動系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 3.2.1絲杠滑臺電機(jī)選取及計算 由于設(shè)計要求是滑臺的移動是可以控制的。因此，我們選用可以控制轉(zhuǎn)動的角度和速度的步進(jìn)電機(jī)[9]?；_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 步距角 （°） 機(jī)身長 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，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）可得傳動比i=4。 2) 根據(jù)快速進(jìn)給速度，確定電機(jī)的最高運行頻率 (3-2) 為工作臺運行最高速度（m/min）； 為步進(jìn)電機(jī)最高運行頻率（Hz）。代入工作臺最快進(jìn)給速度80mm/s，脈沖當(dāng)量0.1mm/Hz，由公式（3-2）計算得=800Hz。 3）根據(jù)電機(jī)的最高運行頻率及步距角，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）； 為工作臺運行最高速度（mm/s）； 為電機(jī)最高轉(zhuǎn)速（r/min）； I為傳動比，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，因此工作壽命 =9000（小時），回轉(zhuǎn)壽命r 7）額定載荷： (3-6) 為載荷系數(shù)，此處為普通運動，由表3-2，取=1.4，由公式（3-6）計算可得=511.57N，故選絲桿時，絲桿的額定動載荷應(yīng)該大于等于511.57N。 表3-2 運動載荷系數(shù) 載荷系數(shù) 無沖擊運動 普通運動 有沖擊和震動運動 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）絲杠公稱直徑： (3-7) 絲杠臨界轉(zhuǎn)速r/min,為臨界長度，取110mm，為支承系數(shù)，當(dāng)支承方式為支承-支承時，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，計算由公式（3-8）可得=200mm，故絲桿螺紋的長度不得小于200mm故絲桿螺紋的長度不得小于220mm，則軸承之間的距離=220mm，加上軸承安裝長度和與聯(lián)軸器的連接長度，取絲桿長度為252mm。 表3-4 公稱導(dǎo)程-余程序 公稱導(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，選擇軸承類型時一般綜合考慮如下幾個主要的因素：載荷大小、高速性能、軸向游動性能、允許的空間、安裝與拆卸方便。 本設(shè)計選用并設(shè)計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軸承，適用于高速運行、無需定期維護(hù)且非常耐用的場合。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)、汽車摩托車等機(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 由于軸和絲杠嚴(yán)格對齊，不產(chǎn)生工作的相對位移，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。而無齒隙可以用于主軸驅(qū)動、升降機(jī)平臺和機(jī)床。 3.2.5待測后視鏡安裝 本次設(shè)計為保證后視鏡拆卸和安裝方便，首先將待測的后視鏡安裝在U型夾上，調(diào)整后視鏡位置，通過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)通過螺栓固定在Z軸滑臺的中心位置上，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型固定套通過螺母固定位置，防止在運動過程中。安裝后視鏡時應(yīng)盡量使后視鏡與Z軸移動滑臺接近同軸， 第 4 章 電控部分設(shè)計 電控部分作為整個運動的控制部分，在設(shè)計中擁有重要的作用，本次設(shè)計單片機(jī)為核心，同時對光電接收器、電機(jī)、報警系統(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)的運動整合成有序的可控運動，其中單片機(jī)如同大腦一樣，指揮各機(jī)械機(jī)構(gòu)有序完成指定運動，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16位定時計器以及數(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16位的定時器和計數(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個雙向I/O接口； （4）具有256B內(nèi)部RAM； （5）具有3個16位的可編程定時/計數(shù)器； （6）具有0-24MHz的時鐘頻率； （7）具有2個串行中斷； （8）具有可編程的UART串行通道； （9）具有2個外部中斷源； （10）具有6個中斷源； （11）具有2個讀寫中斷口線； （12）具有3級加密位； （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，對放大器采用了對電壓并聯(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，因此采用了AD712運算放大器，可以使輸出電壓與輸入成線性關(guān)系。電路中采用了兩個RC濾波器。經(jīng)過兩個RC濾波器可以有效抑制光電流紋波，隨后信號接入到了 AD轉(zhuǎn)換模塊中[15]。 