檢測技術(shù)課程設(shè)計(jì)報告

.z設(shè)計(jì)任務(wù)智能微位移測量：1．性能要求測量*圍：±0.5mm；精度：±0.5%F·S2．功能要求采用MCS51系列單片機(jī)完成一路位移測量，并將測量值按精度要求顯示于數(shù)碼管上；系統(tǒng)應(yīng)具有自動校零功能。〔只考慮靜態(tài)性能〕總體方案傳感器的選擇有三種方案：選取壓電傳感器，如壓電陶瓷，它是基于材料受力后其相應(yīng)特定外表產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)，體積小，但由于其適用于動力學(xué)量的測量，不能測量頻率太低的被測量，更不能測靜態(tài)量，故否認(rèn)了這種傳感器。選取差動電感式傳感器，當(dāng)鐵芯在線圈內(nèi)移動時，會改變空間的磁場分布，從而改變電壓的輸出，這樣將鐵芯的位移量變成了電壓信號輸出，而且其靈敏度高，誤差小，價格廉價。3〕選取PSD〔位置敏感探測器〕，一種光電測距器件，是基于非均勻半導(dǎo)體“橫向光電效應(yīng)〞，位置的分辨率搞，響應(yīng)速度快，可靠性高，但價格相對于其他傳感器，比擬昂貴。通過性價比考慮，差動電感式傳感器，不僅能滿足題目要求，而且價格相對廉價，故最終選取差動電感式傳感器，目前，此類型的傳感器，用于微位移測量的屬LVDT系列的居多，故通過網(wǎng)絡(luò)和書本資料，選定了MA-0.5傳感器。2、設(shè)計(jì)思路由于所選用的傳感器MA-0.5的輸出電壓為-5v—+5v，A/D574的輸入電壓可以為-5v—+5v，故兩者之間可不需要放大器的處理，這樣也減少了電路的誤差，然后經(jīng)A/D574將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號后，通過單片機(jī)AT89S52的處理，將電壓轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的位移，通過數(shù)碼管顯示出來。此設(shè)計(jì)模塊如下：主芯片AT89S52處理模塊A/D574數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊調(diào)零處理電路模塊差動式位移傳感器MA-0.5模塊數(shù)碼管顯示模塊主芯片AT89S52處理模塊A/D574數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊調(diào)零處理電路模塊差動式位移傳感器MA-0.5模塊數(shù)碼管顯示模塊硬件原理圖3.1總硬件電路圖圖13.2各模塊的分析1〕高精度微型差動變壓器MA-0.5圖2圖3MA-0.5是用于測量高精度位移的差動變壓器，屬于LVDT系列的位移傳感器，此傳感器由同心分布在線圈骨架上的一次線圈P、兩個二次線圈S1和S2組成，線圈組件內(nèi)有一個可自由移動的桿狀磁芯〔鐵芯〕，如圖3所示。當(dāng)鐵芯在線圈內(nèi)移動時，改變了空間的磁場分布，從而改變了一次線圈之間的互感量M。當(dāng)一次線圈供應(yīng)一定頻率的交變電壓時，二次線圈就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，隨著鐵芯的位置不同，二次產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也不同，這樣，就將鐵芯的位移量變成了電壓信號輸出。為了提高傳感器靈敏度改善線性度，實(shí)際工作時是將兩個二次線圈反串接，故兩個二次線圈電壓極性相反，于是，傳感器的輸出是兩個二級線圈電壓之差，其電壓差值與位移量成線性關(guān)系。以下為MA-0.5的實(shí)物圖和具體參數(shù)：型號：MA-0.5型測量*圍：±0.5mm或0～1mm線性度：<0.05％工作電源：±9V，±12V，±15V，+24V，+12V，+5V輸出信號：±5V,±10V，0～5V，0～10V，1～5V,4～20mA頻響：0～800Hz〔-3db〕分辨力：0.1μm溫度系數(shù)：0.01%/℃～0.03%/℃工作溫度：-10℃～是否回彈式：可選電纜線長：免費(fèi)配2米電纜出線方式：可選觀看其參數(shù)，我選輸入信號：-9V\+9V,輸出即為-5V--+5V，它的測量*圍為-0.5mm--+0.5mm，故每變化0.1mm就會輸出1V的電壓，故相當(dāng)于y=0.1*2〕調(diào)零電路設(shè)計(jì)當(dāng)傳感器位于零點(diǎn)位置時，在理想狀況下，應(yīng)該為0，但由于溫度或者環(huán)境等的干擾，會產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。