基于单片机的压电智能悬臂梁振动控制系统设计[附程序

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1、基于单片机的压电智能悬臂梁振动控制系统设计摘要利用压电薄膜PVDF进行柔性结构振动主动控制是近年来发展的一个研究方向，本项目拟以一个悬臂梁（或板）作为控制对象，以压电薄膜作为传感元件和作动元件，建立以单片机为控制器的高速实时处理系统，采用先进的控制理论和方法，对控制对象施加的不同层次的振动进行控制，该系统可以实现单通道数字采集，处理与控制。本设计主要的设计原理是：悬臂梁振动时，悬臂梁挤压压电薄膜PVDF（传感元件），从而使PVDF输出电压，这个输出的弱电压信号经过滤波器滤波和电压放大器放大后，在进入A/D转换器转化成数字信号，从而作为测量信号传输给单片机进行分析控制。单

2、片机按照一定的控制律计算出控制量，这个控制量进入D/A转换器转换成模拟信号，模拟信号经过电压放大后施加到压电薄膜PVDF（作动元件）上,对悬臂梁系统进行振动控制。关键词：单片机；悬臂梁；压电薄膜；振动控制目录第一章绪论………………………………………………………………………21.1压电智能材料的发展及应用……………………………………………41.2压电材料应用于振动控制的研究………………………………………8第二章本课题国内外研究的现状，目的，意义及本设计工作………………92.1本课题国内外研究现状………………………………………………112.2本课题提出的意义和目的……………

3、………………………………142.3本设计研究工作………………………………………………………16第三章系统硬件电路设计………………………………………………………173.1传感器的设计…………………………………………………………173.2滤波器模块电路的设计………………………………………………183.3光电隔离模块电路的设计……………………………………………193.4数据输入通道的设计…………………………………………………223.5单片机的介绍…………………………………………………………303.6存储器的扩展…………………………………………………………373.7数据键盘显示

4、的设计…………………………………………………43第四章流程图……………………………………………………………………55第五章程序………………………………………………………………………58第六章参考文献…………………………………………………………………………67第一章绪论1.1压电智能材料的发展及应用近年来，智能材料作为一种新兴的材料，引起了科学界和工程界的广泛重视，被视为21世纪工程技术发展的先导和驱动力。从材料科学的发展史来看，它被认为是继石器材料、钢铁材料、合成材料、合成高分子材料、人工设计材料之后形成的一门新的分支学科，从此，材料科学的发展进入第五代材料时期，甚至有

5、人把21世纪称为智能材料世纪。所谓智能材料，是指一种能通过系统协调材料内部各种功能并对环境作出反应而发挥主动功能作用的材料。也就是说，智能材料具有感知环境变化并对外部环境作出反应的能力。智能材料和结构的应用十分广泛，不仅应用在国防尖端武器和航空、航天等高新技术领域，而且已经渗透到国民经济发展的各个领域。目前，智能材料的主要种类有形状记忆合金、压电材料、电致伸缩材料、磁致伸缩材料、光纤和电流变体、磁流变体等。其中压电材料作为智能材料结构应用中的一种主要形式，在所有智能材料的研究中受到特别的重视。1.1.1压电材料的特性及种类压电效应是PierreCurie和Jacques

6、Curie于是1880年水晶(SiO2石英)上发现的，当时仅限于压电单晶体材料。在二十世纪四十年代中期，美国、前苏联和日本等国各自独立地发现了钦酸钡(BaTi03)陶瓷的压电效应，并发展了形成压电陶瓷的极化处理方法。压电陶瓷与压电单晶体相比具有很多的优点，更容易制备且可做成任意形状和极化方向的产品;它耐热、耐湿，且可通过改变其化学成分来得到适用于不同目的的应用材料。五十年代中期，美国的B.Jafe发现了错钦酸铅(PZT)固溶体，它的出现使其在压电应用领域中逐步取代了钦酸钡陶瓷，并促进了新型压电材料和相应器件的发展。1965年，日本的大内宏在PZT陶瓷中掺和妮镁酸铅，制成

7、三元系压电陶瓷(PCM)，其性能更为优越且易于烧结。1969年，日本的H.Kawai报道了聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物具有压电性。该类物质具有柔软、可弯曲、重量轻、机械强度高、耐冲击、频响宽(1护-500MHz)，压电常数高及可剪裁成任意形状等优点，因此深受重视并发展迅速。1970年，GH.Heartling等研制出掺润后的错钦酸铅(PLZT)透明压电陶瓷，从而使压电陶瓷的应用扩展到光电领域。随后又出现了利用材料复合技术研制出来的多种压电复合材料，如压电杆状复合材料、压电纤维复合材料、压电堆、压电薄膜等，扩大了压电材料的应用范围。压电材