級(jí)項(xiàng)目任務(wù)書-無(wú)刷風(fēng)扇速測(cè)量控制

.z無(wú)刷直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速測(cè)量與調(diào)節(jié)工學(xué)院微機(jī)原理及應(yīng)用基于工程的學(xué)習(xí)1.概述1.1總體目標(biāo)學(xué)生每二人一組，運(yùn)用單片機(jī)、電機(jī)調(diào)速技術(shù)、轉(zhuǎn)速測(cè)量及顯示知識(shí)設(shè)計(jì)并制作用于無(wú)刷直流風(fēng)扇調(diào)速測(cè)速并顯示的功能模塊。1.2社會(huì)背景、意義這是一個(gè)機(jī)電一體化團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)工程，有助于培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。同時(shí)，它還模擬了幾乎所有工程學(xué)科中都要用到的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程。提高同學(xué)們?cè)谟?jì)算機(jī)測(cè)量、調(diào)節(jié)、軟件編寫和調(diào)試、電路設(shè)計(jì)及制作方面的綜合設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力。1.3工程組成該工程是為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)二年級(jí)學(xué)生所設(shè)計(jì)。涉及電工電子技術(shù)、測(cè)量技術(shù)和微機(jī)原理及應(yīng)用專業(yè)根底知識(shí)，它也可以作為本專業(yè)電類控制工程設(shè)計(jì)課程。1.4工程說(shuō)明和圍該練習(xí)第一局部為工程設(shè)計(jì)，學(xué)生運(yùn)用單片機(jī)產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)調(diào)速，對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖的間隔測(cè)量獲得轉(zhuǎn)速信息并顯示在數(shù)碼管或LCD上；編寫完整的程序在設(shè)計(jì)的功能電路上實(shí)現(xiàn)功能。第二局部為制作和調(diào)試過(guò)程，學(xué)生設(shè)計(jì)PCB，加工PCB之后完成電路的調(diào)試和軟件的聯(lián)合調(diào)試。1.5學(xué)習(xí)活動(dòng)和任務(wù)① 根據(jù)工程技術(shù)目標(biāo)確定系統(tǒng)的組成及資源的分配情況設(shè)計(jì)電原理圖，設(shè)計(jì)工具為proteusIsis或者是protel99se用單片機(jī)匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程，編寫程序，設(shè)計(jì)工具為Keiluviosion購(gòu)置元器件加工制作印刷電路板(PCB)，安裝電路版完成系統(tǒng)軟件的編寫，并在ISIS進(jìn)展模擬調(diào)試電路板，完成工程技術(shù)要求分析總結(jié)工程實(shí)踐過(guò)程的經(jīng)歷，如果再一次做類似工作，寫出更為優(yōu)化的技術(shù)路線測(cè)試無(wú)刷直流風(fēng)扇的測(cè)速功能并顯示轉(zhuǎn)速，給定轉(zhuǎn)速測(cè)試進(jìn)入穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)時(shí)間。2.學(xué)習(xí)目標(biāo)2.1技術(shù)目標(biāo)①運(yùn)用電工電子學(xué)、微機(jī)原理及應(yīng)用、測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件等課程的根底知識(shí)，完成無(wú)刷直流風(fēng)扇的調(diào)速和轉(zhuǎn)速測(cè)量；②學(xué)習(xí)相關(guān)軟件Keiluvision、Proteus編程及仿真軟件，PCB設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用；③ 