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
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2017年5月20日
目录谢霆锋小儿子
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)
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4.3、GWS S35+ XF 连续旋转型伺服电机序设计 (11)瞿颖结婚了吗
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)台湾美食
6.课程设计总结 (17)
参考文献 (18)
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最新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
四者技术已经相当成熟，稳定性较好且成本较低，符合经济型需求。总体来说该设计符合工业经济性的要求。
安全性：NI myRIO 供电方式为6~16V ，属于安全电压范围，故供电正常无安隐患。并且所用NI myRIO  -1900采用塑料外壳封装，大大降低了应失误而造成的短路现象。该系统唯一有机械性质的硬件为伺服电机，该伺服电机功率较小稳定性较好，安全性较高。
社会及法律方面：该设计属于学生实验室是作品，平台属于教学和学生创新应用而最的嵌入式系统开发平台，其目的在于锻炼学生的时间能力，方案本身并不满足工业化需求，但其思路可以有实际的应用价值。
小结：该设计仅在实验室中具有实际意义，其满足经济性与安全性；该设计理念在野外探测领域存在一定得价值，可迎合现在紧密探测方面的市场需求。
图2-1、程序框图
PC NI myRIO-1900 I2ARM Cortex-A9 UAR PW AI/O US B 陀螺红外 罗盘 伺服电机
单片数码距离信
息 角度偏移量 磁感线方向
3.硬件设计
该设计包括硬件：嵌入式系统设计平台 NI myRIO；HMC5883L-罗盘； L3G4200D 三轴数字陀螺仪；GWS GWS S35+ XF 连续旋转型伺服电机； SHARP GP2Y0A21YK0F 红外测距；8051单片机试验箱。
3.1、嵌入式系统设计平台 NI myRIO
王祖贤和王祖蓝3.1.1、概述
NI myRIO 是 NI 针对教学和学生创新应用而最新推出的嵌入式系统开发平台。NI myRIO 内嵌 Xilinx Zynq 芯片，使学生可以利用双核 ARM Cortex-A9 的实时性能以及Xilinx FPGA 可定制化 I/O，学习从简单嵌入式系统开发到具有一定复杂度的系统设计。NI myRIO 的便携性、快速开发体验以及丰富的配套资源和指导书，使学生在较短时间内就可以独立开发完成一个完整的嵌入式工程项目应用，特别适合用于控制、机器人、机电一体化、测控等领域的课程设计或学生创新项目。
3.1.2、型号与规格
九天揽月的揽是什么意思
NI myRIO 分为 NI myRIO-1900 与 NI myRIO-1950 两种型号，两种型号的主要区别是 NI myRIO-1900 带有外壳，同时多一组 I/O 接口，并支持 Wifi 连接。
本次设计使用的是 NI myRIO-1900。如图3.1-1。
图3.1-1、NI myRIO-1900