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    大直徑檢測系統(tǒng)-三點定圓算法研究

    2014-09-01 00:45:35莫榮劉躍峰廖光亮
    讀寫算·教研版 2014年13期
    關(guān)鍵詞:調(diào)劑斜率超聲波

    莫榮++劉躍峰++廖光亮

    摘要:本文介紹的是一種大直徑檢測系統(tǒng),利用超聲波傳感器作為大直徑距離檢測的器件,以51單片機(jī)為核心,然后利用單片機(jī)對三點定圓的算法進(jìn)行處理并使用12864液晶顯示,實現(xiàn)10CM~5M大直徑工件的直徑檢測。檢測系統(tǒng)可應(yīng)用于檢測大直徑的鋼管、大圓柱等大型工件進(jìn)行內(nèi)外徑測量等,精度可達(dá)1mm,并且實用性好、抗干擾能力強(qiáng),推薦使用KS103S高精度超聲波模塊。

    關(guān)鍵詞:大直徑;超聲波;三點定圓;51單片機(jī);KS103

    中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-7661(2014)13-007-02

    一、總體設(shè)計方案與思路

    使用51單片機(jī)驅(qū)動KS103超聲波模塊測得三個與大直徑工件的距離,并且使用步進(jìn)電機(jī)確定兩兩距離之間的精確角度,然后利用三點定圓的算法找到大直徑工件的圓心,最后利用圓心到圓上任意一點的距離相等,從而得出半徑,進(jìn)一步得出直徑并顯示出來。

    二、檢測原理

    1、三點定圓的算法研究

    利用單片機(jī)超聲波所測的三個距離和步進(jìn)電機(jī)所旋轉(zhuǎn)的兩個角度,即可確定大直徑工件的直徑,內(nèi)外徑測量通用。如下圖1所示:

    圖1

    內(nèi)徑測量:假設(shè)放置點為a點,第一次測得的ab間的距離為m1,然后步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動超聲波模塊順時針轉(zhuǎn)動一個角度為 = ,然后測得ac間的距離為m2,然后再旋轉(zhuǎn)一個角度為 ,測得ad之間的距離為m3,最后步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn) 歸位超聲波模塊。當(dāng)我們測得了m1,m2,m3, , 這幾組數(shù)據(jù)的時候,就可以使用三點定圓的算法進(jìn)行運算得出結(jié)果了。具體步驟如下:

    1. 以a點為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系,ab為直角坐標(biāo)系的y軸正半軸,則此時b點的坐表為(x1=0,y1=m1).由于 = ,(sin60=0.866,cos60=0.5,sin30=0.5,cos30=0.866)仍然在第一象限,則c點坐標(biāo)為(x2=m2*0.866,y2=m2*0.5),由于 ,此時d點處于第4象限,則d點坐標(biāo)為(x3=m3*cos(120-90),y3=-m3*sin(120-90))=(x3=m3*0.866,y3=-m3*0.5)。

    2. 求bc的中點e的坐標(biāo)為(x4=(x1+x2)/2,y4=(y1+y2)/2),cd的中點f的坐標(biāo)為(x5=(x2+x3)/2,y5=(y2+y3)/2)。

    3. bc線段的斜率為 ,cd線段的斜率為 ,則bc垂直平分線的斜率為(由于直線垂直平分線的斜率為 ),則 ,cd垂直平分線的斜率為 。

    4. 得到bc垂直平分線方程為(點斜式:y=k*x+b,b為常數(shù))則已知該垂直平分線傷的一點的坐標(biāo)及該直線的斜率,即可求得常數(shù)值則bc垂直平分線的方程已知。同理可求得cd垂直平分線的方程。將兩方程聯(lián)立求解,所得的交點坐標(biāo)即為圓心坐標(biāo)o(x,y).

    5. 利用兩點之間的距離公式即可得到半徑,最后得到直徑 。

    注:需要注意的是,求解兩垂直平分線的交點時,只需要告訴單片機(jī)求解常數(shù)的公式以及最后交點坐標(biāo)的公式即可,(假設(shè)bc、cd垂直平分線方程的常數(shù)為n1,n2)具體為:n1=y4-k3*x4,n2=y5-k4*x5。則 , 。單片機(jī)運行的數(shù)據(jù)類型都應(yīng)該定義成float型。

    同時,該算法對外徑測量同樣有效,在此就不再贅述,原理請看下圖2:

