【正文】 31 0 0 kC31uFC2 1uF+ 5VP D 3 I N T 1懸空為高電平P D 7 25 0 k H zP B 1 信號輸入R51 0 0 KC50 . 1 u FG N D 圖 312 ICL7135 的 外部電路連接 圖 The circuit diagram of ICL7135 19 基 準 電 壓 反 積 分 （ 1 ～ 2 0 0 0 1 T ）模 擬 輸 入 積 分（ 固 定 1 0 0 0 0 T ）回 零 和 自 動 調 零 階 段（ 3 0 0 0 1 T ～ 1 0 0 0 1 T ）I N TB U S Y總 的 轉 換 時 間 是 : 4 0 0 0 2 T （其中 T為時鐘周期） 圖 313典型積分器（ INT端）和 BUSY端的輸出波形 圖 The oscillograph trace of the output from INT and BUSY of the typical integrator 如圖 313，基準電壓反積分階段的計數值（設為 N），則 finVVNRe1000010001 ??? （ 36） 由此可得 ： 1000010001Re ??? NVV fin （ 37） 由于基準電壓 V fRe 是已知的，因此求出 N后，就不難計算出模擬輸入信號 Vin 的大小。當工作于雙極性情況下，最高時鐘頻率為 125KHz，這時轉換速度為 3次 /秒左右；如果輸入信號為單極性的，則時鐘頻率可最高到 1MHz，這時轉換速度為 25次 /秒。當輸入信號為正， POL端輸出高電平；當輸入信號為負時， POL端輸出為低電平。這類 A/D 轉換器件以 “并行比較型 ”為主，應用領域以多媒體信息采集和處理為主。通常精度和分辨率是不同的，受非線性誤差的影響，分辨率高的精度不一定高。雖然幅度信息被保留了，但信號的頻率信息就不是這樣了。 在模擬量輸入通道信號調理電路中，濾波器的選擇需根據輸入信號和干擾源的頻譜進行選擇。其中的電阻值為 120Ω，電容選擇選擇 的獨石電容；起到濾除 13K 赫茲以上 高頻 噪聲信號的作用（即：主要濾除由于多路開關的切換產生的高頻噪聲干擾）。這種濾波器的直流輸入 /輸出阻抗等于 R1。本儀表的外部接線圖如圖38 所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i o nS iz eBD a t e : 16 J un 20 10 S h e e t of F il e : E : \ 畢業(yè)設計 \ 初稿 上交 \ 大圖 \ 復件 復件 M y D e s i g bD r a w n B y:D6D5D4D3D2D1R1R2R3R4R5R6R7R8R9R 1 0R 1 1R 1 2R 1 3R 1 4+ VR 1 5 1 .2VR 1 7R 1 8R 1 9R 2 0R 2 1R 1 622 歐傳感器輸出的毫伏電壓信號P B 2 P B 7 圖 36電 子開關切換電路 switching circuit of electronic switch 12 信號采集 調理 電 路 信號采集調理電路設計是檢測系統硬件設計中的關鍵部分 ， 是將模擬量信號轉變?yōu)閿底至啃盘柕闹虚g過程 ， 是影響檢測準確性的最為關鍵的部分 。 結型場效應管開關是一種使用較普遍的開關，由于場 效 應管是一種電壓控制電流型器件，一般無失調電壓，開啟電阻約為 10~100Ω，斷開電阻一般為 10MΩ 以上，且具有雙向導通的功能，但這種場效應管一般不易集成。其中的 + 電壓源（ REFV =）， 電容 CA11和 CA12選取 10μ F的 鉭電容，用來穩(wěn)定輸出電壓的。 傳感器的 惠斯登電橋 電路采用的是單臂測量接線法 ， 應變片本身的溫度漂移及環(huán)境溫度等干擾，半 橋的兩個應變片 兩者互相補償，對于輸出沒有影響。 4） 瞬態(tài)電 阻 應變儀 用于測量爆炸或沖擊引起的瞬態(tài)變化的應力， 儀器具有快速響應的能力，其頻帶達到幾千 赫茲 至幾 十萬赫茲 。 應變儀的分類 所謂應變測量裝置是指以電阻應變計為敏感元件的應力測量儀器。 