红外热像仪光学测试系统中的转靶控制毕业论文.doc

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1、本科毕业论文 题 名： 红外热像仪光学测试系统中的转靶控制 姓 名： 学 号： 20091050XXX 学 院： 物理科学技术学院 专 业： 电子科学与技术 指导教师： 2013年 5 月目录摘要3关键词3Abstract4Keywords4第一章.红外热像仪与热像仪光学测试系统介绍5第一节红外热像仪5一.红外热像仪成像原理5二.红外热像仪系统的主要技术指标5第二节热像仪光学测试系统6一.光学测试系统结构原理图6二.光学测试系统主要功能7三.检测常用靶标7第二章.转靶功能设计9第一节转靶设计方案9第二节圆形转盘靶标10第三节转靶功能11一.开机回零11二.靶位控制11三.转靶微调11第三章.步

2、进电机介绍12第一节步进电机简介12第二节步进电机种类12第三节步进电机工作原理13第四节57两相四线步进电机技术说明15第五节步进电机驱动15第六节L298驱动16第四章.单片机19第一节单片机简介19第二节单片机在控制中的作用19第三节控制流程20第四节单片机与PC机通讯21一.PC机操控软件界面21二.操控软件源程序21第五章.功能实现22第一节功能电路22第二节程序算法22第三节仿真结果24第四节PCB电路图26第五节实验结果与分析26致谢28参考文献29附录一 （下位机程序）30附录二 （上位机程序）39摘要本设计研究的是红外热像仪光学测试系统中的转靶控制部分，主要利用51单片机、步

3、进电机、电机驱动、圆盘转靶等器件，并结合所学专业知识设计模拟光学测试系统中转靶在实际工作中的靶位更换控制、靶位微调控制功能。同时在设计中尽可能地提高控制精度，使其能达到设备的精度要求，最终把它运用到实际生产中去。其目的是使转靶控制自动化智能化，达到节约工作时间，提到工作效率的效果。关键词热像仪、转靶、单片机、步进电机、电机驱动、PC机通讯AbstractThis design studies the target control part of Infrared thermal imaging optical test system, combined with the learned pro

4、fessional knowledge. This control part consists of the 51Single chip, Stepping motor, Stepping motor driver and Turn-round target. With the basic professional knowledge, this paper makes a model on the design of the adjust control and the function of the target in the Infrared thermal imaging optica

5、l test system. At the same times, trying to improve control accuracy as much as possible to meet the requirements of the equipment, and finally apply it to practical production. Its purpose is to make the target control automation intelligent in order to save working time and improve its efficiency.

6、KeywordsInfrared Thermal Imager, Turn round target, 51Single chip, Stepping motor , stepping motor driver 第一章. 红外热像仪与热像仪光学测试系统介绍第一节 红外热像仪一. 红外热像仪成像原理红外热成像系统可将物体自然发射的红外辐射转变成可见的热图像，使人眼视觉范围扩展到中波、长波红外波段。温度在绝对零度以上的物体，都会因自身的分子运动而辐射出红外线。通过红外探测器将物体辐射的功率信号转换成电信号，成像装置的输出的就可以完全一一对应地模拟扫描物体表面温度的空间分布，经电子系统处理后传至显示

7、屏上，得到与物体表面热分布相应的热像图。红外热像仪是利用红外探测器、 光学成像物镜和光机扫描系统接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光机扫描机构对被测物体的红外热像仪进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转换电信号，经放大处理、转换为标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图。简而言之，红外热像仪是通过非接触探测红外热量，并将其转换生成热图像和温度值，进而显示在显示器上，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。二. 红外热像仪系统的主要技术指标1）视场视场是光学系统视场角的简称.即物体能在热像仪中成像的物空间的最大

8、张角叫做视场， 一般是矩形视场。2）光谱响应红外探测器对各个波长的入射辐射的响应称为光谱响应。一般的光电探测器均为选择性的探测器。3）空间分辨率应用热像仪观测时，热像仪对目标空间形状的分辨能力。本行业中通常以mrad(毫弧度)的大小来表示。mrad的值越小，表明其分辨率越高。弧度值乘以半径约等于弦长，即目标的直径。4）噪声等效温差（NETD）用红外成像系统观察标准试验图案，当红外成像系统输出端产生的峰值信号与均方根噪声电压之比为1时的目标与背景之间的温差，称为噪声等效温差。5）最小可分辨温差分辨灵敏度和系统空间分辨率的参数,而且是以与观察者本身有关的主观评价参数,它的定义为：在使用标准的周期性

