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1、-无刷直流风扇转速测量与调节工学院微机原理及应用基于工程的学习1. 概述1.1 总体目标学生每二人一组，运用单片机、电机调速技术、转速测量及显示知识设计并制作用于无刷直流风扇调速测速并显示的功能模块。1.2 社会背景、意义这是一个机电一体化团队设计工程，有助于培养团队协作精神。同时，它还模拟了几乎所有工程学科中都要用到的设计、制造过程。提高同学们在计算机测量、调节、软件编写和调试、电路设计及制作方面的综合设计和应用能力。1.3 工程组成该工程是为机械设计制造及自动化专业二年级学生所设计。涉及电工电子技术、测量技术和微机原理及应用专业根底知识，它也可以作为本专业电类控制工程设计课程。1.4 工程
2、说明和围该练习第一局部为工程设计，学生运用单片机产生脉宽调制信号经过功率驱动电路实现调速，对转速脉冲的间隔测量获得转速信息并显示在数码管或LCD上；编写完整的程序在设计的功能电路上实现功能。第二局部为制作和调试过程，学生设计PCB，加工PCB之后完成电路的调试和软件的联合调试。1.5 学习活动和任务根据工程技术目标确定系统的组成及资源的分配情况 设计电原理图，设计工具为proteus Isis或者是protel 99se 用单片机汇编语言或C语言设计系统流程，编写程序，设计工具为Keil uviosion 购置元器件 加工制作印刷电路板(PCB)，安装电路版 完成系统软件的编写，并在ISIS进
3、展模拟 调试电路板，完成工程技术要求 分析总结工程实践过程的经历，如果再一次做类似工作，写出更为优化的技术路线 测试无刷直流风扇的测速功能并显示转速，给定转速测试进入稳态转速的调节时间。2. 学习目标2.1 技术目标 运用电工电子学、微机原理及应用、测量技术、计算机软件等课程的根底知识，完成无刷直流风扇的调速和转速测量； 学习相关软件Keil uvision、Proteus编程及仿真软件，PCB设计软件的应用；了解直流电机的脉冲宽度调制(PWM)方法，用单片机PWM的方法； 学习电机转速测量的方法，结合定时计数器容完成测量方案设计 转速测量的结果在多位数码管或LCD上正确显示 整个调速测量系统
4、制成实物，完成功能 根据实际，演示系统的各项功能 分析设计中的问题，结果反映的问题，提出改良的方法 总结设计过程，得出类似系统设计的优化技术路线要求： 直流风扇采用PC机CPU冷却风扇，直径50mm-90mm，电压5V，四线制无刷电机 显示器件为7段数码管，4-6位一体式，或者是LCD(1602) 调速采用按键控制，分加速和减速，全围触控次数在20次以上 要有仿真和实验结果2.2 CDI0能力1.1.2 电工电子 运用之前学得的电工电子知识。2.1.1 问题鉴定及表述 评价数据及及其特征 制定解决问题的方案2.4.4 批判性思维 分析所述的问题3.1.1 组织高效的团队 确定团队中成员的角色和
5、职责3.1.2 团队运行 确定目标和日程4.4.1 设计过程 根据整体系统的目标和要求，选择每一模块及组件的要求 分析不同的设计 达成最终设计4.4.3 设计中知识的运用 运用科学及技术方面的知识 练习创新及批判性思维，以及解决问题的能力3. 团队组织及管理3.1 组团规模 每组两名学生3.2 组团组织 由各组自行决定3.3 组团管理 由各组自行决定3.4 组团数量 跟据班中学生数而定4. 给学生的注释4.1 工程讲义 附录 附录5. 给教师的注释5.1 教师指南 不适用6. 评估6.1 总结所用方法、工具 不适用6.2 总结评估是如何融于学习活动和任务之中的评判学生作品、制作过程及表现的标准
6、 附录10.4.1 最后一页的表格 附录10.4.2 最后一页的表格6.3 反应方法 不适用6.4 书写评估 附录 附录6.5 口头评估 不适用6.6 同组者评估 不适用7. 资源7.1 预算7.1.1 重复性开支7.1.2 非重复性开支7.2 材料7.2.1 材料清单7.2.1.1 可重复利用材料 单片机学习板 直流风扇及局部元器件7.2.1.2 耗材 PCB覆铜板 RC元件 接线7.2.2工具 电路板制作设备及工具 单片机学习板 万用表 相关软件7.3 人员配置描述所需技能及相应任务7.3.1 教职人员 教师 研究生助教7.3.2 技术人员 不适用7.3.3 其他人员*些工程需要专业技能或
7、证书，如业余无线电证书或飞行驾照7.4 空间确认每名学生、每个团队必须的空间。说明该空间仅在学生活动时需要还是长时间需要保存7.4.1 设计 为每个队提供桌子7.4.2 建造 为每个队提供桌子7.4.3 储存 各组自己保管工具设备7.4.5 操作 一片很大的开放空间仅在学生活动时需要7.5 软件资源例如：对工程可能有帮助的Java 小程序、Matlab 程序或Labview 文件 Keiluvision，Proteus，Protel8. 平安及危险控制8.1 有毒材料 不适用8.2 设备8.2.1 电器 稳压电源8.2.2 机械设备 不适用8.2.3 手持、辅助工具 电烙铁8.3 操作平安8.