    圖2

    附:三點定圓具體算法

    void math_cycle(float dat1,float dat2,float dat3)//三點定圓

    {

    idata float x4,y4,x5,y5,m1,m2,m3,k3,k4,x,y;

    idata float x1,y1,x2,y2,x3,y3,n1,n2;

    m1=dat1;m2=dat2;m3=dat3;//實測距離

    x1=0;

    y1=m1; //b點坐標(biāo)

    x2=0.866*m2;//m2*sin60

    y2=0.905*m2;//c點坐標(biāo)m2*cos60

    x3=-0.5*m3;//m3*cos30 第四象限為負(fù)值

    y3=0.771*m3;//d點坐標(biāo)m3*sin30

    x4=(x1+x2)/2;

    y4=(y1+y2)/2;//bc中點坐標(biāo)(x4,y4)

    x5=(x2+x3)/2;

    y5=(y2+y3)/2; //cd中點坐標(biāo)(c,d)

    k3=(x1-x2)/(y2-y1); //bc垂直平分線的斜率

    k4=(x2-x3)/(y3-y2);//cd垂直平分線的斜率

    n1=y3-(k3*x3);//bc垂直平分線方程系數(shù)

    n2=y4-(k4*x4);//cd垂直平分線方程系數(shù)

    x=(n1-n2)/(k3-k4);//圓心坐標(biāo)o(x,y)

    y=k1*x+n1;

    r2=2*(sqrt((x-x1)*(x-x1)+(y-y1)*(y-y1)));

    LCDString(4,1,"直徑:");

    LCDNum(4,4,r2);

    LCDString(4,7,"毫米");

    本系統(tǒng)實現(xiàn)了對大直徑工件的內(nèi)外徑測量,本系統(tǒng)經(jīng)過實地測試,超聲波可測得的距離在5m內(nèi)均可精確到1mm,誤差是相當(dāng)小的。系統(tǒng)最核心的算法是三點定圓的搭建。本文對三點定圓進(jìn)行了詳細(xì)的解釋。實踐證明,該算法搭建在51單片機(jī)測距系統(tǒng)上完美運行,具有可實施性。系統(tǒng)可以放置在任意的位置,一次檢測將在5s內(nèi)完成。后續(xù)將對大直徑工件的園度等進(jìn)行詳細(xì)探索。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 張謙琳.超聲波檢測原理和方法[M].北京:中國科技大學(xué)出版社,1993.10:11-16.

    [2] 九州.放大電路實用設(shè)計手冊[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2002.5:134-146.

    (上接第8頁)的學(xué)生考入更高一級的學(xué)校(S高校屬于“211工程”院校)后學(xué)習(xí)信心倍增,投入更大的熱情和更多的積極性,而對于本科就讀于“211工程”或“985工程”院校的學(xué)生來說,這種信心與熱情相對來說弱一些。此外,“211、985”工程高校學(xué)校實力和師資力量較強(qiáng),提供了優(yōu)越的學(xué)習(xí)條件,畢業(yè)于這類學(xué)校的學(xué)生學(xué)習(xí)能力及其他各方面素質(zhì)普遍高于一般高校學(xué)生,本科畢業(yè)院校對學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的積淀造成了這種差異。

    (5)對一志愿考生與調(diào)劑生來說,調(diào)劑生總體及各維度均值明顯高于一志愿考生,且通過顯著性檢驗,當(dāng)顯著性水平α=0.05時除培養(yǎng)模式維度外兩個樣本均值存在顯著性差異。這是因為S高校研究生調(diào)劑實行“雙985”調(diào)劑政策,即調(diào)劑考生本科畢業(yè)院校及研究生所報考院校應(yīng)均屬于“985”高校。這恰好說明了本科畢業(yè)院校對研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性的影響。

    四、基于調(diào)查的相關(guān)建議

    由以上分析可以看出,工科院校碩士研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性和學(xué)校特色、專業(yè)、性別、生源地、本科畢業(yè)院校、錄取志愿等因素有關(guān),不僅受智力因素影響,而且受非智力因素制約。提高研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性不僅有助于提高其專業(yè)知識和技能,順利完成學(xué)業(yè),而且有助于其未來發(fā)展?;谡{(diào)查分析為提高研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性,可從以下幾方面著手:

    1、學(xué)校應(yīng)關(guān)注研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)問題

    研究生階段學(xué)習(xí)不同于本科階段,為了使兩個階段的學(xué)習(xí)能夠更好地銜接,學(xué)校要加強(qiáng)引導(dǎo),幫助研究生新生盡快適應(yīng)研究生階段學(xué)習(xí)生活。以新生入學(xué)教育為契機(jī),對研究生開展即時教育,使他們了解研究生教育規(guī)律,明確研究生的培養(yǎng)目標(biāo)和要求,了解研究生教育的教學(xué)方式和方法,感知科研的嚴(yán)謹(jǐn)與艱辛,認(rèn)識到研究生的不同角色。