由于在電阻應變測量中，必須考慮溫度補償，因而 電橋電路只能采用等臂和對稱形式。 （ 2）所測得的應變值是其敏感柵覆蓋面積內構件表面的平均應變，對于應力梯度大的構件表面或應力集中的情況，測量誤差較大。以 應變測量為基礎，可制成多種傳感器件，用于測量應力、力、力矩、壓力、位移等非電物理量，易于實現多點同步測量、遠距離測量和遙測，且能用于生產過程的自動檢測和自動控制。依據這種效應制成的應變片粘貼于被測材料上，則被測材料受外界作用所產生的應變就會傳送到應變片上，從而使應變片的 阻值發(fā)生變化 。這個系列的儀器提供了多通道和可擴展性，而且還提供了RS232 接口和 IEEE488 總線接口，有極廣的應用范圍，但是其成本很高。在國內，還不能很好地解決測量電路和直流電源精度，測量距離、溫度、濕度對實際測量精度有較大的影響等一系列問題。 錨索錨桿聯合支護具有效果好、維護費用低、勞動強度低、利于回采等優(yōu)點。 2021 年我國百萬噸煤死亡率為 5%（國有重點 ，國有地方 ，鄉(xiāng)鎮(zhèn) ），為美國的 200 倍，南非的38 倍，波蘭的 19 倍，印度的 12 倍，俄羅斯的 11 倍。 可以為巷道技術人員更好的了解支護體的受力情況提供數據保障， 為進一步研究支護構件的設計和機理提供一種新的科研手段； 降低頂板事故發(fā)生的概率，從而減小 對工人的人身安全和礦井正常生產 的 威脅 ，對煤礦安全生產和實現高產高效具有重要的意義 ，同時具有很高的 社會和經濟效益 。 但也存在明顯的缺點：一是頂板冒落突然，沒有明顯征兆 ； 二是冒落范圍大，對工人的人身安全和礦井正常生產威脅大。常用的應變測量方法就是電阻應變測量方法，電 阻應變測量方法是將應變轉換成電信號進行測量的方法，簡稱電測法。 我國煤礦安全事故中，頂板事故占事故次數的 50%以上，死亡人數占 30%以上，造成這種局面其中一個主要原因是對圍巖變形、破壞、支護體受力狀況沒有全面、及時地了解，不能準確預測預報頂板事故。 直流結構簡單，不需考慮橋路分析電容的影響，因此可實現橋路的自動平衡、自動標定，但電源精度、橋路線路都會產生影響測量精度，因此在國內直流橋路測量大都用在靜態(tài)應變 測量 中。 在計算機化測控為主流的今天，不可程控的儀器由于不能加入智能化的測試與控制系統而將被淘汰。 在設 計和研制 礦用便攜式 靜態(tài) 電阻 應變儀 中， 本人的主要 是 利用應變測量的理論和微弱信號檢測技術進 行設計， 同時 結合礦用防爆安全等要求進行器件的選取 。在各種應變測量中，電阻式應變儀的電測發(fā)是最基本和應用最廣泛的測量方法 [3]。 （ 5）適應性強。常用的電路有三種，即電位計、惠斯登電橋和雙恒流源電路。 二、 半橋測量接線法 在測量電橋的橋臂 AB和 BC上接電阻應變片，而另外兩個臂 AD和 CD接應變儀的內部固定電阻 R，則稱半橋接線法 。靜態(tài)電阻應變儀可分為手動平衡和切換及自動切換和平衡兩種類型。 傳感器的選用 選取 傳感器為井巷用電阻應變式測力錨桿 CM200和 GYS300型錨索測力計 。 再 根據傳感器應變片的接法和惠斯登電橋的設計結構， 通常情況下其電橋是不平衡的， 采用電流源不是很適宜 ； 恒壓源供電的不平衡應變電橋廣泛地使用在應力、應變測量中，是工業(yè)、建筑、計量行業(yè)提取測量對象應力、應變參數的主要手段之一 。 與機械觸點式 多路 開 關相比，模擬電子開關具有切換速度高、無抖動、易于集成等特點，但其導通電阻一般較大，輸出電壓、電流容量較小，動態(tài)范圍很有限，常用于高速且要系統體積小的場合。 R sRR s ( 1 + σ )RI N +I N s(1+σ)IN+INRRs （ a） 切換橋源 （ b） 切換通道 圖 35半橋式應變測量 電 路 The strain measuring circuit of semibridge system 選擇電子開關的關鍵是要求其在導通時阻抗很小，切換迅速等。與之相比，在 G=1 時， AD8221 所有等級產品 的最低 CMRR 均為 80Db 并寬至 10KHz。 