9、四杆靶(即高宽比为 7：1的4带条图情况下)， 观察人员可以分辨的最小目标、背景温差。6）传递函数（MTF）它能客观的反映出成像系统的成像质量。这是目前分析镜头的解像力跟反差再现能力使用比较科学的方法。要检验红外热像仪的性能是否达到各项技术指标要求，就得通过热像仪光学测试系统来测量。第二节 热像仪光学测试系统一. 光学测试系统结构原理图图表 1光学测试系统结构原理图 本系统主要由目标黑体、背景黑体、反射型靶标、光学镜（包括主镜和次镜）、温差靶测控系统、图像数据采集系统、计算机测控系统组成。其中反射型靶标就是我们被测热像仪的成像目标，也是本文研究的重点。二. 光学测试系统主要功能目标黑体给反射型

10、靶标传递热量，反射型靶标发出的红外光线的强度会随着靶标的热量变化而变化。反射型靶标包括四杆靶阵列，四杆靶，圆靶，点靶，线靶等，在实际测量工作中测量热像仪系统的不同指标时需要用到不同类型的靶标，所以具体所用靶标要根据检测项目而定。光学镜由主镜和次镜组成，主镜是一面凹透镜，次镜是一面平面镜，反射型靶标的位置则是处在光学镜组的焦点上，因此反射型靶标发出的红外线通过次镜反射到凹透镜上，经凹透镜反射后红外光线可以近似平行地射出系统，从而为被测热像仪模拟了一个远距离目标。温差靶测试系统、图像数据采集系统、计算机测控系统是此测试系统的重要组成部分，是完成温度测控、视频数据采集、数据分析计算处理的核心部分。计

11、算机测控系统可以从温差靶测试系统和数据采集系统获取数据，并对获取的数据进行相应的分析计算处理，最终计算出热像仪系统的各项技术指标值，同时也可以对这两个系统发出指令让它们完成指定的控制。三. 检测常用靶标根据热像仪系统的主要技术指标，在对不同技术指标进行测量时也需要利用不同的靶标，常用到的靶标有四杆靶阵列，四杆靶，圆靶，点靶，线靶等。例如在测量热像仪的MRTD（最小可分辨温差）时，需要用四杆靶阵列作为目标，四杆靶阵列是由多个不同空间频率的四杆靶组成，如下图所示。图表 2检测NETD（噪声等效温差）时，需要用到四杆靶和圆靶，四杆靶用于等效整列长度矫正，圆靶用于测量Sitf函数，最后再测量NETD。

12、靶标如下图所示： 图表 3四杆靶 图表 4圆靶检测MTF（信号传递函数）需要利用线靶，测量视场大小时需要利用点靶，靶标如下图所示。 图表 5线靶 图表 6点靶第二章. 转靶功能设计第一节 转靶设计方案在实际工作中，利用红外光学测试系统（参考图表 1光学测试系统结构原理图）检测红外热像仪的各项性能参数时，需要利用到不同类型的目标靶，所以在测试中靶标更换频繁，为了节省更换靶标的时间，提高工作效率，通常是把测试中需要用到的靶标同时安装在一个可以沿中心轴转动的圆盘上，安装靶标的为止成为靶位，这个装有靶标的圆盘成为圆盘转靶，简称转靶，这样就可以通过转动转靶的方式更换靶标。目前通用光学测试系统中的转盘靶标

13、上可以安装5个不同类型的靶标，更换靶标的方式是手动转动圆盘转靶，把要用到的靶标转到光学镜组的焦点上，这样做虽然节省了靶标安装和拆卸的工作，但利用手动的方式转动转靶还是不够方便，而且转动的角度精度不能保证，可能会因人而异，对测试的稳定性会有一定的影响。为了进一步减少在测试中的工作量，节约检验时间，消除人为因素对测试的影响，保证转动角度的控制精度，提出了改进方案，设计一个小型的自动化系统，利用操控按钮或PC操控制软件实现转靶转动的精确控制，控制按钮和PC机操控软件的功能有需要达到两个效果，一、使转靶转动特定的角度，完成靶位的更换；二、实现转靶微调，是转靶小角度转动。步进电机是将脉冲信号转换为角位移

