【正文】 部健康監(jiān)測(cè)最理想的智能傳感元件之一，可以直接或間接（通過某種封裝或靈巧裝置）監(jiān)測(cè)應(yīng)變、溫度、裂縫、位移、振動(dòng)、腐蝕、應(yīng)力等物理量，部分取代傳統(tǒng)的測(cè)試手段，廣泛用于土木工程、航空航天工業(yè)、船舶工業(yè)、電力工業(yè)、石油化工、核工業(yè)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。電感式位移傳感器是把被測(cè)移量轉(zhuǎn)換為線圈的自感或互感的變化，從而實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量的一類傳感器。它具有靈敏度高、分辨力大，能測(cè)出177。,輸出信號(hào)比較大,電壓靈敏度一般每毫米可達(dá)幾百毫伏,177。25um50mm,測(cè)量精度與電容式位移傳達(dá)室感器差不多,但是它的頻率響應(yīng)較低,不宜于高頻動(dòng)態(tài)測(cè)量。電感式位移傳感器具有無滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長(zhǎng)壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量的智能控制。 這次設(shè)計(jì)主要用于電感式位移傳感器測(cè)量電路。 主要解決問題該智能電感測(cè)微儀的硬件電路主要包括電感式傳感器、正弦波振蕩器、放大器、相敏檢波器及單片機(jī)系統(tǒng)。正弦波振蕩器為電感式傳感器和相敏檢波器提供了頻率和幅值穩(wěn)定的激勵(lì)電壓，正弦波振蕩器輸出的信號(hào)加到測(cè)量頭中。工件的微小位移經(jīng)電感式傳感器的測(cè)頭帶動(dòng)兩線圈內(nèi)銜鐵移動(dòng)，使兩線圈內(nèi)的電感量發(fā)生相對(duì)的變化。當(dāng)銜鐵處于兩線圈的中間位置時(shí)，兩線圈的電感量相等，電橋平衡。當(dāng)測(cè)頭帶動(dòng)銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，若上線圈的電感量增加，下線圈的電感量則減少；若上線圈的電感量減少，下線圈的電感量則增加。交流阻抗相應(yīng)地變化，電橋失去平衡從而輸出了一個(gè)幅值與位移成正比，頻率與振蕩器頻率相同，相位與位移方向相對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)。此信號(hào)經(jīng)放大，由相敏檢波器鑒出極性，得到一個(gè)與銜鐵位移相對(duì)應(yīng)的直流電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸入到單片機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理進(jìn)行顯示。電感式傳感器測(cè)位移時(shí)，由于線圈中的電流不為零，因而銜鐵始終承受電磁吸力，會(huì)引起附加誤差，而且非線性誤差較大；另外，外界的干擾(如電源電壓頻率的變化，溫度的變化)也會(huì)使輸出產(chǎn)生誤差。所以在實(shí)際工作中常采用差動(dòng)形式，這樣既可以提高傳感器的靈敏度，又可以減小測(cè)量誤差。兩個(gè)完全相同的單個(gè)線圈的電感式傳感器共用一個(gè)活動(dòng)銜鐵就構(gòu)成了差動(dòng)式電感傳感器。采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)除了可以改善線性、提高靈敏度外，對(duì)外界影響，如溫度的變化、電源頻率的變化等也基本上可以相互抵消，銜鐵承受的電磁吸力也較小，從而減小了測(cè)量誤差。零點(diǎn)殘余電壓也是反映差動(dòng)變壓器式傳感器性能的重要指標(biāo)。理想情況是在零點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈感應(yīng)電壓大小相等方向相反，差動(dòng)輸出電壓為零實(shí)際情況是兩組次級(jí)線圈的不對(duì)稱鐵心的BH曲線的非線性，以及激勵(lì)電源存在的高次諧波等因素引起零點(diǎn)處U≠0知。其數(shù)值約為零點(diǎn)幾毫伏，有時(shí)甚至可達(dá)幾十毫伏，并且無論怎樣調(diào)節(jié)銜鐵的位置均無法消除。零點(diǎn)殘余電壓的存在，使傳感器的靈敏度降低，分辨率變差和測(cè)量誤差增大?？朔k法主要是提高次級(jí)兩繞組的對(duì)稱性(包括結(jié)構(gòu)和匝數(shù)等)，另外輸出端用相敏檢測(cè)和采用電路補(bǔ)償方法，可以減小零點(diǎn)殘余電壓影響。 電感式位移傳感器元件由靜止的螺管線圈和可在線圈上移動(dòng)的銜鐵測(cè)頭組成,其兩路引出端將輸出兩個(gè)感應(yīng)電勢(shì),這些信號(hào)經(jīng)信號(hào)檢出電路綜合后,形成在幅值及相位上隨測(cè)頭位置而變的電壓信號(hào),、濾波及整形等初步調(diào)理后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量送入微控制器。