電機(jī)軸軸向、徑向竄動(dòng)檢測(cè)裝置研究要點(diǎn)

1、河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）摘要本設(shè)計(jì)主要研究電機(jī)軸軸向徑向竄動(dòng)的檢測(cè)方法。首先提出對(duì)電機(jī)軸竄動(dòng)監(jiān)測(cè) 的重要性，分析其軸向徑向竄動(dòng)的原因?？疾炝四壳半姍C(jī)軸竄動(dòng)監(jiān)測(cè)的手段和裝置 的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出了一套比較完善的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)測(cè)量原理，考慮電機(jī)軸竄動(dòng) 的頻率和特點(diǎn)，綜合考慮各種檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出適合本系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)：采 用非接觸性位移傳感器來(lái)作為測(cè)量器件，導(dǎo)出軸竄動(dòng)的電壓信號(hào)，分析此信號(hào)的特 征，選用相匹配的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。由于本系統(tǒng)中有軸向和徑向兩路信號(hào)，需選擇相適 應(yīng)的多路模擬開(kāi)關(guān)，再把數(shù)據(jù)送單片機(jī)進(jìn)行處理，并進(jìn)行顯示，如果所采集的數(shù)據(jù) 超出工業(yè)要求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。系統(tǒng)的各種

2、功能都由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件的設(shè)計(jì)包 括主程序，定時(shí)中斷服務(wù)程序，數(shù)據(jù)的采集，顯示子程序，鍵盤(pán)子程序。關(guān)鍵詞：電機(jī)軸，竄動(dòng)，單片機(jī)，傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）AbstractThe examination method of electricity engine shaft axial radial direction shakes is mainly researchedin this design. First, proposed the importance of examination the electricity engine shaft moves

3、the monitor, analyzes the reasons why its axial radial direction can vibrate. To study the situation of the methods and the equipment and set of quite perfect on-line control systems has been designed. According the principle of surveying, and considering the frequency and the characteristic of the

4、electricity engine shaft shakes, the synthesis considered each kind of examination system the good and bad points, proposed the design plan which suits this system: The non-contact transmitter to survey signal is used, derives voltage which the axis shakes. The characteristic of this signal is analy

5、zed, and to select A/D switch which matches. Because of in this system has two groups signals of axial and the radial direction, the multichannel analog switch which adapts is choused, the last delivers the data to the mcu is carried on processing, and carried on the demonstration, if the data surpa

6、sses the industry request, the system can auto-alarms. Each kind of function of the system all realized by the software. The main routine, interrupt service program, data gathering, the demonstration program and the keyboard program are included in the software design.Keywords: electricity engine sh

7、aft, shake, mcu, transmitter, A/D switch河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）0引言電機(jī)是工農(nóng)業(yè)及各行各業(yè)中使用最廣泛的動(dòng)力設(shè)備，具種類(lèi)繁多，數(shù)量極大，是 電氣工作者在維修中涉及最多的電氣設(shè)備。維護(hù)好電機(jī)，使它處于良好的運(yùn)行狀態(tài)意 義十分重大。尤其是自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)上的電動(dòng)機(jī)，一旦出了故障，若不及時(shí)處理，會(huì)造成 重大的經(jīng)濟(jì)損失；而發(fā)電機(jī)若發(fā)生故障造成停機(jī)，經(jīng)濟(jì)損失更大。因此，在故障發(fā)生 之前進(jìn)行預(yù)報(bào)在電機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)工作中至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)外電機(jī)維護(hù)的實(shí)踐證明，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)可以有效防止電 機(jī)故障的發(fā)生，既減少了設(shè)備和人身的傷害，又降低了部件

8、損耗，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗創(chuàng) 造了條件，同時(shí)還可以保證生產(chǎn)均衡組織，提高作業(yè)率，獲取巨大的經(jīng)濟(jì)效益，也提 高了電機(jī)的自動(dòng)化控制水平。目前，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)已成為電機(jī)高 效運(yùn)轉(zhuǎn)的主要組成部分，所以研究電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置的意義十分重大。電機(jī) 設(shè)備一般工作連續(xù)性強(qiáng)且安全可靠性要求較高，在日常維護(hù)和安裝調(diào)試過(guò)程中，經(jīng)常 會(huì)遇到因電機(jī)軸的竄動(dòng)使電機(jī)無(wú)法可靠運(yùn)行。因此，對(duì)電機(jī)軸竄動(dòng)量的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是電 機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由于電機(jī)軸竄動(dòng)的原因很多，僅憑耳聽(tīng)，手摸的原 始方法，已很難全面、準(zhǔn)確的判斷電機(jī)軸的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。采用先進(jìn)的電機(jī)軸竄動(dòng)在線(xiàn)監(jiān) 測(cè)技術(shù)，通過(guò)掌握電機(jī)軸在一定時(shí)期的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，

9、對(duì)其進(jìn)行分析，有利于電機(jī)維護(hù)人 員在最合適的條件下有準(zhǔn)備的進(jìn)行停機(jī)與檢修電機(jī)，從而保證了電機(jī)的修理質(zhì)量，也 減少了損失。本設(shè)計(jì)將在前人研究的基礎(chǔ)上，利用電渦流傳感器作為測(cè)量器件，導(dǎo)出軸竄動(dòng)的 電壓信號(hào)，再應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理最終開(kāi)發(fā)一套電機(jī)軸竄動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置。 此在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置在所采集的數(shù)據(jù)超出工業(yè)要求時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，讓電機(jī)維護(hù)人員及時(shí)采 取相應(yīng)的操作，以達(dá)到電機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）1概述電機(jī)運(yùn)行中故障的診斷電機(jī)和所有的機(jī)器一樣，在運(yùn)行過(guò)程中有能量、介質(zhì)、力、熱量、磨損等各種物 理和化學(xué)參數(shù)的傳遞和變化，由此而產(chǎn)生各種各樣的信息。這些信息變化直接地反映

10、 出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，而在正常運(yùn)行和出現(xiàn)異常時(shí)，信息變化規(guī)律是不一樣的，電機(jī)的 診斷技術(shù)是根據(jù)電機(jī)運(yùn)行時(shí)不同的信息變化規(guī)律，即信息特征來(lái)判別電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是 否正常。電機(jī)故障診斷過(guò)程應(yīng)包括異常檢查、故障狀態(tài)和部位的診斷、故障類(lèi)型和起 因分析三部分。在這里我們主要是對(duì)電機(jī)軸軸向徑向竄動(dòng)對(duì)電機(jī)的影響與檢測(cè)方法的 研究。電機(jī)軸竄動(dòng)的原因這里簡(jiǎn)單分析一下電機(jī)軸竄動(dòng)的原因，影響電機(jī)軸竄動(dòng)的因素是多種多樣的。譬 如，定轉(zhuǎn)子鐵心棱形，長(zhǎng)短超差較大，壓入尺寸有誤，錯(cuò)位嚴(yán)重等除影響電機(jī)電氣性 能之外都會(huì)使電機(jī)軸發(fā)生軸向竄動(dòng)。轉(zhuǎn)子存在較大軸向游移、空間地基不平或同心度 差致使轉(zhuǎn)子軸向傾斜也會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生竄動(dòng)的現(xiàn)象。另外

