1、本 科 毕 业 设 计静态磁参数测量实验平台的研制目 录I毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有 权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图
2、书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： 西安交通大学城市学院 本科毕业设计II摘 要磁 性 材 料 广 泛 地 应 用 于 国 防 、 工 农 业 、 医 疗 和 日 常 生 活 等 行 业 中 ， 其 磁 特性 参 数 又 是 影 响 其 产 品 性 能 的 关 键 因 素 。 本 文 针 对 软 磁 材 料 ， 为 实 验 室 建 设 ，研 制 了 静 态 磁 参 数 手 动 测 量 系 统 ， 论 文 有 一 定 的 实 用 价 值 。在 硬 件 系 统 设 计 中 ， 采用“MCS-51
3、单片机”系统为核心，设 计 了 磁 化 电 路 ，磁化电流的给定利用恒压源配合开关控制下的九个串联固定电阻分档实现；在测试回路设计中，为了防止感应冲击电压超量程引起测试的误差，将感应电动势经过积分变换、绝对值和 A/D 变换电路将数据采入单片机中，经计算得到磁感应强度 。B在 软 件 设 计 中 ， 采 用 C 语 言 和 汇 编 语 言 混 合 编 程 ， 设 计 了 在 测 量 过 程 中 对数 据 的 采 集 、 处 理 、 存 储 和 测 量 结 果 显 示 等 程 序 模 块 。 模 块 化 的 编 程 使 得 程 序具 有 可 读 性 强 、 易 于 维 护 和 方 便 升 级 的
4、 特 点 。所 研 制 的 样 机 在 实 验 室 进 行 了 测 试 ， 结 果 表 明 ， 本 文 所 研 制 的 静 态 磁 参 数测 量 系 统 的 功 能 和 指 标 达 到 了 设 计 要 求 ， 能 够 满 足 教 学 实 验 的 要 求 。关 键 词 ： 磁 性 材 料 ， 磁 化 曲 线 ， 磁 滞 回 线 ， “MCS-51 单 片 机 ”目 录IIITitle: The development of static magnetic measurement systemApplicant: Speciality: ABSTRACTMagnetic materials are
5、 widely used in many areas, such as national defense, industry, agriculture, medical and daily life. The parameters of magnetic characteristic play an important role in products performances. For laboratory construction, this paper develops a static magnetic parameter manual measurement of soft magn
6、etic materials system.“MCS-51 SCM” system is the core of the hardware. A magnetic circuit is designed and the magnetic current is given by nine series fixed resistances controlled by the switch and constant voltage source; In the testing of the sub-circuit design, induction EMF is transferred into S
7、CM after wave transform, absolute strike and A/D conversion. The magnetic induction intensity B can then be obtained by calculation.In the software design, both C and assembly language are applied to design the procedure module of data collection, procession, storage and test result display. Modular
8、 programming entrusts the design the features of strong readability, easy maintaining and convenience upgrading.The developed prototype was tested in the laboratory. Results show that targets of this static magnetic measurement are achieved. The demand for education purpose is also met.KEY WORDS: Ma