8、4 政策或规章制度8.4.1 政府层面无须申报8.4.2 学校层面学校层面考虑工程实施过程对教学科研及正常工作秩序有无影响。本工程不涉及此类问题。9.变化很多工程在设计要求或工程细节上允许有所变化，可以让教职员根据现有资源进展调整时间、场地、资金，增加或减少涉及的围，或随年份对工程进展微调之前未曾用到。10. 附录10.1 多媒体10.2 其它资源10.2.1 宣讲材料10.2.2 10.2.3 文章10.2.4 文献10.3 学生作品例子每个学校必须在当地解决学生知识产权的问题10.4 10.4.1 学生资料-第一局部无刷直流风扇调速与测速基于工程的学习工程学习表现分析学习目标：在完成这一系
9、统问题后，你应该已经： 运用并掌握微机测控装置的经典设计过程，即电路-软件-仿真-实物的设计调试试制过程; 通过实践，已经熟悉了主要应用软件，Keil、Proteus、Protel等软件的使用，并已经积累了应用经历; 工程实践后，锻炼了硬件设计和调试水平，提高了工程应用的直观经历; 对PWM驱动直流电机、电机带动风扇的模型有了感性认识，为后面的课程，动力学与系统、控制工程打下了根底; 学习了微机编程的技术，积累了编程和软件调试经历; 在集体工程活动中锻炼了组织、分工协调能力;概述:在这个系统问题中，你将无刷直流风扇的运行表现，并且分析以下几个问题： 风扇运行时转速测量的准确度分析，分析测量偏差
10、的原因； 脉冲宽度调制用于直流电机的调速时需要考虑脉冲宽度的精细调整，脉冲宽度间隔设定起到关键作用，设计过程需要考虑脉宽的准确设定。 风扇运行过程中会受到气流和通风条件的影响，调节过程应该考虑环境对运行的影响，及时调整PWM波形。 无刷直流风扇的最终运行情况由上述几个方面决定。工程考察风扇在微机测量和调节条件下的运行状况，给出不同指令转速下检查风扇的调节所需时间。最终能够快速响应和运行平稳的系统将获得更好的评价。一、第1阶段：转速测量和调节系统的硬件构成这一阶段的任务为建立一套较为完整的转速测量和调节装置。硬件包括无刷直流风扇、51单片机学习板、12V电源、功率器件以及局部导线。图1:无刷直流
11、风扇产品品牌：台达产品型号：AFB0712HHB外观尺寸：70mm70mm15mm转速参考：1000500010%RPM轴承类型：滚珠轴承使用寿命：50000小时噪音参考：15-35分贝额定电压：12V额定电压：0.45A接口类型：主板4pin口转速监测：支持图2：51系列单片机学习板 风扇采用4线连接，除了电源线外有PWM输入和转速输出。利用风扇每转产生的脉冲测量其转速，具体方法可采用定时/计数器经过处理实现。 测量的结果显示在LED数码管上。 由单片机的*一个输出端产生PWM波形，脉宽可调。(为方便后续调节，脉宽应尽可能多级可调) 设计过程辅助工具为：Keil C51、Proteus。 过
12、程：设计系统方案、编写工作流程、设计硬件电路、编写系统程序。然后调试和程序下载。二、第2和第3阶段系统应具备的功能：从单片机串口接收到指令信号后，输出相应的PWM波形，调节风扇的转速，使得风扇的稳定转速与PC机上给定的转速值根本一致。要考虑的深层问题：1. 获得尽可能快速的调节。从指令开场到进入转速误差5%围所需要的时间为进一步考核的指标。2. 为此你必须了解无刷直流风扇的动力学过程，即从风扇电机电压到风扇转速之间的动态关系。3. 制定调节的优化方案(调节器的设计)第3阶段，工程完成情况的总结和性能比拟。三、分析与汇总 提交系统实现的方案、硬件电路、程序流程图。附加500字以的简要说明20分。
13、 给出5V电源下PWM占空比分别为：0.2至0.8围的平均转速和转速波动百分比，画出一风扇转速与占空比之间的关系表格和曲线30分。 检查容：从PC机发送一个转速指令信号后系统能否调整转速并显示30分。 对调节方案作总结。分析无刷直流风扇的动力学关系，并据此制定调节方案2分。系统作业三：评分标准学生: _ 学生*: _ 0很差1较差2良好3优秀4突出学生是否能够完成具有风扇转速测量和调节的硬件设计.20分 学生是否能够完成转速测量程序和转速调节程序的设计? 20分学生是否清楚转速和电压之间的关系.15分学生是否根据转速的偏差来及时调整PWM脉宽. 10分 学生能否从串口接收到转速指令信号.10
14、分 学生是否根据动态特性来调制PWM参数.15分学生提供的是否有理有据的设计.对重要的设计特征是否给出简要的理由 10分总分: _ 10.4.2 学生资料-第二局部无刷直流风扇调速与测速基于工程的学习系统的制作和试验一、学习目标：本次系统作业的目的在于： 通过脉冲宽度调节实现无刷直流风扇转速的改变； 借助风扇转动时产生的脉冲信号，测量风扇的转速并显示； 比拟每组风扇从*一转速(600r/min)到另一转速(2000r/min)稳定运转的所需要的时间。通过比拟试验结果的估算结果并讨论结果差异的主要原因，让学生展示对无刷直流风扇数学模型建立和调节方法局限性有深入理解。二、概述：在本次作业中，每个学生将和伙伴合作执行如下操作：1、设计一个能够接收转速指令并且调制风扇转速尽可能短的时
