畢業(yè)設(shè)計論文無線三軸振動檢測儀設(shè)計

1、 摘 要本論文設(shè)計的是三軸振動檢測儀的角度傳感器和加速度傳感部分，基于飛思卡爾公司的mma7455l芯片設(shè)計的一款可以測量x，y，z軸加速度的摸快。通過此模塊測量x，y，z的加速度值，經(jīng)cpu處理后，發(fā)送電路將這三個值以字節(jié)的形式無線發(fā)射至接收端，接收方單片機系統(tǒng)收到傳來的數(shù)據(jù)后，再根據(jù)牛頓第二定理，通過程序設(shè)定算法，測出x，y ，z軸的偏角，并在顯示器上顯示。經(jīng)過調(diào)試可以達到實時測量的目的，且精度比較高。本論文首先介紹了振動檢測的原理；其次介紹了整體系統(tǒng)的設(shè)計和各模塊方案的比較，選擇；接著介紹了各部分電路的設(shè)計及原理；再者介紹了軟件設(shè)計流程并附上了程序代碼；最后論述了系統(tǒng)的調(diào)試過程。關(guān)鍵詞：

2、三軸振動檢測儀；加速度；角度傳感；無線發(fā)射abstractthe thesis is the design of angle sensor and acceleration sensor ,which are the parts of three axis vibration tester.it was based on freescale mma7455l chip which can be a measurement of x, y, z axis acceleration, after the treatment by cpu, the sender of these three val

3、ues the form of a byte wireless transmitter to the receiver, the receiver microcontroller system to receive these datas,and then , according to the newtonian second law ,through setting algorithm of the program , measure x , y，z axis angle and show on the displayer.to debugging to achieve rea-time m

4、easurement ,and relatively high accuracy . this paper first introduces the principle of the vibration detection; comparison of the overall system design and module program, select; then presented design and principles of the various parts of the circuit; furthermore, the software design process and

5、attach code ; discusses the debugging process.keywords: three-axis vibration detector; acceleration; angle sensor; wireless transmitter目 錄摘 要iabstractii1 前 言12 振動檢測原理22.1 振動分類22.2 振動檢測原理22.3 振動傳感器的分類23 系統(tǒng)設(shè)計53.1 整體系統(tǒng)設(shè)計53.2 方案設(shè)計53.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊53.2.2 無線收發(fā)模塊83.2.3 液晶顯示模塊94 硬件設(shè)計114.1 單片機最小系統(tǒng)114.2 傳感器電路124.

6、3 顯示電路134.4 報警電路144.5 無線傳輸電路145 軟件設(shè)計175.1 系統(tǒng)工作流程175.2 程序設(shè)計186 系統(tǒng)調(diào)試286.1 系統(tǒng)實物圖286.2 整體系統(tǒng)測試286.3 測試結(jié)果分析286.4 結(jié)論297 總結(jié)與展望307.1 總結(jié)307.2 展望30參考文獻31附錄132附錄233致謝341 前 言在科學技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會中，人類已經(jīng)入瞬息萬變的信息時代，人們在日常生活和生產(chǎn)過程中，主要依靠檢測技術(shù)對信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸，來實現(xiàn)制動控制，自動調(diào)節(jié)，目前我國已將檢測技術(shù)列入優(yōu)先發(fā)展的科學技術(shù)之一。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測量和自動化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一,從宇宙開發(fā)到海底探秘,從

7、生產(chǎn)的過程控制到現(xiàn)代文明生活,幾乎每一項技術(shù)都離不開傳感器,因此,許多國家對傳感器技術(shù)的發(fā)展十分重視,如日本把傳感器技術(shù)列為六大核心技術(shù)(計算機、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體和傳感器) 之一。角度傳感器和加速度傳感器在當代工業(yè)控制、儀表測量、航空航海等領(lǐng)域中有著十分廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的角度傳感器如：增量編碼器、同步機等存在接觸面、觸點易磨損，必須定期進行更換，在實際應(yīng)用中降低了設(shè)備的可靠性，增加了維修成本。本設(shè)計研究設(shè)計的加速度傳感器和角度傳感器能夠?qū)崟r測量物體振動加速度和角度，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著基于單片機的檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，近些年來我國對角度測量技術(shù)進行理論上的研究，在生產(chǎn)實踐中投入了具