了解直流電機(jī)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)方法，用單片機(jī)PWM的方法；學(xué)習(xí)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法，結(jié)合定時(shí)計(jì)數(shù)器容完成測(cè)量方案設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速測(cè)量的結(jié)果在多位數(shù)碼管或LCD上正確顯示整個(gè)調(diào)速測(cè)量系統(tǒng)制成實(shí)物，完成功能根據(jù)實(shí)際，演示系統(tǒng)的各項(xiàng)功能分析設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，結(jié)果反映的問(wèn)題，提出改良的方法總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程，得出類似系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化技術(shù)路線要求：直流風(fēng)扇采用PC機(jī)CPU冷卻風(fēng)扇，直徑50mm-90mm，電壓5V，四線制無(wú)刷電機(jī)顯示器件為7段數(shù)碼管，4-6位一體式，或者是LCD(1602)調(diào)速采用按鍵控制，分加速和減速，全圍觸控次數(shù)在20次以上要有仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果2.2CDI0能力1.1.2電工電子運(yùn)用之前學(xué)得的電工電子知識(shí)。2.1.1問(wèn)題鑒定及表述評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)及及其特征制定解決問(wèn)題的方案2.4.4批判性思維分析所述的問(wèn)題3.1.1組織高效的團(tuán)隊(duì)確定團(tuán)隊(duì)中成員的角色和職責(zé)3.1.2團(tuán)隊(duì)運(yùn)行確定目標(biāo)和日程4.4.1設(shè)計(jì)過(guò)程根據(jù)整體系統(tǒng)的目標(biāo)和要求，選擇每一模塊及組件的要求分析不同的設(shè)計(jì)達(dá)成最終設(shè)計(jì)4.4.3設(shè)計(jì)中知識(shí)的運(yùn)用運(yùn)用科學(xué)及技術(shù)方面的知識(shí)練習(xí)創(chuàng)新及批判性思維，以及解決問(wèn)題的能力3.團(tuán)隊(duì)組織及管理3.1組團(tuán)規(guī)模每組兩名學(xué)生3.2組團(tuán)組織由各組自行決定3.3組團(tuán)管理由各組自行決定3.4組團(tuán)數(shù)量跟據(jù)班中學(xué)生數(shù)而定4.給學(xué)生的注釋4.1工程講義附錄附錄5.給教師的注釋5.1教師指南不適用6.評(píng)估6.1總結(jié)所用方法、工具不適用6.2總結(jié)評(píng)估是如何融于學(xué)習(xí)活動(dòng)和任務(wù)之中的評(píng)判學(xué)生作品、制作過(guò)程及表現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)附錄10.4.1〔最后一頁(yè)的表格〕附錄10.4.2〔最后一頁(yè)的表格〕6.3反應(yīng)方法不適用6.4書寫評(píng)估附錄附錄6.5口頭評(píng)估不適用6.6同組者評(píng)估不適用7.資源7.1預(yù)算7.1.1重復(fù)性開(kāi)支7.1.2非重復(fù)性開(kāi)支7.2材料7.2.1材料清單7.2.1.1可重復(fù)利用材料單片機(jī)學(xué)習(xí)板直流風(fēng)扇及局部元器件7.2.1.2耗材PCB覆銅板RC元件接線7.2.2 工具電路板制作設(shè)備及工具單片機(jī)學(xué)習(xí)板萬(wàn)用表相關(guān)軟件7.3人員配置〔描述所需技能及相應(yīng)任務(wù)〕7.3.1教職人員教師研究生助教7.3.2技術(shù)人員不適用7.3.3其他人員〔*些工程需要專業(yè)技能或證書，如業(yè)余無(wú)線電證書或飛行駕照〕7.4空間〔確認(rèn)每名學(xué)生、每個(gè)團(tuán)隊(duì)必須的空間。說(shuō)明該空間僅在學(xué)生活動(dòng)時(shí)需要還是長(zhǎng)時(shí)間需要保存〕7.4.1設(shè)計(jì)為每個(gè)隊(duì)提供桌子7.4.2建造為每個(gè)隊(duì)提供桌子7.4.3儲(chǔ)存各組自己保管工具設(shè)備7.4.5操作一片很大的開(kāi)放空間〔僅在學(xué)生活動(dòng)時(shí)需要〕7.5軟件資源〔例如：對(duì)工程可能有幫助的Java小程序、Matlab程序或Labview文件〕Keiluvision，Proteus，Protel8.平安及危險(xiǎn)控制8.1有毒材料不適用8.2設(shè)備8.2.1電器穩(wěn)壓電源8.2.2機(jī)械設(shè)備不適用8.2.3手持、輔助工具電烙鐵8.3操作平安8.4政策或規(guī)章制度〔〕8.4.1政府層面無(wú)須申報(bào)8.4.2學(xué)校層面學(xué)校層面考慮工程實(shí)施過(guò)程對(duì)教學(xué)科研及正常工作秩序有無(wú)影響。