11、，電機(jī)軸的竄動(dòng)也與機(jī)器設(shè)計(jì)、構(gòu)造方面的缺點(diǎn)及使用程度有關(guān)，如。1軸對(duì)中不好，連接不良，定中心不準(zhǔn)。 聯(lián) 軸器不平衡，負(fù)載機(jī)械不平衡，系統(tǒng)共振等。而這些原因往往是由制造廠帶來(lái)的。軸 瓦巴氏合金脫層、龜裂，軸承與軸瓦安裝間隙不合適，瓦殼在軸承座中松動(dòng)，軸承動(dòng) 態(tài)性能不好，發(fā)生半速渦動(dòng)或油膜振蕩等這些軸承缺陷方面的原因，都能造成電機(jī)軸 的竄動(dòng)。如電機(jī)受到自身的、風(fēng)路的或電磁的軸向作用力時(shí)，若轉(zhuǎn)子存在較大的軸 向位移空間，轉(zhuǎn)子也可發(fā)生竄動(dòng)的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，內(nèi)風(fēng)扇直徑減小，竄動(dòng)量減小， 內(nèi)風(fēng)扇直徑增大，竄動(dòng)量也增大。由于機(jī)器損傷或過(guò)度磨損，也會(huì)引起電機(jī)軸的振 動(dòng)。根據(jù)電機(jī)的制造原理及結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性，可從

12、以下幾方面分析電機(jī)軸竄動(dòng)的原因。1）定子鐵芯對(duì)轉(zhuǎn)子與定子間作用的響應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子通過(guò)三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 閉合的轉(zhuǎn)子繞組（鼠籠條）在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 的作用下因產(chǎn)生拖動(dòng)性的電磁轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)，此時(shí)定子繞組會(huì)受到相應(yīng)的電磁力作用， 該電磁力是電流分布、氣隙與端部磁場(chǎng)分布的函數(shù)。當(dāng)電流分布改變時(shí)，產(chǎn)生作用力 的諧波分量也會(huì)改變，而當(dāng)其頻率與定子鐵芯固有振蕩頻率相近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電機(jī)軸 的竄動(dòng)。對(duì)發(fā)電機(jī)而言，在不對(duì)稱(chēng)負(fù)載時(shí)，會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電流，產(chǎn)生有害的交變力矩作 用，在轉(zhuǎn)軸及定子機(jī)座上，引起頻率為100 Hz的振動(dòng)。另外，定子繞組在定子鐵芯槽河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）內(nèi)受到多種機(jī)械力作用，線(xiàn)棒通過(guò)

13、電流時(shí)，線(xiàn)棒本身及上下層線(xiàn)棒間和相鄰槽內(nèi)線(xiàn)棒 的端線(xiàn)間會(huì)產(chǎn)生100 Hz的交變電磁力，若線(xiàn)棒在槽內(nèi)固定不好，將使線(xiàn)棒向槽壁壓緊, 并產(chǎn)生共振。2 ）定子端部繞組對(duì)作用在繞組導(dǎo)體上電磁力的響應(yīng)電機(jī)端部繞組的結(jié)構(gòu)布局呈“喇叭”狀，其剛度較低，而柔性較大，運(yùn)行中由于 轉(zhuǎn)子繞組端部漏磁場(chǎng)的作用，定子繞組端部和轉(zhuǎn)子間會(huì)產(chǎn)生作用力，其方向是把定子 繞組向外推。由于漏磁場(chǎng)的存在，定子繞組和鐵芯之間產(chǎn)生的電磁力把端部繞組推向 鐵芯。而在端部線(xiàn)棒之間，當(dāng)同相相鄰兩線(xiàn)棒電流同方向時(shí)，其相互作用力使它們相 互擠壓靠攏；而當(dāng)隔相相鄰線(xiàn)棒流過(guò)的電流方向相反時(shí)，則兩線(xiàn)棒互相推開(kāi)，在上下 層繞組端部之間產(chǎn)生徑向電磁力，而此

14、作用力作用在端箍和綁繩上使繞組端部產(chǎn)生振 動(dòng)。3）轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一般為鼠籠式或繞線(xiàn)式，又可分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子可 以看成是一個(gè)等值的偏心質(zhì)量繞軸旋轉(zhuǎn)，而柔性轉(zhuǎn)子一般是細(xì)長(zhǎng)直徑受到限制的發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子：當(dāng)轉(zhuǎn)子在高速下旋轉(zhuǎn)，由于離心力作用發(fā)生中心偏移，會(huì)產(chǎn)生磁通氣 隙不均勻，感應(yīng)電流大小、方向不規(guī)則，產(chǎn)生的電磁力大小也不同。電機(jī)轉(zhuǎn)子籠型繞 組除了承受熱應(yīng)力、電磁力和離心力外，還受到加速和制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的切向應(yīng)力，在 導(dǎo)條伸出槽口部分受到切向力而產(chǎn)生彎矩，很容易造成轉(zhuǎn)子鼠籠條發(fā)生斷條，從而產(chǎn) 生電機(jī)的振動(dòng)。柔性轉(zhuǎn)子：在汽輪發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子特別長(zhǎng)且直徑相對(duì)較小，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪

15、機(jī)轉(zhuǎn) 子聯(lián)結(jié)后，構(gòu)成彈性-慣性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)。而發(fā)電機(jī)與鍋爐、汽輪機(jī)、電網(wǎng)相互關(guān)聯(lián)， 因此會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫扭振，這種振動(dòng)可能是電氣原因造成的，也可能是機(jī)械系統(tǒng)造成的。 例如：并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組與系統(tǒng)（電網(wǎng)）并列時(shí)，頻率不等會(huì)出現(xiàn)拍振電壓， 產(chǎn)生拍振電流，具有功分量對(duì)發(fā)電機(jī)而言時(shí)正時(shí)負(fù)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩交替出現(xiàn)， 作用在轉(zhuǎn)子上使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)子一般和機(jī)械負(fù)載連接，當(dāng)機(jī)械負(fù)載的轉(zhuǎn)軸 中心與電機(jī)轉(zhuǎn)子中心不正（即偏心）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生單邊磁拉力造成電機(jī)轉(zhuǎn)子受力不均而發(fā) 生振動(dòng)。另外，電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)也與支撐它的軸承特性有關(guān)（大多數(shù)電機(jī)的軸承可看成是 硬性軸承）。4） 軸承振動(dòng)分析河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)

