【正文】 ...........................................................38 軟件編程 ..................................................................................................................39 初始化 ...............................................................................................................39 液晶顯示器編程 ...............................................................................................39 主程序編程 .......................................................................................................425 結(jié)論 ................................................................................................................................45參 考文獻 ..............................................................................................................................46致 謝 ..................................................................................................................................47附錄 A..................................................................................................................................481 緒論 本文的課題背景及意義21 世紀是人類全面進入信息電子化的時代，隨著人類探知領(lǐng)域和空間的拓展，使得人們需要獲得的電子信息種類日益增加，需要信息傳遞的速度加快，信息處理能力增強，因此要求與此相對應(yīng)的信息采集技術(shù)——傳感器技術(shù)必須跟上信息化發(fā)展的需要。傳感器是人類探知自然界信息的觸覺，為人們認識和控制相應(yīng)的對象提供條件和依據(jù)。作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大核心技術(shù)之一的傳感技術(shù)是 21 世紀世界各國在高新技術(shù)發(fā)展方面爭奪的一個重要領(lǐng)域。傳感器是自動測試、控制系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)之器件，其技術(shù)水平直接影響到自動化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的水平，自動化技術(shù)水平越高，對傳感器技術(shù)依賴程度越大。在信息社會中，人們?yōu)榱送苿由鐣a(chǎn)力的發(fā)展，需要用傳感器來檢測許多非電量信息，如位移、力、壓力、流量、速度、溫度、濕度以及生物量等等。不難看出，傳感器技術(shù)是涉及國民經(jīng)濟及國防科研各領(lǐng)域的重要技術(shù)。一些早已形成傳感器產(chǎn)業(yè)的發(fā)達國家在上世紀末乃至本世紀仍把傳感器技術(shù)作為重點技術(shù)加以發(fā)展。我國在上世紀八十年代后期開始對傳感器技術(shù)的發(fā)展給予充分的重視，國務(wù)院發(fā)布的信息技術(shù)政策中把傳感器列為重點發(fā)展的新技術(shù)之一，在國家的“七五” 、 “八五”、 “九五”、 “十五” 國家重點科技攻關(guān)計劃中連續(xù)八次將傳感器技術(shù)列為專項組織攻關(guān)，在高精度測量中，電感傳感器應(yīng)用廣泛。電感傳感器是很重要的一類傳感器，它作為一種位置反饋元件，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于幾乎所有自動化控制的行業(yè)與領(lǐng)域之中，對檢測和自動控制系統(tǒng)的可靠運行具有關(guān)鍵性的作用。精密的電感傳感器被用于圓柱度儀、輪廓儀、形狀測量儀等精密、超精密測量設(shè)備中?？傮w來說，目前國外的傳感器生產(chǎn)技術(shù)先進，精度水平和可靠性較高，而國內(nèi)傳感器技術(shù)水平與國外有相當大的差距。