8、體的應(yīng)用。但我國在此方面的實際應(yīng)用技術(shù)與國外比還有較大差距。國內(nèi)生產(chǎn)的該種儀器性能方面有待提高，國外進口的又價格昂貴，使得該儀器難以推廣和銷售，高性能角度測量設(shè)備的缺失導(dǎo)致了大量經(jīng)濟損失。因此可以說角度測量技術(shù)的研究與開發(fā)有著廣闊的前景，并且能夠帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。2 振動檢測原理2.1 振動分類在日常的生活和生產(chǎn)活動中，我們經(jīng)?？梢钥吹轿矬w的振動現(xiàn)象，例如：運動場上秋千的擺動，汽車啟動時發(fā)動機引起的車體顫動，機床的振動等。這些振動從形式上看，有的是來回擺動，有的是往復(fù)直線運動，有的是旋轉(zhuǎn)運動等，種類很多，形式不一，但它們都有一個共同的特點，即物體在運動過程中總是在它自己的平衡位置附

9、近，一次又一次地重復(fù)地運動著。因此，我們把物體在其平衡位置附近所做的往復(fù)性的運動稱為振動。研究振動的目的是為了了解各種機械振動現(xiàn)象的機理，破譯機械振動所包含的大量信息，進而對設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)測，分析設(shè)備的潛在可能故障。2.2 振動檢測原理振動傳感器有振動位移、振動速度和振動加速度傳感器。簡單地說，振動位移傳感器（常用電渦流傳感器）根據(jù)振動位移變化與輸出電壓的變化關(guān)系，振動速度傳感器根據(jù)相對運動切割磁力線產(chǎn)生電壓的變化，振動加速度傳感器根據(jù)形變與電荷的關(guān)系。速度傳感器通過硬件或軟件積分可以得到位移，加速度傳感器通過一次積分可以得到振動速度，二次積分可以得到振動位移。因為需要測量加速度，所以必須有

10、振動加速度傳感器。振動傳感器在測試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用并不是直接將原始要測的機械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y的機械量做為振動傳感器的輸入量，然后由機械接收部分加以接收，形成另一個適合于變換的機械量，最后由機電變換部分再將變換為電量。因此一個傳感器的工作性能是由機械接收部分和機電變換部分的工作性能來決定的。 2.3 振動傳感器的分類1、相對式電動傳感器電動式傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當運動的導(dǎo)體在固定的磁場里切割磁力線時，導(dǎo)體兩端就感生出電動勢，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動式傳感器。 相對式電動傳感器從機械接收原理來說，是一個位移傳感器，由于在機電變換原理中應(yīng)用的是電磁感應(yīng)電

11、律，其產(chǎn)生的電動勢同被測振動速度成正比，所以它實際上是一個速度傳感器。 2、電渦流式傳感器電渦流傳感器是一種相對式非接觸式傳感器，它是通過傳感器端部與被測物體之間的距離變化來測量物體的振動位移或幅值的。電渦流傳感器具有頻率范圍寬（010 khz），線性工作范圍大、靈敏度高以及非接觸式測量等優(yōu)點，主要應(yīng)用于靜位移的測量、振動位移的測量、旋轉(zhuǎn)機械中監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動測量。 3、電感式傳感器依據(jù)傳感器的相對式機械接收原理，電感式傳感器能把被測的機械振動參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成為電參量信號的變化。因此，電感傳感器有二種形式，一是可變間隙，二是可變導(dǎo)磁面積。 4、電容式傳感器電容式傳感器一般分為兩種類型。即可變間隙

12、式和可變公共面積式。可變間隙式可以測量直線振動的位移。可變面積式可以測量扭轉(zhuǎn)振動的角位移。 5、慣性式電動傳感器慣性式電動傳感器由固定部分、可動部分以及支承彈簧部分所組成。為了使傳感器工作在位移傳感器狀態(tài)，其可動部分的質(zhì)量應(yīng)該足夠的大，而支承彈簧的剛度應(yīng)該足夠的小，也就是讓傳感器具有足夠低的固有頻率。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動勢為：u=blx&r 。式中b為磁通密度，l為線圈在磁場內(nèi)的有效長度， r x&為線圈在磁場中的相對速度。 從傳感器的結(jié)構(gòu)上來說，慣性式電動傳感器是一個位移傳感器。然而由于其輸出的電信號是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，根據(jù)電磁感應(yīng)電律，當線圈在磁場中作相對運動時，所感