圖4-3放大及濾波電路圖設(shè)計 4.2.2光電接收器電路 光電接收器是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的器械，它是可以將兩者進(jìn)行轉(zhuǎn)化聯(lián)系的裝置。當(dāng)今光電檢測技術(shù)中常用的光電檢測設(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)定且價格低廉的特點。但是應(yīng)注意連接電器時在反向偏置條件下光電二極管的正常運行，電路如圖4-3所示。 圖4-4光接收器電路設(shè)計 4.2.3 A/D轉(zhuǎn)換部分 在設(shè)計中，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)換部分對采集到光電接收器信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換[14]。利用單片機(jī)來啟動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向單片機(jī)AT89C52發(fā)出中斷請求信號，CPU進(jìn)行中斷請求相應(yīng)。讀取譯碼器后，譯碼器的轉(zhuǎn)換結(jié)果送到相應(yīng)存儲區(qū)。重新選擇了被測量后再次啟動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元件，它具有測量的精確度高、擁有非?？斓捻憫?yīng)速度且具有較大的量程的特點。 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光柵測量原理 圖4-7莫爾條文示意 光柵莫爾條紋能對光柵進(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則會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)化后的電信號經(jīng)過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碾娦盘枺ń普倚盘枺?，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)采集通過光柵尺完成對物體的檢測，并以電信號脈沖的形式送入單片機(jī)的中斷源，對信號進(jìn)行分析和處理，采集的信息再經(jīng)過轉(zhuǎn)換，通過串口通信在人機(jī)交互界面上顯示出來。 圖4-8光柵尺位移傳感器信號處理電路設(shè)計 4.4光源恒流控制 由于光源為鎢絲燈，同標(biāo)稱色溫工作條件下的同類型同規(guī)格燈泡，工作時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)、模擬開關(guān)、運算放大器和參考電壓VREF。DAC0832芯片具有有八個輸入和一個模擬輸出。 圖4-9 DAC0832的邏輯框圖和引腳排列圖 4.4.2恒流驅(qū)動系統(tǒng)電路 圖4-10光源恒流電路設(shè)計 4.5電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 后視鏡位置的控制主要在于電動機(jī)的運動控制，因此，電動機(jī)的運動可以用簡單的正反轉(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，電動機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)處于Q0=0、Q1=1時，電動機(jī)處于翻轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)Q0=0、Q1=1時，電動機(jī)處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)。單片機(jī)通過對輸入信號的控制，完成對電機(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 圖4-12 電機(jī)正反轉(zhuǎn)流程圖 4.6音樂報警線路的控制 音樂報警電路可使報警聲優(yōu)美悅耳，克服了蜂鳴音報警音調(diào)比較單調(diào)的不足，音樂報警接口有兩部分組成： （1） 樂曲發(fā)生器，即集成電子音樂芯片； （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，音樂芯片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，揚聲器就會發(fā)出報警聲。若P1.7輸出低電平，芯片7920A關(guān)閉，揚聲器停止輸出聲音。 圖4-13音樂報警電路設(shè)計 4.7串口通信控制 本設(shè)計需要設(shè)計上位機(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)計如圖4-14所示。 圖4-14串口通信電路設(shè)計 第 5 章 人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計 5.1人機(jī)交互界面簡介 人機(jī)界面是進(jìn)行人機(jī)交互的一個系統(tǒng)界面，通常采用自然語言。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)界面作為計算機(jī)的重要部件是人與計算機(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硬件上運行的系統(tǒng)軟件和在PC的Windows操作系統(tǒng)上運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)大的編程語言的幫助下運行不同類型的交互，主要包括了系統(tǒng)的運動控制、信號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)計的車輛后視鏡反射率測試儀基于人機(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。 