本工程不涉及此類問(wèn)題。9.變化很多工程在設(shè)計(jì)要求或工程細(xì)節(jié)上允許有所變化，可以讓教職員根據(jù)現(xiàn)有資源進(jìn)展調(diào)整〔時(shí)間、場(chǎng)地、資金〕，增加或減少涉及的圍，或隨年份對(duì)工程進(jìn)展微調(diào)之前未曾用到。10.附錄10.1多媒體10.2其它資源10.2.1宣講材料10.2.210.2.3文章10.2.4文獻(xiàn)10.3學(xué)生作品例子〔每個(gè)學(xué)校必須在當(dāng)?shù)亟鉀Q學(xué)生知識(shí)產(chǎn)權(quán)的問(wèn)題〕10.410.4.1學(xué)生資料--第一局部無(wú)刷直流風(fēng)扇調(diào)速與測(cè)速基于工程的學(xué)習(xí)工程學(xué)習(xí)表現(xiàn)分析學(xué)習(xí)目標(biāo)：在完成這一系統(tǒng)問(wèn)題后，你應(yīng)該已經(jīng)：運(yùn)用并掌握微機(jī)測(cè)控裝置的經(jīng)典設(shè)計(jì)過(guò)程，即電路-軟件-仿真-實(shí)物的設(shè)計(jì)調(diào)試試制過(guò)程;通過(guò)實(shí)踐，已經(jīng)熟悉了主要應(yīng)用軟件，Keil、Proteus、Protel等軟件的使用，并已經(jīng)積累了應(yīng)用經(jīng)歷;工程實(shí)踐后，鍛煉了硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試水平，提高了工程應(yīng)用的直觀經(jīng)歷;對(duì)PWM驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇的模型有了感性認(rèn)識(shí)，為后面的課程，動(dòng)力學(xué)與系統(tǒng)、控制工程打下了根底;學(xué)習(xí)了微機(jī)編程的技術(shù)，積累了編程和軟件調(diào)試經(jīng)歷;在集體工程活動(dòng)中鍛煉了組織、分工協(xié)調(diào)能力;概述:在這個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題中，你將無(wú)刷直流風(fēng)扇的運(yùn)行表現(xiàn)，并且分析以下幾個(gè)問(wèn)題：風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確度分析，分析測(cè)量偏差的原因；脈沖寬度調(diào)制用于直流電機(jī)的調(diào)速時(shí)需要考慮脈沖寬度的精細(xì)調(diào)整，脈沖寬度間隔設(shè)定起到關(guān)鍵作用，設(shè)計(jì)過(guò)程需要考慮脈寬的準(zhǔn)確設(shè)定。風(fēng)扇運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到氣流和通風(fēng)條件的影響，調(diào)節(jié)過(guò)程應(yīng)該考慮環(huán)境對(duì)運(yùn)行的影響，及時(shí)調(diào)整PWM波形。無(wú)刷直流風(fēng)扇的最終運(yùn)行情況由上述幾個(gè)方面決定。工程考察風(fēng)扇在微機(jī)測(cè)量和調(diào)節(jié)條件下的運(yùn)行狀況，給出不同指令轉(zhuǎn)速下檢查風(fēng)扇的調(diào)節(jié)所需時(shí)間。最終能夠快速響應(yīng)和運(yùn)行平穩(wěn)的系統(tǒng)將獲得更好的評(píng)價(jià)。一、第1階段：轉(zhuǎn)速測(cè)量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成這一階段的任務(wù)為建立一套較為完整的轉(zhuǎn)速測(cè)量和調(diào)節(jié)裝置。硬件包括無(wú)刷直流風(fēng)扇、51單片機(jī)學(xué)習(xí)板、12V電源、功率器件以及局部導(dǎo)線。圖1:無(wú)刷直流風(fēng)扇產(chǎn)品品牌：臺(tái)達(dá)產(chǎn)品型號(hào)：AFB0712HHB外觀尺寸：70mm×70mm×15mm轉(zhuǎn)速參考：1000~5000±10%RPM軸承類型：滾珠軸承使用壽命：50000小時(shí)噪音參考：15--35分貝額定電壓：12V額定電壓：0.45A接口類型：主板4pin口轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)：支持圖2：51系列單片機(jī)學(xué)習(xí)板風(fēng)扇采用4線連接，除了電源線外有PWM輸入和轉(zhuǎn)速輸出。