13、生的電動勢與線圈切割磁力線的速度成正比。因此就傳感器的輸出信號來說，感應(yīng)電動勢是同被測振動速度成正比的，所以它實際上是一個速度傳感器。 6、壓電式傳感器壓電式加速度傳感器的機械接收部分是慣性式加速度機械接收原理，機電部分利用的是壓電晶體的正壓電效應(yīng)。其原理是某些晶體在一定方向的外力作用下或承受變形時，它的晶體面或極化面上將有電荷產(chǎn)生，這種從機械能（力，變形）到電能（電荷，電場）的變換稱為正壓電效應(yīng)。而從電能（電場，電壓）到機械能（變形，力）的變換稱為逆壓電效應(yīng)。 因此利用晶體的壓電效應(yīng)，可以制成測力傳感器，在振動測量中，由于壓電晶體所受的力是慣性質(zhì)量塊的牽連慣性力，所產(chǎn)生的電荷數(shù)與加速度大小成

14、正比，所以壓電式傳感器是加速度傳感器。 7、壓電式力傳感器在振動試驗中，除了測量振動，還經(jīng)常需要測量對試件施加的動態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、體積小和重量輕等優(yōu)點，因而獲得廣泛應(yīng)用。壓電式力傳感器的工作原理是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，即壓電式力傳感器的輸出電荷信號與外力成正比。 8、阻抗頭阻抗頭是一種綜合性傳感器。它集壓電式力傳感器和壓電式加速度傳感器于一體，其作用是在力傳遞點測量激振力的同時測量該點的運動響應(yīng)。因此阻抗頭由兩部分組成，一部分是力傳感器，另一部分是加速度傳感器，它的優(yōu)點是，保證測量點的響應(yīng)就是激振點的響應(yīng)。使用時將小頭（測力端）連向結(jié)構(gòu)，大頭（測量加速度）

15、與激振器的施力桿相連。從“力信號輸出端”測量激振力的信號，從“加速度信號輸出端”測量加速度的響應(yīng)信號。 9、電阻應(yīng)變式傳感器電阻式應(yīng)變式傳感器是將被測的機械振動量轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻的變化量。實現(xiàn)這種機電轉(zhuǎn)換的傳感元件有多種形式，其中最常見的是電阻應(yīng)變式傳感器。 電阻應(yīng)變片的工作原理為：應(yīng)變片粘貼在某試件上時，試件受力變形，應(yīng)變片原長變化，從而應(yīng)變片阻值變化，實驗證明，在試件的彈性變化范圍內(nèi)，應(yīng)變片電阻的相對變化和其長度的相對變化成正比。 10、激光傳感器激光傳感器利用激光技術(shù)進行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠距離測量，速度

16、快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強等，極適合于工業(yè)和實驗室的非接觸測量應(yīng)用。 3 系統(tǒng)設(shè)計3.1 整體系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)由發(fā)射電路和接收電路組成。其中發(fā)射電路由數(shù)據(jù)采集模塊，單片機最小系統(tǒng)，狀態(tài)指示及報警模塊，無線發(fā)射模塊，液晶顯示模塊五部分組成。接收電路由無線接收模塊，單片機最小系統(tǒng)和液晶顯示模塊三部分組成。發(fā)射電路系統(tǒng)框圖如圖1所示，其原理圖見附錄一。接收電路系統(tǒng)框圖如圖2所示，其原理圖見附錄二。數(shù)據(jù)采集模塊stc89c52 最小系統(tǒng)無線發(fā)射模塊狀態(tài)指示及報警模塊液晶顯示模塊圖1 發(fā)射電路框圖無線接收模塊stc89c52 最小系統(tǒng)液晶顯示模塊 圖2 接收電路框圖3.2 方案設(shè)計3.2.1