14、或线位移的一种电机，而且控制精度较高可达到5%以内。57步进电机的步进角为1.8，额定功耗较低，控制精度较高，控制误差不差过0.09，驱动力足以满足本设计的设计要求，所以本设计采用57步进电机作为此设计系统的动力机构带动转靶的转动。而要使步进电机达到自动化控制的要求，我们还得选择一个控制步进电机的微机控制单元，这个控制单元可以用PC机、单片机、FPGA芯片等，但相对来说单片机的成本较低，使用编程方便，其功能也足以实现本设计的要求，而在常用的单片机中AT89S52单片机最为常用，性价比最高，所以本设计选AT89S52单片机作为微机控制单元，同时PC机可以与单片机通讯，达到单片机与PC机共同控制的

15、目的。转靶控制方法和流程如下：编程控制机械连接单片机微机控制57步进电机圆形转靶盘PC机操控通讯圆形转靶盘的控制精度取决程序控制和机械连接两个方面，要保证转靶的控制精度就必须的保证机械连接精度和编程控制的准确性。第二节 圆形转盘靶标本设计把整个圆盘平均划分为了五个部分，每一份所占的圆心角为72，并对其命名，按逆时针方向分别命名为靶位1、靶位2、靶位3、靶位4、靶位5、。原理图如下所示：图表 7 圆盘转靶示意图上图中大圆表示转盘，大圆内的五个小圆是目标靶的安装位置。安装上各种目标靶后的效果如下图所示：图表 8 实际靶标安装图第三节 转靶功能设置5个按钮作为靶位控制按钮，并对其编号，使之与靶标相对

16、应；其次还设计了两个按钮作为转靶微调控制按钮，分别是控制顺时针微调和逆时针微调。一. 开机回零当系统上电时，步进电机带动转靶进行顺时针转动，当检测到1号靶位转到图表 1中光学镜组的焦点处时，步进电机停止转动，等待命令。此时1号靶位所在位置就是转靶的零位。回零功能可以确保每次开机后，我们的1号靶位能到达光学镜组的焦点处，确保了测试精度，同时可以减小对其他号靶位的控制误差。二. 靶位控制本电路中有7个按钮，其中有五个是用来控制靶位的，分别命名为靶位按钮1、靶位按钮2、靶位按钮3、靶位按钮4、靶位按钮5，靶位按钮1至靶位按钮5分别与1号靶位至5靶位对应。按钮的功能是，无论光学镜组焦点处是何靶位，当按

17、下靶位按钮时，这个靶位按钮所对应的靶标就会自动转到光学镜组的焦点处，实现靶标的更换，同时数码管上会显示当前靶位的号数。例如此时2号靶标处在光学镜组的焦点上，数码管显示2，现在按下靶位按钮5，那么5号靶会自动转到光学镜组的焦点上，数码管显示会由2变成5。按下其它靶位按钮也是同理。三. 转靶微调其余两个按钮是用于做转靶微调的，一个是顺时针微调叫按钮wts ，另一个是逆时针微调叫按钮wtn 。当按下按钮wts时，转靶会向顺时针方向转7.2；按下按钮wtn时，转靶会向逆时针方向转7.2转靶微调主要是在利用四杆靶整列作为测试目标时，比较常用。第三章. 步进电机介绍第一节 步进电机简介步进电动机是一种将电

18、脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。第二节 步进电机种类通常按励磁方式分为三大类：（1）反应式（VR)： 转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距小。应用最广。（2）永磁式（PM）： 转子为永磁材料，转子的极数每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。（3）混合式（B）：转子为永磁式、两段，开小齿，混合反应式与永磁式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。但结构复杂，成本较高。常用的步进

19、电机以混合式步进电机为主。图表 9两相四线型 两相六线型 两相五线型 四相八线型第三节 步进电机工作原理图表 10三相反应式步进电动机的结构示意图1定子 2转子 3定子绕组上图是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60。各磁极上套有线圈，按图连成A、B、C三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为E=360/40=9，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如上图，那么B相和C相磁极的齿就会分别

