智能仪器课程设计

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1、 1 目录目录 1.硬件系统设计 2 1.1 电感传感器设计 2 1.2 转换电路设计 3 1.3 正弦激励电路设计 3 1.4 相敏检波电路设计 4 1.5 低通滤波器设计 4 1.6 单片机设计 5 1.7 程控放大电路设计 7 1.8 数模转换电路设计 8 1.9 LCD 显示电路设计 9 2.软件系统设计 10 2.1 系统设计流程图 10 2.2 AD574 全 12 位转换子程序 11 2.3 AT89C51 与 AD 转换器连接程序 15 2.4 LCD1602 源程序 16 3.改进意见 17 4.心得体会 17 5.参考文献 18 2 1. 1. 硬件系统设计硬件系统设计 1

2、.1 1.1 电感传感器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 0.1%-0.5%，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

3、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/0.1mm，综合测量误差小于 1m/0.1m。所以 采用传感器 DGC-8ZG/D，该传感器的测量范围为1.1mm，总行程 3mm，线 性误差0.5%，重复性误差 0.03m,测力 0.45-0

4、.65N，为基本型。 电感量变化的表达式为 式（1） 式（1）中: h , R , r , u0 均为与线圈和磁芯几何、物理参数有关的常 数; t0 为磁芯在线圈内初始伸入深度; L0 为初始电感量。由式可（1）见, 3 线圈电感量的变化L 正比于测杆位移量的变化量t ,也就正比于被测 部件位置的变化量。 1.2 1.2 转换电路设计转换电路设计 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 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Z1 和Z2 为电感传感器中两个线圈的阻抗(线圈电感L 与 电阻 r

5、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 Z1=Z2 ,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+Z ,下线圈阻抗减少,即 Z2=Z-Z ,则有 Usc=( Z/Z)u，当测杆下降同样位移时,上述变化相反,有 Usc=-(Z/Z)u。 1.31.3 正弦激励电路的设计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。 4 晶振 X1 输出 100KHz 方波信号,解成傅里叶级数为: 1.4 1.4 相敏检波电路设计相敏检波电路设计 图 1-4 相敏检波电路 电