微控制器對(duì)它進(jìn)行信號(hào)處理、存儲(chǔ)以及顯示，獲得較高精度的測(cè)量結(jié)果，然后按系統(tǒng)組成態(tài)設(shè)定的輸出方式，以要求的信號(hào)形式將測(cè)量結(jié)果輸出。系統(tǒng)的整體方框圖如圖2所示測(cè)頭信號(hào)變壓器電橋正弦波發(fā)生器相敏檢波帶通放大A/D轉(zhuǎn)換顯示器單片機(jī) 圖1系統(tǒng)的整體方框圖 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介目前，8051單片機(jī)在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各種類型的語音接口，構(gòu)成具有合成語音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強(qiáng)人機(jī)對(duì)話的功能。89C51是Intel公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè)8位的微型處理器CPU；一個(gè)256K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM；四個(gè)8位并行的I/O接口P0P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。下面簡(jiǎn)單介紹下其各個(gè)部分的功能。中央處理器CPU是單片微型計(jì)算機(jī)的指揮、執(zhí)行中心，由它讀人用戶程序，并逐條執(zhí)行指令，它是由8位算術(shù)／邏輯運(yùn)算部件(簡(jiǎn)稱ALu)、定時(shí)／控制部件，若干寄存器A、B、B5w、5P以及16位程序計(jì)數(shù)器(Pc)和數(shù)據(jù)指針寄存器(DM)等主要部件組成。算術(shù)邏輯單元的硬件結(jié)構(gòu)與典型微型機(jī)相似。它具有對(duì)8位信息進(jìn)行+、x、/ 四則運(yùn)算和邏輯與、或、異或、取反、清“0”等運(yùn)算，并具有判跳、轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)傳送等功能，此外還提供存放中間結(jié)果及常用數(shù)據(jù)寄存器。控制器部件是由指令寄存器、程序計(jì)數(shù)器Pc、定時(shí)與控制電路等組成的。指令寄存器中存放指令代碼。枷執(zhí)行指令時(shí)，從程序存儲(chǔ)器中取來經(jīng)譯碼器譯碼后，根據(jù)不同指令由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，送到存儲(chǔ)器、運(yùn)算器或I／o接口電路，完成指令功能。程序計(jì)數(shù)器Pc 程序計(jì)數(shù)器Pc用來存放下一條將要執(zhí)行的指令，共16位．可對(duì)以K字節(jié)的程序存儲(chǔ)器直接尋址c指令執(zhí)行結(jié)束后，Pc計(jì)數(shù)器自動(dòng)增加，指向下一條要執(zhí)行的指令地址。 CPU功能，總的來說是以不同的方式，執(zhí)行各種指令。不同的指令其功自略異。有的指令涉及到枷各寄存器之間的關(guān)系；有的指令涉及到單片機(jī)核心電路內(nèi)部各功能部件的關(guān)系；有的則與外部器件如外部程序存儲(chǔ)器發(fā)生聯(lián)系。事實(shí)上，cRJ是通過復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能。所謂cRJ的時(shí)序是指控制器控照指今功能發(fā)出一系列在時(shí)間上有一定次序的信號(hào)，控制和啟動(dòng)一部分邏輯電路，完成某種操作。一．時(shí)序 1．時(shí)鐘電路 8051片內(nèi)設(shè)有一個(gè)由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，XTALI和XTAL2分別為振蕩電路的輸入端和輸出端。時(shí)鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。采用內(nèi)部方式時(shí)，在C1和C2引腳上接石英晶體和微調(diào)電容可以構(gòu)成振蕩器， 振蕩頻率的選擇范圍為1．2—12MHZ在使用外部時(shí)鐘時(shí)，XTAL2用來輸入外部時(shí)鐘信號(hào)，而XTALI接地。 2．時(shí)序 MGL5l單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由6個(gè)狀態(tài)(s1—s6)組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)2個(gè)接蕩周期，分為P1和P2兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為1us，每個(gè)狀態(tài)周期為1／6us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對(duì)于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí)，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，