20、和转子齿相错三分之一的齿距，即3。因此，B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3。依次类推，当三相绕组按ABCA顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按ACBA顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3的规律转动。

21、因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角b为3。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按ABBCCAAB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按AABBBCCCAA顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算：b=360/NEr (1)式中 Er转子齿数；N运行拍数，N=km，m为步进电动机的绕组相数，k=1或2。两相四线步进电机的工作原理也是同理，只是它只有A、B两相，有四根引线，它们分别是A、B、A、B。本设计使用的就是这种两相四线的57步进电机，这种电机是50齿的，

22、步进角为1.8。此步进电机的励磁方式也有三种：1相励磁、2相励磁和1-2相励磁。只要改变电机的励磁方式就可以改变电机的转向。（1）1相励磁1相励磁方式是在任何时间，只有一组线圈被励磁，其他线圈在休息，因此产生的力矩较小，耗电少，但震动较大。这种励磁方式最简单，其A、B、A、B组信号依次为：10000100001000011000（电机正转）10000001001001001000（电机反转）（2）2相励磁2相励磁方式是任何时间，都有两组线圈同时被励磁，因此产生的力矩比1相励磁大，耗电少，震动小。这种励磁方式也比较简单，其A、B、A、B组信号依次为：11000110001110011100（电机

23、正转）11001001001101101100（电机反转）（3）1-2相励磁1-2相励磁方式又称为半步励磁，1相和2相轮流交替导通，每个励磁信号只驱动半步，其分辨率高，运动平滑。这种励磁方式下A、B、A、B组驱动信号依次为：100011000100011000100011000110011000（电机正转）100010010001001100100110010011001000（电机反转）给步进电机一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。转子转一步所转的角度称为步矩角，这种励磁方式的的步矩角为0.9。本设计使用的励磁就是1-2相励磁。第四节 57两相四线步进电机技术说明型号步进角

24、（）电流（A）电阻（）电感（mH）静力矩（N.m）定位力矩（N.cm）转动惯量（g.cm2）57HS7630A41.8313.51.86440轴径：8mm 机身长度：76mm轴长：21mm法兰：56.4mm*56.4mm重量：1250g图表 11第五节 步进电机驱动步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如下图所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口。图表 12步进电动机驱动控制器第六节 L298驱动L298N是SGS

25、公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V以下的电机。其实物及引脚图如下所示：图表 13实物图图表 14 管脚图图表 15 L298内部原理图其中ENA和ENB分别为IN1、IN2和IN3、IN4的使能端，只有使能端接高电平时芯片才能正常驱动电机的运转。L298功能描述（注：驱动电源为12V）IN1IN2ENAOUT1 (V)OUT2 (V)XX000101120111121200100011012第四章. 单片机第一节 单片机简介单片机是一种集成电路芯片。它采用超大规模技术将具

26、有数据处理能力的微处理器(CPU)、存储器（含程序存储器ROM和数据存储器RAM）、输入、输出接口电路(I/O接口)集成在同一块芯片上，构成一个即小巧又很完善的计算机硬件系统，在单片机程序的控制下能准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。不同的单片机有着不同的硬件特征和软件特征，即它们的技术特征均不尽相同，硬件特征取决于单片机芯片的内部结构，用户要使用某种单片机，必须了解该型产品是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标。这里的技术特征包括功能特性、控制特性和电气特性等等，这些信息需要从生产厂商的技术手册中得到。软件特征是指指令系统特性和开发支持环境，指令特性即我们熟悉的单片机的寻址

27、方式，数据处理和逻辑处理方式，输入输出特性及对电源的要求等等。开发支持的环境包括指令的兼容及可移植性，支持软件(包含可支持开发应用程序的软件资源)及硬件资源。单片机控制系统能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，可以以软件控制来实现，并能够实现智能化，现在单片机控制范畴无所不在，单片机的应用领域越来越广泛。单片机种类繁多，性能与价格也各不相同，在众多的单片机中AT89S52单片机最为常用，其价格低廉，功能齐全，针对本设计性价比较高。第二节 单片机在控制中的作用当系统上电，系统开始工作，单片机给步进电机发送驱动信号，使步进电机开始转动，同时检测是否有回零信号，当它检测到有回零信号时

