数字传感器课程设计-数字传感器应用电路设计

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1、.东北石油大学课程设计课程传感器课程设计题目数字传感器应用电路设计院系电气信息工程学院专业班级学生姓名学生学号指导教师2013年7月16日任务书课程传感器课程设计题目数字式传感器应用电路设计专业姓名学号主要内容：设计一种基于单片机AT89C51的光电编码器位置检测系统。该系统包括信号调理电路和信号采集电路。在信号调理电路设计中，包括差分信号转换、信号隔离、整型滤波、四倍频、鉴相电路设计。在信号采集电路设计中利用AT89C51单片机的计数器对脉冲个数进行采集，同时使用LCD1602芯片对计数结果进行显示，实现动态显示各组编码器的位置数据。基本要求：1、使用数字式传感器作为信号采集

2、元件，测出机床的位移数据，并显示出来；2、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原理、注明元器件选取参数、进行方案比较。主要参考资料：[1]张福学.应用传感器手册[M].北京:电子工业出版社,1988[2]黄贤武.传感器原理与应用[M].成都:电子科技大学出版社,2006[3]张福学.传感器应用及其电路精选[M].北京:电子工业出版社,1991[4]葛一楠,杨显富.基于CPLD的光电脉冲码盘信号四倍频电路设计[J].成都大学学报:2004,23(3):34-37.完成期限2013.7.12—2013.7.16指导教师专业负责人2013年7月12日传感器课

3、程设计摘要随着数字化技术的迅速发展和广泛的渗透，对信号的检测、控制和处理，必然进入数字化阶段。原来利用模拟式传感器和A/D转换器转换成数字信号，由于A/D转换器的转换精度受到参考电压精度而不可能很高，系统的总精度也将受到限制，而数字式传感器可以解决这个问题。数控机床中对精度的要求很高，所以速度位移速度检测的传感器主要是数字式传感器。针对数控机床在实际使用中对位移速度信号检测的要求，设计了一种基于单片机AT89C51的光电编码器位置检测系统。该系统包括信号调理电路和信号采集电路。在信号调理电路设计中，包括差分信号转换、信号隔离、整型滤波、四倍频、鉴相电路设计。在信号采集电路设计中

4、利用AT89C51单片机的计数器对脉冲个数进行采集，同时使用LCD1602芯片对计数结果进行显示，实现动态显示各组编码器的位置数据。优点是：原理构造简单、易于实现；分辨率高，抗干扰能力较强，可靠性较高。关键词：数字式传感器；数控机床；光电编码器；信号采集；AT89C51传感器课程设计目录一、设计要求1二、设计方案及其特点11、方案说明12、方案论证2三、增量式光电编码器工作原理3四、电路的工作原理4五、单元电路设计和器件选择61、单元电路设计62.系统需要的元器件清单9六、总结9参考文献11传感器课程设计数字传感器应用电路设计一、设计要求随着数控机车的普遍应用，在机械加工行业中

5、的地位日益突出，而数控系统的速度位移信号检测是伺服系统的重要组成部分，是保证位置控制精度的重要环节。检测信号常做为数控机车的闭环或半闭环控制的反馈环节，闭环或半闭环控制的数控机床的精度主要由检测装置的精度决定。因此设计数控机床位移速度信号调理与采集系统设计在数控机床的实际应用中不仅提高了对数控机车的速度位置信号检测精度，同时实现了对数控机车的高精度控制。而就精度方面而言，数字式传感器要由于模拟式传感器，且数字式传感器的输出信号更方便主控芯片的处理。光电编码器位置检测系统包括信号调理电路和信号采集电路。在信号调理电路设计中，包括差分信号转换、信号隔离、整型滤波、四倍频、鉴相电路设

6、计。在信号采集电路设计中利用AT89C51单片机的计数器对脉冲个数进行采集，同时使用LCD1602芯片对计数结果进行显示，实现动态显示各组编码器的位置数据。二、设计方案及其特点1、方案说明方案一：使用光栅位移传感器作为机床系统的信号采集传感器。光栅位移传感器由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示在进给驱动中，光栅尺固定在床身上，其产生的脉冲信号直

7、接反映了拖板的实际位置。（1）式中：——输出信号的直流分量；11传感器课程设计——交流信号的幅值；——光栅的相互位移量。由式（1）可知，利用光栅可以测量位移量的值。方案二：使用光电编码器作为机床系统的信号采集传感器。传感器安装在电机的尾部，通过测量电机的转角实现工作台位移的间接测量。光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。2、方案论证根据需要，方案一光栅式位移传感器是利用光栅的光学原理工作的测量反