利用風(fēng)扇每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖測(cè)量其轉(zhuǎn)速，具體方法可采用定時(shí)/計(jì)數(shù)器經(jīng)過(guò)處理實(shí)現(xiàn)。測(cè)量的結(jié)果顯示在LED數(shù)碼管上。由單片機(jī)的*一個(gè)輸出端產(chǎn)生PWM波形，脈寬可調(diào)。(為方便后續(xù)調(diào)節(jié)，脈寬應(yīng)盡可能多級(jí)可調(diào))設(shè)計(jì)過(guò)程輔助工具為：KeilC51、Proteus。過(guò)程：設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案、編寫工作流程、設(shè)計(jì)硬件電路、編寫系統(tǒng)程序。然后調(diào)試和程序下載。二、第2和第3階段系統(tǒng)應(yīng)具備的功能：從單片機(jī)串口接收到指令信號(hào)后，輸出相應(yīng)的PWM波形，調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，使得風(fēng)扇的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速與PC機(jī)上給定的轉(zhuǎn)速值根本一致。要考慮的深層問(wèn)題：獲得盡可能快速的調(diào)節(jié)。從指令開(kāi)場(chǎng)到進(jìn)入轉(zhuǎn)速誤差5%圍所需要的時(shí)間為進(jìn)一步考核的指標(biāo)。為此你必須了解無(wú)刷直流風(fēng)扇的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，即從風(fēng)扇電機(jī)電壓到風(fēng)扇轉(zhuǎn)速之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。制定調(diào)節(jié)的優(yōu)化方案(調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì))第3階段，工程完成情況的總結(jié)和性能比擬。三、分析與匯總提交系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方案、硬件電路、程序流程圖。附加500字以的簡(jiǎn)要說(shuō)明〔20分〕。給出5V電源下PWM占空比分別為：0.2至0.8圍的平均轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速波動(dòng)百分比，畫出一風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與占空比之間的關(guān)系表格和曲線〔30分〕。檢查容：從PC機(jī)發(fā)送一個(gè)轉(zhuǎn)速指令信號(hào)后系統(tǒng)能否調(diào)整轉(zhuǎn)速并顯示〔30分〕。對(duì)調(diào)節(jié)方案作總結(jié)。分析無(wú)刷直流風(fēng)扇的動(dòng)力學(xué)關(guān)系，并據(jù)此制定調(diào)節(jié)方案〔2分〕。系統(tǒng)作業(yè)三：評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)學(xué)生:____________________________學(xué)生**:____________________________0很差1較差2良好3優(yōu)秀4突出學(xué)生是否能夠完成具有風(fēng)扇轉(zhuǎn)速測(cè)量和調(diào)節(jié)的硬件設(shè)計(jì).[20分]學(xué)生是否能夠完成轉(zhuǎn)速測(cè)量程序和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序的設(shè)計(jì)?[20分]學(xué)生是否清楚轉(zhuǎn)速和電壓之間的關(guān)系.[15分]學(xué)生是否根據(jù)轉(zhuǎn)速的偏差來(lái)及時(shí)調(diào)整PWM脈寬.[10分]學(xué)生能否從串口接收到轉(zhuǎn)速指令信號(hào).[10分]學(xué)生是否根據(jù)動(dòng)態(tài)特性來(lái)調(diào)制PWM參數(shù).[15分]學(xué)生提供的是否有理有據(jù)的設(shè)計(jì).