目前國產(chǎn)高精度傳感器的非線性指標已經(jīng)達到 %，已能滿足大部分需要，但對一些要求更高的場合，則無產(chǎn)品可供選擇，且測量儀的功能單一、常年未變。而且無論是光柵、容柵、還是電感調(diào)頻、電感差動變壓器式的位移傳感器測量系統(tǒng)大多擺脫不了 1 次儀表(傳感器)+2 次儀表+3 次儀表的模式，使儀器體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易受環(huán)境干擾，精度很難進一步提高，可靠性難以保證。就電感傳感器及其測量系統(tǒng)而言，國內(nèi)生產(chǎn)的電感測微系統(tǒng)還普遍存在如下問題：高精度檔位量程范圍小，分辨率不高，漂移比較大，穩(wěn)定性差且系統(tǒng)智能化程度低，不易于擴展等。所以必須研制和改進電感傳感器測量系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的性能。 課題的研究現(xiàn)狀傳感器的研究始于上世紀 30 年代，它以材料的物理、化學(xué)和生物、理化效應(yīng)為基礎(chǔ)，由物理、化學(xué)、材料科學(xué)、器件物理和工藝以及電子工程等多種學(xué)科交織發(fā)展形成，是研究非電量信息與電量間轉(zhuǎn)換的一門跨學(xué)科的邊緣技術(shù)科學(xué)。為了提高傳感器及其測量系統(tǒng)的性能，新的技術(shù)和方法不斷地被應(yīng)用于傳感器測量系統(tǒng)中，傳感器技術(shù)不斷發(fā)展。位移傳感器是將機械位移轉(zhuǎn)換為與位移量有某種函數(shù)關(guān)系電信號輸出的裝置。根據(jù)傳感元件的結(jié)構(gòu)、所使用的材料、測量原理以及轉(zhuǎn)換方式，目前常用的位移傳感器主要有：電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、感應(yīng)同步器、磁柵、光柵、激光傳感器等。上述位移傳感器各有優(yōu)缺點，適應(yīng)于不同的測量場合和技術(shù)要求。電感式傳感器因其具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、輸出功率大、輸出阻抗小、沒有觸點摩擦問題、抗干擾能力強、對工作環(huán)境要求不高、測量精度及分辨力較高、示值誤差較小以及穩(wěn)定性好等諸多優(yōu)點在精密計量和測試領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。高精度電感式位移傳感器暨電子測量儀是用于零件尺寸和形位測量與檢驗的設(shè)備，由于精度高、性能穩(wěn)定、使用方便，在國內(nèi)、外得到廣泛應(yīng)用。電感測微儀的精度現(xiàn)在可以做到很高：國外以瑞士 TESA、意大利 MARPOSS、日本東京精密為代表，測量儀的分辨力可達 ，線性測量范圍達 177。1mm，但是價格昂貴；國內(nèi)也有好幾個廠家、院校及科研單位從事電感測微系統(tǒng)的研制和開發(fā)，其中最有代表的是中原量儀。由中原量儀生產(chǎn)的 DGS6C 和 DGS6D 型數(shù)顯電感測微儀與該廠生產(chǎn)的 DGC8ZG/A 型或 DGC6PG/A 型電感式傳感器組合使用，用于機械加工中的精密測量，其性能指標如下表 11：表 11 DGS 系列電感測頭性能指標檔位 測量范圍 m?分辨率 ?示值誤差 m?第一檔 10? ??第二檔 100 第三檔 1000 1 10可見其性能指標與國外生產(chǎn)的電感測微儀比較，還存在很大的差距。目前國產(chǎn)高精度傳感器的非線性指標已經(jīng)達到 %，已能滿足大部分需要，但對一些要求更高的場合，則無產(chǎn)品可供選擇。而國內(nèi)在此方面的研究還比較落后，相同精度下的線性范圍一般僅達 ，而且測量儀的功能單一、技術(shù)水平發(fā)展慢。在超精密加工技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電感測微系統(tǒng)的精度有待于進一步提高。目前國內(nèi)生產(chǎn)的電感測微系統(tǒng)還普遍如下問題：高精度檔位量程范圍小，分辨率不高，漂移比較大，穩(wěn)定性差等。我們必須采取適當?shù)拇胧┤ソ鉀Q電感測微系統(tǒng)存在的問題，使之能在加工領(lǐng)域中得到更好的應(yīng)用。高精度電感測量系統(tǒng)包括電感傳感器測頭、二次測量電路及相應(yīng)的軟件。因此，要提高電感測量系統(tǒng)的精度可以從提高測頭精度及其測量電路精度兩方面考慮。從目前來看，電感測頭的技術(shù)水平在國內(nèi)外已經(jīng)相當成熟：在國內(nèi)最有代表性的中原量儀生產(chǎn)的 DGC 系列差動電感測頭線性度優(yōu)于177。%，示值變動性可以小至 ；國外也有許多公司和研究所研制和生產(chǎn)電感測頭，如 HF JENSEN,ENCODER，Durham Instruments 等，技術(shù)水平相當成熟，生產(chǎn)的傳感器精度高且通用性好。