28、，就停止发送驱动信号，步进电机停止转动，此时回零工作结束。回零完成后，单片机的主要工作是等待操控信号，当检测到有按键按下后，则需要判断出当前按下键的键值，并结合当前转靶的状态计算出操控者意图，然后根据计算结果单片机将向步进电机发送与之相对应的驱动信号，促使步进电机完成操控者预想实现的控制，驱动信号发送完毕后，单片机再次回到等待的状态，就这样循环等待，承担着检测按键按下和发送驱动信号的任务。第三节 控制流程YES等待按键按下判断键值根据键值计算出操控方式根据指定的控制方式向步进电机发出驱动命令检测驱动命令是否执行完毕YES当回零工作完成后，单片机就开始等待操控按键的按下，例如现在检测到3号靶位按

29、钮按下，而当前光学镜组焦点上是1号靶位，所以单片机计算得出，步进电机要顺时针转动两个靶位的角度（272），此时单片机会向步进电机发送与之相对应的脉冲信号，驱使步进电机转动，使3号靶位转到焦点处。驱动信号执行完毕单片机再次回到等待状态，等待下一个操控按钮按下。第四节 单片机与PC机通讯操控命令不仅可以通过按钮发出，还可以由PC机发出。我们通过软件编程的方式，在PC机上编写一个操控软件（上位机），利用RS323串口通讯与单片机（下位机）建立通讯联系，从而使PC机与单片机能够相互通讯，最总达到按钮和操控软件可以同时对转靶控制的效果。一. PC机操控软件界面图表 16界面上的5个靶位按钮和两个微调按钮

30、都是与硬件电路中的靶位按钮和微调按钮对应的，作用和效果也都一样。除了这7个按钮外，还有一个“打开串口”是用来打开串口，建立PC机与单片机通讯的；一个接受数据区是用来接受单片机的反馈操控结果信息的；“清空接收区”按钮用于清空接收区的内容；“取消”按钮用于关闭该操控软件。二. 操控软件源程序此操控软件是在VC+6.0编程环境下编写的，主要运用了MFC中的按钮控件、编辑框控件、通讯控件等。具体程序参考附录二。第五章. 功能实现第一节 功能电路Proteus7仿真软件是目前使用非常广泛的一种，仿真方便，仿真结果非常直观的一种电路仿真软件。根据转靶控制的设计要求，在Proteus软件中得到的主要电路如下

31、图所示：图表 17本电路主要有1块AT89C52单片机芯片、1块L298芯片、8个按钮、 一个数共阳极数码管，一个示波器组成。P0口与数码管的a、b、c、d、e、f、g、h 管脚连接，8个控制按钮分别与P2.0P2.7连接，与P1.7、P1.6、P1.5、P1.4分别和L298的IN1、IN2、IN3、IN4连接，L298的OUT4、OUT3、OUT2、OUT1作为输出端，在实际电路中与步进电机的四条线相接。8个按钮，从上至下分别是靶位按钮1、靶位按钮2、靶位按钮3、靶位按钮4、靶位按钮5、顺时针微调按钮wts、逆时针微调按钮wtn、回零模拟按钮。第二节 程序算法57步进电机的步进角为1.8，

32、本程序采用1-2相励磁控制方式，1-2相励磁方式又称为半步励磁，1相和2相轮流交替导通，每个励磁信号只驱动半步，即0.9。这种励磁方式下A、B、A、B组驱动信号依次为：100011000100011000100011000110011000（电机正转）100010010001001100100110010011001000（电机反转）驱动信号完成一个周期，步进电机转过的角度为7.2。所以转靶要实现一个相邻靶位的转动，则需要向步进电机发出10个周期的启动信号。NONONONONOYESYESYESYESYESYESYESYESYESYESNOYESNONONONONO按下按钮55靶位在焦点使5号