17、數(shù)據(jù)采集模塊方案（一）：由uzz9000和kmz41構(gòu)成的角度檢測電路：uzz9000為線性電壓輸出式角度傳感器調(diào)理器電路，輸出電壓與被測角度信號成正比；測量角度的范圍是0180°，且在0100°范圍內(nèi)；測量誤差小于±0.45°分辨力達0.1°；測量范圍和輸出零點均可調(diào)節(jié)；電源電壓范圍為+4.5+5.5v；電源電流為10ma；工作溫度范圍是-40+150。由uzz9000和kmz41構(gòu)成的電壓輸出式角度檢測電路如圖3所示。改變r2和r3的比值，可以調(diào)節(jié)傳感器1的偏移量；改變r4和r5的阻值，可以調(diào)節(jié)傳感器2的偏移量；改變r6和r7的比值，可以調(diào)

18、節(jié)零點偏移；改變r8和r9的比值；可以調(diào)節(jié)測量角度范圍。電阻r2r9可以采用電位器代替。電路輸出電壓送至數(shù)字電壓表或者微控制器系統(tǒng)，即可顯示出被測角度值。該電路可廣泛用于發(fā)動機凸輪/曲軸速度及位置檢測、節(jié)流閥控制、轉(zhuǎn)向操作控制、汽車中的abs系統(tǒng)等領(lǐng)域。圖3 電壓輸出式角度檢測電路方案（二）：采用mma7455l的iic模式mma7455l是一款低重力、串行數(shù)據(jù)輸出（包括iic和spi模式）、低功耗、緊湊型電容式微機械加速度傳感器，具有信號調(diào)理、低通濾波器、溫度補償、自測、可配置通過中斷引腳（int1或int2）檢測0g、以及脈沖檢測（用于快速運動檢測）等功能。0g偏置和靈敏度是出廠配置，無需

19、外部器件。我們可以運用指定的0g寄存器和g-select量程選擇對0g偏置進行校準，量程可通過命令選擇3個加速度范圍（2g/4g/8g，1g=9.807m/s2）?？梢詫崿F(xiàn)基于運動的功能，如傾斜滾動、游戲控制、按鍵靜音和手持終端的自由落體硬盤驅(qū)動保護、門限檢測和點擊檢測功能等。提供iic和spi接口，方便與mcu通訊，因此非常適用于手機或個人設(shè)備中的運動運用。mma7455l還具備待機模式，使它成為電池供電的手持式電子器件的理想選擇。mma7455l同時具有如下特性：封裝小，lga-（3mm*5mm*1mm）封裝，具備z軸自檢功能；2.4-3.6v低壓操作；可用指定寄存器進行偏移；可編程的閥值

20、中斷輸出；用于動作識別（撞擊、振動、自由落體）的電平檢測功能；用于單擊和雙擊識別的脈沖檢測功能；在8bit模式下，測量的加速度范圍為2g，4g，8g時，其分辨率分別達到64lsb/g，32lsb/g，16lsb/g?？赡透邚姸葲_擊達5000g，低功耗特性，使其可用于手持電子設(shè)備等。它是由一個表面微機械電容傳感元件（g-cell）和一個信號調(diào)理asic容納在單一封裝中。g-cell是由半導(dǎo)體材料（多晶硅）使用半導(dǎo)體加工（掩膜和蝕刻）工藝成型的機械結(jié)構(gòu)，它可以建模成連接到一個可移動中心質(zhì)量塊的極板和兩塊固定極板的組合，質(zhì)量塊得極板可以在兩塊固定的極板間移動。當系統(tǒng)給定一個加速度值時，中心質(zhì)量塊所附

21、屬的可移動極板則偏離它的靜止位置。這樣可移動極板到一邊固定板的距離就會增加，到另一邊的固定板見間的距離就會減少，距離的班花就是對加速度值得測量。g-cell極板組成了兩個背靠背的電容，當在加速度的作用下中從而引起每個電容值的改變(如圖4所示)。同時asic利用開關(guān)電容技術(shù)測量g-cell的電容并且從兩個電容的差別中提取加速度數(shù)據(jù)。asic再進行型號調(diào)理、型號濾波最后提供一個提供一個與加速度成比例的數(shù)字輸出。mma7455l的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，x，y，z三軸互相垂直三軸上的加速度值分別由x軸變換器、y軸變換器、z軸變換器感知，再經(jīng)過容壓轉(zhuǎn)化器、放大增益、ad轉(zhuǎn)換和各種補償修正后以數(shù)字方式通過