16、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）在電機(jī)運(yùn)行中，作用在軸承上的力將引起軸承座與轉(zhuǎn)子的相對(duì)振動(dòng)和軸承座本身 的絕對(duì)振動(dòng)，這種作用無(wú)論是滾動(dòng)軸承還是滑動(dòng)軸承都會(huì)發(fā)生。滾動(dòng)軸承：由于結(jié)構(gòu)上的原因，滾動(dòng)軸承產(chǎn)生一種固定頻率的振動(dòng)，由于它的油 膜很薄，轉(zhuǎn)子軸和軸承座之間的相對(duì)位移很小，除固定頻率外還可能存在著由于滾動(dòng) 軸承本身的彈性變形所引起的更高頻率的振動(dòng)，以及軸承內(nèi)外圈的自振頻率振動(dòng)，還 有因軸承磨損而發(fā)生的不規(guī)則振動(dòng)?；瑒?dòng)軸承：在滑動(dòng)軸承中，軸是由高壓油泵打進(jìn)來(lái)的潤(rùn)滑油膜所支撐的，而潤(rùn)滑 油膜由軸的傳動(dòng)帶入到軸與軸承之間形成的，當(dāng)油膜不穩(wěn)定時(shí)會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油的渦動(dòng)和 起泡，使軸承產(chǎn)生非正常的反應(yīng)。而產(chǎn)生油膜不穩(wěn)定的因

17、素很多，如負(fù)載不穩(wěn)定、轉(zhuǎn) 軸中心不正等都會(huì)造成油膜不穩(wěn)定的變化。合理的裝配方法及正常的電機(jī)操作是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。適當(dāng)改變軸承結(jié) 構(gòu)零部件的尺寸公差配合，減小裝配間隙，可以減小電機(jī)軸的竄動(dòng)。我們知道，熱脹 冷縮是物質(zhì)的共性，電機(jī)在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)其零部件發(fā)生熱膨脹的現(xiàn)象是不可避免的。假 定軸承內(nèi)圈、甩水環(huán)、甩油環(huán)與電機(jī)軸的配合是緊密的，在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生與軸 松脫滑動(dòng)的現(xiàn)象，那么電機(jī)軸的最大竄動(dòng)量便是軸承在軸承內(nèi)外蓋止口之間的裝配問(wèn) 隙與球軸承軸向游隙之和，約為 01.35mm 一般情況下，電機(jī)軸軸向移動(dòng)最大位移 為2.50mm徑向竄動(dòng)的最大位移為3.15mm1.3電機(jī)軸竄動(dòng)檢測(cè)的意義機(jī)械化

18、大生產(chǎn)出現(xiàn)以后，越來(lái)越多的機(jī)器設(shè)備投入了運(yùn)行，流程化生產(chǎn)線(xiàn)的出現(xiàn) 更使設(shè)備檢查和維修成為生產(chǎn)活動(dòng)不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)裝備 更為先進(jìn)和現(xiàn)代化，其標(biāo)志主要是大型化，高速化，連續(xù)化和自動(dòng)化，設(shè)備也變得更 加精密和復(fù)雜，設(shè)備故障造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來(lái)越大，所以設(shè)備的檢測(cè)方法也越發(fā)顯 得重要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)已應(yīng)用現(xiàn)代社會(huì)的工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，對(duì)社會(huì)各個(gè) 方面的發(fā)展起著不可估量的作用。因此，我們有必要對(duì)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。在 所有與電機(jī)狀態(tài)有關(guān)的故障征兆中，電機(jī)振動(dòng)測(cè)量是最具有權(quán)威性的。它能反映電機(jī) 所有的損壞，并易于測(cè)量。從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、軸承學(xué)的理論上分析，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，

19、 主要取決于其核心轉(zhuǎn)軸，所以電機(jī)軸的正常轉(zhuǎn)動(dòng)是電機(jī)安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)。過(guò) 大的電機(jī)軸軸向、徑向位移都將會(huì)引起過(guò)大的電機(jī)機(jī)構(gòu)損壞。因此對(duì)電機(jī)軸的軸向位 移、徑向位移這兩個(gè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、判斷。近年來(lái)，河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）隨著電機(jī)生產(chǎn)數(shù)量逐年增多，反映出的質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越多，其中主要是轉(zhuǎn)子軸向竄 動(dòng)量較大影響配套設(shè)備的正常使用，同時(shí)對(duì)電機(jī)自身軸承損壞也較大，因此對(duì)電機(jī)軸 軸向和徑向竄動(dòng)的檢測(cè)方法的研究意義十分重大。另外，電機(jī)日益增多，生產(chǎn)過(guò)程也日趨復(fù)雜，對(duì)電機(jī)的一些重要和關(guān)鍵的部位和 項(xiàng)目進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，可以獲得顯著的效益，具體說(shuō)有一下幾個(gè)方面：1

20、）減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失；2）減少維修次數(shù)和維修成本；3）減少備件投資；4）提高作業(yè)率與設(shè)備服役壽命；5）可實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的停機(jī)檢查；6）減少人員傷亡；7）優(yōu)化人員配置。1.4電機(jī)的軸向位移和徑向位移檢測(cè)的研究現(xiàn)狀電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的監(jiān)測(cè)方法研究電機(jī)的檢測(cè)主要是在線(xiàn)檢測(cè)。目前，電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的監(jiān)測(cè)方法 有以下兩種比較普遍的方法：1）電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的總均方值的監(jiān)測(cè)電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的總均方值監(jiān)測(cè)一直是最通用的監(jiān)測(cè)方法。測(cè)取在預(yù) 選帶寬之間內(nèi)振動(dòng)的總均方根是最簡(jiǎn)單的方法。通常帶寬為10HZ1KHZ或者為10H入10KHz這項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用，已經(jīng)積累了大量有關(guān)電

21、機(jī)故障的統(tǒng)計(jì)資料， 并且公布了旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的推薦標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度的變化量達(dá)到8dB及以上時(shí)， 應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視；當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度變化量超過(guò) 20dB時(shí)，則必須進(jìn)行檢修。如經(jīng)頻譜分析表明， 上述振動(dòng)強(qiáng)度的變化是由高頻分量的增加所引起的，則上述規(guī)定可分別放寬致 16dB 和40dB?？偩街捣椒ㄊ菧y(cè)量Va與Xo （Va最高速度，X襄峰值到峰值的位移）。然 后將這些量定義一個(gè)參數(shù) F=0.52NX/V,其中NH電機(jī)的速度，單位r/min 。當(dāng)FM,采樣函數(shù)才能不失真地恢復(fù)到原函數(shù)（香農(nóng)采樣定理）。香農(nóng)采樣定理為現(xiàn)代 數(shù)字通訊、數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字控制系統(tǒng)采樣周期的選擇提供了理論依據(jù)，給出了采 樣周期的上限。

