智能仪器课程设计.doc

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1、目录1.硬件系统设计………………………………………………………21.1电感传感器设计……………………………………………………21.2转换电路设计………………………………………………………31.3正弦激励电路设计…………………………………………………31.4相敏检波电路设计…………………………………………………41.5低通滤波器设计……………………………………………………41.6单片机设计…………………………………………………………51.7程控放大电路设计…………………………………………………71.8数模转换电路设计………

2、…………………………………………81.9LCD显示电路设计…………………………………………………92.软件系统设计………………………………………………………102.1系统设计流程图…………………………………………………102.2AD574全12位转换子程序………………………………………112.3AT89C51与AD转换器连接程序…………………………………152.4LCD1602源程序……………………………………………………163.改进意见………………………………………………………………174.心得体会…………………………

3、……………………………………175.参考文献………………………………………………………………181.硬件系统设计1.1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，

4、对工作环境要求不高，分辨力较高，示值误差一般为示值围的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。一般来说，电感式传感器的分辨力和示值误差与示值围有关。示值围大时，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。设计要求测量围±1mm/±0.

5、1mm，综合测量误差小于1μm/0.1μm。所以采用传感器DGC-8ZG/D，该传感器的测量围为±1.1mm，总行程3mm，线性误差±0.5%，重复性误差0.03μm,测力0.45-0.65N，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为磁芯在线圈初始伸入深度;L0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。1.2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

6、示,需将电感量的变化ΔL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+ΔZ,下线圈阻抗减少,即Z2=Z-ΔZ,则有Usc=(ΔZ/Z)u，当测杆下降同样位移时,上述变化相反,有Usc=-(ΔZ/Z)u。1.

7、3正弦激励电路的设计图1-3100KHz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:1.4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,形成环形电桥。输入信号u2(差动变压器式传感器输出的调幅波电压)通过变压器T1加到

8、环形电桥的一个对角线。参考信号u0通过变压器T2加入环形电桥的另一个对角线。输出信号uL从变压器T1与T2的中心抽头引出。平衡电阻R起限流作用,避免二极管导通时变压器T2的次级电流过大。RL为负载电阻。u0的幅值要远大于输入信号u2的幅值,以便有效控制四个二极管的导通状态,且u0和差动变压器式传感器激磁电压u1由同一