基于單片機的便攜式振動儀設(shè)計畢業(yè)論文

.Word資料畢業(yè)設(shè)計（論文）題目基于單片機的便攜式振動儀設(shè)計Word資料目錄 TOC\o"1-2"\h\u24043摘要 I32412Abstract II222111緒論 159671.1課題的意義 1213971.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2230891.3本課題的研究內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo) 3134462便攜式振動儀的總體方案設(shè)計 5147833硬件設(shè)計 644413.1電源電路設(shè)計 6104693.2傳感器的選取 7191083.3信號調(diào)理電路設(shè)計 986893.4A/D的選取 13177533.5單片機的選取 146123.6LCD顯示和鍵盤電路設(shè)計 16112423.7總體電路圖 17189634軟件設(shè)計 19105874.1軟件開發(fā)環(huán)境 191084.2主程序設(shè)計 19301934.3LCD顯示子程序 20227575系統(tǒng)仿真和測試結(jié)果 2326706結(jié)論 2414299致謝 2513801參考文獻 26877附錄A程序設(shè)計源程序 2829647文獻綜述 34Word資料摘要便攜式振動測量儀是一種便攜式機械振動測量儀器，能方便地測得振動加速度、速度等振動參數(shù)，可用來對旋轉(zhuǎn)與往復(fù)式機器的振動進行可靠的定量評價，為機械設(shè)計與制造、軍工、電力、設(shè)備管理、交通及環(huán)保部門對機器設(shè)備故障和老化信號進行在線檢測和監(jiān)測，進行產(chǎn)品質(zhì)量控制，進行振動試驗測量和振動控制等工作提供了極大的方便。本文對目前國內(nèi)外振動測量系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r進行了分析，對于存在的振動測量系統(tǒng)功能比較單一、攜帶不方便、價格昂貴等局限性，研制出了一種體積小、精度高、成本低、功能強的便攜式振動儀。本便攜式振動儀使用壓電式傳感器采集數(shù)據(jù)，測量指標(biāo)是振動物體表面的加速度、速度和位移。系統(tǒng)采用鋰電池供電，能夠保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和持續(xù)性；對于信號的調(diào)理，采用的是二階壓控電壓源巴特沃斯高通濾波器，消除了干擾信號的同時保證了信號的頻帶寬度；在處理數(shù)據(jù)時，采用了硬件積分和軟件算法相結(jié)合，提高了測量的精度的同時保證了測量的快速性。因此，通過便攜式測量儀的實際運用，在工業(yè)過程中的設(shè)備可以更安全、更可靠的被使用，而且保持對設(shè)備的實時監(jiān)測，可以有效的防止設(shè)備損壞帶來的安全隱患。關(guān)鍵詞：振動便攜式壓電式傳感器檢測監(jiān)測Word資料AbstractPortablevibrationmeasuringinstrumentisaportablemechanicalvibrationmeasuringinstruments,canbeeasilymeasuredvibrationacceleration,velocityandotherparametersofvibration,thevibrationcanbeusedtorotateandreciprocatingmachinesreliablequantitativeevaluationofmechanicaldesignandmanufacturing,military,electricity,equipmentmanagement,transportationandenvironmentalprotectiondepartmentsofequipmentfailureandagingsignallinedetectionandmonitoring,productqualitycontrol,vibrationmeasurementandvibrationcontroltestsandotherworktoprovideagreatconvenience.Inthispaper,thecurrentdevelopmentsituationofdomesticandforeignvibrationmeasurementsystemisanalyzed,forexistingvibrationmeasurementsystemisrelativelysimple,portableinconvenient,expensiveandotherlimitations,developedasmallsize,highaccuracy,lowcost,powerful,portablevibrationanalyzer.Themeterdatacollectionusingapiezoelectricsensor,isameasureofthesurfacevibrationacceleration,velocityanddisplacement.Systempoweredbylithiumbatteries,thesystemcanguaranteethestabilityandcontinuityofthework;Forsignalconditioning,usingavoltage-controlledvoltagesourceButterworthsecondorderhigh-passfiltertoeliminatetheinterferencesignal,whileensuringthewidthofthesignalfrequency;Whenprocessingdata,theuseofhardwareandsoftwareintegrationalgorithms,andtoimprovethemeasurementaccuracywhilemaintainingarapidmeasurement.Therefore,theactualuseofportablemeasuringinstrument,equipmentinindustrialprocessescanbemademoresecure,andmorereliabletobeused,butalsotomaintainreal-timemonitoringofequipment,caneffectivelypreventequipmentdamagepotentialsafetyproblems.Keywords:VibrationPortablePiezoelectricsensordetectionmonitoringWord資料1緒論1.1課題的意義振動是指一個物理量在它的平均值附近不停地經(jīng)過極大值和極小值而往復(fù)變化。振動是工程技術(shù)和日常生活中常見的一種現(xiàn)象。比如：旋轉(zhuǎn)機械由于質(zhì)量失衡以及零部件破損在運動造成的振動；建筑受到地震或者陣風(fēng)產(chǎn)生的振動等等。實際上，任何力學(xué)系統(tǒng)，任何機械、都會產(chǎn)生機械振動。機械振動是一種普遍存在的現(xiàn)象[1]。機械振動在大多數(shù)情況下是有害的，它們會破壞機器正常工作的動載荷使機器加快失效，降低機器設(shè)備的使用壽命甚至導(dǎo)致破損，從而造成事故。同時，振動會產(chǎn)生噪聲，從心理和生理方面危害人類的健康，因而振動被列為需要控制的公害。振動測量與分析技術(shù)的主要任務(wù)就是在于幫助人類清楚地認識振動現(xiàn)象，并因此而控制振動和利用振動。