9、gnetic material，Magnetization curve，Hysteresis loop，“MCS-51 SCM“西安交通大学城市学院 本科毕业设计IV目 录第 1 章 绪论 .11.1 磁性材料 .11.1.1 磁性材料的用途 .11.1.2 磁性物质的分类与磁特性 .11.2 磁场的测量方法 .11.2.1 冲击法 .11.2.2 磁通表法 .21.2.3 霍尔效应法 .31.3 磁性材料的测量方法 .41.4 本论文的主要工作 .51.4.1 毕业设计的主要任务： .51.4.2 课题的具体工作内容 .51.5 本论文的结构安排 .6第 2 章 静态磁测量原理 .72.1
10、磁场的基本定律 .72.1.1 安培环路定律 .72.1.2 电磁感应定律 .72.2 静态磁材料的测量 .82.3 测量 .102.3.1 基本磁化曲线测量 .102.3.2 磁滞回线的测量 .11第 3 章 静态磁测量的硬件系统设计 .133.1 静态磁测量的硬件系统框图 .133.2 单片机系统 .133.2.1 单片机系统及键盘 .133.2.2 液晶显示接口 .153.2.3 单片机与 PC 机的串行接口 .163.3 励磁电流的给定和磁感应强度的测量电路设计 .17目 录V3.3.1 磁化电流的给定设计 .173.3.2 磁感应强度 B 的测量电路设计 .19第 4 章 静态磁测量
11、的软件系统设计 .234.1 系统软件 .234.2 主程序清单 .234.3 中断服务程序清单 .29第 5 章 静态磁测量系统的调试与测试 .315.1 磁性材料试品的准备 .315.2 系统的调试与测试 .325.2.1 单片机系统的调试 .325.2.2 励磁回 路的调试 .335.2.3 测试回路的调试 .335.3 测试 .355.3.1 磁化曲线的测量步骤 .355.3.2 磁滞回线的测量步骤 .37第 6 章 结论与展望 .416.1 结论 .416.2 展望 .41致 谢 .43参考文献： .45第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 磁性材料1.1.1 磁性材料的用途 磁
12、性材料的应用，在国民经济占有举足轻重的地位。它广泛应用于工农业、国防以及日常生活中，例如工业中的电气设备包括互感器、电抗器、变压器和电机等；仪器仪表中的磁性元件包括医疗仪器中的核磁共振；日常生活中的电声、指南针、电饭锅、记录语音的电视机和磁性卡等。1.1.2 磁性物质的分类与磁特性磁性物质按材料可分为金属和非金属两类。金属主要有电工硅钢、坡莫合金和稀土合金等，非金属主要是铁氧体材料。按用途又分为软磁材料、硬磁材料和功能磁性材料，如电工硅钢、坡莫合金、软磁铁氧体等属于软磁材料；而铝镍钴永磁、稀土钴永磁、钕铁硼永磁、永磁铁氧体等属于硬磁材料；功能磁性材料通常指磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、
13、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料、磁性薄膜材料、粘结材料等。按形态分为粉体材料、液体材料、块体材料 、薄膜材料等。按磁性能可分为反磁性、顺磁性和铁磁物质三种。磁性材料的磁特性通常用磁化曲线和磁滞回线来表征。其中，磁滞回线狭窄，回线面积较小而磁导率高的磁性材料称为软磁材料。常用于做电机、变压器、继电器的铁心。硬磁材料由于磁滞回线宽，剩磁和矫顽磁力较大，因而适宜制作永久磁铁。1.2 磁场的测量方法磁场的测量方法主要有冲击法、磁通表法和霍尔效应法。1.2.1 冲击法 利用冲击电流计测量磁场的方法称为冲击法，如图 1-1 所示，常用于测量静态磁特性曲线。试品材料制造成镯环形，形成闭合磁路，并绕以磁化线圈和
14、测量线圈。前西安交通大学城市学院 本科毕业设计2者通过换向开关、电流表和调节电流的可变电阻接到直流电源上；后者接到冲击电流计上。开始测量时，通过电流表将磁化线圈中的电流调到某一数值，由电流表的读数、磁化线圈的匝数，以及试品材料的磁路几何参数，可计算出磁场强度 H 的值。然后，利用换向开关，快速改变磁化线圈中的电流方向，使试品材料中的磁通密度 的方向突然改变，于是在测量线圈中感应出脉冲电动势 e，e 使脉冲电流流过冲击电流计。通过冲击电流计的总电量 Q 与磁通的变化 满足 ，从式中看出：总电NRQ量 Q 与磁通的变化 成比例，则只要测出脉冲电流的总电量 Q，就可算出磁通的变化。 再由试品材料的等
15、效截面 S，可计算出相应的磁感应强度 B 值。 N ei G图 1-1 冲击法原理图1.2.2 磁通表法与冲击法类似，用磁通表替换冲击电流计，如图 1-2 所示，可直接读出磁通 。再由试品材料的等效截面 S，可计算出相应的磁感应强度 B 值。N ei图 1-2 磁通表法原理图第 1 章 绪论31.2.3 霍尔效应法将一块金属导体或半导体薄片放在磁场中，沿垂直于磁场的方向上通以电流 I，这些运动着的电子，在磁场中将受到洛仑兹力的作用，从而在两横侧间形成一个电压UH，这个效应称为霍尔效应，如图 1-3 所示，图中电压 UH称霍尔电压。在良导体中，由于形成电流的电子运动速度较快，因而霍尔电压较低，难以利用。半导体材料出现后，发现半导体的霍尔效应比较强烈，从而使这一效应在磁测量中得到日益广泛的应用。图 1-3 霍尔效应法KHB i （1-1） ()HRlUibfdc式中：R H霍尔系数，它与试品材料的性质有关；d半导体薄片的厚度；b半导体的薄片的宽度；l半导体薄片的长度；霍尔片的形状系数；()fcKH称为霍尔片的灵敏度。利用霍尔效应制成的传感器也称为霍尔片。通常，使用霍尔片测量磁场时，片中的电流应保持恒定，故应采用恒流供电方式。由于交变电压易于放大，在测量恒定磁