22、spi或iic串行接口輸出。圖4 簡明g-cell物理模型圖5 mma7455l內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖綜上可知，采用mma7455l的iic模式電路相對簡單，且預(yù)計能獲得比較好的效果，因此選用方案（二）。3.2.2 無線收發(fā)模塊方案（一）：采用pt2262/pt2272收發(fā)模塊pt2262/2272是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種cmos工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，pt2262/2272最多可有12位(a0-a11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,pt2262最多可有6位(d0-d5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。

23、編碼芯片pt2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片pt2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，vt腳才輸出高電平，與此同時相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，pt2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315mhz的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，pt2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315mhz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315mhz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于pt2262的17腳輸出的數(shù)字

24、信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ask調(diào)制）相當于調(diào)制度為100的調(diào)幅。 pt2262/2272特點：cmos工藝制造，低功耗，外部元器件少，rc振蕩電阻，工作電壓范圍寬：2.615v ，數(shù)據(jù)最多可達6位，地址碼最多可達531441種。應(yīng)用范圍：車輛防盜系統(tǒng)、家庭防盜系統(tǒng)、遙控玩具、其他電器遙控。 方案（二）：采用nrf24l01收發(fā)模塊nrf24l01 是一款工作在2.42.5ghz 世界通用ism 頻段的單片無線收發(fā)器芯片。無線收發(fā)器包括:頻率發(fā)生器增強型schockbursttm 模式、控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過spi接口進行

25、設(shè)置。極低的電流消耗當工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dbm 時電流消耗9.0ma，接收模式時為12.3ma。掉電模式和待機模式下電流消耗更低。nrf24l01 在接收模式下可以接收6路不同通道的數(shù)據(jù)。每一個數(shù)據(jù)通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道。也就是說6 個不同的nrf24l01 設(shè)置為發(fā)送模式后可以與同一個設(shè)置為接收模式的nrf24l01 進行通訊，而設(shè)置為接收模式的nrf24l01 可以對這6 個發(fā)射端進行識別。數(shù)據(jù)通道0是唯一的一個可以配置為40 位自身地址的數(shù)據(jù)通道。15 數(shù)據(jù)通道都為8 位自身地址和32 位公用地址。所有的數(shù)據(jù)通道都可以設(shè)置為增強型shockburst 模式。綜

26、上所述，本設(shè)計需要實時傳輸3組（x,y,z）8位的數(shù)據(jù)，pt2262/pt2272最多有6位數(shù)據(jù)管腳，一次只能傳輸6位數(shù)據(jù)，而nrf24l01一次最多可以傳輸40位數(shù)據(jù)，滿足我們的需要，因此選擇方案（二）。3.2.3 液晶顯示模塊方案（一）：采用12864液晶顯示jd12864c圖形點陣型液晶顯示模塊。它主要由行驅(qū)動器與列驅(qū)動器組成，可顯示128（列）× 64（行）點陣?？赏瓿蓤D形顯示，也可顯示8×4個（16×16點陣）中文漢字。七條控制指令，與cpu接口采用8位數(shù)據(jù)總線并口輸入輸出方式。內(nèi)置ram為512字節(jié)(4096位)，共20位引腳。方案（二）：采用1602

27、液晶顯示液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點。1602液晶外設(shè)16個引腳，顯示板上排列著若干個5*7點陣的字符顯示位，內(nèi)部具有字符發(fā)生器rom（cgrom），可顯示192個5*7點陣字符；模塊內(nèi)有64字節(jié)的自定義字符ram（cgram），可自行定義8個5*7點陣字符；模塊內(nèi)亦含有80字節(jié)的數(shù)據(jù)顯示存儲器（ddram）。根據(jù)它的引腳功能及相應(yīng)的命令格式編寫顯示程序。方案選擇：由于12864體積比較大，且價格較1602貴，共20個引腳，占用單片機的端口較16

28、02多，考慮到制作的方便及實惠，此系統(tǒng)采用方案（二）。4 硬件設(shè)計4.1 單片機最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)電路圖如圖6所示，在此介紹復(fù)位電路和時鐘電路。圖6 單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路：單片機stc89c52最小系統(tǒng)的復(fù)位電路由電阻r2，電容c3和復(fù)位開關(guān)s2組成，其復(fù)位端為第9腳。單片機一上電，由電容電壓變化的連續(xù)性，端立即變?yōu)楦唿c平，實現(xiàn)單片機的上電立即復(fù)位功能。單片機上電后，按下復(fù)位上電開關(guān)s2后，第9腳的電壓由原來的低電平變?yōu)楦唠娖?，使單片機實現(xiàn)復(fù)位操作。也就是當該端子上保持兩個機器周期的高水平時，可對stc89c52單片機實現(xiàn)復(fù)位操作。時鐘電路：時鐘電路采用內(nèi)部時鐘方式，由電容c1、c4和