    2、加強(qiáng)師生交往,構(gòu)建新型師生關(guān)系

    目前我國研究生培養(yǎng)實行的是導(dǎo)師負(fù)責(zé)制,這就決定了導(dǎo)師在研究生學(xué)習(xí)過程中的重要地位。導(dǎo)師的主要職責(zé)是傳道,不僅是科學(xué)研究指導(dǎo)教師,關(guān)心其知識增長、能力增強(qiáng),更應(yīng)該是研究生的人生導(dǎo)師,關(guān)注其生理和心理的健康成長,使研究生成為有健康體魄,有健全人格,有社會責(zé)任感,有科學(xué)精神的科學(xué)研究工作者。導(dǎo)師應(yīng)在研究生新生入學(xué)之初有針對性對新生尤其是女生進(jìn)行全方位的初始化指導(dǎo),明確培養(yǎng)方案、研究方向、學(xué)習(xí)要求及今后人生導(dǎo)向。研究生自己要積極主動與導(dǎo)師聯(lián)系交流,增加交往頻率,多向師兄師姐請教,了解如何更好地與導(dǎo)師交往。

    3、關(guān)注弱勢專業(yè)學(xué)生

    文科類專業(yè)在工科院校中處于相對弱勢地位,從屬的學(xué)生處于學(xué)科邊緣,較低的學(xué)校歸屬感影響他們的學(xué)習(xí)適應(yīng)性。加強(qiáng)與文科實力較強(qiáng)的院校交流,外聘學(xué)科實力強(qiáng)的教師前來授課或組織學(xué)生到外校聽課,取長補(bǔ)短,增強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)信心。學(xué)校要在政策上尤其在獎助政策上要有所傾斜, 加大對文科類專業(yè)學(xué)生的獎助,這樣不僅可以增加招生吸引力,而且對“弱勢群體”來說也是一種心理補(bǔ)償。

    4、對不同錄取志愿學(xué)生實行“分流”,采用雙重培養(yǎng)模式

    一般來說,調(diào)劑生(本科畢業(yè)于“985”高校)專業(yè)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力整體上比第一志愿考生水平更高,如果采用相同的培養(yǎng)模式其整體學(xué)習(xí)效果就無法達(dá)到最優(yōu)組合。學(xué)??蓢L試在一些院系針對調(diào)劑生與一志愿考生實行雙重培養(yǎng)模式。在雙重培養(yǎng)模式下,非跨專業(yè)調(diào)劑生經(jīng)申請并且考核通過后可免修與本科相同的基礎(chǔ)課程,利用擠出的時間強(qiáng)化專業(yè)課學(xué)習(xí),盡快投入導(dǎo)師科研項目,促進(jìn)科研能力的提高。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 2013年全國研究生招生數(shù)據(jù)調(diào)查報告[R],中國教育在線,http://www.eol.cn/html/ky/2013yzsjbz/diaocha1.shtml.

    [2] 張曉明,陳建文.高等教育心理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008:110.

    [3] 田瀾.我國中小學(xué)生學(xué)習(xí)適應(yīng)性研究述評[J]. 心理科學(xué),2004,27(2):502~504.

    摘要:本文介紹的是一種大直徑檢測系統(tǒng),利用超聲波傳感器作為大直徑距離檢測的器件,以51單片機(jī)為核心,然后利用單片機(jī)對三點定圓的算法進(jìn)行處理并使用12864液晶顯示,實現(xiàn)10CM~5M大直徑工件的直徑檢測。檢測系統(tǒng)可應(yīng)用于檢測大直徑的鋼管、大圓柱等大型工件進(jìn)行內(nèi)外徑測量等,精度可達(dá)1mm,并且實用性好、抗干擾能力強(qiáng),推薦使用KS103S高精度超聲波模塊。

    關(guān)鍵詞:大直徑;超聲波;三點定圓;51單片機(jī);KS103

    中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-7661(2014)13-007-02

    一、總體設(shè)計方案與思路

    使用51單片機(jī)驅(qū)動KS103超聲波模塊測得三個與大直徑工件的距離,并且使用步進(jìn)電機(jī)確定兩兩距離之間的精確角度,然后利用三點定圓的算法找到大直徑工件的圓心,最后利用圓心到圓上任意一點的距離相等,從而得出半徑,進(jìn)一步得出直徑并顯示出來。

    二、檢測原理

    1、三點定圓的算法研究

    利用單片機(jī)超聲波所測的三個距離和步進(jìn)電機(jī)所旋轉(zhuǎn)的兩個角度,即可確定大直徑工件的直徑,內(nèi)外徑測量通用。如下圖1所示:

    圖1

    內(nèi)徑測量:假設(shè)放置點為a點,第一次測得的ab間的距離為m1,然后步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動超聲波模塊順時針轉(zhuǎn)動一個角度為 = ,然后測得ac間的距離為m2,然后再旋轉(zhuǎn)一個角度為 ,測得ad之間的距離為m3,最后步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn) 歸位超聲波模塊。當(dāng)我們測得了m1,m2,m3, , 這幾組數(shù)據(jù)的時候,就可以使用三點定圓的算法進(jìn)行運算得出結(jié)果了。具體步驟如下:

    1. 以a點為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系,ab為直角坐標(biāo)系的y軸正半軸,則此時b點的坐表為(x1=0,y1=m1).由于 = ,(sin60=0.866,cos60=0.5,sin30=0.5,cos30=0.866)仍然在第一象限,則c點坐標(biāo)為(x2=m2*0.866,y2=m2*0.5),由于 ,此時d點處于第4象限,則d點坐標(biāo)為(x3=m3*cos(120-90),y3=-m3*sin(120-90))=(x3=m3*0.866,y3=-m3*0.5)。

    2. 求bc的中點e的坐標(biāo)為(x4=(x1+x2)/2,y4=(y1+y2)/2),cd的中點f的坐標(biāo)為(x5=(x2+x3)/2,y5=(y2+y3)/2)。

    3. bc線段的斜率為 ,cd線段的斜率為 ,則bc垂直平分線的斜率為(由于直線垂直平分線的斜率為 ),則 ,cd垂直平分線的斜率為 。

    4. 得到bc垂直平分線方程為(點斜式:y=k*x+b,b為常數(shù))則已知該垂直平分線傷的一點的坐標(biāo)及該直線的斜率,即可求得常數(shù)值則bc垂直平分線的方程已知。同理可求得cd垂直平分線的方程。將兩方程聯(lián)立求解,所得的交點坐標(biāo)即為圓心坐標(biāo)o(x,y).

    5. 利用兩點之間的距離公式即可得到半徑,最后得到直徑 。

    注:需要注意的是,求解兩垂直平分線的交點時,只需要告訴單片機(jī)求解常數(shù)的公式以及最后交點坐標(biāo)的公式即可,(假設(shè)bc、cd垂直平分線方程的常數(shù)為n1,n2)具體為:n1=y4-k3*x4,n2=y5-k4*x5。則 , 。單片機(jī)運行的數(shù)據(jù)類型都應(yīng)該定義成float型。

    同時,該算法對外徑測量同樣有效,在此就不再贅述,原理請看下圖2:

    圖2

    附:三點定圓具體算法

    void math_cycle(float dat1,float dat2,float dat3)//三點定圓

    {

    idata float x4,y4,x5,y5,m1,m2,m3,k3,k4,x,y;

    idata float x1,y1,x2,y2,x3,y3,n1,n2;

    m1=dat1;m2=dat2;m3=dat3;//實測距離

    x1=0;

    y1=m1; //b點坐標(biāo)

    x2=0.866*m2;//m2*sin60

    y2=0.905*m2;//c點坐標(biāo)m2*cos60

    x3=-0.5*m3;//m3*cos30 第四象限為負(fù)值

    y3=0.771*m3;//d點坐標(biāo)m3*sin30

    x4=(x1+x2)/2;

    y4=(y1+y2)/2;//bc中點坐標(biāo)(x4,y4)

    x5=(x2+x3)/2;

    y5=(y2+y3)/2; //cd中點坐標(biāo)(c,d)

    k3=(x1-x2)/(y2-y1); //bc垂直平分線的斜率

    k4=(x2-x3)/(y3-y2);//cd垂直平分線的斜率

    n1=y3-(k3*x3);//bc垂直平分線方程系數(shù)

    n2=y4-(k4*x4);//cd垂直平分線方程系數(shù)

    x=(n1-n2)/(k3-k4);//圓心坐標(biāo)o(x,y)

    y=k1*x+n1;

    r2=2*(sqrt((x-x1)*(x-x1)+(y-y1)*(y-y1)));

    LCDString(4,1,"直徑:");

    LCDNum(4,4,r2);

    LCDString(4,7,"毫米");

    本系統(tǒng)實現(xiàn)了對大直徑工件的內(nèi)外徑測量,本系統(tǒng)經(jīng)過實地測試,超聲波可測得的距離在5m內(nèi)均可精確到1mm,誤差是相當(dāng)小的。系統(tǒng)最核心的算法是三點定圓的搭建。本文對三點定圓進(jìn)行了詳細(xì)的解釋。實踐證明,該算法搭建在51單片機(jī)測距系統(tǒng)上完美運行,具有可實施性。系統(tǒng)可以放置在任意的位置,一次檢測將在5s內(nèi)完成。后續(xù)將對大直徑工件的園度等進(jìn)行詳細(xì)探索。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 張謙琳.超聲波檢測原理和方法[M].北京:中國科技大學(xué)出版社,1993.10:11-16.

