【正文】 進行存儲、運算、邏輯判斷及自動化操作等功能，有一定智能作用的儀器就是智能儀器。（5） 智能儀器的基本結構[8]框圖如圖13所示。（3）提出改進容柵傳感器柵極測量的精確度方法。（2）掌握對采集信號進行放大、調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相的處理方法?？蓞⒄諗?shù)顯程序編寫。（3）柵極移動過程中信號辨向的處理方法。從而實現(xiàn)高精度測量。對輸出的兩路信號通過電路進行比較分析，就可實現(xiàn)辨向。但由于作者的研究水平有限，還有很多的不足之處，希望讀者諒解，同時也中肯批評指正。下面就主要介紹如何提出容柵位移傳感器測量方案以及各個部分原理的設計進行詳細闡述。于是根據(jù)其計算公式知道，Ξ、s、d參量可以導致電容值發(fā)生變化。 (24) 當極板之間發(fā)生相對移動△a時，傳感器的電容為 C=Ξ（a△a）*L/ d (25)于是可求得 △C= C0 C=Ξ△a*L/ d (26)其靈敏度為 △C/△a=Ξ*L/ d (27)所以由上述可得電容式位移傳感器靈敏度為常數(shù)，線性度[10]良好。能夠引起細微變化的寬度為a的極板設置為動極板，寬度為b的極板設置為定極板如圖22所示。由于電容是需要高頻交流信號激勵才能夠工作，故我們在此就以正弦信號作為激勵信號。而數(shù)字信號就克服了模擬信號的弱電。通過信號的輸出形式不難發(fā)現(xiàn)，信號雖然幅值在發(fā)生變化，但是其頻率和激勵信號的頻率沒有發(fā)生變化。然而信號的計數(shù)就需要涉及尖脈沖[12]或者上升沿下降沿觸發(fā)計數(shù)。 容柵位移傳感器測量系統(tǒng)的總體設計方案：容柵結構、信號的數(shù)字化處理。于是需要將微弱的信號經(jīng)過合適的儀用放大器放大后利于后面的信號處理。于是需要將放大的信號進行方波整形和微分最終得到便于識別方向性的尖脈沖信號。圖25結構設計框圖 容柵位移傳感器測量系統(tǒng)各單元原理設計容柵數(shù)顯卡尺動尺和定尺的結構和安裝示意圖如圖所示。由于本設計是微位移測量方法的研究，只要能夠清晰的反應微量位移的信號變化情況，就達到了測量的目的。于是為了提供較為穩(wěn)定的測量信號，需要給極板加以穩(wěn)定的正弦激勵信號,其波形圖如圖3所示。其輸出情況為下圖28所示。 (211)U——柵極板電壓；Q——柵極板電量；C——柵極板電容量；S——柵極板正對面積；d——定柵和動柵的間距；V——測量移動速度；L——動柵極板長度； 于是容柵位移傳感器輸出的電信號就與移動速度成反比例函數(shù)。 在我們所學的知識中，能夠易于測量頻率，只需將信號轉換成便于計數(shù)的信號。圖29整形后的方波波形由檢測到的信號為如上圖29所示，為了得到測量所需的數(shù)據(jù)，就需要對采集的信號采取一定的整形措施。其中各通道的輸出信號分別代表柵極板4的變化情況。以通道1和通道2的信號作為參照標準。M通道1脈沖計數(shù)值。A與門電路1輸出端脈沖計數(shù)值。K單位周期內(nèi)尖脈沖個數(shù)。K值通過頻率調(diào)節(jié)，使之在200HZ以上即可。當靜止時，動柵極板相對于定柵極板不動。但是此信號的頻率沒有發(fā)生根本性的改變，于是可以通過頻率間接轉化位移量。于是我們根據(jù)上面 推到的公式 X(x)=（M+(NA)+(PB)+(QC)）*W/K (213)不難發(fā)現(xiàn)，單位脈沖位移當量△S=W/K。為了便于設計簡單易操作，我們在信號處理中引出四路信號，于是動柵極板間距D=W/。3容柵位移傳感器測量系統(tǒng)硬件電路設計任何一種測量系統(tǒng)，無論是如何的簡單，都有其基本的結構框架。 測量系統(tǒng)硬件電路總體設計方案由于整個測量過程中都貫穿著弱電信號。通過前面章節(jié)的討論，知道脈沖信號才是我們最終需要的理想信號。 圖31硬件電路總體設計框圖智能化儀器都是借助微處理器為中心的。 微處理器的選擇——LPC2138在測量系統(tǒng)的設計里面需要滿足測量過程反應的快速性、穩(wěn)定性，同時從小型化、低功耗、低成本和保證元件的功能使用最大化考慮。本帶有512KB的嵌入的高速Flash存儲器。