22、但實(shí)際上，f （t）的最高頻率是很難確定的。首先，采樣定理要求取得 所有的采樣值后才能確定被采樣的時(shí)間函數(shù)，然而在實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制中，后面的采 樣動(dòng)作發(fā)生之前，計(jì)算機(jī)就要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。其次，采樣定理假定了采樣器是 理想的f*（t）是瞬時(shí)抽樣值，實(shí)際上這些理想條件是不存在的。 所以，在實(shí)際的實(shí)時(shí)數(shù) 字控制系統(tǒng)中，采樣頻率并不能簡(jiǎn)單地以 板=2 wna參選取，它與數(shù)字控制器的字長(zhǎng)、系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、被控系統(tǒng)的期望性能指標(biāo)以及接入的各種濾波器的狀態(tài)參量等有關(guān)，同時(shí) 它必然帶來(lái)滯后效應(yīng)，對(duì)于快速的數(shù)字控制系統(tǒng)必須考慮這種難以補(bǔ)償?shù)难舆t。所以 實(shí)際上采樣頻率的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，必須綜合各方面的

23、因素作出最佳的選 擇。通常我們?cè)诠こ躺线x擇采樣頻率的基本原則是：在滿(mǎn)足系統(tǒng)性能的前提下，盡可能河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）選擇較低的采樣頻率。對(duì)大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的物理量的控制，采樣周期的選擇可 以按表1所列數(shù)據(jù)作為參考，再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試最后確定采樣周期。表1采樣周期參考值物理參數(shù)8M:壓力物位溫度成分采樣周期1531068152015 20數(shù)據(jù)的處理在此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信號(hào)首先經(jīng)過(guò)功率放大器，將微弱信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)信 號(hào)，在濾波器的作用下，盡量剔除混入原始信號(hào)中的干擾部分，在采樣、保持脈沖的 作用下，將信號(hào)暫時(shí)保存起來(lái)，在多路開(kāi)關(guān)的作用下進(jìn)入 A/D轉(zhuǎn)換器。1）功率放大器模擬量

24、輸入通道中的放大器主要用來(lái)提高輸入信號(hào)的信噪比及采樣數(shù)據(jù)的精度， 同時(shí)滿(mǎn)足A/D轉(zhuǎn)換器規(guī)定的量程輸入。常用的放大器有四種類(lèi)型 ：通用運(yùn)算放大器、儀 用放大器、隔離放大器和可編程放大器。一般在滿(mǎn)足電氣特性的前提下，盡可能選用 價(jià)格低廉、貨源充足的電子元器件。2）濾波器測(cè)量信號(hào)被放大的同時(shí)，混雜在其中的噪聲和干擾信號(hào)也被放大。濾波器可以用 來(lái)突出有用信號(hào)而削弱其他信號(hào)。不同信號(hào)往往具有不同的頻率，因此濾波通常用具 有頻率選擇特性的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用的濾波器有一階低通、二階低通和高通濾波器。 在實(shí)際應(yīng)用中，先要仔細(xì)分析有用信號(hào)和雜散信號(hào)的頻率關(guān)系，再來(lái)選擇合適的濾波 電路。3）采樣/保持器采樣保持器的

25、作用是用來(lái)“凝固”隨時(shí)間變化的快速模擬信號(hào)，以減少由于轉(zhuǎn)換 時(shí)間所引起的轉(zhuǎn)換幅值誤差。A/D轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果送給 ADC勺 模擬量發(fā)生變化，則不能保證精度。4）多路開(kāi)關(guān):用擾、建立時(shí)間和帶寬在滿(mǎn)足切換速度要求，且路數(shù)較多的場(chǎng)合，盡可能地選擇單片模擬開(kāi)關(guān)，以保證 每路特性參數(shù)的一致性。模擬開(kāi)關(guān)的選擇還要顧及后面A/D轉(zhuǎn)換器的工作速度，一般后 者速度應(yīng)高于前者的速度。還需注意的因素有5）模數(shù)轉(zhuǎn)換器河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）數(shù)據(jù)采集是各種智能儀表、工控系統(tǒng)、科學(xué)試驗(yàn)等工作中必不可少的任務(wù)，它是 將實(shí)時(shí)變化的各種物理量如溫度、壓力、流量等先經(jīng)過(guò)各種傳感器和變換器變成

26、電壓 或電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)A/D）變成數(shù)字信號(hào)，送到單片機(jī)或微機(jī)進(jìn)行 運(yùn)算、顯示、打印、控制等處理。A/D轉(zhuǎn)換電路是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它將采樣 獲得的連續(xù)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。 一般有雙積分型和逐次比較型等類(lèi)型。 逐次比較型A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)到lms以下，電路簡(jiǎn)單，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，但抗干擾能力較差，需要與 濾波電路和采樣保持器配合使用。在瞬態(tài)檢測(cè)中，被測(cè)信號(hào)的頻率要有一定的限制?，F(xiàn)在很多單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)嵌入了 A/D,簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，但是這種A/D的精度一般僅為 10位或8位，滿(mǎn)足不了一些要求較高的應(yīng)用需求。本系統(tǒng)采用 A/D574A轉(zhuǎn)換模塊。由于被測(cè)非電量的環(huán)境比較惡劣

27、，干擾源比較多，除了在模擬系統(tǒng)采用必要的各 種硬件濾波電路外在用計(jì)算機(jī)組成的非電量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和智能化儀器中，為了減小 對(duì)采樣值的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性，還常常采用數(shù)字濾波的方法。數(shù)字濾波的實(shí)質(zhì) 是一種程序?yàn)V波，即通過(guò)一定的計(jì)算程序?qū)Σ蓸有盘?hào)進(jìn)行平滑加工，減少干擾在有用 信號(hào)中的比重。常用的數(shù)字濾波方法：程序判斷濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波、加 權(quán)平均濾波、一階滯后濾波、復(fù)合濾波、高通數(shù)字濾波器、帶通濾波器等。上述8種數(shù)字濾波每種濾波方法都有其各自特點(diǎn)，從濾波效果與濾波時(shí)間上來(lái)綜合考慮本數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)采用算術(shù)平均濾波法。在工程實(shí)踐中把非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，大多帶有一定的非線(xiàn)性特性，為 了

28、保證這些參數(shù)能按線(xiàn)性輸出，必須進(jìn)行補(bǔ)償，以提高變換精度，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分 析處理。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，用程序?qū)崿F(xiàn)非線(xiàn)性補(bǔ)償比模擬的硬件補(bǔ)償更方便更實(shí)用， 因而在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中加入線(xiàn)性化處理程序。常見(jiàn)的方法有：計(jì)算法、查表法和折線(xiàn) 法。在生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)都有不同的量綱和數(shù)值，為了操作人員管理及生產(chǎn)過(guò)程 的需要，必須把這些數(shù)碼轉(zhuǎn)換成各種工程量單位，使之便于顯示、記錄和打印。這些 轉(zhuǎn)換被稱(chēng)為標(biāo)度變換或工程量轉(zhuǎn)換。所以在此系統(tǒng)中還需設(shè)置標(biāo)度變換程序。線(xiàn)性參 數(shù)的標(biāo)度變換是最常用的標(biāo)度變換方式，其前提條件是被測(cè)參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線(xiàn) 性關(guān)系。標(biāo)度變換的公式為：AxAm(1)式中Ao為一次測(cè)量?jī)x表

