钢轨平直度检测仪设计及误差分析与性能实验研究
这是一篇关于钢轨平直度检测,激光位移传感器,误差分析,AD7606,单片机的论文, 主要内容为钢轨轨道的平顺程度不仅影响着列车的运行速度和乘坐舒适性,而且会导致剧烈噪声和加速列车损坏,甚至危及行车安全。我国铁路行业的快速发展,对钢轨轨道的平顺程度要求的提高,导致铁路维修人员维护工作日益繁重。为了减轻铁路维修人员的工作负担,便携式钢轨平直度检测仪在国内被广泛应用。由于国内的高精度的便携式平直度检测仪起步较晚,目前国内的高精度平直度检测仪均是国外进口。针对上述问题,本文基于激光位移传感器完成一种钢轨平直度检测设备,完成检测仪的结构与软硬件设计,通过精密级大理石量块为基准对检测仪的测量误差进行分析与消除,对钢轨平直度检测仪的检测精度、重复精度进行实验研究。具体研究内容如下:针对钢轨平直度的检测需求,确定了采用精密级直线模组驱动两组(四个)激光位移传感器进行钢轨平直度测量的检测方案。完成了检测仪精密移动驱动装置、传感器安装定位装置、支撑定位装置的详细结构设计;根据检测仪检测系统需要实现高精度数据采集、无线通信和精密模组运动控制的需求,完成了检测仪电气控制系统主芯片、AD模块、蓝牙通讯模块的选型,确定了采用AD7606模块实现高精度数据采集,采用蓝牙HC05模块实现无线通信;以锂电池为电源完成了检测仪的外部供电电路以及STM32为主控芯片的主控板电路设计。检测仪的程序设计分为上下位机程序两部分。基于Keil5开发环境完成了检测仪的AD7606、蓝牙HC05、步进电机控制等下位机驱动子程序设计,使用FreeRTOS操作系统的多任务机制完了成检测仪下位机主程序开发;基于QT Creator开发工具完成了检测仪的上位机软件账户管理模块、无线通信模块、数据处理模块、数据可视化模块和数据存储模块的设计,基于QT for Android实现了检测仪上位机软件的跨平台运行。对检测仪的检测误差进行理论分析,确定检测仪的检测误差由检测仪数据采集系统误差(传感器误差、AD转换误差组成)、结构误差、装配误差和振动误差等组成;以精密级大理石量块工作面为基准,搭建检测仪误差分析平台,对检测仪各类误差的规律和性质进行实验分析。采用移动中值移动均值滤波算法和线性拟合标定方法对检测仪数据采集系统的随机误差和系统性误差进行了处理;以精密级大理石量块做基准对检测仪的装配误差、结构变形误差与振动误差进行了测试分析,获得各项误差变化规律,采用最小二乘法对系统变值误差进行了拟合,为检测仪提供了误差补偿措施。完成了检测仪实验样机机械结构的制造、装配以及软件系统的调试,采用LMS进行了检测仪动态特性测试,实验研究了不同运动方案对检测仪测量误差的影响规律,确定了检测仪测量的优化运动参数;以精密级大理石量块工作面为基准,对检测仪样机的测量精度和重复测量精度进行了测试,测试结果表明检测仪测量精度可达±0.41%FS(±0.025mm),重复精度可达±0.0167%FS(±0.01mm),可满足钢轨平直度检测标准的要求;采用国外与自制钢轨平直度检测仪对实际钢轨进行了性能对比实验,结果表明开发的钢轨平直度检测仪样机具有检测性能可靠、检测点多的特点,为钢轨平直度检测提供了技术支撑。
钢轨平直度检测仪设计及误差分析与性能实验研究
这是一篇关于钢轨平直度检测,激光位移传感器,误差分析,AD7606,单片机的论文, 主要内容为钢轨轨道的平顺程度不仅影响着列车的运行速度和乘坐舒适性,而且会导致剧烈噪声和加速列车损坏,甚至危及行车安全。我国铁路行业的快速发展,对钢轨轨道的平顺程度要求的提高,导致铁路维修人员维护工作日益繁重。为了减轻铁路维修人员的工作负担,便携式钢轨平直度检测仪在国内被广泛应用。由于国内的高精度的便携式平直度检测仪起步较晚,目前国内的高精度平直度检测仪均是国外进口。针对上述问题,本文基于激光位移传感器完成一种钢轨平直度检测设备,完成检测仪的结构与软硬件设计,通过精密级大理石量块为基准对检测仪的测量误差进行分析与消除,对钢轨平直度检测仪的检测精度、重复精度进行实验研究。具体研究内容如下:针对钢轨平直度的检测需求,确定了采用精密级直线模组驱动两组(四个)激光位移传感器进行钢轨平直度测量的检测方案。