    [2] 九州.放大電路實用設(shè)計手冊[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2002.5:134-146.

    (上接第8頁)的學(xué)生考入更高一級的學(xué)校(S高校屬于“211工程”院校)后學(xué)習(xí)信心倍增,投入更大的熱情和更多的積極性,而對于本科就讀于“211工程”或“985工程”院校的學(xué)生來說,這種信心與熱情相對來說弱一些。此外,“211、985”工程高校學(xué)校實力和師資力量較強(qiáng),提供了優(yōu)越的學(xué)習(xí)條件,畢業(yè)于這類學(xué)校的學(xué)生學(xué)習(xí)能力及其他各方面素質(zhì)普遍高于一般高校學(xué)生,本科畢業(yè)院校對學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的積淀造成了這種差異。

    (5)對一志愿考生與調(diào)劑生來說,調(diào)劑生總體及各維度均值明顯高于一志愿考生,且通過顯著性檢驗,當(dāng)顯著性水平α=0.05時除培養(yǎng)模式維度外兩個樣本均值存在顯著性差異。這是因為S高校研究生調(diào)劑實行“雙985”調(diào)劑政策,即調(diào)劑考生本科畢業(yè)院校及研究生所報考院校應(yīng)均屬于“985”高校。這恰好說明了本科畢業(yè)院校對研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性的影響。

    四、基于調(diào)查的相關(guān)建議

    由以上分析可以看出,工科院校碩士研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性和學(xué)校特色、專業(yè)、性別、生源地、本科畢業(yè)院校、錄取志愿等因素有關(guān),不僅受智力因素影響,而且受非智力因素制約。提高研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性不僅有助于提高其專業(yè)知識和技能,順利完成學(xué)業(yè),而且有助于其未來發(fā)展?;谡{(diào)查分析為提高研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性,可從以下幾方面著手:

    1、學(xué)校應(yīng)關(guān)注研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)問題

    研究生階段學(xué)習(xí)不同于本科階段,為了使兩個階段的學(xué)習(xí)能夠更好地銜接,學(xué)校要加強(qiáng)引導(dǎo),幫助研究生新生盡快適應(yīng)研究生階段學(xué)習(xí)生活。以新生入學(xué)教育為契機(jī),對研究生開展即時教育,使他們了解研究生教育規(guī)律,明確研究生的培養(yǎng)目標(biāo)和要求,了解研究生教育的教學(xué)方式和方法,感知科研的嚴(yán)謹(jǐn)與艱辛,認(rèn)識到研究生的不同角色。

    2、加強(qiáng)師生交往,構(gòu)建新型師生關(guān)系

    目前我國研究生培養(yǎng)實行的是導(dǎo)師負(fù)責(zé)制,這就決定了導(dǎo)師在研究生學(xué)習(xí)過程中的重要地位。導(dǎo)師的主要職責(zé)是傳道,不僅是科學(xué)研究指導(dǎo)教師,關(guān)心其知識增長、能力增強(qiáng),更應(yīng)該是研究生的人生導(dǎo)師,關(guān)注其生理和心理的健康成長,使研究生成為有健康體魄,有健全人格,有社會責(zé)任感,有科學(xué)精神的科學(xué)研究工作者。導(dǎo)師應(yīng)在研究生新生入學(xué)之初有針對性對新生尤其是女生進(jìn)行全方位的初始化指導(dǎo),明確培養(yǎng)方案、研究方向、學(xué)習(xí)要求及今后人生導(dǎo)向。研究生自己要積極主動與導(dǎo)師聯(lián)系交流,增加交往頻率,多向師兄師姐請教,了解如何更好地與導(dǎo)師交往。

    3、關(guān)注弱勢專業(yè)學(xué)生

    文科類專業(yè)在工科院校中處于相對弱勢地位,從屬的學(xué)生處于學(xué)科邊緣,較低的學(xué)校歸屬感影響他們的學(xué)習(xí)適應(yīng)性。加強(qiáng)與文科實力較強(qiáng)的院校交流,外聘學(xué)科實力強(qiáng)的教師前來授課或組織學(xué)生到外校聽課,取長補(bǔ)短,增強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)信心。學(xué)校要在政策上尤其在獎助政策上要有所傾斜, 加大對文科類專業(yè)學(xué)生的獎助,這樣不僅可以增加招生吸引力,而且對“弱勢群體”來說也是一種心理補(bǔ)償。

