基于容柵傳感器和單片機(jī)的變形檢測(cè)系統(tǒng)

1、基于容柵傳感器和單片機(jī)的變形檢測(cè)系統(tǒng)    摘要：文章介紹了基于容柵傳感器和89C52單片機(jī)的位移檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成，重點(diǎn)分析了容柵數(shù)顯卡尺信號(hào)轉(zhuǎn)換原理及軟件實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)主要用于對(duì)結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行檢測(cè)。 關(guān)鍵詞：89C52；容柵數(shù)顯卡尺；信號(hào)轉(zhuǎn)換；檢測(cè) 一、           引言在現(xiàn)代工程中，包括各種橋梁及大型建筑等鋼架結(jié)構(gòu)受到外力之后會(huì)在一定程度上產(chǎn)生變形?？紤]到安全等各方面的因素，需要對(duì)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行測(cè)量，確保其在一定的安全范圍之內(nèi)。本論文是兆瓦級(jí)風(fēng)力

2、發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪葉片研究的重要組成部分。        目前，容柵傳感器以其精度高、體積小、造價(jià)低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的優(yōu)點(diǎn)，在工程位移測(cè)量領(lǐng)域得到了越來越廣泛的利用，在國內(nèi)主要通過電子數(shù)顯卡尺的形式應(yīng)用到工程當(dāng)中。通過以容柵傳感器和89C52單片機(jī)組成的智能檢測(cè)系統(tǒng)可以很好進(jìn)行位移檢測(cè)，結(jié)合液晶顯示屏和PC機(jī)，可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真和智能控制。二、           系統(tǒng)設(shè)計(jì)變形檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成框圖如圖1所示。圖1 容

3、柵位移檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖包括多路位移采集系統(tǒng)、力采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、鍵盤及顯示、89C52單片機(jī)和PC上位機(jī)通訊。系統(tǒng)CPU采用單片機(jī)89C52，具有低功耗、高性能、融8031核與閃速存儲(chǔ)器技術(shù)于一體的特點(diǎn)，擴(kuò)充少量的外圍芯片，即具備顯示、模擬量輸入和輸出、掉電數(shù)據(jù)保護(hù)、串口通訊等功能，即可滿足實(shí)際工程的需要。AD574A是Analog Devices公司生產(chǎn)的12位、逐次逼近型、帶三態(tài)緩沖器的快速/轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換速度最大為35s，轉(zhuǎn)換精度 0.05%，具有低噪聲、低功耗、高精度、高分辨率和高采樣率的優(yōu)點(diǎn)。存儲(chǔ)器采用24LC08 芯片，為8K 串行電擦寫E2PROM ，其讀寫速度快，在5V 供電情

4、況下可兼容400 kHz 的信號(hào)，并可按頁(page) 讀寫；功耗低，在低電壓2. 5 V 工作下標(biāo)準(zhǔn)電流為1A；體積小，占用I/ O口少，僅使用DATA 和CL K兩根I/ O 線。這些優(yōu)點(diǎn)使其相對(duì)于一般的ROM 存儲(chǔ)器有較高的性價(jià)比。在檢測(cè)系統(tǒng)中，需要單片機(jī)與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的操作與控制。RS232C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）正式公布的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，提供了單片機(jī)與單片機(jī)、單片機(jī)與機(jī)之間串行數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)接口，是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)。由于RS232C規(guī)定的邏輯電平與單片機(jī)的邏輯電平是不一致的。在本系統(tǒng)中，采用串口中斷，利用專用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232把微處理器的信號(hào)