完成了检测仪精密移动驱动装置、传感器安装定位装置、支撑定位装置的详细结构设计;根据检测仪检测系统需要实现高精度数据采集、无线通信和精密模组运动控制的需求,完成了检测仪电气控制系统主芯片、AD模块、蓝牙通讯模块的选型,确定了采用AD7606模块实现高精度数据采集,采用蓝牙HC05模块实现无线通信;以锂电池为电源完成了检测仪的外部供电电路以及STM32为主控芯片的主控板电路设计。检测仪的程序设计分为上下位机程序两部分。基于Keil5开发环境完成了检测仪的AD7606、蓝牙HC05、步进电机控制等下位机驱动子程序设计,使用FreeRTOS操作系统的多任务机制完了成检测仪下位机主程序开发;基于QT Creator开发工具完成了检测仪的上位机软件账户管理模块、无线通信模块、数据处理模块、数据可视化模块和数据存储模块的设计,基于QT for Android实现了检测仪上位机软件的跨平台运行。对检测仪的检测误差进行理论分析,确定检测仪的检测误差由检测仪数据采集系统误差(传感器误差、AD转换误差组成)、结构误差、装配误差和振动误差等组成;以精密级大理石量块工作面为基准,搭建检测仪误差分析平台,对检测仪各类误差的规律和性质进行实验分析。采用移动中值移动均值滤波算法和线性拟合标定方法对检测仪数据采集系统的随机误差和系统性误差进行了处理;以精密级大理石量块做基准对检测仪的装配误差、结构变形误差与振动误差进行了测试分析,获得各项误差变化规律,采用最小二乘法对系统变值误差进行了拟合,为检测仪提供了误差补偿措施。完成了检测仪实验样机机械结构的制造、装配以及软件系统的调试,采用LMS进行了检测仪动态特性测试,实验研究了不同运动方案对检测仪测量误差的影响规律,确定了检测仪测量的优化运动参数;以精密级大理石量块工作面为基准,对检测仪样机的测量精度和重复测量精度进行了测试,测试结果表明检测仪测量精度可达±0.41%FS(±0.025mm),重复精度可达±0.0167%FS(±0.01mm),可满足钢轨平直度检测标准的要求;采用国外与自制钢轨平直度检测仪对实际钢轨进行了性能对比实验,结果表明开发的钢轨平直度检测仪样机具有检测性能可靠、检测点多的特点,为钢轨平直度检测提供了技术支撑。
基于NB-IoT的环境安全监测系统
这是一篇关于窄带物联网,环境安全监测,单片机的论文, 主要内容为环境安全监测是科学监督和管理环境的基础内容,也是环保安全工作的重要组成部分。随着环境监测在工业、农业等领域扮演着愈发重要的角色,如何设计功耗低且实时性高的环境监测系统成为了研究热点。现有的环境安全监测系统往往功能单一,并且需要在成本、覆盖面积和实时性等方面作出取舍,从而无法满足工业园区、工厂和化学仓库等应用场景智能监控的需要。本文针对传统环境监测系统中存在的问题,结合窄带物联网技术低功耗、低成本、广覆盖的特点,设计了一套基于NB-IoT的环境安全监测系统。本文在深入研究传感器网络、云服务、网络通信等技术的基础上,结合具体的需求和性能指标对基于NB-IoT的环境安全监测系统进行设计。本系统主要设计了监测节点和服务器端,其中监测节点采用STM32L151C8T6作为主控芯片,选取BC95-B8作为NB-IoT通信模组,结合HTU21D、CCS811、MQ系列传感器和GPS定位模组进行硬件电路设计,实现了数据采集、数据传输等功能。服务器端基于Java语言开发,选取My SQL作为数据库管理系统,采用Spring+Spring MVC+My Batis框架对Web服务器和页面进行设计,还采用了React Native框架进行Android客户端的开发,实现了数据收发、数据处理和存储、数据显示等功能。本文最后对系统的软硬件功能进行测试,主要针对监测节点数据采集、服务器数据接收、通信稳定性、监测节点功耗和客户端的相关功能进行验证和分析。测试结果表明该系统能在保证通信稳定、续航时间长的基础上实现对环境安全相关数据的有效监测和监测节点的智能管理。
基于物联网的多功能激光加工控制系统的设计与实现
