课程设计（论文）-电涡流式位移计的设计.doc

沈阳航空航天大学课 程 设 计（论文）题目 电涡流位移计的设计班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 专业基础课程设计 B 院（系） 专业 班级 学号 姓名 课程设计题目 电涡流式位移计的设计 课程设计时间: 2012 年 7 月 9 日至 2012 年 7月 20 日课程设计的内容及要求：1. 内容设计基于单片机、电涡流传感器的位移设计，实现位移的非式实现测量和显示。键盘设定上限阈值，并能给出位移超限警提示。.技术指标（）位移测量范围：。（）显示：。（）键盘设定上限阈值。（）能给出位移超限的光报警提示。.要求（）制定设计方案，并绘制出系统工作框图。（）绘制电路原理图，并将传感器、单片机实验箱、电源等硬件正确可靠的连接。（）用单片机实验箱进行程序设计与系统调试。（）撰写一篇字到字的课设实验报告。指导教师 年 月 日负责教师 年 月 日学生签字 年 月 日目 录1总体设计方案12.硬件电路设计22.1电涡流传感器22.2放大电路32.3单片机系统32.4 A/D转换电路42.5 键盘报警52.6 LED显示电路63.软件设计73.1 A/D转换子程序设计73.2数据处理子程序设计73.3键盘子程序设计83.4报警子程序设计83.5显示子程序设计94调试分析105结论及进一步设想10参考文献10课设体会11附录1 电路原理图12附录2 程序清单13沈阳航空航天大学课程设计论文 电涡流式位移计的设计 电涡流位移计的设计刘阳 沈阳航空航天大学自动化学院摘要:本文设计了由单片机控制的电涡流位移计，由单片机、A/D转换器、键盘设置报警和LED数码显示组成，主要使用了AT89C52、ADC0804、LED主要器件，主要解决方案是利用电涡流传感器的位移特性、单片机最小系统设计一个由LED显示物体位移的位移计。此位移计具有测量精度更高，灵明度高的优点。关键字:单片机；电涡流传感器；LED数码显示。0前言位移测量在人们的生产、生活过程中起着十分重要的作用，智能位移测量仪器有着测量精度高、操作方便、测量速度快等很多优势。随着科技的发展，现代智能仪器逐渐取代了传统的机械性较强的仪器，数字化、智能化成为当今社会生产力推进的巨大力量。本设计是要把位移变量转化为电信号来实现测量的，需要通过传感器实现这一功能为单片机的测量控制提供有效的介质，本次试验采用电涡流传感器。单片机的优点是体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易。所以本设计采用单片机来作为控制中心。控制、转换、显示功能由单片机、A/D转换器、LED数码管来实现，通过键盘设置数值由LED灯指示正常工作及报警。构成了一个数据采集、处理、显示的智能化系统。1总体设计方案 针对本课题的设计任务，进行分析得到:本次设计用电涡流传感进行位移的测量，将位移量转化为模拟电信号，再用单片机学习板够成一个能显示位移量的测量仪器。该位移计的设计，在总体上大致可分为以下几个部分：位移测量部分；位移数字显示部分；设置上限阈值部分；报警部分。系统原理图如图1 单片机位移测量数值显示报警键盘图1 系统原理图整个电路的工作原理是用电涡流传感器将位移量转化为模拟电压信号，再通过LED转换器转化为数字信号，通过单片机控制送入LED数码显示，用键盘设置上限阈值，超出设定值有报警电路LED灯报警。2.硬件电路设计本设计通过单片机对A/D转换、LED显示、键盘、报警等电路控制将由电涡流测得的电信号转化为位移量显示，以达到测量位移的目的。硬件原理框图如图2所示。电涡流传感器放大电路A/D转换器单片机LED显示键盘报警图2 硬件原理框图2.1电涡流传感器电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量金属导体距探头表面距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。在高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。电涡流传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。电涡流传感器原理图如图3所示图3 电涡流传感器2.2放大电路由于电涡流传感器测得的电压信号小，所以用放大器放大，采用仪表放大器，电路图如3所示该电路中U1和U2两个运算放大器及其附属电路构成了差动放大电路，此电路有较强的共模抑制比，输入电阻较高。图中放大电路放大倍数Au=-R3/R4(1+2R1/R7)，其中调节R7阻值可以改变放大倍数。如图4 图4 放大电路2.3单片机系统单片机（single-chip microcomputer）是一块集成芯片，但不是一块实现某一个逻辑功能的芯片，而是在这块芯片当中，集成了一个计算机系统。如中央处理器（CPU）、存储器（ROM,RAM）、I/O接口、定时器/计数器、中断系统等。中央处理器是单片机的核心单元，他由运算器和控制器组成，他的主要功能是实现算术运算、逻辑运算、和控制。 51系列是基本型，包括8051、8751、8031、8951.这四个机种区别，仅在于片内程序储存器。8051为4KB ROM，8751为4KB EPROM，8031片内无程序储存器，8951为4KBEPROM。其他性能结构一样，有片内128B RAM，2个16位定时器/计数器，5个中断源。其中，8031性价比较高，又易于开发，目前应用面广泛。 本系统采用CPU为89C52的单片微机，89C52本身带有8K的内存储器，可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上，比以往惯用8031CPU外加EPROM为核心的单片机系统在硬件上具有更加简单、方便等优点，而且完全兼容MCS 51系列单片机的所有功能。 下面介绍89C52的主要管脚功能如下：VCC（40）：电源+5V；VSS（20）：接地；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶体振荡器；P0口（32-39）：双向I/O口，既可作低8 位既可作低8 位地址和8位数据总线使用，也可作普通I/O口；P1口（1-8）：准双向通用I/O口；P2口（21-28）：既可作高8位地址总线，也可作普通I/O口；P3口（10-17）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定义的第二功能操作；RST（9）：复位信号输入端；ALE/PROG：地址锁存信号输出端；PSEN：内部和外部程序存储器选择线。