29、的下限；Ax為實(shí)際測(cè)量值（工程量）；Nr*儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）Nx為測(cè)量值所對(duì)應(yīng)字量；AW一次測(cè)量?jī)x表的上限；No為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量; 的數(shù)字量。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)傳感器選型傳感器的基礎(chǔ)與分類(lèi)傳感器為用于檢測(cè)某種變量并把檢測(cè)結(jié)果傳送出去的功能器件。它廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究。在檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中，傳感器的作用相當(dāng)于人的五官，自動(dòng) 化程度愈高，系統(tǒng)對(duì)傳感器的依賴(lài)性越大，傳感器對(duì)系統(tǒng)的功能起著決定性作用。傳 感器技術(shù)是以信息的獲取與變換為核心，是拓展信息資源的源頭，具有將計(jì)算機(jī)、通 訊、自動(dòng)控制技術(shù)銜接為

30、一體的關(guān)鍵功能。而且，傳感器技術(shù)的發(fā)展，涉及科研體系、 電子工業(yè)、機(jī)電能源、航空航天、郵電能信、生物醫(yī)學(xué)、交通運(yùn)輸、新型材料等部門(mén)。 因此，傳感器技術(shù)的發(fā)展涉及信息產(chǎn)業(yè)的全局，并與之互為作用。隨著微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)傳感器的性能與質(zhì)量的需求會(huì)越來(lái)越高。從功能的角度，可將傳感器分為以下幾類(lèi)：電傳感器、磁傳感器、位移傳感器、 壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、流速傳感器、 真空度傳感器、溫度傳感器、光傳感器、射線(xiàn)傳感器、分析傳感器、仿生傳感器、氣 體傳感器、離子傳感器等。而根據(jù)不同的技術(shù)特點(diǎn)，傳感器還有七種分類(lèi)方法：電傳送、氣傳送或光傳送、 位式作用和連續(xù)

31、作用、有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)、模擬式或數(shù)字式、常規(guī)式或靈巧式、接觸式 或非接觸式、普通型、隔爆型或本安（本質(zhì)安全）型 。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，比較各種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，選用位移傳感器中電渦流傳感器 作為該系統(tǒng)中軸竄動(dòng)檢測(cè)元件。下面是對(duì)電渦流傳感器的介紹。電渦流傳感器1）電渦流傳感器的工作原理及特性a）電渦流傳感器的工作原理電渦流傳感器是一只固定于框架上的線(xiàn)圈如圖 4所示，它與一個(gè)電容并聯(lián)，構(gòu)成并 聯(lián)諧振回路。在沒(méi)有測(cè)量體時(shí)，把該回路調(diào)諧至某一頻率（例如1MHz）。在圖4中，當(dāng)被 測(cè)導(dǎo)體靠近傳感器時(shí)，由于傳感器線(xiàn)圈中所載高頻信號(hào)的激勵(lì)，產(chǎn)生一高頻交變磁場(chǎng)小 根據(jù)電磁感應(yīng)定律在被測(cè)導(dǎo)體的表面附近產(chǎn)生了與交變磁場(chǎng)

32、相交連的電渦流 ，此電流 又將產(chǎn)生一磁場(chǎng)小e反作用于小i ,而小e和小i間存在一定相位差A(yù)6,通帶0 A（|） 1數(shù)字 希出單極性輸入(OdFFSET(增GAINL2/K C5- 奧CE一輸入皿22A3424-273630-251012AD574Al6791713*11159(b)雙極性輸入-+5 V I5V -I5VSTS二高4位.巳|4位二保4位數(shù)播出圖17 AD574單雙極性輸入連線(xiàn)圖2) 74LS373 芯片74LS373芯片弓I腳圖如圖18所示。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）0EQo L_2Do 3Di 4Qi74LS37320 Vx 回5 國(guó)a17 D& 回Q&15 Q

33、&141 De引腳功能如下:QQ 8位數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)。18 74LS373引腳圖G數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)。高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。OE數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)。低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi),鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，輸出線(xiàn)為高組態(tài)。74LS373是帶有三態(tài)門(mén)的8D鎖存器，內(nèi)含8個(gè)D觸發(fā)器，輸入為D,輸出為QQ。G為CP脈沖輸入端（觸發(fā)端），上跳沿有效，該端在CP脈沖的上跳沿作用下,可將DD的狀態(tài)鎖入觸發(fā)器內(nèi)部。當(dāng)輸出允許OE端加以低電平或負(fù)脈沖時(shí)，這些數(shù) 據(jù)信息反映到輸出端 QQ上；當(dāng)OE有效信號(hào)過(guò)后，QQ

34、端恢復(fù)為高阻狀態(tài)。如果不需要3態(tài)，只要將OE端接地，即成為2態(tài)輸出。74LS373在該電路中的作用為：鎖存80C51發(fā)出的地址信號(hào)，用于控制A/D轉(zhuǎn)換器 的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的讀取。74LS373功能表如表4所示。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）表4 74LS373功能表輸出控制OE使能G輸入D輸出QLHHHLHLLLLXQoHXXZ注：表中H為高電平，L為低電平，Q為原狀態(tài)，Z為高阻態(tài)，X表示任意值（即不論為“ H 還是為“ L”都一樣）。從表中可見(jiàn)74LS373的功能為：當(dāng)使能端G為高電平時(shí)，同時(shí)輸出允許端為低電 平，則輸出Q等于輸入D;當(dāng)使能端G為低電平，而輸出允許端也為低電平時(shí)

35、，則輸 出Q=Q。原狀態(tài)，即使能端G由高電平變?yōu)榈碗娖角?，輸出?Q的狀態(tài)，這就是“鎖 存”的意義）。當(dāng)輸出允許端為高電平時(shí)，不論使能端G為何值。輸出端Q總為高阻態(tài)。 74LS373鎖存器主要用于鎖存地址信息、數(shù)據(jù)信息以及 DM頌面地址信息等。3）多路模擬開(kāi)關(guān)CD4051CD4051是雙向8通道開(kāi)關(guān)，它是由電平轉(zhuǎn)換、譯碼/驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)電路三部分組成， 其中電平轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)COMSUTTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換，因此，加到通道選擇輸入端的控制 信號(hào)的電平幅度可為3V20V。同時(shí)模擬量信號(hào)的峰值可達(dá) 20V。CD4051帶有三個(gè)通 道選擇輸入端A, B, C和一個(gè)禁止端INH。具引腳圖如圖19所示。當(dāng)CBA