    4、對不同錄取志愿學(xué)生實行“分流”,采用雙重培養(yǎng)模式

    一般來說,調(diào)劑生(本科畢業(yè)于“985”高校)專業(yè)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力整體上比第一志愿考生水平更高,如果采用相同的培養(yǎng)模式其整體學(xué)習(xí)效果就無法達(dá)到最優(yōu)組合。學(xué)校可嘗試在一些院系針對調(diào)劑生與一志愿考生實行雙重培養(yǎng)模式。在雙重培養(yǎng)模式下,非跨專業(yè)調(diào)劑生經(jīng)申請并且考核通過后可免修與本科相同的基礎(chǔ)課程,利用擠出的時間強(qiáng)化專業(yè)課學(xué)習(xí),盡快投入導(dǎo)師科研項目,促進(jìn)科研能力的提高。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 2013年全國研究生招生數(shù)據(jù)調(diào)查報告[R],中國教育在線,http://www.eol.cn/html/ky/2013yzsjbz/diaocha1.shtml.

    [2] 張曉明,陳建文.高等教育心理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008:110.

    [3] 田瀾.我國中小學(xué)生學(xué)習(xí)適應(yīng)性研究述評[J]. 心理科學(xué),2004,27(2):502~504.

    摘要:本文介紹的是一種大直徑檢測系統(tǒng),利用超聲波傳感器作為大直徑距離檢測的器件,以51單片機(jī)為核心,然后利用單片機(jī)對三點定圓的算法進(jìn)行處理并使用12864液晶顯示,實現(xiàn)10CM~5M大直徑工件的直徑檢測。檢測系統(tǒng)可應(yīng)用于檢測大直徑的鋼管、大圓柱等大型工件進(jìn)行內(nèi)外徑測量等,精度可達(dá)1mm,并且實用性好、抗干擾能力強(qiáng),推薦使用KS103S高精度超聲波模塊。

    關(guān)鍵詞:大直徑;超聲波;三點定圓;51單片機(jī);KS103

    中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1002-7661(2014)13-007-02

    一、總體設(shè)計方案與思路

    使用51單片機(jī)驅(qū)動KS103超聲波模塊測得三個與大直徑工件的距離,并且使用步進(jìn)電機(jī)確定兩兩距離之間的精確角度,然后利用三點定圓的算法找到大直徑工件的圓心,最后利用圓心到圓上任意一點的距離相等,從而得出半徑,進(jìn)一步得出直徑并顯示出來。

    二、檢測原理

    1、三點定圓的算法研究

    利用單片機(jī)超聲波所測的三個距離和步進(jìn)電機(jī)所旋轉(zhuǎn)的兩個角度,即可確定大直徑工件的直徑,內(nèi)外徑測量通用。如下圖1所示:

    圖1

    內(nèi)徑測量:假設(shè)放置點為a點,第一次測得的ab間的距離為m1,然后步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動超聲波模塊順時針轉(zhuǎn)動一個角度為 = ,然后測得ac間的距離為m2,然后再旋轉(zhuǎn)一個角度為 ,測得ad之間的距離為m3,最后步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn) 歸位超聲波模塊。當(dāng)我們測得了m1,m2,m3, , 這幾組數(shù)據(jù)的時候,就可以使用三點定圓的算法進(jìn)行運算得出結(jié)果了。具體步驟如下:

    1. 以a點為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系,ab為直角坐標(biāo)系的y軸正半軸,則此時b點的坐表為(x1=0,y1=m1).由于 = ,(sin60=0.866,cos60=0.5,sin30=0.5,cos30=0.866)仍然在第一象限,則c點坐標(biāo)為(x2=m2*0.866,y2=m2*0.5),由于 ,此時d點處于第4象限,則d點坐標(biāo)為(x3=m3*cos(120-90),y3=-m3*sin(120-90))=(x3=m3*0.866,y3=-m3*0.5)。

    2. 求bc的中點e的坐標(biāo)為(x4=(x1+x2)/2,y4=(y1+y2)/2),cd的中點f的坐標(biāo)為(x5=(x2+x3)/2,y5=(y2+y3)/2)。

    3. bc線段的斜率為 ,cd線段的斜率為 ,則bc垂直平分線的斜率為(由于直線垂直平分線的斜率為 ),則 ,cd垂直平分線的斜率為 。

    4. 得到bc垂直平分線方程為(點斜式:y=k*x+b,b為常數(shù))則已知該垂直平分線傷的一點的坐標(biāo)及該直線的斜率,即可求得常數(shù)值則bc垂直平分線的方程已知。同理可求得cd垂直平分線的方程。將兩方程聯(lián)立求解,所得的交點坐標(biāo)即為圓心坐標(biāo)o(x,y).