對(duì)重要的設(shè)計(jì)特征是否給出簡(jiǎn)要的理由[10分]總分:___________10.4.2學(xué)生資料--第二局部無(wú)刷直流風(fēng)扇調(diào)速與測(cè)速基于工程的學(xué)習(xí)系統(tǒng)的制作和試驗(yàn)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)：本次系統(tǒng)作業(yè)的目的在于：通過(guò)脈沖寬度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的改變；借助風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，測(cè)量風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速并顯示；比擬每組風(fēng)扇從*一轉(zhuǎn)速(600r/min)到另一轉(zhuǎn)速(2000r/min)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的所需要的時(shí)間。通過(guò)比擬試驗(yàn)結(jié)果的估算結(jié)果并討論結(jié)果差異的主要原因，讓學(xué)生展示對(duì)無(wú)刷直流風(fēng)扇數(shù)學(xué)模型建立和調(diào)節(jié)方法局限性有深入理解。二、概述：在本次作業(yè)中，每個(gè)學(xué)生將和伙伴合作執(zhí)行如下操作：1、設(shè)計(jì)一個(gè)能夠接收轉(zhuǎn)速指令并且調(diào)制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速盡可能短的時(shí)間里穩(wěn)定在設(shè)定轉(zhuǎn)速，：轉(zhuǎn)速指令的格式(實(shí)施前提供)；無(wú)刷直流風(fēng)扇的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速-占空比關(guān)系；風(fēng)扇的動(dòng)力學(xué)關(guān)系(在第一階段獲得)。2.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，：無(wú)刷直流風(fēng)扇,通過(guò)試驗(yàn)確定其穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)(分析匯總第二點(diǎn))風(fēng)扇電機(jī)最高電壓12V，采用5V電源；運(yùn)行在600~4000r/min之間風(fēng)扇幾何尺寸和重量3.進(jìn)展已設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行試驗(yàn)，按照既定的方式運(yùn)行，：無(wú)刷直流風(fēng)扇的運(yùn)行初轉(zhuǎn)速(600r/min)；來(lái)自PC機(jī)的轉(zhuǎn)速指令格式；要求到達(dá)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速(如：2000r/min)；在指定的時(shí)間和地點(diǎn)，執(zhí)行二次試運(yùn)行。檢查轉(zhuǎn)速測(cè)量、顯示和調(diào)速功能；檢查到達(dá)指令轉(zhuǎn)速所需要的時(shí)間；檢查系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)健性。三、平安性工程平安方面。本工程在設(shè)計(jì)過(guò)程在電腦上完成，無(wú)須平安方面的考慮。而在制作和調(diào)試過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn)：PCB制作過(guò)程注意化學(xué)物品的腐蝕性。機(jī)械加工過(guò)程請(qǐng)嚴(yán)格按照設(shè)備操作規(guī)程，選擇適宜的轉(zhuǎn)速，注意切削量。調(diào)試過(guò)程注意檢查電源接線，防止短路。測(cè)試儀器注意測(cè)量條件和量程等參數(shù)選擇四、分析與匯總(1).完成一與同伴共同設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)的無(wú)刷直流電扇調(diào)速和測(cè)速系統(tǒng)實(shí)物，提供設(shè)計(jì)資料和仿真結(jié)果〔30分〕。(2).分析設(shè)計(jì)過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題〔10分〕。(3).對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況的分析和改良方法20分〕。(4).以小組為單位，參加集體辯論。容為系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案(硬件電路)、程序流程和實(shí)施過(guò)程，答復(fù)教師提出的問(wèn)題?！?0分〕系統(tǒng)作業(yè)四:評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)學(xué)生:____