基于电容传感器厚度测量系统设计.pdf

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1、基于电容传感器厚度测量系统设计兰羽(陕西工业职业技术学院电气工程学院，陕西咸阳712000)DesignofThicknessMeasurementSystemBasedonCapacitiveSensorLANYI1(DepartmentofElectricalEngineering，ShaanxiPolytechnicInstitute，Xianyang712000，China)摘要：为了能在各种环境中实时检测材料的厚容测厚技术也是应用的一个热点]。故采用电容传度信息，设计了一种厚度测量系统。以变介电常数感器与555定时器构成的RC振荡器作为

2、信号检测电容传感器、555定时器、处理器AT89S51及液晶电路、AT89C51作为信号处理电路，来检测厚度。LCD1602构成硬件电路，采用C语言进行软件编1电容测厚原理程，将采集的材料厚度信号由处理器转换成数据，再由LCD1602显示出来。电容传感器测量厚度，主要是利用厚度不同的关键词：电容传感器；555定时器；AT89S51；材料使得电容两极板间极距改变，从而使得电容值Matlab仿真发生变化，通过测量电容值来计算分析得到被测材中图分类号：TP212料的厚度信息]。电容法测量原理如图1所示。文献标识码：A图1中采用变极距式电容传感器，由2块

3、平行的金文章编号：100l一2257(2O13)O4—0044—03属极板构成，普通均匀材料的介电常数基本保持恒Abstract：Inordertotestthethicknessinfor—定，所以当材料厚度变化时会导致电容值的变化，电mationofthematerialinvariousenvironmentsin容值使得555振荡器输出的频率变化。检测时，将time，thepaperdesignsakindofthicknessmeas—平行极板固定在待测材料两端，当通过两平行板之urementsystem．It’Shardwarecir

4、cuitusesthe间的材料厚度发生变化时，电容量发生变化。根据structureofvariabledielectricconstantcapacitance高斯定理，电容的容量C和材料厚度的关系为：sensor，555timeroscillator，processorAT89S51r、一r1、and1iquidcrystalLCD1602．It’SsoftwareusesC(一)／e。+／￡languageprogramming，convertscollectedmateria1e。为空气介电常数；￡为被测材料介电常数；Athickness

5、signalsintodatabyprocessor，then为极板正对面积。被测材料厚度变化引起电容whichisdisplayedbyLCD1602．的变化，而电容的变化导致振荡器输出信号频Keywords：capacitancesensor；555timer；率-厂发生变化，再通过信号处理，得到材料厚度的AT89S51：Matlabsimulation信息。0引言电容传感器具有稳定性好、结构简单、精度高、图1电容法测量厚度的原理响应快、线性范围宽和可在线实时测量等优点l_1]。近年来，由于电容测量技术的不断完善，其测量精度2硬件电路设计已达

6、到微米级_2]。电容测微技术作为高精度、非接2．1系统设计触式的测量手段广泛应用于科研和工业生产中，电系统结构如图2所示。其原理：材料的厚度变收稿日期：2012—10—30化引起电容C变化，由555定时器构成的RC振荡·44·《机械与电子》2O13(4)基器产生方波频率信号，把此频率信号通过接口传到再通过AT89S51内部定时／计时器TO，T1及相应AT89C51单片机上．对此频率信号进行测频，通过的软件程序设计，对振荡器送入的脉冲信号进行测软件编程，使之转换成厚度数据，最后由LCD1602频，将测得的频率信号经运算转换为被测材料的厚液晶屏显示。

7、系统主要由测量电路和控制电路组度，送LCD1602液晶显示。显示模块LCD1602第成，测量电路主要用于RC振荡产生频率信号，而控1，2脚接驱动电源；第3脚。为液晶的对比度调制电路则用于对所产生的振荡频率进行测频，数据节，通过在Vc和GND之间接一个10kt'l多圈可调电阻，中间抽头接V，可实现液晶对比度的调节；运算处理得到厚度数据送显示器。LCD1602的控制线RS，R／w，E分别接单片机的P2．5，P2．6，P2．7；其数据线DO～D7分别与AT89S51的P0．O～PO．7相连，用于传输数据l_8]。5V图2系统结构10kQ5V2．2555

8、振荡电路的设计采用555芯片构成的多谐振荡电路如图3所示。通过计算振荡器输出的频率来计算电容容量的RST变化。振荡电路输出的矩形波脉冲接