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對各類機械的運轉(zhuǎn)速度、承載能力、工作壽命等方面提出了越來越高的要求，同時，人們對振動所帶來的危害的認識也越來越重視。因此，對振動測量與分析技術(shù)的研究也就越來越深入[17]。振動信號量一般是指振動位移、振動速度和振動加速度這三種量。三者之間存在確定的微分或積分關(guān)系，因此，從理論上看，只要知道其中一個信號量，便可以通過軟件計算或硬件上的積分電路和微分電路得到其他兩個運動量。振動信號量的測量，按振動信號轉(zhuǎn)換后的形式可分為三類：機械測試法，光測法和電測法。目前廣泛使用的是電測法，本論文中所設(shè)計的便攜式測振儀就是基于電測法的原理對振動信號進行測量的。振動信號分析的任務(wù)就是對所測得的信號作進一步的分析，以獲得各種工作狀態(tài)下的振動特性，從而為技術(shù)人員做出論斷提供可靠的依據(jù)。振動信號的分析可以分為時域分析，頻域分析和時頻域分析。工程實踐中，常常遇到復(fù)雜的周期和各種不規(guī)則振動，為了掌握它們包含哪些振動頻率，以及各種振動頻率的特征，從而分析振源，排除、避開或減小有害振動的影響，往往要研究振動與頻率之間的關(guān)系，也就是進行頻譜的分析。頻譜分析能夠得到各種頻率上的幅值或能量大小，反映機器設(shè)備的頻率結(jié)構(gòu)，從中可以了解機器設(shè)備各部分的工作情況，它為解決工程實踐提供了許多有用的信息，所以得到了廣泛的應(yīng)用。振動信號是機械狀態(tài)檢測和診斷的基本信息來源，是機械運行狀態(tài)信息的載體；振動信號分析是工程結(jié)構(gòu)強度分析、機械狀態(tài)檢測和故障診斷的重要手段；對于某一特定的機械部件而言，它正常工作的時候會對應(yīng)著某一近似穩(wěn)定的頻率特性，而當(dāng)機械部件發(fā)生結(jié)構(gòu)或材料上的故障時，它的頻率特性就要發(fā)生改變，這種頻率特性的改變常被用來進行故障診斷?，F(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，如電力、石化、冶金以及柔性制造等系統(tǒng),由于設(shè)備群體廣泛耦合，規(guī)模越來越大，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的聯(lián)系也日益密切，形成了具有整體關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)鏈，并不斷向高效、高速、大容量、高強度、系統(tǒng)化、自動化方向發(fā)展。與之相應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備故障頻繁停工損失及維修費用也大幅度上升。使用便攜式振動測量儀能夠有效的提高設(shè)備運行的安全性、可靠性、連續(xù)性，減少維護費用和生產(chǎn)費用。目前許多振動測試系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)場應(yīng)用的要求。同時，隨著機械設(shè)備測試診斷技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的振動測試系統(tǒng)，由于速度慢、體積大、精度不高，越來越不適應(yīng)野外檢測的需求。所以具有更加便攜式的智能化振動測試儀的發(fā)展成為一種必然。便攜式振動測試儀不同于普通的振動測試儀，它采用數(shù)字處理方法和LCD數(shù)字顯示，測量精度和測量穩(wěn)定性都比較好，而且功能強大，能測量振動物體的加速度、速度以及位移，而且體積比較小，攜帶方便，在不同的工業(yè)現(xiàn)場都能使用，成本低，可以得到廣泛的應(yīng)用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)60年代初，國外開始對旋轉(zhuǎn)機械的振動機組、故障特點、提取振動信號和處理故障診斷信號進行了研究，逐步發(fā)展了許多旋轉(zhuǎn)機械診斷故障的技術(shù)，常用的技術(shù)有波峰系數(shù)法、沖擊脈沖法等。到了70年代，有的故障診斷儀器開始進入工程實用階段，如加拿大CSI儀器公司的CSI2115、CSI2400，美國亞特蘭公司的M6000系列以及瑞典的SPM公司的SPM儀器系列。從80年代開始，國內(nèi)才開始對故障診斷技術(shù)進行研究，很多研究機構(gòu)和高等學(xué)校對旋轉(zhuǎn)機械的診斷技術(shù)和監(jiān)測做了很多實驗室研究以及故障分析，國內(nèi)有了相似的故障診斷儀器產(chǎn)品堆出，但是功能上與客戶的需求還是差距很大。如今，為了適應(yīng)實際運用中的需求，大量的測振儀被開發(fā)出來，但國內(nèi)對于便攜式振動儀這一方面與國外仍然有著不小的差距[2]。在機械測量領(lǐng)域，便攜式振動儀以體積小、便于攜帶、適用范圍廣、靈活性高、測量對象多的特點成為這個領(lǐng)域的主力。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國外出現(xiàn)了不少測量振動的產(chǎn)品，有的性能比較優(yōu)良，但是國內(nèi)的振動測量儀大多還停留在低檔產(chǎn)品階段，因此，如何研制出功能多而且價格合理的便攜式振動儀是現(xiàn)在我們解決的一個重要的問題。現(xiàn)在舉出一些振動測試系統(tǒng)存在的缺點主要表現(xiàn)在：1)目前使用的測振系統(tǒng)對傳感器信號大多采用模擬處理方法，儀器的測量精度、測量值穩(wěn)定性和測量數(shù)據(jù)的可用性比較差。2)工作模式簡單，往往只能測量某種數(shù)據(jù)或者對某種頻譜進行分析，靈活性比較差，不能滿足現(xiàn)場測試的基本要求。3)大多數(shù)的振動測量系統(tǒng)便攜性比較差，體積大，不便于在工業(yè)現(xiàn)場靈活使用。4)人機交換效果差，由于沒有強勁的多媒體硬件支持，圖像顯示顏色單調(diào)，分辨率低，單位面積信息表達量低，這個缺點大大截止了儀表的現(xiàn)場分析能力。5)上層軟件支持少，上層軟件不光要讀取測量數(shù)據(jù)，還要對數(shù)據(jù)進行管理，繪制數(shù)據(jù)的模擬變化曲線，離線分析功能。這些都是老的儀表無法提供的。6)進口振動測試系統(tǒng)價格昂貴，不利于廣泛應(yīng)用。以上幾點問題限制了振動測試系統(tǒng)在各個領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用。針對以上振動測試儀的缺點，國外和國內(nèi)幾家公司已經(jīng)研制出比較好的振動測試儀，現(xiàn)舉例如表1-1所示。隨著電子技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，包括振動測試儀在內(nèi)的儀器儀表工業(yè)正在經(jīng)歷著一場革新。通過使用新的技術(shù)和新的理論，儀器儀表正朝著便攜式方向發(fā)展。在振動測試儀這一領(lǐng)域中，通過使用數(shù)字信號處理技術(shù)和最新的芯片技術(shù)設(shè)計使功能更強大，成本更低廉，體積更小的智能便攜式儀器是振動儀發(fā)展的趨勢[3]。1.3本課題的研究內(nèi)容和預(yù)期目標(biāo)本論文設(shè)計的便攜式振動儀是由壓電式加速度傳感器獲得被測物體的振動加速度信號，通過傳感器信號電纜將加速度電壓信號送入便攜式振動儀進行處理。便攜式測振儀可完成位移、速度、加速度信號的轉(zhuǎn)換,電壓信號的放大、濾波,電壓信號的數(shù)字化,測量數(shù)據(jù)的顯示。這樣，便攜機就基本上可以完成對振動的測量及簡單的數(shù)據(jù)處理。