5.2人機(jī)交互界面設(shè)計 本次設(shè)計是利用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，同時涉及到對光電接收器、光柵尺位移傳感器、電機(jī)和報警電路的控制，因此，設(shè)計了配合單片機(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 后視鏡測試系統(tǒng)總體流程圖 5.3功能介紹 在系統(tǒng)運行之前，要對系統(tǒng)進(jìn)行光電檢測，在排除異常以后，再讓系統(tǒng)正常運行。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”和“停止”按鈕是控制整個測試平臺的啟動和停止，界面還設(shè)有對XZ軸電機(jī)正反轉(zhuǎn)顯示，當(dāng)X軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時，正轉(zhuǎn)指示燈亮起，電機(jī)正轉(zhuǎn)，滑塊帶動后視鏡水平移動；當(dāng)反轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)指示燈亮起，電機(jī)反轉(zhuǎn)，滑塊帶動后視鏡水平反向移動；當(dāng)電機(jī)停止時，停止指示燈亮起，停止運動。當(dāng)Z軸電機(jī)正轉(zhuǎn)時，正轉(zhuǎn)指示燈亮起，電機(jī)正轉(zhuǎn)，滑塊帶動后視鏡豎直移動；當(dāng)反轉(zhuǎn)時，反轉(zhuǎn)指示燈亮起，電機(jī)反轉(zhuǎn)，滑塊帶動后視鏡豎直移動；當(dāng)電機(jī)停止時，停止指示燈亮起，停止運動。 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軸可以輸入測試點相關(guān)位置參數(shù)，在測試點位置統(tǒng)計表中統(tǒng)計出測試點及其位置參數(shù)。測試后通過數(shù)據(jù)清零按鈕清除輸入的測試點位置相關(guān)參數(shù)。 圖5-6測試點數(shù)據(jù)輸入及統(tǒng)計表界面 （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)輸入測試點X軸位置，來控制X軸電機(jī)轉(zhuǎn)動，和Z軸電機(jī)是否轉(zhuǎn)動，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)輸入的測試點Z軸位置，控制Z軸電機(jī)轉(zhuǎn)動。 圖5-7 XZ軸光柵尺數(shù)據(jù)顯示界面 （5）報警提示功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時系統(tǒng)就會出現(xiàn)報警，提示試驗臺出現(xiàn)異常，警報指示燈也會從綠色變?yōu)榧t色。 （6）當(dāng)光柵尺到達(dá)測試點位置時光電接收器接受光信號并通過單片機(jī)輸出反射率測試結(jié)果在，測試結(jié)果位置顯示出不同測試點反射率。 （7）反射率數(shù)據(jù)統(tǒng)計：統(tǒng)計出測試的實驗次數(shù)及每次測試點反射率，將所做過的試驗有關(guān)數(shù)據(jù)依照流水次序記錄下來，每次試驗結(jié)束后，輸出的數(shù)據(jù)會依次保存在表格中，當(dāng)不需要表格中的數(shù)據(jù)時，點擊數(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)動的流程圖如圖5-10所示。 圖5-8測試點反射率采集界面 圖5-9反射率數(shù)據(jù)統(tǒng)計界面 圖5-10光柵尺控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的流程圖 35 第 6 章 工程定額概算 6.1 反射率測試儀制作成本預(yù)算 根據(jù)材料的計價依據(jù)和制作測試儀特定方法，儀器造價的合理確定能對制作過程中的支出費用進(jìn)行準(zhǔn)確并合理的計算。在設(shè)計階段結(jié)束后，根據(jù)初步的設(shè)計圖紙大概核算設(shè)備價格、材料價格及收取費用的標(biāo)準(zhǔn)等，預(yù)先對測試儀造價進(jìn)行大概了計算。 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損耗的材料用量。材料定額對使用較少、基價影響小的材料影響不大，多以不再具體羅列，將材料的價格以元為單位進(jìn)行計算。外購件的使用價格按設(shè)計的圖紙進(jìn)行計算，外購件的價格按購買價格進(jìn)行計算。 后視鏡檢測儀制作件、外購件和標(biāo)準(zhǔn)件的零件清單如表6.1所示。 表6.1 零件計算清單 零件計算清單 序號 名稱 型號 主要尺寸 重量 材料 單價 數(shù)量 1 車前照燈 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號圓鋼的價格表，根據(jù)第三章的設(shè)計尺寸可初步得到成本預(yù)算 序號 名稱 型號（φ） 長度 價格 1 45號圓鋼 80 80 4360 2 45號圓鋼 90 500 4360 3 45號圓鋼 100 600 4360 4 45號圓鋼 110 700 4360 5 45號圓鋼 120 800 4360 平行光管和積分球支架需要45元，制作