29、11.0592mhz的晶振y1組成，接在單片機的第18和19腳(即xtal1和xtal2端)。stc89c52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，它的輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為xtal2。這兩個引腳跨接石英晶體和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容c1、 c4可在530 pf之間選擇，該電容的大小通常會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩的頻率范圍通常是在1.2-12mhz，晶體的頻率越高，單片機的運行速度也就越快。但反過來，運行速度越快對存儲器的速度要求就越高，對印制電路板的要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)盡可能安裝的

30、與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作。為了提高溫度的穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的電容。4.2 傳感器電路 加速度傳感器電路：mma7455l的芯片引腳功能說明如表1所示。mma7455l的iic模式(如圖7所示)通信協(xié)議是根據(jù)菲利普半導(dǎo)體公司的標準，在這個模塊的接口中，只有串行數(shù)據(jù)線（sda）和串行時鐘線（scl）是需要的。8位串行雙向數(shù)據(jù)傳輸在標準模式下可以達到100kbit/s，在最快的模式下可以達到400kbit/s。sda和scl都是雙向數(shù)據(jù)線，必須通過上拉電阻連接到正電源。電阻選擇2.2千歐到4.7千歐比較適宜，在此，我選擇4.7千歐。表1 mma74

31、55l引腳功能說明序號名稱描述狀態(tài)1avdd_io3.3v電壓輸入端（數(shù)字）輸入2gnd地輸入3nc空角、不接或接地輸入4iaddr0iic地址0位輸入5gnd地輸入6avdd3.3v電壓輸入端（模擬）輸入7csspi使能（0），iic使能（1）輸入8int1/drdy中斷1/數(shù)據(jù)就緒輸出9int2中斷2輸出10nc空角、不接或接地輸入11nc空角、不接或接地輸入12sdospi串行數(shù)據(jù)輸出輸出13sda/sdi/sdoiic串行數(shù)據(jù)輸出/spi串行數(shù)據(jù)輸入/3線串行數(shù)據(jù)接口輸出雙向/輸入/輸出14scl/spciic/spi時鐘信號輸出輸入圖7 mma7455l的iic模式iic模式連接的好

32、處是很多芯片可以連接到這條總線上，但是也受總線容量的限制。簡單的2線串行iic模式將連線最小化，因此模塊有較少的引腳需要連線，體積小，價格便宜。4.3 顯示電路根據(jù)1602的引腳排布及其控制規(guī)律按如圖所指示連接電路，10k可調(diào)電阻用于調(diào)節(jié)1602的分辨率（如圖8所示）。圖8 1602液晶顯示4.4 報警電路及狀態(tài)指示電路報警電路（如圖9所示）用于當傾角過大時報警的作用。1k電阻起限流所用，當p22上為低電平時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器正極電壓約為5v，蜂鳴器鳴叫。狀態(tài)指示電路（如圖10所示）用于指示狀態(tài)，當三軸振動的角度都小于某一設(shè)定值時，綠燈亮起，否則紅燈亮起，給出報警提示。 圖9 報警電路 圖1

33、0 狀態(tài)指示電路4.5 無線傳輸電路nrf24l01芯片封裝圖如圖11所示，引腳功能介紹如表2所示：圖11 nrf24l01芯片封裝圖 表2 nrf24l01芯片引腳功能引腳名稱引腳功能描述1ce數(shù)字輸入rx 或tx 模式選擇2csn數(shù)字輸入spi 片選信號3sck數(shù)字輸入spi 時鐘4mosi數(shù)字輸入從spi 數(shù)據(jù)輸入腳5moso數(shù)字輸出從spi 數(shù)據(jù)輸出腳6irq數(shù)字輸出可屏蔽中斷腳7vdd電源電源（+3v）8vss電源接地（0v）9xc2模擬輸出晶體震蕩器2 腳10xc1模擬輸入晶體震蕩器1 腳/外部時鐘輸入腳11vdd_pa電源輸出給rf 的功率放大器提供的+1.8v 電源12ant1