便攜機通過通訊電纜可以和計算機進行數(shù)據(jù)通訊，將測量的數(shù)據(jù)傳入計算機進行二次處理，通過設(shè)計好的軟件進行信號分析等工作，還可將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，便于以后應(yīng)用。設(shè)計的重點就是在保證測振儀的測量精度的前提下，降低整機的功耗，控制整個設(shè)備的價格。本系統(tǒng)還提供了與PC機通信的接口，從而為設(shè)備故障診斷提供了可靠的數(shù)據(jù)源[6]。具體技術(shù)指標(biāo)如下：測量范圍：加速度，0.1～199.9m/s2；速度，0.01～19.99m/s；頻率，10Hz～10KHz；位移，0.001～1.999mm；使用環(huán)境溫度，-25～+60℃。精度：(數(shù)值的±5%)±2個字。表1-1國內(nèi)外振動儀產(chǎn)品對比廠家型號測量振幅范圍頻率范圍其他特點參考價格(元)日本理音公司VM-63便攜式測振儀位移：0.001-1.999mm速度：0.01-19.99cm/s加速度0.1-199.9m/s210Hz-10KHz1Hz-5KHz(加速度檔可選)8500VM-82振動計位移：0.001-100mm速度：0.3-10001mm/s加速度：0.02-200m/s23Hz-500Hz3Hz-1KHz3Hz-1KHzVM-63的改進型:重320克9800VA-83便攜式測振儀位移：0.03-1000mm速度：3-1000cm/s加速度：0.3-1000m/s20.1Hz-100Hz0.1Hz-10KHz0.1Hz-100KHz可存儲500組數(shù)據(jù)4500北京測振儀器廠GZ-6A位移：0.001-10mm速度：0.001-10mm/s加速度：0.01-100m/s20.3Hz-15Hz5000GZ-4B位移：0.3-1000mm速度：0.01-10mm/s加速度：0.3-50m/s210Hz-10KHz1800BZ8701位移：0.001-1.999mm速度：0.01-19.99cm/s加速度：0.1-199.9m/s210Hz-10KHz1Hz-5KHz(加速度檔可選)35002便攜式振動儀的總體方案設(shè)計本系統(tǒng)是一個便攜式振動測試系統(tǒng)，需要考慮到成本、便攜性、應(yīng)用范圍的限制，在保證測量精度的同時必須降低系統(tǒng)的功耗和保持各部分的緊湊性。系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖由圖可以看出系統(tǒng)可以簡單概括為下列模塊：1)電源管理模塊包括基準(zhǔn)電壓的提供和充電單元，設(shè)計中所用的所有元器件都采用±5V供電。2)傳感器模塊采用的是壓電式加速度傳感器把振動信號轉(zhuǎn)換成電荷信號。3)信號調(diào)理模塊包括電荷放大電路、濾波電路和積分電路（一次積分和二次積分），該模塊將傳感器轉(zhuǎn)換成的微弱的電壓信號放大，濾波，然后通過積分電路將加速度信號轉(zhuǎn)換成速度和位移，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。圖2.2信號調(diào)理模塊結(jié)構(gòu)框圖4）A/D轉(zhuǎn)換電路模塊是將電壓模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號以便讓單片機處理。5）單片機模塊是系統(tǒng)的核心，本系統(tǒng)采用的是AT89C51單片機。6）LCD顯示模塊將測量結(jié)果通過顯示屏直觀的顯示出來。3硬件設(shè)計3.1電源電路設(shè)計隨著工業(yè)規(guī)模的擴大以及適應(yīng)不同工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用，便攜式也就成了該系統(tǒng)解決的重要問題。如何設(shè)計一個高效而又輕便的電源系統(tǒng)，以降低功耗提高待機時間是值得考慮的問題。為了解決這個問題，本系統(tǒng)選擇了單節(jié)離子電池供電，鋰電池有著其他電池所不能比擬的優(yōu)點：工作電壓高、重量輕、體積小、能量高、安全快速充電、允許溫度范圍寬、放電電流小、無記憶效應(yīng)、無環(huán)境污染等等，這些決定了它在便攜式振動儀系統(tǒng)中的主流地位。鋰離子電池的主要缺點是不允許過充電和過放電。為了防止鋰離子電池過充電和過放電，單體電池或電池組都必須加裝沖、放電及過流保護電路，并且需要專用的充電器來對鋰離子電池實施最安全和最佳充電，以延長其使用壽命。一節(jié)鋰電池的電壓上限是4.2V，下限是2.2V，而設(shè)計中采用的CPU、放大等元器件的工作電壓一般都在＋5V，而且有些是采用±5V供電的。所以在DC/DC轉(zhuǎn)換方面要做的工作有了兩個方面：一個是將鋰電池通過升壓轉(zhuǎn)化成+5V電壓；二是將+5V電壓轉(zhuǎn)化成-5V電壓。在DC/DC轉(zhuǎn)換方面采用了MAXIM司生產(chǎn)的MAX1675。MAX1675具有效率、靜態(tài)電流低、超小型μMAX封裝、噪聲低等優(yōu)點?？梢暂敵?.3V、5V固電壓或2－5.5V可調(diào)電壓。輸出電壓的大小主要由反饋輸入引腳FB的不同接法定的，接電阻分壓反饋，可輸出2－5.5V可調(diào)電壓；接地為+5V輸出；接OUT為+3.3V輸出。具體電路如圖3.1所示。MAX1675包括一個低電池電壓檢測比較器，用于將檢測到的信號與內(nèi)部參電壓(1.3V)比較，并通過輸出端對電池充電進行實時控制。當(dāng)LBI的電壓低于內(nèi)部參考電壓時，LBO輸出低電平，低電池監(jiān)控的電壓閾值通過R1和R2設(shè)定，R2一般選擇低于260KΩ的數(shù)值，則R1為：(3-1)其中為充電下限，等于2.2V，VREF為1.3V。所以為了減小R3和R3上的功耗R1和R2的取值不應(yīng)當(dāng)太小，所以取R2＝200KΩ，此時R1≈136KΩ，由于鋰離子池電壓低于2.2V時,將造成永久性破壞，所以將R1的值取稍大一些為140KΩ。在將+5V電壓轉(zhuǎn)換為-5V電壓時，采用了DC/DC反相集成電路ICL7660。ICL7660時Harris公司采用CMOS工藝制造的高效率、小功耗直流電壓轉(zhuǎn)換器，可單電源轉(zhuǎn)換成對稱輸出的雙電源，它的主要特點是：1)工作范圍寬：1.5V～10.5V；2)低功耗，靜態(tài)電流小于0.5mA；3)轉(zhuǎn)出電流10mA，典型電源轉(zhuǎn)換效率為98％；4)外圍電路簡單，接2個電容即可工作。圖3.1DC/DC轉(zhuǎn)換電路圖3.2傳感器的選取傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定得規(guī)定轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。在振動測量中，把被測的振動力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)換成電學(xué)參數(shù)的裝置稱為振動測量傳感器。壓電式傳感器的壓電元件時利用壓電材料制成的，當(dāng)有一力作用在壓電材料上時，傳感器就有電荷(或電壓)輸出。壓電傳感器的工作原理是以某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)為前提的[19]。便攜式振動儀的組成根據(jù)所用傳感器的不同而有不同的形式，如：位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器等。加速度傳感器通?？梢宰龅谋人俣葌鞲衅鞯某叽缧?、重量輕，且工作頻率較寬。在測量時，不僅傳感器對試件振動特性的影響(附加質(zhì)量)小，而且所測得結(jié)果也更接近某個點，而不是某個面的振動，同時能更好的適應(yīng)振動頻率的要求。