方案一：軟件調(diào)零當(dāng)鐵芯位于中間為之時，經(jīng)過A/D574轉(zhuǎn)換后，其值寫入AT89S52的*一存放器，如數(shù)據(jù)緩存區(qū)30H,然后每次進(jìn)展位移測量時，都減去此值，則可以進(jìn)展軟件的方法調(diào)零。方案二：硬件調(diào)零圖4由于其主要有溫度漂移，故根據(jù)傳感器的溫度系數(shù)：0.01%/℃-0.03%/℃，可知每攝氏度可有0.01%-0.03%的誤差，即產(chǎn)生的電壓誤差為0.5mv-1.5mv，即當(dāng)芯片位于零點(diǎn)位置時，V1端口的電壓為0.5mv-1.5mv，故通過穩(wěn)壓管D1產(chǎn)生一個恒定電壓，經(jīng)變阻器調(diào)節(jié)后，通過運(yùn)放將其值縮小，輸出為V2，它是一個與零點(diǎn)位置相對應(yīng)的一個電壓，用數(shù)學(xué)用語表示，V2是V1的相反數(shù)，故通過一個加法器，即相當(dāng)于一個減法器，就可實(shí)現(xiàn)兩者的抵消，減小了溫漂帶來的影響。故將軟件調(diào)零與硬件調(diào)零相結(jié)合，以軟件調(diào)零為主，硬件調(diào)零為輔，在每次使用時，先進(jìn)展軟件調(diào)零，硬件調(diào)零作為微調(diào)，在使用過程中，進(jìn)展調(diào)節(jié)。3〕A/D574VEE：電源輸入端VCC：負(fù)電源輸入端10VIN：10V量程12/8：數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出DB0-DB11：數(shù)據(jù)輸出端口STS:A/D轉(zhuǎn)換完畢CE：使能端CS：片選端口圖5R/C:讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端AD574A是美國模擬數(shù)字公司〔Analog〕推出的單片高速12位逐次比擬型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：分辨率：12位非線性誤差：小于±1/2LBS或±1LBS轉(zhuǎn)換速率：25us模擬電壓輸入*圍：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V電源電壓：±15V和5V數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式AD574控制端標(biāo)志意義：CEC\S\R/C\12/8\A0工作狀態(tài)0****制止*1***制止100*0啟動12位轉(zhuǎn)換100*1啟動8位轉(zhuǎn)換101接+5V*12位并行輸出有效101接0V0高8位并行輸出有效101接0V1低4位并行輸出有效表1故將使能端CE接高電壓，片選CS接地，R/C端來控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動和數(shù)據(jù)輸12/8接高電壓,使其12為并行輸出有效。STS為工作狀態(tài)指示信號端，當(dāng)STS=1，表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，當(dāng)STS=0(實(shí)為處于脈沖的下降沿)時，聲明A/D轉(zhuǎn)換完畢，通過此信號可以判別A/D轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，作為單片機(jī)的中斷或查詢信號之用。因?yàn)檩斎腚妷簽?5V-+5V,應(yīng)選用10V的量程，并通過圖6的連接可以實(shí)現(xiàn)此作用。圖64〕AT89S52模塊(接口說明)圖7圖7所示的是AT89S52，它是此電路的主控芯片，由于考慮不管AD574A是處在啟動、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端CE都必須為1，因此將8051的寫控制線WR和讀控制線RD通過或與AD574A的使能端CE相連,A/D574將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢時，STS會產(chǎn)生的電平由高變低，此端與AT89S52的INTO端相連，則轉(zhuǎn)換完畢時會產(chǎn)生一個中斷，此時給WR置一，AT89S52會進(jìn)展寫操作，通過控制R/C來讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的輸入口為P1口的8位，然后AT89S52進(jìn)展相關(guān)運(yùn)算處理，處理完后，其將值輸出到端口PO5(DIN)進(jìn)展bit傳輸，通過P06〔CP〕，P07(ST)來控制74HC595，從而控制顯示，最終由顯示模塊顯示。