34、天線天線接口113ant2天線天線接口214vss電源接地0v15vdd電源電源（+3v）16iref模擬輸入?yún)⒖茧娏?7vss電源接地（0v）18vdd電源電源（+3v）19dvdd電源輸出去耦電路電源正極端20vss電源接地（0v）根據(jù)以上論述，設(shè)計的nrf24l01接收和發(fā)射電路如圖12所示。圖12 nrf24l01接收和發(fā)射電路5 軟件設(shè)計5.1 系統(tǒng)工作流程發(fā)送電路程序流程圖如圖13所示，接收電路程序流程圖如圖14所示.開始設(shè)置量程及測量模式初始化mcu數(shù)字濾波器帶寬選擇ok?自 檢退出ny校 準顯示數(shù)據(jù)初始化nrf24l01數(shù)據(jù)準備發(fā)送？nn讀取數(shù)據(jù)初始化1602數(shù)據(jù)準備好？y發(fā)送

35、數(shù)據(jù)結(jié)束y圖13 發(fā)送電路程序流程圖開始初始化mcu初始化nrf24l01初始化1602接收完畢?設(shè)置接收模式接收數(shù)據(jù)ny清除中斷標志顯示數(shù)據(jù)結(jié)束圖14 接收電路程序流程圖5.2 程序設(shè)計發(fā)射電路部分程序如下：#include <reg52.h>#include <intrins.h>typedef unsigned char uchar;typedef unsigned char uint;char x,y,z;/jx,jy,jz;uint bdata sta; /nrf24l01狀態(tài)標志unsigned char idata x1,x2,x3,y1,y2,y3,z1

36、,z2,z3,xsign,ysign,zsign;uchar sig12;/* 單片機引腳定義 */sbit sda=p24; /i2c 數(shù)據(jù)傳送位sbit scl=p23; /i2c 時鐘傳送位sbit rs=p25; /1602rs控制位sbit rw=p26; /1602rw控制位sbit e =p27;/1602e 控制位sbit redled=p20;sbit greenled=p21;sbit beep=p22;/*nrf24l01端口定義*sbit miso=p12;sbit mosi=p32;sbitsck =p13;sbitce =p14;sbitcsn=p10;sbitir

37、q=p11; /*sbitrx_dr=sta6;sbittx_ds=sta5;sbitmax_rt=sta4;/* 數(shù)據(jù)部分 */#define iic_read 0x1d /定義讀指令#define iic_write 0x1d /定義寫指令/*nrf24l01*#define tx_adr_width 5 / 本機地址寬度設(shè)置#define rx_adr_width 5 / 接收方地址寬度設(shè)置#define tx_pload_width 12 / 4 字節(jié)數(shù)據(jù)長度#define rx_pload_width 12/ 4 字節(jié)數(shù)據(jù)長度uint const tx_addresstx_adr_w

38、idth= 0x34,0x43,0x10,0x11,0x01;/本地地址uint const rx_addressrx_adr_width= 0x34,0x43,0x10,0x11,0x01;/接收地址#define read_reg 0x00 / 讀寄存器指令#define write_reg 0x20 / 寫寄存器指令#define rd_rx_pload 0x61 / 讀取接收數(shù)據(jù)指令#define wr_tx_pload 0xa0 / 寫待發(fā)數(shù)據(jù)指令#define flush_tx 0xe1 / 沖洗發(fā)送 fifo指令#define flush_rx 0xe2 / 沖洗接收 fifo指

39、令#define reuse_tx_pl 0xe3 / 定義重復(fù)裝載數(shù)據(jù)指令#define nop 0xff / 保留#define config 0x00 / 配置收發(fā)狀態(tài)，crc校驗?zāi)Ｊ揭约笆瞻l(fā)狀態(tài)響應(yīng)方式#define en_aa 0x01 / 自動應(yīng)答功能設(shè)置#define en_rxaddr 0x02 / 可用信道設(shè)置#define setup_aw 0x03 / 收發(fā)地址寬度設(shè)置#define setup_retr 0x04 / 自動重發(fā)功能設(shè)置#define rf_ch 0x05 / 工作頻率設(shè)置#define rf_setup 0x06 / 發(fā)射速率、功耗功能設(shè)置#define

