位移检测装置设计实验

湖南理工学院南湖学院位移检测装置设计实验指导老师：李锶姓名：卢杰系别：机械电子工程系班级：机械电子工程班学号：241135002352014年6月4日目录目录..................................................................................................................................................2第一章总体方案设计.....................................................................................................................31.1设计目的.............................................................................................................................31.2总体方案设计.....................................................................................................................4第二章硬件电路设计...................................................................................................................52.1传感器的工作原理.............................................................................................................52.2差动变压器传感器安装....................................................................................................52.3放大电路的设计.................................................................................................................62.4采集电路的设计.................................................................................................................72.4.1数据采集系统的组成..............................................................................................72.4.2数据采样保持器......................................................................................................82.4.3AD0809的工作原理与连接...................................................................................82.5输入通道设计.....................................................................................................................92.6显示电路的设计.................................................................................................................9第三章软件的设计.......................................................................................................................103.1数据处理子程序的设计...................................................................................................103.1.1系数调整................................................................................................................103.1.2数制转换................................................................................................................103.2数据采集子程序的设计...................................................................................................113.3数据显示子程序的设计...................................................................................................113.4地址空间的分配：...........................................................................................................12第四章设计总结...........................................................................................................................13参考文献.........................................................................................................................................13随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以差动变压器式(LVDT)位移传感器为主,测量0～10mm。传感器输出的电量是模拟量，数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围。所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。然后，A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。第一章总体方案设计1.1设计目的差动变压器式(LVDT)位移传感器广泛应用于工业现场和测试领域，如过程检测和自动控制、形变测量等，适用于油污、光照等恶劣环境。这种传感器可靠而耐用，但选用它监控机械位移量，还需设计与传感器配套的测量装置图1.2.1主程序流程图研制开发的位移测量装置适用于工业现场和多种测试领域。按照使用的要求，系统可实现:有效量程10mm，精度0.0lmm;LED同时显示1-4路测量值;零点值重置等功能。通过本次课程设计，达到以下三点：（1）.通过本次课程设计加深对差动变压器电感传感器在工程实践中的应用的了解；（2）.掌握用这种传感器组成位移测量系统的原理和方法；（3）.进一步掌握这种传感器的性能特点和工程应用。1.2总体方案设计本系统采用内含4KB程序存储器的8位单片微型计算机89C51，其内部4KB程序存贮器可以满足本系统的需求，同时可以较大限度地减少外围器件;按照有效量程和精度，本系统选用国内厂家的配套产品AC-LVDT传感器;使用四组(每组5个)LED七段数码管同时显示四路测量值;用于过程控制的信号采样应较快，应采用较高速的A/D转换器。主程序流程图、系统原理图分别如图1.2.1、图1.2.2所示。图1.2.2系统原理第二章硬件电路设计2.1传感器的工作原理差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动电势输出。利用两个线圈之间互感的变化引起感应电势的变化，来获得与被测量成一定函数关系的输出电压，实现非电量的测量。应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100(mm)范围内的机械位移、150HZ以下的低频振动、加速度、应变、比重、张力、厚度、称重等一、切能引起机械位移变化的非电物理量。本次差动变压器的原理是建立在CSY2000型传感器实训台的基础上的。差动变压器电感传感器具有结构简单、性能优越、测量精度高、灵敏度高和价格合理等优点。2.2差动变压器传感器安装1、将差动变压器和测微头(参照附：测微头使用)安装在实验模板的支架座上，如下图2.2.1。图2.2.1差动变压器传感器安装示意图2、差动变压器的原理图已印刷在实验模板上，L1为初级线圈；L2、L3为次级线圈；＊号为同名端。按图2-3接线，差动变压器的原边Ｌ１的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入，检查接线无误后合上总电源开关，调节音频振荡器的频率为4－5KHz（可用主机箱的频率表输入Fin来监测）；调节输出幅度峰峰值为Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。图2.2.2差动变压器性能实验安装、接线图2.3放大电路的设计传感器输出电压为0～50mV，而A/D转换器所能处理的电压是0～5V，所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100倍，使输出电压为0～5V。由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放结构。三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。如图2-2所示，图中RG为增益调节电阻，整个芯片仅R5为外接电阻，而运放A1为增益为100的差动输入放大器。电压的放大倍数：可由公式得出倍数。因此我们可以改变R2和R1的比值来改变放大倍数。量程的确定：转动20圈进给10mm电压变化0.52V灵敏度S=dU=mmV552.0=0.104V/mm…………………………(8)根据电压得量程是＋1.7V～－1.7V可以由公式8得出距离d得量程是＋16.35mm～－16.35mm.图2.3.1放大电路硬件原理图2.4采集电路的设计2.4.1数据采集系统的组成数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样/保持器，放大器，A/D转换器，计算机组成。2.4.1数据采样系统框图2.4.2数据采样保持器进行模数变换时，