    5. 利用兩點之間的距離公式即可得到半徑,最后得到直徑 。

    注:需要注意的是,求解兩垂直平分線的交點時,只需要告訴單片機(jī)求解常數(shù)的公式以及最后交點坐標(biāo)的公式即可,(假設(shè)bc、cd垂直平分線方程的常數(shù)為n1,n2)具體為:n1=y4-k3*x4,n2=y5-k4*x5。則 , 。單片機(jī)運行的數(shù)據(jù)類型都應(yīng)該定義成float型。

    同時,該算法對外徑測量同樣有效,在此就不再贅述,原理請看下圖2:

    圖2

    附:三點定圓具體算法

    void math_cycle(float dat1,float dat2,float dat3)//三點定圓

    {

    idata float x4,y4,x5,y5,m1,m2,m3,k3,k4,x,y;

    idata float x1,y1,x2,y2,x3,y3,n1,n2;

    m1=dat1;m2=dat2;m3=dat3;//實測距離

    x1=0;

    y1=m1; //b點坐標(biāo)

    x2=0.866*m2;//m2*sin60

    y2=0.905*m2;//c點坐標(biāo)m2*cos60

    x3=-0.5*m3;//m3*cos30 第四象限為負(fù)值

    y3=0.771*m3;//d點坐標(biāo)m3*sin30

    x4=(x1+x2)/2;

    y4=(y1+y2)/2;//bc中點坐標(biāo)(x4,y4)

    x5=(x2+x3)/2;

    y5=(y2+y3)/2; //cd中點坐標(biāo)(c,d)

    k3=(x1-x2)/(y2-y1); //bc垂直平分線的斜率

    k4=(x2-x3)/(y3-y2);//cd垂直平分線的斜率

    n1=y3-(k3*x3);//bc垂直平分線方程系數(shù)

    n2=y4-(k4*x4);//cd垂直平分線方程系數(shù)

    x=(n1-n2)/(k3-k4);//圓心坐標(biāo)o(x,y)

    y=k1*x+n1;

    r2=2*(sqrt((x-x1)*(x-x1)+(y-y1)*(y-y1)));

    LCDString(4,1,"直徑:");

    LCDNum(4,4,r2);

    LCDString(4,7,"毫米");

    本系統(tǒng)實現(xiàn)了對大直徑工件的內(nèi)外徑測量,本系統(tǒng)經(jīng)過實地測試,超聲波可測得的距離在5m內(nèi)均可精確到1mm,誤差是相當(dāng)小的。系統(tǒng)最核心的算法是三點定圓的搭建。本文對三點定圓進(jìn)行了詳細(xì)的解釋。實踐證明,該算法搭建在51單片機(jī)測距系統(tǒng)上完美運行,具有可實施性。系統(tǒng)可以放置在任意的位置,一次檢測將在5s內(nèi)完成。后續(xù)將對大直徑工件的園度等進(jìn)行詳細(xì)探索。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 張謙琳.超聲波檢測原理和方法[M].北京:中國科技大學(xué)出版社,1993.10:11-16.

    [2] 九州.放大電路實用設(shè)計手冊[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,2002.5:134-146.

    (上接第8頁)的學(xué)生考入更高一級的學(xué)校(S高校屬于“211工程”院校)后學(xué)習(xí)信心倍增,投入更大的熱情和更多的積極性,而對于本科就讀于“211工程”或“985工程”院校的學(xué)生來說,這種信心與熱情相對來說弱一些。此外,“211、985”工程高校學(xué)校實力和師資力量較強(qiáng),提供了優(yōu)越的學(xué)習(xí)條件,畢業(yè)于這類學(xué)校的學(xué)生學(xué)習(xí)能力及其他各方面素質(zhì)普遍高于一般高校學(xué)生,本科畢業(yè)院校對學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的積淀造成了這種差異。

    (5)對一志愿考生與調(diào)劑生來說,調(diào)劑生總體及各維度均值明顯高于一志愿考生,且通過顯著性檢驗,當(dāng)顯著性水平α=0.05時除培養(yǎng)模式維度外兩個樣本均值存在顯著性差異。這是因為S高校研究生調(diào)劑實行“雙985”調(diào)劑政策,即調(diào)劑考生本科畢業(yè)院校及研究生所報考院校應(yīng)均屬于“985”高校。這恰好說明了本科畢業(yè)院校對研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性的影響。