由于LPC2138較小的封裝和極低的功耗，多個32位定時器，4路10位ADC或8路10位ADC，PWM通道和46個JPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷。每個位都有獨立的方向控制。19OOTxD0－UART0 的發(fā)送器輸出PWM1－脈寬調(diào)制器輸出121 IOIRxD0－UART0 的接收器輸入PWM3－脈寬調(diào)制器輸出3EINT0－外部中斷0 輸入22 I/OISCL0－I2C0 時鐘輸入/輸出。29 I/OOIMISO0－SPI0 主機輸入/從機輸出，從機到主機的數(shù)據(jù)傳輸－定時器0 匹配輸出1－A/D 轉換器0 輸入7。31IOISSEL0－SPI0 從機選擇，選擇SPI 接口用作從機。該模擬輸入總是連接到相應的管腳。39OOIDTR1－UART1 的數(shù)據(jù)終端就緒輸出－定時器1 匹配輸出1－A/D 轉換器1 輸入4。該模擬輸入總是連接到相應的管腳。－定時器1 捕獲輸入32IIO－A/D 轉換器1 輸入7。該模擬輸入總是連接到相應的管腳。帶遲滯的TTL 電平，管腳可承受5V 電壓。RTXC25ORTC 振蕩電路的輸出。VDD23,43 51I 電源：內(nèi)核和I/O 口的電源電壓。該管腳的電平用作A/D 和D/A 轉換器的參考電壓。據(jù)相關資料顯示說明[ ]，微處理器內(nèi)部電路只允許提供的振蕩頻率范圍在1K~30MHZ之間。對于我們所設計的測量系統(tǒng)，通常會對物體的測量完畢之后動柵極板需要歸零位，但是由于系統(tǒng)誤差的原因，可能顯示數(shù)據(jù)與動柵極板的零點不對應，于是，需要外接強制復位電路對數(shù)據(jù)進行校準歸零。我們在測量實物的時候，經(jīng)常性的帶動動柵極板運動并且移動速度不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生測量過程中輸出信號的波動，使得整個信號處理系統(tǒng)極為不穩(wěn)定，于是SP708S芯片屬于微控制器監(jiān)控器件，可有效的監(jiān)測處理系統(tǒng)和供電功能，從而提高系統(tǒng)的可靠性。提供電源的管腳連接LPC2138芯片的VDD2451引腳。C范圍之內(nèi)，存儲溫度在20176。LM032L芯片與LPC2138芯片的顯示電路連接如圖37所示。在測量過程中，需要解決的重大問題就是位移的辨向。 放大整形電路模塊設計由于采集到的信號極為微弱，因此需要采用放大電路對其信號進行放大處理。.放大器引起的電壓漂移值小。于是我們在放大電路中采用AD620集成芯片作為放大器。圖38 放大信號波形由于容柵傳感器直接采集的電壓信號一般在mV級，我們在測量過程中盡量以V級讀取，所以需要對信號的放大的倍數(shù)一般在1000倍以上。 R4= R6=1KΩ。LM339在電壓比較器芯片中具有一定代表性。（6）差動輸入電壓范圍很大，甚至能等于vcc；所以選擇LM339芯片作為過零比較器處理信號。在此電路中，由于最后需要的信號為尖脈沖。圖313 處理后的脈沖信號 辨向電路模塊設計由上所述可知向左移時，U1//信號從一開始就是高電平，而U/信號開始為為底電平，通過或門電路Y1，可使U1//信號通過，從而觸發(fā)加減控制觸發(fā)器使之置“1”，實現(xiàn)加計數(shù)。（74LS192芯片簡介見附錄1《74LS192》，74HC74芯片簡介見附錄2《74HC74》）。 本章小結硬件電路是整個設計的重要組成部分。總體來講，基本滿足設計任務要求。 系統(tǒng)開發(fā)平臺簡介 Proteus 本系統(tǒng)設計將采用Proteus ++ 作為開發(fā)工具，其中系統(tǒng)硬件設計部分將使用Proteus 。圖41 Proteus開發(fā)界面Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設計。 VC++VC++ 年推出的一個基于Windows系統(tǒng)平臺、可視化的集成開發(fā)環(huán)境，它的源程序按C++語言的要求編寫，并加入了微軟提供的功能強大的MFC(Microsoft Foundation Class)類庫。因此，使用VC++提供的高度可視化的應用程序開發(fā)工具和MFC類庫，可使應用程序開發(fā)變得簡單。當測量開始移動動柵極板時，系統(tǒng)軟件開始掃描對計數(shù)值進行相應的顯示驅動。 // 讀取當前B1控制值 if( (iamp。M define Qdefine A define Wdefine Kdefine X(x)int main(void){ X(x)=（M+(NA)+(PB)+(QC)）*W/K；} //位移運算 LCD子程序設計（1）LCD寫入指令程序write_1602date(uchar date){ rs=1。 //延時使數(shù)據(jù)穩(wěn)定 en=1。 //數(shù)據(jù)/指令選擇置為數(shù)據(jù) rw=0。 //en置高電平，為下降沿做準備 delay(1)。 //開顯示不顯示光標 write_1602(0x06)。尤其是程序的設計，除了運用VC++，我們還可以借助CodeWarrior for ARM Developer Suite軟件和Keil軟件進行相應的編譯。制作實物所需元器件如表51。單元電路供電電源的退耦現(xiàn)象處理：從直流電源引入的電壓到電路板需要進行退耦處理。直流電源引入電路板的線長度尺寸需較短為好，并以雙絞線形式引入。同時在制作的過程中，能夠鍛煉我們一種電路板的整體布局思維。經(jīng)過多次的反復思考與分析，對電路的工作原理及微量位移測量功能更為深刻，同時提高了整體設計能力與及對電路的分析能力。就放大電路而言，由于在整個設計過程中，涉及的都是弱電信號的處理，因此在處理中需要采用非線性較好，溫漂小，電壓漂移值小。其中微分電路的設計原理可參看光柵位移傳感器的微分電路部分。在軟件設計方面，采用通用的數(shù)字顯示程序功能。致謝通過此次畢業(yè)設計的親身系統(tǒng)設計與動手制作，使我的理論知識體系和實踐能力得到充分融合，受益匪淺，體會致深！作為一名工科學生，具備良好的專業(yè)素養(yǎng)是重要的生存技能。為此，本次的畢業(yè)設計除了對自身專業(yè)知識的檢驗以外，同時也是對我們以后從事相關工作的一次經(jīng)驗的積累。一旦出現(xiàn)問題不能解決的，需及時向指導老師虛心請教。時間是證明思想的很好標準。以上是我在老師的指導過程中的一些學習心得和感悟。 最后感謝母?！貞c理工大學對我的大力栽培。CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。74ls192引腳圖74ls192功能表：附錄2《74HC74》54/74HC74 雙上升沿D觸發(fā)器（有預置、清除端） 簡要說明：74 為帶預置和清除端的兩組D 型觸發(fā)器，共有54/74754/74H754/74S754/74LS74 四種線路結構形式，其主要電特性的典型值如下： 型 號fmax PD 5474/7474 25MHz 85mW 54H74/74H74 43 MHz 150mW 54S74/74S74 110 MHz 150mW 54LS74/74LS74 33 MHz 20mW 引出端符號 ：1CP、2CP 時鐘輸入端；1D、2D 數(shù)據(jù)輸入端；1Q、2Q、2輸出端CLRCLR2 直接復位端（低電平有效）；PRPR2 直接置位端（低電平有效） 邏輯圖：功能表：附錄3《LM023L》LM032L基本參數(shù)：2行X 20個字符+5V的單輸入電源供電顯示顏色：LM032L 灰色 LM032LXMBL 淺灰色機械數(shù)據(jù) 模塊大?。? 116W X 39H(最大) X (最大) 毫米 有效的顯示區(qū)域 83W X 字體大?。?X7的點陣） X 毫米字符間距 毫米 孔徑大?。? X 重量。C電氣特性條件：Ta=25176。C Ta==50176。 0x00001000 //define LCD_BUSY 0x00000080void Delayms(uint32 count){icount。LCD_BUSY)!=0)。IO0CLR=LCD_E。//清零數(shù)據(jù)位D0D7//LCD使能 }void LCD_WriteData(uint8 dat){ LCD_WriteCommand(x|0x80,0)。}void LCD_PrintString(uint8 *lcd_string)//輸出一個字符串到LCD{uint8 i=0。 i++。uint8 Text2[]=LCD_Init()。 因此傳感器正向著微型化、高精度、高可靠性、低功耗、智能化、數(shù)字化方