36、000111B時(shí)，可產(chǎn)生8選1控制信號(hào)，使8路通道中的某一通道的輸入與輸出接通。 當(dāng)INH 為0時(shí)，允許通道選通；當(dāng)INH為1時(shí)，禁止通道接通河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)4)采樣/保持器LF398芯片LF398是由雙極型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成的采樣保持電路，它具有采樣速度高，保持降速率慢及精度高等特點(diǎn)。作為單一放大器時(shí)直流增益精度為0.002%,采樣時(shí)間小于Gus時(shí)精度可達(dá)到0.01%。采用雙極性輸入狀態(tài)可獲得低偏置電壓和寬頻帶。輸入 偏置電壓的調(diào)整用一條引線(xiàn)端實(shí)現(xiàn)，并在不降低偏置電流的情況下，允許1MHz勺帶寬(輸入電阻為100 Q)o當(dāng)保持電容為laF時(shí)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管與輸入放大

37、器連接成雙 極性裝置，下降速率為 5mV/min,抗干擾能力強(qiáng)，不易受溫度影響。芯片上邏輯輸入 端均為具有低輸入電流的差動(dòng)輸入，允許與 TTL電平、PMOS口 CMO等相連。采樣/保持器LF39的系統(tǒng)中的作用：(1)采樣時(shí)間快速跟蹤輸入的模擬信號(hào)。在保持時(shí)間內(nèi)保持采樣值不變，為 A/D 轉(zhuǎn)換器提供恒定的轉(zhuǎn)換信號(hào)；(2)在多路采樣系統(tǒng)中，跟蹤采樣信號(hào)。當(dāng)S/H進(jìn)入保持方式，多路開(kāi)關(guān)又不失時(shí) 機(jī)地進(jìn)行下一路信號(hào)的采樣，從而構(gòu)成高速的重疊采樣方式；(3)在保證精度的條件下，提高A/D轉(zhuǎn)換器的頻率。5) AD574A及有關(guān)芯片與單片機(jī)80C51的連接與應(yīng)用AD574做有關(guān)芯片與單片機(jī)80C51的連接如

38、圖20所示。圖20 AD574A及有關(guān)芯片與單片機(jī) 80C51的連接在該檢測(cè)系統(tǒng)中，被測(cè)參數(shù)經(jīng)多路開(kāi)關(guān)CD405選通后，送到LF398的輸入端。LF398 的工作狀態(tài)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志STS勺狀態(tài)控制：當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)，ST效 高電平，經(jīng)反相后使S/H呈保持狀態(tài)，以保持A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)的穩(wěn)定；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié) 束時(shí)，STSE為低電平，經(jīng)反相后使S/H呈采樣狀態(tài)。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）AD574A勺輸出是三態(tài)鎖存器。因而可直接與80C51I片機(jī)數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口。該檢測(cè)電 路是12位向左對(duì)齊的數(shù)據(jù)輸出格式,AD574A勺低4位DBADB0接到80C51D7D4k,

39、AD574A勺高8位DB1卜DB4接至1180c51D7D0,可分為兩次讀出數(shù)據(jù)，第一次讀高 8位，第二次讀低4位。為便于位尋址查詢(xún)，AD574A勺標(biāo)志位ST能80C51I片機(jī)INT0。 單片機(jī)80C511過(guò)改變CE CS、R/C、12/8、A五根控制線(xiàn)的狀態(tài)來(lái)控制 AD574A勺啟 動(dòng)和其數(shù)據(jù)的輸出。其控制信號(hào)真值表如表 5所示。表5 AD574A控制信號(hào)真值表CECSR-C12 8A工作狀態(tài)0XXXX禁止X1XXX禁止100X0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換100X1啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換101+5VX12包并行輸出后效101地0局8包并行輸出后效101地1低4包加上尾隨4個(gè)0后效3.2.3顯示器/鍵盤(pán)電路的結(jié)構(gòu)及

40、功能1）可編程接口芯片81558155芯片為40引腳雙列直插封裝，單一的+5V電源，其引腳圖如圖21所示。其 具有3個(gè)可編程I/O 口，其中2個(gè)口（ A和B）為8位口，1個(gè)口（C）為6位口。此 外還有256單元的RA防口 1個(gè)14位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。信號(hào)接口線(xiàn)如下：I/O接口線(xiàn)PAPA7、PBoPB7、PC。PC5分別為A、B、C三個(gè)I/O接口引線(xiàn)端，A, B 口多用于與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送；C 口除用于與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)之外，還可作為 A, B 口 的控制線(xiàn)。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）PC3140VccPC4239PC2TIMERIN338PC1RESET437PC0PC5

41、536PB7TIMEROUT635PB6IO/M734PB5CE833PB4RD932PB3WR108155 31PB2ALE1130PB1AD01229PB0AD11328PA7AD21427PA6AD31526PA5AD41625PA4AD51724PA3AD61823PA2AD71922PA1Vss2021PA0圖21 8155引腳圖地址數(shù)據(jù)線(xiàn)8155的低8位地址和數(shù)據(jù)線(xiàn)共用AD0AD7,故稱(chēng)為地址數(shù)據(jù)線(xiàn)。當(dāng) ALE=1時(shí)，輸入的是地址信息，否則是數(shù)據(jù)信息。當(dāng)與80C51單片機(jī)相連接時(shí)，ALE下降沿到，將P0接口輸出的低8位地址信息及CE、IO/M狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部寄存器。因此 8

42、155的AD。AD7直接與P0接口相連，低8位地址不需外設(shè)鎖存器?？刂凭€(xiàn)ALE地址鎖存線(xiàn)。ALE=1表示給8155輸入的是地址信息，當(dāng) ALE下降沿到把地 址鎖存到8155中。麗：讀選通控制線(xiàn)。WR：寫(xiě)選通控制線(xiàn)。Ce：片選線(xiàn)。IO/M : I/O 與 RAMI口的選擇線(xiàn)。IO/M =0,選中 8155 的內(nèi)部 RAIVE; IO/M =1, 選才? 3個(gè)I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和命令寄存器。RESET;復(fù)位信號(hào)。8155以600ns的正脈沖進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位后 A、B、C 口均置為 輸入方式。TIMERIN定時(shí)/計(jì)數(shù)器外部脈沖輸入端河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）TIMEROUT:定時(shí)

43、/計(jì)數(shù)器輸出端8155由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它有以下功能：（1）可作為單片機(jī)片外擴(kuò)展的256B RAM（2） 作擴(kuò)展I/O接口。（3）作定時(shí)/計(jì)數(shù)器使用。本系統(tǒng)中作為擴(kuò)展I/O接口使用。在此功能中只要使用io/M控制端為低電平即可。IO/M端、CE端與80C51單片機(jī)的P2接口兩位相連，二者皆為低電平?jīng)Q定了 RAM的高8位地址P0 口與AD。AD7相連決定了 RAM勺低8位地址。注意與其它數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。2） LE嗷碼管顯示器LEEW發(fā)光二極管，它是一種由某種特殊的半導(dǎo)體材料制作成的 PNS,由于參雜濃 度很高，當(dāng)正向偏置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電子一空穴復(fù)合，把多余的能釋放變?yōu)楣饽?。LED!示器具有