40、 status 0x07 / 狀態(tài)寄存器#define observe_tx 0x08 / 發(fā)送監(jiān)測功能#define cd 0x09 / 地址檢測 #define rx_addr_p0 0x0a / 頻道0接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p1 0x0b / 頻道1接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p2 0x0c / 頻道2接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p3 0x0d / 頻道3接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p4 0x0e / 頻道4接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p5 0x0f / 頻道5接收數(shù)據(jù)地址#define tx_addr

41、 0x10 / 發(fā)送地址寄存器#define rx_pw_p0 0x11 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p1 0x12 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p2 0x13 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p3 0x14 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p4 0x15 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define rx_pw_p5 0x16 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長度#define fifo_status 0x17 / fifo棧入棧出狀態(tài)寄存器設(shè)置unsigned char table116=" lcs

42、oft x= 000 " /1602顯示數(shù)據(jù)unsigned char table216=" y= 000 z= 000 "unsigned char table316="no acceleration!"unsigned char table410="0123456789"unsigned char table58 =" mma7455"/uchar table716="value: x=0.50 "/*/* 1602顯示部分 */*/ void write_com(unsigned

43、 char com) /函數(shù)功能：寫指令void write_data(unsigned char dat) /函數(shù)功能：寫數(shù)據(jù)void init1602(void) /函數(shù)功能：初始化1602/* i2c通信部分 */void iic_start() /函數(shù)功能：i2c通信開始void iic_stop() /函數(shù)功能：i2c通信停止void iic_ack() /函數(shù)功能：i2c通信查應(yīng)答位 void iic_write_byte(unsigned char wdata) /函數(shù)功能：向i2c從機寫入一個字節(jié)char iic_read_byte(void) /函數(shù)功能：從i2c從機中讀出一

44、個字節(jié)void iic_write(unsigned char byte_add,unsigned char wdata) /函數(shù)功能：按地址寫入一字節(jié)數(shù)據(jù)char iic_read(unsigned char byte_add) /函數(shù)功能：按地址讀出一字節(jié)數(shù)據(jù)/* led顯示陣列部分 */void self_test7455() /函數(shù)功能：檢測7455有沒有插好 / 如果沒有插好，1602將會顯示 delay_50us(10); iic_write(0x16,0x05); delay_50us(20); t=iic_read(0x16); if(t!=0x05) else void se

45、ndx()/函數(shù)功能：向1602發(fā)送x軸測量數(shù)據(jù)x=iic_read(0x06);/讀地址0x06的數(shù)據(jù),xout8if( (x&0x80)=0x00 ) /高位為0則sig0='+'xsign=0x2b; /+ ，1602液晶上的ascaii碼if(x>64) /2(6)x=( ( (int)(x*200)/127 )-100); /轉(zhuǎn)變?yōu)榧铀俣戎祒1=(x/100);sig1=x1+0x30;/ x2=(x%100)/10;sig2=x2+0x30; x3=(x%100)%10;sig3=x3+0x30;elsewrite_com(0x8b);/在第一行第13

46、位寫write_data(xsign);delay_50us(10);write_com(0x8c);write_data(table4x1);/"0123456789"delay_50us(10);write_com(0x8d);write_data(table4x2);delay_50us(10);write_com(0x8e);write_data(table4x3);delay_50us(20);write_com(0x8f);write_data(0xdf);delay_50us(20);void sendy()/函數(shù)功能：向1602發(fā)送y軸測量數(shù)據(jù)void se

47、ndz()/函數(shù)功能：向1602發(fā)送y軸測量數(shù)據(jù)*/*nrf24l01初始化/*void init_nrf24l01(void) inerdelay_us(100); ce=0; / chip enable csn=1; / spi disable sck=0; / spi clock line init highspi_write_buf(write_reg + tx_addr, tx_address, tx_adr_width); / 寫本地地址spi_write_buf(write_reg + rx_addr_p0, rx_address, rx_adr_width); / 寫接收端地址spi_rw_reg(write_reg + en_aa, 0x01); / 頻道0自動ack應(yīng)答允許spi_rw_reg(write_reg + en_rxaddr, 0x01); /允許接收地址只有頻道0，如果需要多頻道可以參考pa