电涡流式位移计的设计

沈阳航空航天大学课程设计（论文）题目电涡流位移计的设计班级学号学生姓名指导教师沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称专业基础课程设计B院（系）专业班级学号姓名课程设计题目电涡流式位移计的设计课程设计时间:2012年7月9日至2012年7月20日课程设计的内容及要求：1.内容设计基于单片机、电涡流传感器的位移设计，实现位移的非式实现测量和ＬＥＤ显示。键盘设定上限阈值，并能给出位移超限警提示。２.技术指标（１）位移测量范围：０～５ｍｍ。（２）ＬＥＤ显示：ｘ．ｘｍｍ。（３）键盘设定上限阈值。（４）能给出位移超限的光报警提示。３.要求（１）制定设计方案，并绘制出系统工作框图。（２）绘制电路原理图，并将传感器、单片机实验箱、电源等硬件正确可靠的连接。（３）用单片机实验箱进行程序设计与系统调试。（４）撰写一篇６０００字到８０００字的课设实验报告。指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日目录1总体设计方案.............................................................................................................12.硬件电路设计............................................................................................................22.1电涡流传感器.................................................................................................22.2放大电路.........................................................................................................32.3单片机系统.......................................................................................................32.4A/D转换电路...................................................................................................42.5键盘报警........................................................................................................52.6LED显示电路................................................................................................63.软件设计....................................................................................................................73.1A/D转换子程序设计....................................................................................83.2数据处理子程序设计....................................................................................83.3键盘子程序设计.............................................................................................93.4报警子程序设计.............................................................................................93.5显示子程序设计...........................................................................................104调试分析..................................................................................................................115．结论及进一步设想.............................................................................................11参考文献.....................................................................................................................11课设体会.....................................................................................................................12附录1电路原理图................................................................................................13附录2程序清单.......................................................................................................14沈阳航空航天大学课程设计论文电涡流式位移计的设计第1页电涡流位移计的设计刘阳沈阳航空航天大学自动化学院摘要:本文设计了由单片机控制的电涡流位移计，由单片机、A/D转换器、键盘设置报警和LED数码显示组成，主要使用了AT89C52、ADC0804、LED主要器件，主要解决方案是利用电涡流传感器的位移特性、单片机最小系统设计一个由LED显示物体位移的位移计。此位移计具有测量精度更高，灵明度高的优点。关键字:单片机；电涡流传感器；LED数码显示。0前言位移测量在人们的生产、生活过程中起着十分重要的作用，智能位移测量仪器有着测量精度高、操作方便、测量速度快等很多优势。随着科技的发展，现代智能仪器逐渐取代了传统的机械性较强的仪器，数字化、智能化成为当今社会生产力推进的巨大力量。本设计是要把位移变量转化为电信号来实现测量的，需要通过传感器实现这一功能为单片机的测量控制提供有效的介质，本次试验采用电涡流传感器。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。所以本设计采用单片机来作为控制中心。控制、转换、显示功能由单片机、A/D转换器、LED数码管来实现，通过键盘设置数值由LED灯指示正常工作及报警。构成了一个数据采集、处理、显示的智能化系统。1总体设计方案针对本课题的设计任务，进行分析得到:本次设计用电涡流传感进行位移的测量，将位移量转化为模拟电信号，再用单片机学习板够成一个能显示位移量的测量仪器。该位移计的设计，在总体上大致可分为以下几个部分：①位移测量部分；②位移数字显示部分；③设置上限阈值部分；④报警部分。系统原理图如图1图1系统原理图位移测量数值显示报警键盘单片机沈阳航空航天大学课程设计论文电涡流式位移计的设计第2页整个电路的工作原理是用电涡流传感器将位移量转化为模拟电压信号，再通过LED转换器转化为数字信号，通过单片机控制送入LED数码显示，用键盘设置上限阈值，超出设定值有报警电路LED灯报警。2.硬件电路设计本设计通过单片机对A/D转换、LED显示、键盘、报警等电路控制将由电涡流测得的电信号转化为位移量显示，以达到测量位移的目的。硬件原理框图如图2所示。图2硬件原理框图2.1电涡流传感器电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量金属导体距探头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。电涡流传感器原理图如图3所示图3电涡流传感器电涡流传感器放大电路A/D转换器单片机LED显示键盘报警沈阳航空航天大学课程设计论文电涡流式位移计的设计第3页2.2放大电路由于电涡流传感器测得的电压信号小，所以用放大器放大，采用仪表放大器，电路图如3所示该电路中U1和U2两个运算放大器及其附属电路构成了差动放大电路，此电路有较强的共模抑制比，输入电阻较高。图中放大电路放大倍数Au=-R3/R4(1+2R1/R7)，其中调节R7阻值可以改变放大倍数。如图4图4放大电路2.3单片机系统单片机（single-chipmicrocomputer）是一块集成芯片，但不是一块实现某一个逻辑功能的芯片，而是在这块芯片当中，集成了一个计算机系统。如中央处理器（CPU）、存储器（ROM,RAM）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等。中央处理器是单片机的核心单元，他由运算器和控制器组成，他的主要功能是实现算术运算、逻辑运算、和控制。51系列是基本型，包括8051、8751、8031、8951.这四个机种区别，仅在于片内程序储存器。8051为4KBROM，8751为4KBEPROM，8031片内无程序储存器，8951为4KBEPROM。其他性能结构一样，有片内128BRAM，2个16位定时器/计数器，5个中断源。其中，8031性价比较高，又易于开发，目前应用面广泛。本系统采用CPU为89C52的单片微机，89C52本身带有8K的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用8031CPU外加EPROM为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单、方便等优点，而且完全兼容MCS51系列单片机的所有功能。下面介绍89C52的主要管脚功能如下：VCC（40）：电源+5V；VSS（20）：接地；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶体振荡器；P0口（32-39）：双向I/O口，既可作低8位沈阳航空航天大学课程设计论文电涡流式位移计的设计第4页既可作低8位地址和8位数据总线使用，也可作普通I/O口；P1口（1-8）：准双向通用I/O口；P2口（21-28）：既可作高8位地址总线，也可作普通I/O口；P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作；RST（9）：复位信号输入端；ALE/PROG：地址锁存信号输出端；PSEN：内部和外部程序存储器选择线。如图3所示图589C52单片机2.4A/D转换电路本设计采用ADC0804芯片，ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0~5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连