智能仪器课程设计.doc

. 目录 1. 硬件系统设计……………………………………………………… 2 电感传感器设计…………………………………………………… 2 转换电路设计……………………………………………………… 3 正弦激励电路设计………………………………………………… 3 相敏检波电路设计………………………………………………… 4 低通滤波器设计…………………………………………………… 4 单片机设计………………………………………………………… 5 程控放大电路设计………………………………………………… 7 数模转换电路设计………………………………………………… 8 LCD 显示电路设计………………………………………………… 9 2. 软件系统设计……………………………………………………… 10 系统设计流程图………………………………………………… 10 AD574 全 12 位转换子程序……………………………………… 11 AT89C51 与 AD 转换器连接程序………………………………… 15 LCD1602 源程序…………………………………………………… 16 3. 改进意见……………………………………………………………… 17 4. 心得体会……………………………………………………………… 17 5. 参考文献……………………………………………………………… 18 . 1. 硬件系统设计 电感传感器设计图 1-1 轴向式电感传感器结构图电感器的选择: 电感传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置,可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等各种物理量。电感传感器的核心部分是可变自感或可变互感,在被测量转换成线圈自感或互感的变化时,一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象,这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。电感传感器具有以下优点:结构简单可靠,输出功率大,抗干扰能力强, 对工作环境要求不高,分辨力较高,示值误差一般为示值范围的 %-% ,稳定性好。它的缺点是频率响应低,不宜用于快速动态测量。一般来说,电感式传感器的分辨力和示值误差与示值范围有关。示值范围大时,分辨力与示值精度将相应降低。传感器测头检测到被测物体的位移,通过测杆带动衔铁产生移动,从而使线圈的自感或互感系数发生变化。自感或互感信号再通过引线介入测量电路进行测量。电感传感器本身是互感系数可变的变压器,当一次测线圈接入激励电源后,二次线圈就将感应产生的电压输出。互感变化时,输出电压将作相应的变化。设计要求测量范围± 1mm/ ± , 综合测量误差小于 1μ m/ μm。所以采用传感器 DGC-8ZG/D ,该传感器的测量范围为± ,总行程 3mm ,线性误差± % ,重复性误差 μ m, 测力 - ,为基本型。电感量变化的表达式为式( 1) 式( 1 )中:h,R,r,u 0 均为与线圈和磁芯几何、物理参数有关的常数;t 0 为磁芯在线圈内初始伸入深度;L 0 为初始电感量。由式可( 1 )见, . 线圈电感量的变化ΔL 正比于测杆位移量的变化量Δt, 也就正比于被测部件位置的变化量。 转换电路设计图 1-2 转换电路为了对传感器给出的电感信号进行放大、处理和显示, 需将电感量的变化Δ L 转换为电压信号。该测量仪采用交流测量电桥完成这一任务, 其原理如图所示。电桥的两臂Z 1和Z 2 为电感传感器中两个线圈的阻抗( 线圈电感L与电阻 r 的等效阻抗), 另外两臂为电源变压器次级线圈的两半绕组( 每半绕组的电势为 u)。当电感传感器的铁芯处于中间位置时, 两线圈的阻抗相等, 即Z 1 =Z 2,则 Usc=0 , 电桥处于平衡状态, 无输出电压。当测杆上升时, 上线圈阻抗增加,即 Z1=Z+ ΔZ, 下线圈阻抗减少,即Z 2 =Z- ΔZ, 则有 Usc=( Δ Z/Z)u ,当测杆下降同样位移时, 上述变化相反,有 Usc=-( Δ Z/Z)u 。 正弦激励电路的设计图 1-3 100KHz 正弦振荡电路传感器精度要求激励源必须非常的稳定, 不能随负载和温度变化。因此采用有源晶振提供稳定的激励信号, 设计电压反馈稳幅环节保持激励信号的幅值稳定。 100KHz 正弦激励, 降低电极阻抗, 高检测电路频响和提高精度。. 晶振 X1 输出 100KHz 方波信号, 解成傅里叶级数为: 相敏检波电路设计图 1-4 相敏检波电路电路如图所示。 VD1 、 VD2 、 VD3 、 VD4 为四个性能相同的二极管, 以同一方向串联成一个闭合回路, 形成环形