5、電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換為RS232C電平。PC數(shù)據(jù)發(fā)送是通過TXD口經(jīng)過MAX232連接到單片機(jī)的RXD端，而接收數(shù)據(jù)是由RXD經(jīng)過MAX232連接到單片機(jī)的TXD口上實(shí)現(xiàn)的。PC機(jī)采用VB編程，VB提供了強(qiáng)大功能的通信控件MSCOMM，該控件可設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，對(duì)串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。為了充分利用高級(jí)語言的特點(diǎn)，在PC機(jī)中增加人機(jī)友好界面，由個(gè)人來檢測(cè)和控制運(yùn)行。三、           容柵數(shù)顯卡尺數(shù)據(jù)采集變形檢測(cè)系統(tǒng)是多路位移采集系統(tǒng)，共包括16路容柵傳感

6、器，可以對(duì)被測(cè)對(duì)象的不同位置進(jìn)行測(cè)量。系統(tǒng)采用4514譯碼芯片，通過P1.4-P1.7口，對(duì)16路傳感器進(jìn)行選通。容柵數(shù)顯百分尺是一種新型位移傳感器，提供的接口有4條信號(hào)線，包括電源線（+1.55V）、地線、時(shí)鐘控制線CLK、串行數(shù)據(jù)輸出線Data。接口信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)，其信號(hào)1為1.5V左右，其信號(hào)0為0V左右。因此，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，隨后再經(jīng)過反向器整形，送到相應(yīng)芯片接口。容柵數(shù)顯卡尺采用串行數(shù)據(jù)采集，其中數(shù)據(jù)線波形見圖2所示。在最快20ms的周期內(nèi)，包括一個(gè)下述數(shù)據(jù)采集周期。每個(gè)周期輸出兩組數(shù)據(jù)，其中第一組為絕對(duì)值，第二組為相對(duì)值，在本系統(tǒng)中我們采用第二組數(shù)值。每組數(shù)值包括24個(gè)

7、二進(jìn)制位，其中前13位為整數(shù)位，后11位為小數(shù)位，換算后的數(shù)據(jù)單位為0.1inch。圖2 容柵數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)序采用89C52單片機(jī)以及12MHz系統(tǒng)時(shí)鐘，單指令周期在為1us，而傳感器每位采集時(shí)間為11us，故采用匯編語言進(jìn)行采集，確保數(shù)據(jù)的正確性。軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于確定數(shù)據(jù)采集的起始條件，容柵傳感器輸出的快速周期為20ms，慢速周期為250ms，因此起始條件就是大于一個(gè)時(shí)鐘周期并且小于20ms的連續(xù)時(shí)鐘低電平以及接在上述低電平之后的44us的連續(xù)高電平。READ:  MOV   A, TMOD      

8、ANL    A, #0F0H         ORL    A, #01H         MOV   TMOD, A           MOV      TH0, #0FCH     

9、         MOV      TL0, #66H              CLR        TF0              S

10、ETB      TR0PG1:    JB           TF0, PG7                     CLR     A     

11、;   MOV   R1, #08HPG2:    MOV   C, P1.2        RLC      A        DJNZ    R1, PG2        JNZ      PG1

12、         MOV   R1, #00H PG3:    MOV   TH0, #00H        MOV   TL0, #00H        CLR     TF0        SET

13、B    TR0PG4:    JB        TF0, PG6                  CLR     A        MOV     R2, #04HPG5:  

14、0; MOV   C, P1.2        RLC     A        DJNZ    R2, PG5        CJNE    A, #0FH, PG4        AJMP    DATAI

15、NPG6:       INC      R1        CJNE    R1, #05H, PG3      PG7:    LJMP    QUITDATAIN: MOV      R0, # read_data   &#

16、160;          MOV      R2, #06HTIME:     JB           P1.2, TIMEDATA1:   MOV      R1, #08H      

17、;                MOV    A, #01H              MOV      R0, A          &

18、#160;                   CLR        TR0                 QUIT:   RET   TIME1: 

19、;  JNB        P1.2, TIME1              MOV      C, P1.3              RRC     

20、60; ATIME2:   JB           P1.2, TIME2              DJNZ      R1, TIME1             

21、MOV      R0, A              INC        R0              DJNZ      R2, DATA1  

22、;            MOV    A, #01H              MOV      R0, A