33、靶位转到光学镜组的焦点上按下按钮33靶位在焦点使3号靶位转到光学镜组的焦点上按下按钮44靶位在焦点使4号靶位转到光学镜组的焦点上按下按钮22靶位在焦点使2号靶位转到光学镜组的焦点上开始回零按下按钮1使1号靶位转到光学镜组的焦点上1靶位在焦点按下顺微调转盘顺时针转7.2按下逆微调转盘逆时针转7.2YESNONOYES要实现转靶设计的具体功能，则必须对单片机进行编写对应的功能程序，程序的算法流程图如下所示：本算法与功能设计相对应，上电后，系统开始工作，首先完成回零工作，只有回零工作完成才允许进行下一步的工作；回零完成后开始等待操控按钮按下，如果检测到有按钮按下，则需要判断是哪一个按钮按下，判断出按

34、钮后，按后计算当前需要进行的操作，根据计算结果对步进电机发出相应的操作命令，完成与当前按钮相对应的操控。具体程序请参考附录一。第三节 仿真结果把编写的功能程序下载到AT89S52单片机中，在Proteus软件中对图表 17中的电路进行功能仿真，仿真的结果如下：1.开机回零四路信号的波形图表 18 转盘靶标开始回零，四路脉冲信号开始输入，转盘靶标开始顺时针转动，检测回零信号，但还未完成回零的仿真图，LED无任何显示。图表 19检测到回零信号，回零完成，LED数码管全亮，四路脉冲信号消失，转盘停止转动，此时，处在光学镜组焦点处的靶是1号靶。2.按下2号靶位按钮的仿真情况图表 20当检测到2号靶位按

35、钮按下，四路信号有信号输出，使转盘靶标顺时针转动72，使2号靶位转到光学镜组的焦点上，同时LED数码显示为2.3.按下4号靶位按钮的仿真情况图表 21转盘靶标顺时针转动，使4号靶位转到光学镜组焦点上，数码管显示为4.4.按下3号按钮时的仿真情况图表 22转盘靶标逆时针转动，3号靶位转到光学镜组焦点上，数码管由4变成3.其他靶位也是同理，在此就不一一赘述。通过多次仿真，仿真结果与功能设计相符，本电路基本能实现转靶设计的功能要求。第四节 PCB电路图根据图表 17中的电路图，得到如下的PCB板图：图表 23 图中原件名称与实物对应关系如下：U1AT89S52 U2LED数码显示 S1S5五个靶位按

36、钮 wtn、wts两个微调按钮(逆时针微调和顺时针微调)。PCB板的制作对本实验是至关重要的环节，它是实现从软件仿真到实际功能实现转变的桥梁，也是决定实验成败的最关键因素之一。第五节 实验结果与分析跟据图表 23 PCB板图制作出实际的PCB板，并根据图表 17电路图中各元件参数选择对应的器件，完成元器件的焊接工作，最终制作出功能电路板。首先把转靶安装到步进电机上，接下来把步进电机与电路板连接，给电路板上电，完成功能结果测试，测试结果如下：1.回零测试给系统上电后，转靶开始转动，当1号靶位转到零位置 就是前文所说的光学镜组的焦点，在测试中没有所谓的焦点，只需找一个参考零位就能完成相应的测试。时

37、，转靶停止转动，同时数码管全亮，说明系统的回零功能已经实现。把1号转靶转到其他位置后断电，接着再次上电，1号转靶再次转到了零位置，成功地完成了回零功能，多次重复上电的过程，一号靶位依然能很准确地回到零位置，这说明控制系统回零的性能很稳定。2.功能测试回零完成后，按下2号靶位按钮，转靶顺时针转动了一个靶位的角度 相邻两个靶位中心之间的角度，一个靶位角为72。，2号靶位转到了零位置，数码管显示变为2；接下来按下3号靶位按钮，转靶又顺时针转动了一个靶位的角度，3号靶位转到了零位置，数码管显示变为3；接着按下4号靶位按钮，转靶又顺时针转动了一个靶位的角度，4号靶位转到了零位置，数码管显示变为4；按下5

38、号靶位按钮，转靶又顺时针转动了一个靶位的角度，5号靶位转到了零位置，数码管显示变为5；接着按下3号靶位按钮，转靶逆时针转动，3号靶位转到了零位置，数码管显示3，按下1号靶位按钮，转靶逆时针转动，1号靶位回到零位置，如此对每一个按键靶位控制按钮反复按下，与按钮相对应的靶位都能转到零位置，数码管也会显示与之对应的靶位号。3.微调测试回零完成后，按下顺时针微调按钮，转靶向顺时针方向转了一个小角度 理论上一次微调转动的角度为7.2，所以微调10次转靶转动了72，转动了一个靶位的角度。，连续按下顺时针微调按钮10次，数码管显示2，此时2号靶位转到了零位置，此时按下2号靶位按钮，转靶不动；此时接着按下顺时