所以近年來有使用加速度傳感器代替速度傳感器的傾向[22]。在振動測量中，加速度傳感器直接受振動加速度信號，它的輸出信號與振動加速度成正比。如果再經(jīng)過一、二次積分網(wǎng)絡(luò)，還可測得振動速度和振動位移。加速度傳感器有多種結(jié)構(gòu)型式，如壓電式加速度傳感器和電容式加速度傳感器等。由于壓電式加速度傳感器有著體積小、重量輕、堅實可靠、靈敏度較高、可用頻率范圍較寬等優(yōu)點，所以它在振動測量中得到較為廣泛的應(yīng)用[8]。本設(shè)計采用的是壓電式加速度傳感器，它輸出的是電荷信號和加速度信號成正比，其輸出阻抗很大，固有頻率比較高，能夠適用于一般的機械振動的變化范圍。本設(shè)計采用YD系列壓電式傳感器YD-1[4]。壓電式加速度傳感器在振動測試領(lǐng)域中是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一，因為它具有工作頻帶寬、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、不易損壞等有點。壓電式傳感器主要利用壓電晶體受壓縮時產(chǎn)生壓電效應(yīng)，產(chǎn)生電荷量，主要結(jié)構(gòu)形式有周邊壓縮式、中心壓縮式和剪切式等，不論采用何種形式，其力學(xué)模型均可簡化為一個單自由度質(zhì)量—彈簧系統(tǒng)，如圖3.2所示。圖3.2壓電式加速度傳感器的力學(xué)模型（m-質(zhì)量、K-彈簧、C-阻尼）由于電壓傳感器采用空氣阻尼，即C很?。ㄚ呌诹悖?，當(dāng)被測頻率ω<<ωn時，我們可得到傳感器質(zhì)量塊與基座的相對位移d與振動加速度a成正比。根據(jù)壓電效應(yīng)的原理，當(dāng)晶體上收到振動作用力后，將產(chǎn)生電荷量，該電荷量Q與作用力F成正比，即：(3-2)其中：dj－壓電常數(shù)、M－敏感質(zhì)量、a－振動加速度。本文選擇的YD－1壓電傳感器的技術(shù)指標(biāo)為：1)電荷靈敏度(pC/ms-2):6～102)頻率響應(yīng)(Hz±1dB):1～10,0003)工作溫度(℃):-40～+804)最大可測加速度(ms-2):20005)安裝螺紋（mm）:M56)外形尺寸（mm）:15六方×28(mm)7)重量（g）:263.3信號調(diào)理電路設(shè)計信號調(diào)理模塊的主要作用是將壓電式加速度傳感器輸出的電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)過放大、濾波、積分，轉(zhuǎn)換成可以輸入到A/D的信號。3.3.1電荷放大電路設(shè)計振動測量儀的信號調(diào)理電路主要有電荷放大器、濾波器、積分電路組成。壓電加速度傳感器要求高輸入阻抗的電荷放大器傳感器的前置放大電路是測振儀電路中直接和傳感器連接的部分，對傳感器的輸出信號進行變換。測振儀中使用的壓電晶體加速度傳感器，輸出電荷信號，所以前置放大電路采用電荷放大器的形式，其輸出電壓正比于輸入電荷。另外還可以將高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為低內(nèi)阻的電壓源輸出，起到了阻抗變換的作用。電路原理圖如圖3.3所示。圖3.3電荷放大器電路原理圖壓電晶體加速度傳感器的工作原理是:具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)在受到外界壓力時產(chǎn)內(nèi)部電場，從而在兩個輸出極板上分別產(chǎn)生一定數(shù)量的極性相反的電荷Q，此時壓電片相當(dāng)于一個電容器，其電容值為Ca，圖中虛線部分就是壓電晶體加速度傳感器的等效電路。壓電片兩板之間輸出電壓Ua=Q/Ca，考慮到放大器A輸入阻抗中的電容Cc，連接電纜的電容Cc，則整個傳感器的等效電容C=Ca+Cc+Ci，此時傳感器之間輸出部分的實際電壓為U=C/Q。但是由于放大器輸入阻抗中的電阻Ra以及壓電晶體傳感器輸出電阻Ra不可能是無窮大的，所以將有一部分電荷通過Ri和Ra泄漏掉，導(dǎo)致壓電晶體兩塊極板之間的電壓不斷下降，這和電容放電的情況類似，極板之間的輸出電壓將以時間常數(shù)τ≈RC(R=Ri//Ra≈Ri)衰減，衰減的快慢由τ決定，一般情況下有Ra>>Ri，所以盡量增加前置放大電路的輸入電阻是壓電傳感器對前置放大器的主要技術(shù)要求之一。電荷放大器實際上是一個具有深度電容負反饋的運算放大器，由于理想的電荷放大器是純電容反饋，對于直流信號來說相當(dāng)于開環(huán)，有很大的零點漂移，所以為了穩(wěn)定工作點，應(yīng)該在反饋電容C的兩端并聯(lián)一個很大的直流反饋電阻Rf，如圖2.4所示。放大器的輸出表達式為：(3-3)因為電荷放大器的開環(huán)增益A很大，所以(1+A)gF>>g,(1+A)CF>C,則公式可以簡化為：（3-4）由此可知輸出電壓U0不但取決于輸入電荷Q、反饋電容CF，還與反饋電阻RF和工作頻率ω有關(guān)。當(dāng)工作頻率ω很低的時候,gF的影響不能夠忽略，頻率降低,gF/W增大，當(dāng)其增大到等于時，U0的幅值下降到原來的0.707。此時對應(yīng)的頻率就是電荷放大器的下限頻率，即(3-5)(3-6)當(dāng)頻率很高時，由公式(2-6)可知當(dāng)CF>>gF/jw，輸出U0與頻率gF無關(guān)，其頻率上限主要決定于運算放大器的頻率響應(yīng)和輸入電纜的影響。若電纜太長，雜散電容和導(dǎo)線電阻增加，將影響電荷放大器的高頻特性。由于便攜式測振儀的頻率測量范圍最大是10kHz，相對這個頻率而言，運算放大器的高頻響應(yīng)可以不加考慮，另外測振儀電路和傳感器的連接電纜很短，一般只有15mm左右，所以電纜對電荷放大器頻率上限的影響也可以忽略不計.綜上所述，設(shè)計電荷放大器的關(guān)鍵是運算放大器、反饋電容和反饋電阻的選擇。根據(jù)上述原則，我們選用TI公司研制的TLC27M7高精密兩路、低功耗運算放大器，雙電源供電(±5V)，輸入阻抗達1012Ω，最大輸入失調(diào)電壓0.5mV，共模抑制比91dB,噪聲電壓32nV/HZ，其輸入阻抗很高，能夠滿足電荷放大器的設(shè)計要求。另外，在反饋電容選擇上充分考慮電荷放大器的增益(增益主要由電容CF決定)和輸入端電容(包括傳感器電容、連接線電容、運放輸入阻抗電容等)，以及噪聲、零漂等因素，我們選擇反饋電容CF是0.01μF，確定反饋電容之后根據(jù)頻率響應(yīng)和阻抗匹配等因素確定反饋電阻，同時經(jīng)過多次在標(biāo)準(zhǔn)振動臺做試驗，選擇Rf=22MΩ，此時求出電荷放大器的低頻下限頻率是0.72Hz，滿足設(shè)計要求[7]。3.3.2電壓放大電路設(shè)計經(jīng)過電荷放大器輸出的電壓信號仍然很微弱(5-6mV)，為了滿足測量精度的要求，對輸出電壓需要進行高倍(100倍以上)放大后才能夠進入A/D轉(zhuǎn)換。充分利用TLC27M7運放噪聲小、精度高、共模抑制比高以及雙電源供電，增益可以很大的優(yōu)勢，以滿足抗混淆濾波和A/D采樣進行信號處理的要求。根據(jù)技術(shù)要求及市場情況，選擇模擬器件公司生產(chǎn)的AD626差分運算放大器。AD626既能用單電源供電，也能用雙電源供電，視需要和可能靈活應(yīng)用。用＋5V電源電壓工作時，運放輸出電壓為+0.03V—+4.7V，此時電路增益為10。如果外接一個電阻，就能很容易實現(xiàn)增益(10～100)的調(diào)節(jié)；如果用一個電容連到FILTER引腳和模擬地之間，就能提供低通濾波器的作用。其主要引腳圖示于表3-1所示。表3-1引腳圖引腳符號功能1,8-IN,+IN差分輸入負端和正端2ANALOGGND模擬地3-V負電源輸入端。