Durham Instruments 公司生產(chǎn)的電感傳感器對溫度變化大的工作環(huán)境很適合，工作溫度范圍可以為55℃~+120℃、非線性優(yōu)于 %。德國的米依技術(shù)測試公司生產(chǎn)的非接觸式 UP 推桿插入式電感直線位移傳感器分辨率為 %，線性度士 %。由美國 NCODER 生產(chǎn)的 LVDT 測頭的靈敏度達到 900mV/mm，溫度漂移為 %/℃，穩(wěn)定性為 24 小時內(nèi)小于 %，精確度為 %。在電感傳感器測頭的技術(shù)水平已經(jīng)比較成熟情況下，如果靠繼續(xù)提高電感測頭的精度來提高系統(tǒng)整體精度將付出很高的代價，會增加系統(tǒng)成本。而對其測量電路進行合理的設(shè)計或改進，使之與成熟的電感測頭技術(shù)相適應(yīng)則是一項低成本、高收益的措施，很適合目前國內(nèi)的超精測量技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。相對于其它的微位移測量系統(tǒng)，電感測微系統(tǒng)的測量電路比較復(fù)雜，其設(shè)計和制作的合理性對測量精度和可靠性的影響是很大的；同時，在測量系統(tǒng)中，利用控制器強大的數(shù)據(jù)運算與處理功能，合理地設(shè)計軟件，同樣可以提高測量的可靠性和抗干擾性，從而提高儀器的測量性能。而且實驗證明，即使選用性能很高的傳感測頭，其測量電路的性能跟不上，也無法提高整臺儀器的測量性能。因此近幾年來人們紛紛研究提高其精度和性能的理論和措施，使測量電路系統(tǒng)不斷地改進。為提高系統(tǒng)的整體性能，人們在發(fā)展傳感器和數(shù)字化信息采集系統(tǒng)方面開展了大量富有成果的研究工作，主要體現(xiàn)在以下二方面：一、為大力改進傳統(tǒng)傳感器的性能，采用高精度、高穩(wěn)定度的元器件以及各種校正電路，使傳感器特性得到了一定的改善；二、采用數(shù)字化儀表作為傳感器與計算機之間的接口，它將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并作相應(yīng)的預(yù)處理后再傳送給計算機。由于傳感器自身和測量電路部分不同程度地存在非線性誤差，為了提高測量系統(tǒng)的準確度，擴大其使用范圍和提高系統(tǒng)的性價比，對傳感器輸出信號或其它模擬信號進行非線性補償來減小甚至消除非線性誤差就顯得尤為重要。各種對傳感器信號進行非線性誤差補償?shù)姆椒ū惶岢鰜恚ㄓ布a償法：調(diào)節(jié)交流電橋橋臂法、連續(xù)模擬補償法、電橋非線性模擬連續(xù)補償法、傳感器特性非線性的連續(xù)模擬補償法等；軟件補償法：校正函數(shù)法、擬合法、函數(shù)分段擬合和線性插值的綜合算法等。上述方法不同程度的提高了電感測量系統(tǒng)精度，但是也存在一定的缺陷，如電路比較復(fù)雜，通用性不強等；軟件非線性補償很多算法復(fù)雜、計算量大不利于工程實際等。所以要研究展寬電感式位移傳感器線性范圍、提高測量精度的方法。另外，由于工業(yè)現(xiàn)場的噪聲、輻射干擾等對傳感器檢測精度的影響很大，傳感器的測量電路以及上位機的發(fā)熱、振動、電磁輻射等也能影響傳感器的正常工作，所以不但要設(shè)計電感傳感器精密測量系統(tǒng)，還要研制合適的外設(shè)接口電路。精度更高、速度更快、更準確、更能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境和要求，這是測量技術(shù)的發(fā)展方向。由于傳統(tǒng)傳感器測量系統(tǒng)外設(shè)接口技術(shù)不但數(shù)據(jù)傳輸速率較低，獨占中斷、I/O地址、DMA 通道等計算機系統(tǒng)關(guān)鍵資源，容易造成資源沖突問題，而且使用時繁雜的安裝配置過程也給終端用戶帶來了諸多不便；目前大部分數(shù)據(jù)采集卡采用 PCI 接口設(shè)計，雖然數(shù)據(jù)傳輸率很高，但存在整個系統(tǒng)笨重、缺乏靈活性，不適合小型、便攜設(shè)備等缺點。 課題研究方法 本次課題設(shè)計中要實現(xiàn)對電感傳感器輸出信號的調(diào)理，即對電感傳感器微弱信號的交流放大、相敏檢波、直流放大、A/D轉(zhuǎn)換并通過以 AT89S52單片機為核心控制A/D轉(zhuǎn)換和液晶顯示。同時也應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的激勵電路為電感傳感器和相敏檢波提供激勵電壓。為滿足能對不同量程和不同分辨率的信號調(diào)理要求，也應(yīng)設(shè)計相應(yīng)的量程變換電路，從完成電感傳感器接口電路設(shè)計，最終通過電感傳感器將測量位移的變化量以電壓的形式顯示在液晶顯示屏上。 本課題的主要研究內(nèi)容基于對電感傳感器測量電路的分析和初步研究，本課題將對傳統(tǒng)的電感傳感