此模塊中的P0端口內(nèi)沒有驅(qū)動，所以在其端口增加上拉電阻。5〕74HC59574HC595是具有8位移位存放器和一個存儲器，三態(tài)輸出功能。移位存放器和存儲器是分別的時鐘。數(shù)據(jù)在CP的上升沿輸入，在ST的上升沿進(jìn)入到存儲存放器中去。如果兩個時鐘連在一起，則移位存放器總是比存儲存放器早一個脈沖。移位存放器有一個串行移位輸入〔SIN〕，和一個串行輸出〔SOT〕,和一個異步的低電平復(fù)位，存儲存放器有一個并行8位的，具備三態(tài)的總線輸出，當(dāng)使能OE〔為低電平〕，存儲存放器的數(shù)據(jù)輸出到總線。8位串行輸入/輸出或者并行輸出移位存放器，具有高阻關(guān)斷狀態(tài)。引腳說明：D0-D7〔15/1-7〕：并行數(shù)據(jù)輸出14腳：串行數(shù)據(jù)輸入口9腳：串行數(shù)據(jù)輸出口11腳：移位存放器時鐘輸入12腳：存儲器存放器時鐘輸入13腳：輸出有效〔低電平時有效〕圖810腳：低電平復(fù)位端將要6位的位移值由最低位開場，分別放在50H，51H，…55H，先取低位值，通過循環(huán)右移的方法，輸出每一位的8個bit。6個74HC595連接起來，把48個數(shù)據(jù)全部送完之后，給ST一個上升沿，存放器中的數(shù)據(jù)即置入鎖存器，此時如果EN為低電平，數(shù)據(jù)即從并口D0-D7輸出，把D0-D7與LED的8段相接，LED就可以實(shí)現(xiàn)顯示了去除子程序：CLRDISP:MOVR2,*48；6個74HC595，每個有8位CLRBIT:CLRCPCLRCMOVDIN,CSETBCPDJNZR2,CLRBITRET顯示子程序：*1:MOVR0,*50H；第6個數(shù)碼管所要顯示的值鎖存位置DISP1:CLRSTMOVR3,*6；6個74HC595MOVA,R0MOVDPTR,*TAB_NUMOVCA,A+DPTRMOVR2,*8DISP2:CLRCPRLCAMOVDIN,C；進(jìn)展一位的傳送SETBCP；串口輸入DJNZR2,DISP2；判斷1字節(jié)是否送完INCR0；依次倒數(shù)第2,3，…6個數(shù)碼管所要顯示值的存儲位置DJNZR3,DISP1SETBSTRETTAB_NU:DB24H,0F5H,1CH,94H,0C5H,86H,06H,0F4H,04H,84H,DFHDB20H,0F1H,18H,90H,0C1H,82H,02H,0F0H,00H,80H，DFH6〕數(shù)碼管圖9為一個共陽極、靜態(tài)顯示的數(shù)碼管，當(dāng)所在位為0時，其所在處才會置為高電平。由于所要求的精度是0.01%，則0.5*0.01%=0.0005,外加有正負(fù)符號，所以需要6個數(shù)碼管圖9四、軟件框圖1、主流程圖開場開場初始化W/R置一將AD574的數(shù)值寫入調(diào)零處理數(shù)值處理y=0.1*輸出顯示完畢INTO有中斷Y等待N圖10主程序2、此程序的說明初始化：完成對存儲A/D574的輸出值所存位置，經(jīng)過運(yùn)算位移量所存位置〔如50H,51H,…55H〕，零點(diǎn)漂移電壓所存位置〔30H〕清零，中斷方式的選擇等。當(dāng)A/D574轉(zhuǎn)換完畢后，會使AT89S52產(chǎn)生中斷，故一直是等待狀態(tài)，直到INTO之后進(jìn)展處理。對于調(diào)零局部，要將每次開場使用時，零點(diǎn)處所得電壓，放到存放器〔比方30H〕里，之后的測量電壓值都要減去此值，然后進(jìn)展數(shù)值關(guān)系處理。數(shù)值處理局部，傳感器的輸出電壓為-5V--+5V，它的測量*圍為-0.5mm--+0.5mm，故每變化0.1mm就會輸出1V的電壓，故相當(dāng)于y=0.1*，故每次輸出之前，都要進(jìn)展此運(yùn)算。輸出顯示：處理完后，其將值輸出到端口PO5(DIN)進(jìn)展bit傳輸，通過給P06〔CP〕，P07(ST)脈沖，來控制74HC595，從而控制顯示五、設(shè)計(jì)總結(jié)短短一周的課程設(shè)計(jì)，讓我更加深刻的理解了差動變壓器的相關(guān)知識，知曉對于一個電路設(shè)計(jì)，它由傳感器、測量電路、信號處理、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)等局部組成，主要的