單電源供電時，接地；雙電源供電時，接負電源6+V正電源輸入端4FILTER濾波器輸出端。該端與地之間接某一電容，就能實現(xiàn)低通濾波的功能5OUT輸出端7G=100增益選擇端。該端接地，G＝100；懸空，G＝10利用AD626能方便實現(xiàn)低通濾波器的功能，只要在濾波器引腳和地之間連接一個電容，就能進行低通濾波，其電路如圖3.4所示。將引腳7接入地之可以得到的放大倍數(shù)為100，即K=100。圖3.4AD626電路圖3.3.3積分電路設(shè)計本設(shè)計智能化振動測試儀的測量的基本參數(shù)是加速度，速度和位移，系統(tǒng)所采用的傳感器是壓電式加速度傳感器，所以必須把加速度信號轉(zhuǎn)換為速度和位移信號，加速度和速度、位移之間存在積分關(guān)系，這部分設(shè)計的目的就是設(shè)計積分電路把加速度信號轉(zhuǎn)換為速度和位移信號。1)一級積分電路設(shè)計一級積分器電路設(shè)計需要把加速度信號轉(zhuǎn)換為速度信號，電路圖如圖3.5所示。圖3.5一級積分電路圖2)二級積分電路設(shè)計二級積分器電路設(shè)計需要把速度速度信號轉(zhuǎn)換為位移信號，電路圖如圖3.6所示。圖3.6二級積分器電路3.4A/D的選取A/D轉(zhuǎn)換器是一種能把輸入模擬電壓或電流變成與它成正比的數(shù)字量，即能把被控制對象的各種模擬信息變成計算機可以識別的數(shù)字信息。A/D轉(zhuǎn)換器種類很多，但從原理上通常可分為以下四種：計數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器和并行A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計采用的是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。ADC0809是一種8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和微機直接接口。ADC0809由8路模擬開關(guān)、地址鎖存器與譯碼器、比較器、256電阻階梯、樹狀開關(guān)、逐次逼近式寄存器SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。ADC0809采用的是雙列直插式封裝，有28條引腳，其技術(shù)指標(biāo)如下：1)分辨率：8位2)轉(zhuǎn)換時間：100us3)轉(zhuǎn)換誤差/LSB：±1/2～±14)模擬輸入范圍/V：0～+5V5)工作電壓/V：單電源+5V6)基準(zhǔn)電壓(VREF)：VREF(+)≤VCC,VREF(+)≥0其外部封裝圖如圖3.7所示。圖3.7ADC0809的外部封裝圖其中各引腳功能具體如下：1)IN0-IN7(8條)為八路模擬電壓輸入線，用于輸入被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。2)地址輸入和控制(4條)ALE為地址所存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，ADDA、ADDB、ADDC三條地址線上的地址信號得以鎖存，經(jīng)譯碼后控制8路模擬開關(guān)工作。ADDA、ADDB、ADDC為地址輸入線，用于選擇IN0-IN7上的哪一路模擬電壓送給比較器進行A/D轉(zhuǎn)換。3)數(shù)字量輸出及控制線(11條)START為啟動脈沖輸入線，該線上的正脈沖由CPU送來，寬度應(yīng)大于100ns,上升沿清零SAR，下降沿啟動ADC工作。EOC為裝換金屬輸入線，改線上的高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸入鎖存器2-1-2-8為數(shù)字量輸出線，2-1為最高位。OE為輸出允許線，高電平時能使2-1-2-8引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。4)電源線及其其他(5條)CLOCK為時鐘輸入線，用于為ADC0809提供逐次比較所需640kHz使中國脈沖序列。VCC為+5V電源輸入線，GND為地線。VREF(+)和VREF(-)為參考電壓輸入線，用于給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。VREF(+)常和VCC相連，VREF(-)常接地或負電源電壓。3.5單片機的選取AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。之所以選擇該器件，是應(yīng)為它采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案[14]。其主要特性有：1)與MCS-51兼容2)4K字節(jié)可編程閃爍存儲器3)壽命:1000寫/擦循環(huán)4)數(shù)據(jù)保留時間：10年5)全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz6)片內(nèi)振蕩器和時鐘電路7)128×8位內(nèi)部RAM8)32可編程I/O線9)兩個16位定時器/計數(shù)器10)5個中斷源11)可編程串行通道12)低功耗的閑置和掉電模式其外部封裝圖如3.8所示。圖3.8AT89C51單片機外部封裝圖3.6LCD顯示和鍵盤電路設(shè)計1)LCD顯示本系統(tǒng)設(shè)計所選用的液晶顯示器件為LCD1602,其主要技術(shù)參數(shù)：①顯示容量:16×2個字符②芯片工作電壓:4.5—5.5V③工作電流:2.0mA(5.0V)④模塊最佳工作電壓:5.0V⑤字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm對于LCD的引腳功能說明，LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的15腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如下表3-2所示。表3-2LCD的引腳功能編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極2)鍵盤電路設(shè)計為了簡便硬件電路，本設(shè)計只設(shè)計了兩種按鍵來進行人機互動。①復(fù)位按鈕，用來給單片機進行復(fù)位操作，電路圖如圖3.9所示。圖3.9復(fù)位電路圖②顯示切換按鈕，是用來切換顯示加速度、速度、位移三個檢測參數(shù)，本設(shè)計中使用了兩個獨立按鍵來選擇顯示對應(yīng)通道的電壓，其中KEY1每按一下通道數(shù)就減1并在LCD1602上顯示對應(yīng)通道的電壓，KEY2每按一下通道數(shù)就加1并在LCD1602上顯示對應(yīng)通道的電壓，這樣就十分方便查看不同通道的數(shù)據(jù)。鍵盤與單片機的連接電路如圖3.10所示：圖3.10切換電路圖3.7總體電路圖圖3.10數(shù)據(jù)采集和處理模塊電路圖圖3.11A/D轉(zhuǎn)換和LCD顯示模塊電路圖4軟件設(shè)計4.1軟件開發(fā)環(huán)境KeilC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51編譯器的功能不斷增強，使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。C51已被完全集成到uVision4的集成開發(fā)環(huán)境中，這個集成開發(fā)環(huán)境包含：編譯器，匯編器，實時操作系統(tǒng)，項目管理器，調(diào)試器[10]。