这是一篇关于激光加工,双波长,FPGA,单片机,物联网的论文, 主要内容为激光广泛应用于工业加工领域,目前市场上主流的激光加工设备在加工、管理方面存有以下不足。1.激光器配置单一、输出波长范围有限,针对不同应用无法满足要求。2.重视激光功率,忽略激光Q脉冲宽度、光束模式等其它激光参数,激光参数未能全部可控,难以完成高质量的激光工艺加工。3.本课题组曾针对内燃机缸套内表面采用的“单脉冲同点间隔多次”激光微织构工艺加工系统受限加工低主轴转速、小孔径发动机缸套。4.本实验室原来研制的设备,必须配有位置传感器才能实现平面同点间隔多次激光工艺,效率低且受限短脉冲激光加工方式。5.功能单一,不能同时满足二维平面、三维立体和特殊曲面加工。6.未配数据库系统,加工数据未能有效管理,且加工过程中必须现场值守,无法实现远程加工、监控、管理。7.只能实现等比例像素图像打标,无法实现任意比例像素图像打标。针对目前主流激光系统所存问题,以及考虑到“工业4.0”大数据环境下激光系统智能化升级的必然趋势,本文完成了基于物联网的多功能激光加工系统的设计与实现。并结合具体加工需求,以ARM STM32单片机和FPGA作为控制中心,C++语言设计软件,完成如下具有独立功能的控制系统应用模块:1.以内燃机缸套内表面作为应用加工研究对象,升级基于Mega128型号单片机串行工作时序的激光微加工控制系统。选用532nm激光光源,设计基于FPGA并行工作时序的激光加工控制子系统,同时配有手持触摸屏无线通信控制终端。2.提出“返程误差抵消法”新思路,完成平面单脉冲同点间隔多次加工子系统,双波长激光实现激光点阵列、网纹和凹槽形貌的微加工。3.解析CAD文件,生成相应的控制指令集,控制双波长激光器和运动平台协同工作。激光可自动对焦,完成中心旋转曲面激光加工。4.设计基于ODBC数据源的激光加工数据库系统,SIM900模块的短信远程控制终端,W5500TCP/IP协议栈的DRM远程管理系统。5.设计单片机WEB服务器,浏览器终端远程访问与控制激光加工系统。6.选用型号为HD-GY500摄像头,实现指示光自动对焦,设计双光路自动切换和自动对焦子系统。7.基于Opencv2.4图像库,采用“四格扫描法”,将像素图像矢量转换、插补运算,实现像素图像任意比例的激光加工。本文分别对各子系统进行了性能测试,试验结果表明:所有子系统工作完全达到预期效果,且加工过程稳定可靠。本文提出的基于物联网的多功能激光加工控制系统,针对作为加工光源的多台激光器,设计多光路自动切换系统。满足了面对不同加工对象、同一加工对象不同位置选择不同加工方式的多种灵活加工需求。同时,系统配有数据库管理系统,能够对加工设备、设备操作人员实施便捷管理,是一台真正意义上的物联网多功能激光加工平台。
数控逐格拍摄系统设计与开发
这是一篇关于逐格摄影法,机械设计,单片机,步进电机的论文, 主要内容为逐格画面拍摄技术在自然和野生动物影片拍摄中被广泛的使用,而逐格摄影设备是拍摄精彩的逐格画面的关键。目前,用于拍摄逐格画面的摄影设备有逐格摄像机和数码相机,使用逐格摄像机配以专门的配件能实现固定逐格画面、直线逐格画面、旋转逐格画面的拍摄,但是拍摄成本高；使用数码相机拍摄逐格画面,拍摄成本低,但是只能实现固定逐格画面的拍摄,因此,本文针对上述问题设计开发了一种基于单片机控制的机电产品——数控逐格拍摄系统。 首先,本文通过对逐格拍摄的原理方法和逐格摄影设备不足之处的分析,提出了对新系统的设计要求,并在此基础上完成了基于单片机控制的系统总体方案设计；其次,对系统的机械部分设计作了详细的介绍。传动系统采用基于同步带的线性驱动系统,实现了底层运动部件的运动并保证了需要的运动精度。随后,基于步进伺服驱动技术开发了单片机为主控制器的数控逐格拍摄控制系统,对其中主要模块的电路进行详细的设计。最后,给出了本系统软件控制的开发流程。通过单片机及配套电路和程序,实现对系统底层运动部件——步进电机和整个系统管理功能的控制,并搭建了良好的人机对话界面。 通过对样机的实验表明,研制的数控逐格拍摄系统工作稳定、可靠,满足了功能设计要求和精度要求,实现了预期目标。
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