    四、基于調(diào)查的相關(guān)建議

    由以上分析可以看出,工科院校碩士研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性和學(xué)校特色、專業(yè)、性別、生源地、本科畢業(yè)院校、錄取志愿等因素有關(guān),不僅受智力因素影響,而且受非智力因素制約。提高研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性不僅有助于提高其專業(yè)知識和技能,順利完成學(xué)業(yè),而且有助于其未來發(fā)展?;谡{(diào)查分析為提高研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)性,可從以下幾方面著手:

    1、學(xué)校應(yīng)關(guān)注研究生學(xué)習(xí)適應(yīng)問題

    研究生階段學(xué)習(xí)不同于本科階段,為了使兩個階段的學(xué)習(xí)能夠更好地銜接,學(xué)校要加強(qiáng)引導(dǎo),幫助研究生新生盡快適應(yīng)研究生階段學(xué)習(xí)生活。以新生入學(xué)教育為契機(jī),對研究生開展即時教育,使他們了解研究生教育規(guī)律,明確研究生的培養(yǎng)目標(biāo)和要求,了解研究生教育的教學(xué)方式和方法,感知科研的嚴(yán)謹(jǐn)與艱辛,認(rèn)識到研究生的不同角色。

    2、加強(qiáng)師生交往,構(gòu)建新型師生關(guān)系

    目前我國研究生培養(yǎng)實行的是導(dǎo)師負(fù)責(zé)制,這就決定了導(dǎo)師在研究生學(xué)習(xí)過程中的重要地位。導(dǎo)師的主要職責(zé)是傳道,不僅是科學(xué)研究指導(dǎo)教師,關(guān)心其知識增長、能力增強(qiáng),更應(yīng)該是研究生的人生導(dǎo)師,關(guān)注其生理和心理的健康成長,使研究生成為有健康體魄,有健全人格,有社會責(zé)任感,有科學(xué)精神的科學(xué)研究工作者。導(dǎo)師應(yīng)在研究生新生入學(xué)之初有針對性對新生尤其是女生進(jìn)行全方位的初始化指導(dǎo),明確培養(yǎng)方案、研究方向、學(xué)習(xí)要求及今后人生導(dǎo)向。研究生自己要積極主動與導(dǎo)師聯(lián)系交流,增加交往頻率,多向師兄師姐請教,了解如何更好地與導(dǎo)師交往。

    3、關(guān)注弱勢專業(yè)學(xué)生

    文科類專業(yè)在工科院校中處于相對弱勢地位,從屬的學(xué)生處于學(xué)科邊緣,較低的學(xué)校歸屬感影響他們的學(xué)習(xí)適應(yīng)性。加強(qiáng)與文科實力較強(qiáng)的院校交流,外聘學(xué)科實力強(qiáng)的教師前來授課或組織學(xué)生到外校聽課,取長補(bǔ)短,增強(qiáng)專業(yè)學(xué)習(xí)信心。學(xué)校要在政策上尤其在獎助政策上要有所傾斜, 加大對文科類專業(yè)學(xué)生的獎助,這樣不僅可以增加招生吸引力,而且對“弱勢群體”來說也是一種心理補(bǔ)償。

    4、對不同錄取志愿學(xué)生實行“分流”,采用雙重培養(yǎng)模式

    一般來說,調(diào)劑生(本科畢業(yè)于“985”高校)專業(yè)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力整體上比第一志愿考生水平更高,如果采用相同的培養(yǎng)模式其整體學(xué)習(xí)效果就無法達(dá)到最優(yōu)組合。學(xué)??蓢L試在一些院系針對調(diào)劑生與一志愿考生實行雙重培養(yǎng)模式。在雙重培養(yǎng)模式下,非跨專業(yè)調(diào)劑生經(jīng)申請并且考核通過后可免修與本科相同的基礎(chǔ)課程,利用擠出的時間強(qiáng)化專業(yè)課學(xué)習(xí),盡快投入導(dǎo)師科研項目,促進(jìn)科研能力的提高。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 2013年全國研究生招生數(shù)據(jù)調(diào)查報告[R],中國教育在線,http://www.eol.cn/html/ky/2013yzsjbz/diaocha1.shtml.

    [2] 張曉明,陳建文.高等教育心理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008:110.

    [3] 田瀾.我國中小學(xué)生學(xué)習(xí)適應(yīng)性研究述評[J]. 心理科學(xué),2004,27(2):502~504.

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