4.2主程序設(shè)計整個系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是將被測量的數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)中，通過數(shù)據(jù)處理把被測量的數(shù)字顯示在系統(tǒng)的顯示屏上。系統(tǒng)采用模塊化編程，將各部分功能分別實現(xiàn)，然后按自上而下的順序執(zhí)行，其中包含的功能子程序有：數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、數(shù)值顯示子程序。主程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1主程序流程圖其程序代碼為：voidmain(){ LcdInit(); TimeInit(); while(1) { AdTr(0,0,0,0);delay(5); AdTr(1,0,0,1);delay(5); AdTr(0,1,0,2);delay(5); disp(0,0,tab3); disp(1,0,tab4); keyscan(); } }4.3LCD顯示子程序LCD顯示部分軟件是根據(jù)LCD1602顯示驅(qū)動程序來編寫的,其LCD顯示部分流程圖如圖4.2所示。如圖4.2LCD流程圖其程序代碼為：/*初始化函數(shù)*/voidLcdInit(){ lcdrw=0; delay(5); lcden=0;//使能位置低電平write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); delayl(20);}/*寫命令函數(shù)*/voidwrite_com(ucharcom){ lcdrs=0; P0=com; delay(10); lcden=1; delay(10); lcden=0;}/*寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/voidwrite_data(uchardate){ lcdrs=1; P0=date; delay(10); lcden=1; delay(10); lcden=0;}voiddisp(ucharh,l,uchar*p){ write_com(0x80+h*0x40+l); while(*p!='\0') { write_data(*p); p++; }}5系統(tǒng)仿真和測試結(jié)果根據(jù)方案設(shè)計結(jié)果，進行了硬件電路在Proteus下的仿真。當(dāng)通過電位器調(diào)節(jié)AD轉(zhuǎn)換器輸入端的電壓時，模擬電壓值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)由單片機將轉(zhuǎn)換后的電壓值發(fā)送至P0口，供LCD進行顯示。仿真過程描述：通過KEIL軟件對所編程序進行編譯，生成.hex文件，在Proteus軟件中，用MCS51單片機調(diào)用.hex，即可進行硬件的仿真。該仿真包括兩部分：⑴對3路電壓進行采集，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的16進制數(shù)存于單片機的內(nèi)部存儲器中。⑵對轉(zhuǎn)換后的電壓進行顯示。將內(nèi)部存儲器中存儲的轉(zhuǎn)化后的電壓對應(yīng)的16進制數(shù)付給P0口，由LCD進行顯示。調(diào)節(jié)電位器LCD的顯示數(shù)據(jù)也會發(fā)生變化。假設(shè)a=100m/s2仿真數(shù)據(jù)如圖5.1、5.2、5.3所示。如圖5.1通道1數(shù)據(jù)采集如圖5.2通道2數(shù)據(jù)采集如圖5.3通道3數(shù)據(jù)采集6結(jié)論本文主要介紹了一種便攜式振動儀的總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及各個模塊的結(jié)構(gòu)和具體實現(xiàn)細節(jié)，該系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法，把當(dāng)今的IC技術(shù)、嵌入式技術(shù)、通訊技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和故障診斷理論結(jié)合在一起，設(shè)計并開發(fā)了一種智能化、高性能的振動測試分析儀。該儀表具有以下主要特點：1)在信號采集方面使用壓電式加速度傳感器，保證了采集數(shù)據(jù)的頻帶寬度。2)在數(shù)據(jù)處理中采用硬件積分和軟件算法相結(jié)合，提高了測量的精度的同時保證了測量的快速性。3)人機交換效果好，本系統(tǒng)提供了良好的人機交互環(huán)境，鍵盤可操作性好，LCD顯示可持續(xù)性強，上位機界面可維護性好。4)通訊采用RS232接口，極大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，并為二次開發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)。5)本振動測量系統(tǒng)便攜性比較好，體積小，便于在工業(yè)現(xiàn)場靈活使用。6)系統(tǒng)成本低廉，利于廣泛應(yīng)用。最后通過對測振儀進行仿真分析，證明該測振儀滿足各項性能指標(biāo)，設(shè)計方案是可行的。由于時間和成本的關(guān)系，文中還有許多不足和有待改進之處。目前本測振儀還不具有打印測量結(jié)果，這不利于大量的測量數(shù)據(jù)的保存。另外沒有只在硬件方面進行抗干擾方面的設(shè)計，沒有在軟件方面進行標(biāo)定，還需要大量的時間進行軟件設(shè)計和數(shù)據(jù)標(biāo)定。由于測量加速度、速度和位移時所需要完成的工作量各不相同，所需要花費的時間也不相同。所以手動切換時需要控制時間，否則顯示的并不是本次測量的真實結(jié)果，可以將采樣率適當(dāng)提高，以提高測量精度和減小紋波或者設(shè)計更加合理的人機接口。本文設(shè)計便攜式測振儀只能對振動的測試數(shù)據(jù)做簡單的處理和分析，它還不能單獨作為故障振動診斷的輔助工具。所以在后續(xù)的工作中，為配合儀器設(shè)備的開發(fā)，需要設(shè)計一套振動測試數(shù)據(jù)處理與分析軟件。致謝經(jīng)過半年的忙碌，本次畢業(yè)論文設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生，由于知識和經(jīng)驗的缺乏，難免有許多考慮不周全的地方，誠心希望老師和同學(xué)給與指導(dǎo)和修改。首先我要感謝我的導(dǎo)師魯進老師近半年來對我的指導(dǎo)和諄諄教誨。本研究是在魯進老師的全力指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、實驗方案的制定和實施到論文的修改定稿，魯老師都傾注了大量的心血和經(jīng)歷。她精益求精的工作作風(fēng)，對科學(xué)研究的執(zhí)著以及對事業(yè)的熱愛深深感染了我，這些都是我終身學(xué)習(xí)的榜樣和努力地方向！每念至此，崇高的敬意不禁油然而生，在此，我謹向?qū)煴硎疚易钪孕牡母兄x！此外，還要感謝在大學(xué)四年中幫助我的人，感謝電子信息與自動化學(xué)院測控技術(shù)與儀器的所有老師在學(xué)習(xí)上的點撥和指導(dǎo)，以及提供大量學(xué)習(xí)資源的圖書館。同時,也要感謝在論文寫作過程中，幫助過我、并且共同奮斗四年的大學(xué)同學(xué)們，能夠順利完成論文，是因為一路上有你。再次衷心地感謝所有在我論文寫作過程中給予過我?guī)椭娜藗儯x謝你們！參考文獻[1]于洋等.