44、工作電壓低、體積小、壽命長(zhǎng)（約十萬(wàn)小時(shí)）、響應(yīng)速度快（小于1us）、 顏色豐富等特點(diǎn)，是智能儀器最常使用的顯示器。其分為單個(gè)、七段和點(diǎn)陣式等幾種 類(lèi)型。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用七段LED1示器，并采用共陰極接法。具結(jié)構(gòu)如圖22所示。g f GND a b mu10 9 S 7 612 3 4 5nrre JGMJe 由a）管腳配置b）共陰極圖22 LED顯示器引腳及結(jié)構(gòu)圖為了顯示某個(gè)數(shù)或字符，就要點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的段，這就需要譯碼。譯碼有硬件譯碼和軟件譯碼之分。本系統(tǒng)中采用軟件譯碼其顯示電路如圖23所示。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）圖23軟件譯碼電路（共陰極接法）共陰極接法的段碼與數(shù)字、字母關(guān)系

45、如表 5所示。表5 LED數(shù)碼管顯示字型與段選碼關(guān)系字型共陰極代碼字型共陰極代碼03FH96FH106HA77H2A4HB7CH34FHC39H466HD5EH56DHE79H67DHF71H707H滅00H87FH（2）數(shù)碼管顯示方式及接口電路LED1示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每 個(gè)數(shù)碼管必須接一個(gè)8位鎖存器，用來(lái)鎖存顯示的字碼段。送入一次字碼段，顯示字形 一直保持，直到送入新字段碼為止。其優(yōu)點(diǎn)是占機(jī)時(shí)間少，便于監(jiān)測(cè)和控制，缺點(diǎn)是 硬件電路較復(fù)雜，成本高。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是所有位的段選線(xiàn)并聯(lián)在一起，由位選線(xiàn) 控制哪一位接收字碼段，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)

46、的字位選擇，利用顯示器的余 輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位同時(shí)都在顯示。3）鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)按其工作原理可分為編碼式鍵盤(pán)和非編碼式鍵盤(pán)。編碼式鍵盤(pán)是由按鍵鍵盤(pán)和專(zhuān)用鍵盤(pán)編碼器兩部分組成。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）非編碼式鍵盤(pán)不含編碼器，當(dāng)某鍵被按下時(shí)，鍵盤(pán)只能送出一個(gè)簡(jiǎn)單的閉合信號(hào)， 對(duì)應(yīng)的按鍵代碼的確定必須借助于軟件來(lái)完成。非編碼式鍵盤(pán)按照與主機(jī)連接方式的 不同，有獨(dú)立式鍵盤(pán)、矩陣式鍵盤(pán)和交互式鍵盤(pán)之分。本系統(tǒng)設(shè)置七個(gè)鍵，即停止報(bào) 警鍵、電機(jī)軸徑向竄動(dòng)上限設(shè)定鍵、電機(jī)軸徑向竄動(dòng)下限設(shè)定鍵、電機(jī)軸軸向竄動(dòng)上 限設(shè)定鍵，電機(jī)軸軸向竄動(dòng)下限設(shè)定鍵，力口 1鍵以及左移鍵。而獨(dú)立

47、式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 是一鍵一線(xiàn)，即每一按鍵單獨(dú)占用一根檢測(cè)線(xiàn)與主機(jī)相連，如圖24所示。這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，個(gè)測(cè)試相互獨(dú)立。缺點(diǎn)是占用較多的檢測(cè)線(xiàn)。此種方式不 適于組成大型鍵盤(pán)，當(dāng)需要的按鍵數(shù)目小于8時(shí)，一般都采用獨(dú)立式鍵盤(pán)。所以此系統(tǒng) 米用獨(dú)立式鍵盤(pán)方式。圖24獨(dú)立式鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)左移鍵處理處理程序的主要任務(wù)是為操作者提供直觀的顯示和要修改的LED位。當(dāng)它被按1次，4位LED閃爍，以表示該位可以進(jìn)行新的數(shù)字設(shè)置，該位數(shù)字設(shè)定完 以后若需設(shè)定另一位LED的數(shù)字，則按左移鍵，閃爍位將由低位向高位左移達(dá)到所需 要設(shè)定的位。加1鍵時(shí)在左移鍵的配合下，使閃爍的 LED位內(nèi)容加1。4）顯示器/鍵盤(pán)電

48、路的連接顯示器/鍵盤(pán)電路的連接電路如圖25所示。8155芯片的AD7AD0、ALE RESET RD、WR信號(hào)依次與單片機(jī) 80C51的P0 口、ALE RST RD WR信號(hào)兼容。使用80C51的高位地址P21、P20分別與CE、IO/M信號(hào)直接相連。同時(shí)8155的PA口作段碼驅(qū)動(dòng)器，PC 口經(jīng)75451驅(qū)動(dòng)輸出位控碼。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）80C518155TXDP1.0 ,1.1P1.7P0.0P0.1P0.7RESET P2.0RXD膽1NT0-NT1T0P2.71ALE_zA7Vp PSENX1RDX2WR&InuP：匯匚匚匚匚匚WC2、PC3PC4PC5圖25顯

49、示器/鍵盤(pán)電路圖當(dāng)P6輸出為低時(shí)，允許顯示器顯示不同字型，如果 P6輸出為高，則相應(yīng)的數(shù)碼管 熄滅。8155白PB口與7根按鍵測(cè)試線(xiàn)相連。當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，7根測(cè)試線(xiàn)均為高電平，經(jīng)8 與非門(mén)及反相器后仍為高電平，因而不會(huì)產(chǎn)生中斷。當(dāng)其中任一鍵按下時(shí)，INT0變?yōu)?低電平，向80C51申請(qǐng)中斷。80C51響應(yīng)后便進(jìn)入中斷服務(wù)程序，用掃描的方法尋找中 請(qǐng)中斷的功能鍵并執(zhí)行鍵功能的處理程序o河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的正常運(yùn)作必須由軟件來(lái)控制，各種功能的實(shí)現(xiàn)也由軟件來(lái)完成。軟件的設(shè)計(jì)可以分為以下模塊：主程序,定時(shí)中斷0,1服務(wù)程序，電機(jī)軸竄動(dòng)檢測(cè)子程序,顯 示子程序，

50、鍵盤(pán)掃描子程序。下面就各個(gè)模塊的功能及流程圖分別作以下介紹。主程序主程序主要完成定時(shí)器T0和有關(guān)芯片的初始化、開(kāi)放 CPU T0中斷、T1中斷、調(diào) 用顯示子程序及鍵盤(pán)掃描子程序等。主程序中，調(diào)用了鍵盤(pán)掃描子程序，如果有鍵按 下，就會(huì)轉(zhuǎn)移去執(zhí)行該鍵的功能子程序。緩沖區(qū)滿(mǎn)就執(zhí)行清零操作。主程序框圖如圖26所示。圖26主程序框圖河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)電機(jī)軸竄動(dòng)位移檢測(cè)子程序電機(jī)軸竄動(dòng)檢測(cè)子程序主要是對(duì)電機(jī)軸竄動(dòng)位移量的檢測(cè)。主要實(shí)現(xiàn)如下功能： 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換對(duì)傳感器導(dǎo)出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， 選擇通道，兩路循環(huán)檢測(cè)一遍， 將結(jié)果處理后送顯示緩沖區(qū)，如果結(jié)果越過(guò)報(bào)警限系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警

