测控技术与仪器专业方向实践报告公开版.pdf

测控技术与仪器专业方向实践报告 基于虚拟仪器的数据采集与处理系统设计 自平衡手持检测仪器 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 2017 年5 月20 日 测控技术与仪器专业方向实践报告 目录 1. 概 述2 2. 系统方案2 2.1、系统功能描述2 2.2、系统方案分析2 3. 硬件设计4 3.1、嵌入式系统设计平台 NI myRIO 4 3 .2、HMC5883L-罗盘5 3 .3、L3G4200D 三轴数字陀螺仪6 3 .4、GWS S35+ XF 连续旋转型伺服电机7 3 .5、SHARP GP2Y0A21YK0F 红外测距8 4. 软件设计9 4 .1、HMC5883L-罗盘模块程序设计9 4 .2、L3G4200D 三轴数字陀螺仪序设计 10 4 .3、GWS S35+ XF 连续旋转型伺服电机序设计 11 4 .4、SHARP GP2Y0A21YK0F 红外测距程序设计 12 4 .5、单片机通讯程序设计 13 5. 技术创新与难点 14 5 .1、技术创新 14 5 .2、难点 15 6. 课程设计总结 17 参考文献 18 1 测控技术与仪器专业方向实践报告 1. 概 述 本次课程设计基于 Lab VIEW 软件、嵌入式系统设计平台 NI myRIO 及 其机电一体化 套件包。设计要求有模拟量信号的数据采集与输出，数字量信号的采集与输出，对所采集 信号的处理，以及实现与单片机的通讯及控制。 基于现有仪器设备及设计要求提出设计方案，本设计全名“自平衡手持检测仪器”。该 设备主要功能是用电子罗盘测量环境中磁感线方向，通过测得数据判断南北方向。设计中 用到了电子罗盘，由于电子罗盘的倾斜角对罗盘的精度有一定的影响，所以设计通过伺服 电机与陀螺仪配合来实现对电子罗盘的自平衡准焦过程，保证罗盘在测量过程中保持在同 一水平面 上，从而提高电子罗盘的精度。同事该系统提供红外测距功能，可将所测得的数 据发送至单片机并由单片机处理后由数码管显示。 该设计思路可以应用到无人探测方面，如矿洞勘探、深水探测等环境恶略、工作人员 无法到达的场合。 本人在该系统中主要负责红外测距与单片机通讯部分程序编写及调试，及整个系统的 测试工作。所作部分可实现myRIO 与单片机通讯任务；红外测距任务；及数码管显示。 关键字：LabVIEW myRIO 机电一体化 自平衡 陀螺仪 2. 系统方案 2.1、系统功能描述 本设计方案以myRIO 为主控平台，两个I2C 同步串行通讯总线连接罗盘与陀螺仪，接 收并处理后将所得数据显示在PC 前面板上；一个PWM 矩形波发送口与伺服电机相连，通过 陀螺仪所采集但的数据控制伺服电机的正反转；一个模拟端口与红外测距传感器相连，接 收其数据后通过UART 异步串行通讯与单片机间传输数据，并有单片机再处理后由数码管显 示。具体系统框图如图2-1 所示。 2.2、系统方案分析 经济性：NI myRIO 是 NI 针对教学和学生创新应用而必威体育精装版推出的嵌入式系统开发平 台。相对NI myDAQ、NI ELVIS 来说成本低廉且功能强大，适合学生用来开发应用。本设计 中采用NI myRIO 机电一体化开发包中的伺服电机、电子罗盘、陀螺仪及红外传感器，如今