機械振動檢測儀器的研制[J].儀表技術(shù)與傳感器,2008,9:36-45.[2]邵根富,林燕雄.智能振動測量儀的設(shè)計[J].測控技術(shù),2007,12:22-25.[3]祝剛等.振動測試儀檢測裝置的設(shè)計[J].傳感器與儀器儀表,2007,187-188.[4]葛楊翔等.壓電雙晶片的靜動態(tài)特性分析與測量[J].壓電與聲光,2006,28(9):621-623.[5]程振宇等.便攜式振動測量系統(tǒng)的研制[J].儀表技術(shù)與傳感器,2000,5:22-24[6]張思主編.振動測試與分析技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1992;124-125.[7]鄭方，徐明星.信號處理原理[M].北京:清華大學(xué)出版社，2007.[8]單成祥,牛彥文,張春.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京:國防工業(yè)出版社，2006.[9]胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004.[10]趙景波,王勁松等.PROTEL2004電路設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.[11]孫傳友,孫曉斌,漢澤西,張欣.測控系統(tǒng)原理與設(shè)計[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2002.[12]李曉雷.機械振動基礎(chǔ)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社.2005.[13]AlbertKrohn.InexpensiveandAutomaticCalibrationforAccelerationSensors.TelecooperationOffice(TecO)Universit¨atKarlsruhe.[14]張友善等.單片微型機原理應(yīng)用與實驗[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1992.[15]紀(jì)宗南編著.8098單片微型機應(yīng)用實例[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,1994:16-45.[16]周榮華.加速度計靈敏度校準(zhǔn)方法的研究[J].汽車科技,2005,(4).[17]陳如華.振動測量系統(tǒng)的分析與探討[J].電子工程,1996(2):67-72.[18]程振宇,于華濱.便攜式振動測量系統(tǒng)的研制[J]儀器技術(shù)與傳感器,2004(4):22-24.[19]黃賢武,鄭筱霞.傳感器原理與應(yīng)用[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2005:111-122．[20]郁有文,常健,程繼紅.傳感器原理與工程應(yīng)用[M].2版.西安:西安電子科大學(xué)出版社2004:103-112．[21]黃繼昌,許巧魚,張海貴.傳感器工作原理及應(yīng)用實例[M].北京:人民郵電出版社1998:160．[22]卓敏.基于壓電加速度計的振動測量原理與應(yīng)用[J].航空精密制造技術(shù),2004．[23]陳云慶.振動測量在故障診斷中的應(yīng)用[J].上海計量測試,2005(6):31-34．[24]G.D．Micheli，R．K．Gupta，Hardware/SoftwareCo—design,IEEEProceedings，Mar1997，VOL85，No．3：349·365.[25]W．WolfADecadeofHardware/SoftwareCodesign，IEEEComputermagzine，April2003：38-43.附錄A程序設(shè)計源程序#include<reg52.h>#include<math.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/********************定義LCD1602********************************/sbitlcdrs=P3^0;//數(shù)據(jù)命令選擇位sbitlcden=P3^1;//使能位sbitlcdrw=P3^2;/********************定義ADC0808接口信息********************/sbitADA=P2^0;sbitADB=P2^1;sbitADC=P2^2;sbitEOC=P2^3;sbitCLK=P2^4;sbitSTART=P2^5;sbitOE=P2^6;/*****************鍵盤管腳定義*************/sbitkey1=P3^3;sbitkey2=P3^7; /*********************定義數(shù)據(jù)********************************/uchartab1[]={48,46,48,48,48,46,48,48,48,46,48,48,48,46,48,48}; //存放AD采集數(shù)據(jù)uchartab2[]={48,46,48,48,48,46,48,48,48,46,48,48,48,46,48,48};uchartab3[]="TONGLU:";uchartab4[]="DIANYA:";uchartab5[]="12345678";ucharnum,m=0,getdata=0;uinttemp=0;/*延時函數(shù)*/voiddelay(uchart){ ucharx,y; for(x=t;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); }voiddelayl(ucharltime){ uchari; for(i=ltime;i>0;i--) delay(255);}/*寫命令函數(shù)*/voidwrite_com(ucharcom){ lcdrs=0; P0=com; delay(10); lcden=1; delay(10); lcden=0;}/*寫數(shù)據(jù)函數(shù)*/voidwrite_data(uchardate){ lcdrs=1; P0=date; delay(10); lcden=1; delay(10); lcden=0;}voiddisp(ucharh,l,uchar*p){ write_com(0x80+h*0x40+l); while(*p!='\0') { write_data(*p); p++; }}/*初始化函數(shù)*/voidLcdInit(){ lcdrw=0; delay(5); lcden=0;//使能位置低電平write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); delayl(20);}voidTimeInit(){ TMOD=0x10;//定時器1工作于方式1,16位不重裝初值 TH1=(65536-200)/256;//定時200us(5KHz) TL1=(65536-200)%256; EA=1; ET1=1; TR1=1;}voidAdTr(bitADDA,ADDB,ADDC,ucharchannel){ START=0; OE=0; START=1; START=0;//A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖啟動選中的模擬信號開始轉(zhuǎn)換 ADA=ADDA; ADB=ADDB; ADC=ADDC; delay(5); while(EOC==0);//啟動轉(zhuǎn)換后EOC變?yōu)長,轉(zhuǎn)換結(jié)束后變?yōu)镠 