51、。為了保證數(shù)據(jù)的精 度，而且每次數(shù)據(jù)的顯示沒(méi)有明顯偏大或偏小的。這樣不能采用中值濾波法，從濾波 效果與濾波時(shí)間上來(lái)綜合考慮本系統(tǒng)采用算術(shù)平均濾波法。這種濾波法是把 N個(gè)采樣值相加，然后取其算術(shù)平均值作為本次采樣值，即NY(K) = X(i)/N(5)i 1由公式(5)可知，這種濾波效果與所選擇采用次數(shù) N有關(guān)，N越大，則濾波效果越好， 但所花費(fèi)的時(shí)間越長(zhǎng)。所以根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)和A/D轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換速度，這里N取4次。同時(shí)此程序還完成對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)度變換。因?yàn)闉榱孙@示、打印、記錄以 及報(bào)警等，必須把這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換成位移的單位，以便操作人員對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視 和管理。電機(jī)軸竄動(dòng)檢測(cè)子程序如圖 2

52、7所示。定時(shí)中斷服務(wù)子程序T0定時(shí)中斷服務(wù)程序功能：計(jì)數(shù)，每隔1s調(diào)用一次竄動(dòng)位移檢測(cè)子程序。T0定時(shí)中斷服務(wù)子程序如圖28所示。顯示子程序顯示子程序功能完成竄動(dòng)位移量與通道號(hào)的顯示。本系統(tǒng)工作時(shí)，先取一位要顯 示的數(shù)(十六進(jìn)制數(shù))，利用軟件譯碼的方法求出待顯示數(shù)對(duì)應(yīng)的段碼，送至8155白U口，然后再將位碼送至8155CH,于是選中的顯示器點(diǎn)亮。若見(jiàn)個(gè)各位從左至右依次進(jìn) 行顯示，每位數(shù)碼管顯示3m25ms顯示完最后一位后，再重復(fù)上述過(guò)程，則可得到 連續(xù)的顯示結(jié)果。顯示子程序如圖29所示。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）圖27電機(jī)軸竄動(dòng)檢測(cè)子程序河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文

53、）圖28定時(shí)中斷服務(wù)子程序河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）圖29顯不子程序河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)4. 5鍵盤(pán)掃描子程序鍵盤(pán)管理程序是指對(duì)按鍵操作的識(shí)別與分析。其任務(wù)大體可分為下列幾項(xiàng)：(a)識(shí)鍵：判斷是否有鍵按下。若有，則進(jìn)行譯碼；若無(wú)，則等待或轉(zhuǎn)別的工作。(b)譯鍵：識(shí)別出哪一個(gè)鍵被按下并求出被按下鍵的鍵值。(c)鍵值分析：根據(jù)鍵值找出對(duì)應(yīng)處理程序的入口并執(zhí)行。鍵盤(pán)按鍵一般都采用觸點(diǎn)式按鍵開(kāi)關(guān)。當(dāng)按鍵被按下或釋放時(shí)，按鍵觸點(diǎn)的彈性 會(huì)產(chǎn)生一種抖動(dòng)現(xiàn)象。這時(shí)觸點(diǎn)不會(huì)迅速可靠地接通；當(dāng)按鍵釋放時(shí)，觸點(diǎn)也不會(huì)立 刻斷開(kāi)，而是要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的抖動(dòng)才能穩(wěn)定下來(lái)。抖動(dòng)時(shí)間視

54、按鍵材料的不同一般 在5m腔10mB問(wèn)。鍵抖動(dòng)可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)將一次按鍵操作識(shí)別為多次操作。為克服這種由鍵抖動(dòng)所致的誤判，常采用硬件電路消除法和軟件延時(shí)法兩種方法進(jìn)行消除。本 系統(tǒng)為了節(jié)省硬件，減小體積，故采用軟件延時(shí)法。軟件延時(shí)法：當(dāng)判定按鍵按下時(shí)，用軟件延時(shí) 10ms-20ms等待按鍵穩(wěn)定后重新 再判一次，以躲過(guò)觸點(diǎn)抖動(dòng)期。本系統(tǒng)鍵盤(pán)掃描程序是通過(guò)向80C51申請(qǐng)中斷進(jìn)入鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序后實(shí)現(xiàn)的。 鍵 盤(pán)掃描子程序如圖30所示河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）圖30鍵盤(pán)掃描子程序河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）結(jié)束語(yǔ)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而研究的

55、。本次設(shè)計(jì)首 先介紹了電機(jī)軸竄動(dòng)產(chǎn)生的原因，并由此引出電機(jī)軸軸向徑向位移檢測(cè)進(jìn)行的必要性。 此檢測(cè)裝置是基于 W理電渦流傳感器，由單片機(jī)80C51控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能對(duì)電 機(jī)軸軸向徑向竄動(dòng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。本設(shè)計(jì)中重點(diǎn)介紹了此檢測(cè)系統(tǒng)所采用的硬件部 分，最后還對(duì)實(shí)現(xiàn)各種功能的軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。本系統(tǒng)的特點(diǎn)也是優(yōu)點(diǎn)就是利用 LED顯示器顯示電機(jī)軸竄動(dòng)位移，這樣就很直觀、清晰，便于管理人員的查看。本系 統(tǒng)還有報(bào)警功能，當(dāng)電機(jī)竄動(dòng)超出其正常允許的范圍時(shí)，報(bào)警器會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警以提 示管理人員來(lái)控制設(shè)備的啟停。另外，此系統(tǒng)速度快，準(zhǔn)確度高，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作人員技 術(shù)水平的要求也不是太高，這都是其它裝置無(wú)法比

56、擬的地方。當(dāng)然，由于各方面因素 的制約，系統(tǒng)目前還只能處于理論階段，還需對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)試進(jìn)一步完善。河北理工大學(xué)成人教育畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）謝辭歷經(jīng)近半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，在設(shè)計(jì)中我們翻閱了大量的文獻(xiàn)資料，并且 真正接觸到了生產(chǎn)實(shí)踐中的實(shí)際問(wèn)題，避免了紙上談兵。在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的 每一個(gè)環(huán)節(jié)，自始至終都得到了導(dǎo)師張涌濤老師，以及其他老師的悉心關(guān)懷和嚴(yán)格指 導(dǎo)，解決了許多難點(diǎn)，使我從中不僅鞏固了所學(xué)知識(shí)，開(kāi)闊了知識(shí)面、鍛煉了科研開(kāi) 發(fā)能力，更重要的是張老師那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)、開(kāi)拓創(chuàng)新的思維方 式和高尚的為人品格給我留下了深刻的印象，永遠(yuǎn)值得我學(xué)習(xí)，同時(shí)為今后進(jìn)一步工 作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。