39、针按钮3次，然后再按下5号靶位按钮，转靶顺时针转动，5号靶位转到了零位置；此时按下逆时针微调按钮，连续按下10次，4号转靶转到了零位，数码管显示4；通过反复多次测试，实际的转靶完全能实现本设计的各项功能要求，而且转靶的各项控制性能都很稳定，没有任何异常情况；试验结果成功地实现了本设计预期的功能要求，本设计结果得到了导师的认可和好评，同时自己在完成本设计的过程共也是收获累累，通过查阅资料让我学到了很多关于步进电机、单片机编程、电路板制作等的专业知识。本设计虽然基本功能已经实现，但是离实际运用还存在很大的差距，还有很多机械构造和系统控制的知识有待学习，所以我会在今后的工作中继续学习相关的专业知识，

40、不断进取，学以致用最终让这个设计能运用到实际的光学测试系统中去。致谢本毕业设计的设计思想起源于本人在昆明北方红外技术股份公司实习的一段经历。完成本设计主要经历了发现问题、向公司领导提出解决问题方案、与导师讨论设计方案、最终确定设计方向和方案、亲自动手完成整个设计的全部功能、完成毕业论文的撰写等几个主要的过程。在完成设计的整个过程中遇到过很多自身难以解决的问题，有过徘徊的时候，也有过迷茫的时候，但是每当我运到困难时，陈永康老师都会给予我耐心的指导，陪同我一起思考问题的解决方案，直到把问题逐一解决；当我获得一点点成就自满的时候陈老师总会勉励自己继续往前深入下去，做到精益求精。所以在此特别感谢陈老师

41、给予的帮助和指导，感谢陈老师与我们一起并肩作战，在最短的时间高效率地完成了本设计的全部内容。在此也感谢昆明北方红外技术股份公司的各位领导给予了我设计灵感和一些建议。感谢李光杰、赵玉成、付天同学在实验过程中给予我帮助，感谢你们给我提出了改进设计方案的建议。感谢李继承同学在PC机通讯上位机编程方面给我的帮助和启迪，让我在很短的时间里实现了PC机与单片机通讯的功能。参考文献1 张铮主编. 单片机与嵌入式系统基础与实训M. 1. 清华大学出版社, 2011-10-1.2 王晓明. 电动机的单片机控制M. 第三版. 北京航空航天大学出版社, (2011-03.3 赵茂泰. 智能仪器原理及原理M. 第三版

42、. 北京:电子工业出版社, 2009-3.4 邸旭, 杨进华. 微光与红外成像技术M. 1. 北京:机械工业出版社, 2012-2.5 白廷柱, 金伟其. 光电成像原理与技术M. 第一版. 北京:北京理工大学出版社, 2010-2.6 唐国栋, 高云国. 基于L297/L298芯片步进电机的单片机控制D. 中文核心期刊, 2006-12.7 张劲. 利用AT89S52单片机控制步进电机D. 常州工程职业技术学院, 2008-12.8刘国永.陈杰平.单片机控制步进电机系统设计D.安徽技术师范学院学报.2002-049陈兴文.刘燕.基于单片机控制步进电机细分驱动的实现D.机械设计与制造.2005-

43、12附录一 （下位机程序）Keil 51程序#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit w1=P20; / 1号靶位sbit w2=P21; / 2号靶位sbit w3=P22; / 3号靶位sbit w4=P23; / 4号靶位sbit w5=P24; / 5号靶位sbit h0=P27; / 回零sbit wts=P25; / 顺时针微调sbit wtn=P26; / 逆时针微调unsigned char Rxbuf; /接收缓存uchar code tab=0x90,0x80,0xc0,0x40,0x6

44、0,0x20,0x30,0x10; /正转驱动信号表uchar code tab1=0x90,0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80; /反转驱动信号表uchar code tab3=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e; /数码管显示段码表(共阳) uchar code tab2= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71;/数码管显示段码表(共阴) */-初始化-vo