苏安臻=大学生创新创业训练计划项目申请2

附件1：

辽宁工业大学

大学生创新创业训练计划项目

申 请 书

项 目 名 称 基于电子显微镜的步进电机控制

系统设计

项 目 负 责 人 苏安臻 学 院 专 业 电气工程学院自动化 所 在 年 级 10级 指导教师姓名 霍春宝 __ 指导教师职称 教授 __ _ ___ 填 写 日 期 2013.03.17 _

辽宁工业大学教务处制

项目名称 项目主持人 年级 项张琦 目组杨鹏飞 其郎奕翔 他成陆奕通 员 基于电子显微镜的步进电机控制系统设计 苏安臻 10级 学号 电话 学院名称 电气工程学院 电气工程学院 电气工程学院 电气工程学院 性别 专业 E-mail 民族 100302011 15941645211 专业 自动化 自动化 自动化 自动化 专业 E-mail 年级 自动化 1819744924@qq.com 联系电话 合作者签名 指导老师签名 学生姓名 性别 男 男 男 男 10级 18841623325 10级 15841642867 10级 18940687891 10级 15540217199 出生年月 指姓名 导教职称 师情况 手机号码 研究方向 指导教师教学与科研经历及取得成果： 一、项目研究目的和意义 目的： 利用步进电机作为驱动元件,采用高分辨率的光栅作为检测元件,检测到的位移用数显装置实时显示,并控制步进电机进行误差补偿，来提高电子显微镜的图像更精确。 意义： 无论是生物工程中的细胞操作、集成电路或光电子器件的加工,还是采用电子显微镜进行纳米操作,尽管其精度要求各不相同,但在硬件装备中均有一项共性的关键技术,那就是要解决载物台或其相应设备的高精度的自动测量和精确定位，这样提高了科研的成功率，使的研究更精准，更有效率。 二、项目实施方案 1．项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题 目标： 使以步进电机控制的电子显微镜进一步提高控制精度,满足高放大率高分辨率显微镜对工作台精密度的更高要求。 研究内容： 由单片机、步进电机、光栅传感器和LED显示四个主要部分构成。作为驱动元件步进电机,可以以四不同的步距来驱动工作台移动。步距S1,S2,S3主要用来驱动工作台正常运行,步距S0主要用来对工作台进行误差补偿。步进电机的各个步距之间的切换用芯片L298N来实现。光栅传感器作为检测元件是通过光栅传感器动尺和静尺相互移动时产生的莫尔条纹数来测量位移的。光栅传感器产生的A0,A1两路脉冲个数是由芯片8253的计数器t0和t1来计数的。单片机AT89-C52作为控制元件,从8253中读取脉冲个数,通过计算得出工作台移动的实际位移L值。一路将L送LED显示,另一路将L值作为闭环控制补偿的比较依据。工作台移动的理论位移L′可以由送给步进电机的脉冲个数来计算,单片机给步进电机的脉冲个数与步进电机转过的角度相对应。将工作台移动的实际位移L与理论位移L′进行比较。如果差值大于光栅细分后的分辨率0.005mm,则单片机控制步进电机切换到步距S0进行误差补偿,直至误差小于光栅的分辨率为止。 解决的关键问题： 把步进电动机能对速度、位置很容易控制的特点应用在电子显微镜上，使得用电子显微镜来观测时操作更简单，更精准，解决了以往手动调节费时费力，不精准的缺点，提高科研的效率。 2．拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法： 1）前期相关技术资料的积累和收集，并分析整理。 2）其次对现有技术的了解，以及寻找对技术的突破口，初步确定解决方案。 3）然后通过实验和理论知识相结合，确定解决方案。 4）依据解决方案，着手分工制作。 5）最终进行调试完善。 图1 系统结构图 技术路线： 单片机控制知识→步进电动机控制系统→光栅传感器的原理及应用→电子显微镜原理 实验方案： 具体分以下步骤： 1）机械结构的设计 2）电路控制部分的设计 ①硬件电路的设计 a.光栅辨向和细分 b.脉冲的计数 c.位移的显示 d.步距的细分和切换 ②单片机程序的设计 3）得出实验结果 可行性分析： 在掌握了单片机，步进电动机，传感器的知识后，很容易得出结论，这个研究是成立的，并且各元器件性能高，价格低廉，成品成本低，而且对科学研究，教育领域都有显著地作用，十分可行。 3．本项目的创新之处 通过单片机控制步进电动机的协调配合调节电子显微镜观测图像只需要通过简单的按键就可以实现载物台的精确移动。并可以通过积累数据库，在下一次遇到以往的标本时可以直接从数据库中提取。所以我们的研究和原始相比创新之处就是以下三点： 1）速度的超越。 2）精准度的超越。 3）并具有记忆功能。 4．项目研究计划及预期进展 本项目的研究大概需要历时一年多的时间。在最初的四个月里，主要是对电路原理图和模版进行设计与绘制；接下来的五到八个月需要进行电子显微镜和步进电机控制系统总体设计、并做出具体的模型。在这研究阶段，需要研究计划及预期进展有以下几点： 第 1 月:设计电子显微镜和步进电机电路原理图； 第 2~3 月:绘画出电子模版和实物图（利用protel软件进行编制）； 第 4~6 月:检查电路原理图和模版是否正确或进行改进； 第 7~9 月:编写软件程序，程序运行和调试； 第10~11月:根据的原理图和模版连接成实物图，调试； 第 12 月:汇总成果，上交作品； 后四个月进行系统的总体调试与修复，最后一星期进行总结和完成论文。 5．项目研究的预期成果 1）步进电机控制系统实物1件； 2）总结报告1份。 三、项目保障机制 1．经费预算及经费使用计划 经费开支项目 电子元器件 步进电机 制作电路板 其他 经费预算（万元） 0.20 0.05 0.08 0.02 用途简要说明 主控制芯片、驱动芯片、下载线等 步进电机 电路板加工 打印书面资料、设计报告等费用 总计（万元） 0.35

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