如图3所示 图5 89C52单片机2.4 A/D转换电路本设计采用ADC0804芯片，ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。WR：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当CS、WR同时为低电平时，启动转换。如图5 图6 A/D转换电路2.5 键盘报警键盘按键采用独立式按键。当按键被按下或释放时，按键触电的弹性会产生一种抖动现象。当按键按下时，触点不会迅速可靠地接通；当按键释放时，触电也不会立即断开，而是要经过一段时间的抖动才能稳定下来。而本次设计采用软件延时法来消除键抖动现象。如图6，为独立式按键T0口所接S2，S2用来设置报警上限值。S4接ADC0804 WR接口，当键按下时WR为低电平启动A/D转换。超过上限值P2.0口为低电平LED灯亮报警。图7 键盘报警电路2.6 LED显示电路显示设计采用七段数码管显示，本电路数码管为共阴极接法。两个74HC 573数字锁存器分别对数码管的段选码、位选码锁存，由LED接口控制。单片机P2.6接口控制段选，P 2.7接口控制位选。显示电路如图7所示。图8显示电路3.软件设计在智能仪器设计中硬件与软件是紧密结合起来的，软件的设计减少了硬件设备的使用，传统仪器的许多硬件设备已经被软件所取代，使现代仪器更加智能化。在本设计中软件起着决定性的作用，下面为本次课设各部分软件设计。总设计图如图8所示开始设置阈值启动A/D转换数据采集数据处理数据显示超过上线阈值？ N Y报警图9主程序流程图 第8页3.1 A/D转换子程序设计电涡流传感器测得的电压信号送到A/D转换器并将转换值经过计算送显示。如图10所示启动A/D转换转换数据处理送入LED显示返回开始如图10 A/D转换子程序设计3.2数据处理子程序设计数据处理程序是把由A/D转换器得到的数经过计算处理得到位移值送入LED 显示。如图11所示开始将计算值保存返回A/D转换值转化为十进制乘以10在除以51图11数据处理流程图3.3键盘子程序设计键盘报警程序由键盘程序（如图12所示）和报警程序（如图13），通过按键设置上限阈值，当测量值超过设定值启动报警程序报警。开始有按下键？ N Y判断键值键值处理返回图2键程序流程图3.4报警子程序设计判断测量值是否超过上限阈值，超过阈值使LED灯发光报警。程序流程图如图13图13报警程序流程图3.5显示子程序设计显示程序是将测量值在LED上显示出来，如图14所示开始显示返回单片机控制段选单片机控制位选图14显示程序设计4调试分析本课程设计在软件、硬件调试方面都出现过问题。 （1）在软件方面由于按键抖动是键盘显示不稳定通过加入延时消抖程序解决了此问题（2）。在硬件方面测量值无变化，通过调节电位器解决了此问题。 5结论及进一步设想本课设通过电涡流传感器来测量非接触式位移，以单片机为核心控制A/D转换器将电涡流传感器测得的电压信号送入LED数码管显示，用独立按键设置上限阈值，通过LED灯点亮报警。由于设计分成了多个模块软件程序编写较多，需要合理安排子程序的调用。本设计可进一步拓展，可以语音识别报警，用遥控器远程控制仪器工作设定上限阈值，将设计进一步智能化。参考文献 严钟豪，王明时.非电量点测技术.北京：机械工业出版社，1983 吴永生，方可人热工测量及仪表北京：电力工业出版社， 樊尚春.传感器技术及应用.北京：北京航空航天大学出版社，2004 郁有文.传感器原理及工程应用.西安：西安电子科技大学出版社，2000 张毅刚. MCS51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997 .单片机软件设计技术.重庆：科学文献出版社重庆分社，1989 课设体会本课设通过对单片机的开发，实现了电涡流传感器非接触式的位移测量，并通过LED数码管显示，使我们对硬件电路的工作原理更加深入了解，对智能化集成电路有了新的认识，同时在软件编写方面使我们对各个模块程序的编写，以及函数的调用进一步加强，对KEIL C编程软件，PROTUES电路仿真软件的使用能力有所提高。在以后的课设中还应该加强动手操作能力。程设计是理论知识与实践完美的结合，对于现代大学生的实践能力是个很好的培养。 2012年7月17日完成附录1 电路原理图附录2 程序清单#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit dula=P26;/段选sbit wela=P27;/位选sbit wr=P36;sbit rd=P37;sbit key1=P34;sbit key3=P36;sbit LED1=P20;uint a,b,shu,num,nums;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;void delay(uint z);void keyscanjia(void);void display(uint s,uint d); void main() /主函数uint f,s,d,shu,shus;keyscanjia();wela=1;P0=0x7f;/片选wela=0;while(1)wr=1;delay(5);_nop_();wr=0;/启动A/Ddelay(5);_nop_();wr=1; for(f=10;f0;f-)display(s,d);rd=1;delay(5); _nop_();rd=0;/读取数据delay(5);_nop_(); shu=P1;rd=1;if(shu=0)shu=shu*10; shus=shu/51;if(shusnum)LED1=0;/报警 dula=1;P0=0x00;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0x7f;wela=0;delay(5); s=shus/10;/十位数 d=shus%10;/个位数display(s,d);void delay(uint z)uint i,j;for(i=z;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void display(uint a,uint b)dula=1;P0=tabl