OE=1; getdata=P1; temp=getdata*1.0/255*500; OE=0; if(channel<3) { tab1[4*channel]=temp/100+0x30; tab1[4*channel+2]=(temp%100)/10+0x30; tab1[4*channel+3]=(temp%100)%10+0x30; }}voidkeyscan()/*按鍵2進行減1*/{uintk;if(key1==0){ m--; } if(m<4) { write_com(0x80+0x07); write_data(tab5[m-1]); write_com(0x80+0x47); for(k=0;k<4;k++) write_data(tab1[4*(m-1)+k]); } while(key1==0);//等待按鍵釋放if(key2==0){ m++; } if(m<4) { write_com(0x80+0x07); write_data(tab5[m-1]); write_com(0x80+0x47); for(k=0;k<4;k++) write_data(tab1[4*(m-1)+k]); }while(key2==0);//等待按鍵釋放}voidmain(){ LcdInit(); TimeInit(); while(1) { AdTr(0,0,0,0);delay(5); AdTr(1,0,0,1);delay(5); AdTr(0,1,0,2);delay(5); disp(0,0,tab3); disp(1,0,tab4); keyscan(); } }voidt1(void)interrupt3using0{TH1=(65536-200)/256;TL1=(65536-200)%256;CLK=~CLK;}文獻綜述便攜式振動測量儀的應(yīng)用姓名：葉宇強學(xué)號：11007030231摘要：便攜式振動測量儀是一種便攜式機械振動測量儀器，能方便地測得振動加速度、速度等振動參數(shù)，可用來對旋轉(zhuǎn)與往復(fù)式機器的振動進行可靠的定量評價，為機械設(shè)計與制造、軍工、電力、設(shè)備管理、交通及環(huán)保部門對機器設(shè)備故障和老化信號進行在線檢測和監(jiān)測，進行產(chǎn)品質(zhì)量控制，進行振動試驗測量和振動控制等工作提供了極大的方便。因此，通過便攜式測量儀的實際運用，在工業(yè)過程中的設(shè)備可以更安全、更可靠的被使用，而且保持對設(shè)備的實時監(jiān)測，可以有效的防止設(shè)備損壞帶來的安全隱患。關(guān)鍵詞：便攜式振動測量儀檢測監(jiān)測1引言在現(xiàn)代的工業(yè)工程的生產(chǎn)過程中，當(dāng)機械部件發(fā)生結(jié)構(gòu)或材料上的故障時，它的頻率特性就要發(fā)生改變，通過便攜式振動測量儀我們能夠準(zhǔn)確的對設(shè)備的故障診斷進行修理，同時利用便攜式振動測量儀設(shè)備的實時監(jiān)測功能，我們可以在故障擴大前做出有效的預(yù)防；而且，就目前而言，各種頻譜分析儀用來做振動分析，但這些儀器一般都比較大，而且有時需要與計算機通信，這對于現(xiàn)場檢測和實時監(jiān)測極為不便，開發(fā)便攜式振動測量儀會有明顯的優(yōu)越性。便攜式振動測量儀解決了傳統(tǒng)的振動分析儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、操作不方便等缺點；又彌補了基于單片機的振動采集分析儀分析能力有限、不能夠滿足振動分析與診斷的特殊要求的不足[2]。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，如電力、石化、冶金以及柔性制造等系統(tǒng),由于設(shè)備群體廣泛耦合，規(guī)模越來越大，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的聯(lián)系也日益密切，形成了具有整體關(guān)聯(lián)的生產(chǎn)鏈，并不斷向高效、高速、大容量、高強度、系統(tǒng)化、自動化方向發(fā)展。與之相應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)備故障頻繁停工損失及維修費用也大幅度上升。使用便攜式振動測量儀能夠有效的提高設(shè)備運行的安全性、可靠性、連續(xù)性，減少維護費用和生產(chǎn)費用。振動信號是機械狀態(tài)檢測和診斷的基本信息來源，是機械運行狀態(tài)信息的載體。振動信號分析是工程結(jié)構(gòu)強度分析、機械狀態(tài)檢測和故障診斷的重要手段。對于某一特定的機械部件而言，它正常工作的時候會對應(yīng)著某一近似穩(wěn)定的頻率特性，而當(dāng)機械部件發(fā)生結(jié)構(gòu)或材料上的故障時，它的頻率特性就要發(fā)生改變，這種頻率特性的改變常被用來進行故障診斷。近年來，新的信號分析技術(shù)如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊技術(shù)、小波技術(shù)等在科學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)取得了很大的發(fā)展，這些技術(shù)都是以計算機為基礎(chǔ)的，其算法可以方便地嵌入到虛擬儀器技術(shù)中。基于虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)的振動測試系統(tǒng)具有靈活、經(jīng)濟、高效、功能強技術(shù)新等特點，它代表了未來儀器技術(shù)的發(fā)展方向。例如北京康泰電子有限公司,它是美國QUATRONIX公司在華設(shè)立的獨資公司，QUATRONIX公司總部設(shè)立在美國俄亥俄州，是專門從事測試產(chǎn)品和通訊產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)的高科技企業(yè)，北京康泰主要負責(zé)其亞洲地區(qū)的市場開拓、產(chǎn)品銷售、技術(shù)支持和售后服務(wù)[18]。該公司有幾種典型振動測試系統(tǒng)：①Q(mào)TS3500便攜振動測試系統(tǒng)：它能夠提供200kHz采樣速度，16通道動態(tài)信號測試，每通道獨立恒流源，還可以選多種接口方式：EPP并口、USB口、Ethernet口等；②VIB20088通道便攜振動測試儀：這是一款高速、高性價比的振動測試系統(tǒng)，系統(tǒng)小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、連接簡便，為現(xiàn)場測試和實驗室測試人員提供了高性能的測試解決方案；③VIB1001袖珍式測振測溫儀：該儀器精致小巧,使用方便,可通過對被測設(shè)備的振動位移、速度(烈度)、加速度、溫度等參數(shù)進行檢測來快速診斷汽輪機、風(fēng)機、泵、壓縮機、電機等旋轉(zhuǎn)機械的運行狀態(tài)，可廣泛應(yīng)用在礦山、水泥、冶金、石化、發(fā)電、機械、汽車制造等工礦企業(yè)；④ZonicBook專業(yè)振動、噪聲測試儀：這是一款擁有8通道動態(tài)信號測試，4通道轉(zhuǎn)速信號輸入，可選配各種專業(yè)振動分析軟件的系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)eZ-Analyst實時振動噪聲分析、eZ-TOMAS機械振動在線監(jiān)測、eZ-Balance機械平衡分析、eZ-NDT/RI專業(yè)無損傷檢測等功能；⑤HYPERLINK"/portable-data-acquisition