本設計中 將 傳感器傳出的 V? 級信號需放大 100 倍至 ，即每個微 應變 ? 對應 ，可得 ： ??? ??? 3 G KRgR （ 32） 濾波器的選取 硬件濾波按通過的頻率范圍分，有低通濾波器（ LPF）、高通濾波器（ HPF）、帶通濾波器（ BPF）、帶阻濾波器（ BEF）等類型，按濾波器電路中是否帶有源器件可分為無源濾波器與有源濾波器兩種 [7]。與無源濾波器相比，這個濾波器電路的輸出阻抗很低，典型值為幾十至幾百歐姆。 圖 311（ b） 中電容器中點接地，能夠把噪聲電流旁路入地，消除共模噪聲。根據奈奎斯特定律（如果想要從數字形式中恢復或重建一個帶寬為 fB的信號，采樣頻率 fS必須滿足 （ fS2fB），對于任何頻率的信號（或噪聲），如果不被精確轉換成數字量，就可能被混淆入其他信號。 模數轉換部分 對于 A/D 轉換器的選擇首先要確定其位數。 中速 A/D 轉換器件：適合采樣頻率高于每秒 100 次的場合，其檢測對象為變化比較快的物理量。 D D D D D1： BCD碼數據的位選通信號輸出端，分別選通萬、千、百、十、個位。 其中， ICL7135的其他引腳、外部電路連接和元件參數的選擇可以 參照其芯片說明資料，在網上可搜索到，這里就不贅述了。 進一步分析 ICL7135的時序發(fā)現，在模擬輸入積分階段和對基準電壓反積分階段，ICL7135的 BUSY端輸出均為高電平，其余均為低電平，如圖 212所示。因 此同等時鐘條件下， AVR單片機比 8051單片機速度快 12倍，如果是做 16 16的乘法， AVR可以比 8051快 23倍，計算優(yōu)勢非常明顯。 ATMEGA系列使用了更加先進、可靠地制造工藝，高中低檔齊全，正在逐步取代 AT90系列的產品。它適合于數據傳輸速率在 0～ 20210b/s 范圍內的通信 。 本設計選擇的是異步通訊方式， 并 規(guī)定了數據的傳送格式，即每個數據以相同的 幀格式傳送。 按鍵去抖主要有兩種方法：一是軟件去抖，即判斷按鍵時采用軟件延時的辦法，多用于鍵數較多的情況；二是硬件去抖，即在按鍵處加硬件元件起到緩沖作用，消除抖動；可用 RS 觸發(fā)器或簡單的 RC 濾波器來克服抖動，多用于鍵數較少的情況。 25 4 軟件程序設計 目前， AVR 編譯工具有很多種，支持的語言包括匯編語言、 C 語言、 Pascal 和 BASIC等。 本應變儀的軟件設計包括上位機軟件和下位機軟件兩部分。// 沒有預分頻 OCR2=15。 N=addata2addata110001。其中，顯示 RAM（ DDRAM）的操作如下： 模塊可顯示三種字型分別是 HCGROM 字型、 CGRAM 字型和中文 CGROM 字型；三種字型的選擇，由在 DDRAM 中寫入的編碼選擇， 0000H~0006H （ 0000H、 0002H、 0004H、0006H）的四組編碼對應 CGRAM 字型中的四個自定義字符； 02H~7FH 的編碼中將選擇半寬英文、數字的字型； A1H 以上的編碼將自動結合下一字節(jié)組成兩字節(jié)的中文字型編碼（ A1A0H~F7FEH） 顯示半寬字型： 將 8 位編碼 02H~7FH 寫入 DDRAM 中。 lcd_init()。 lcdout(29,Vin*1000%10+0X30)。 //RS0 PORTB|=BIT(6)。 //E=0 } //*************************寫命令函數 *****************************// void writemand(uchar data) { busy_check()。=~BIT(7)。=~BIT(7)。 lcmchararray++。對于本文所敘述的具有高測量精度的應變儀，干擾會給測量帶來很大的誤差，因此，為了使應變儀達到較高的精度，必須研究抗干擾技術及。 31 writedata(data)。 //選擇基本指令集 writemand(0x30)。 PORTB|=BIT(5)。=~BIT(5)。 //E1 asm(nop)。 i=65535。 lcdtextout(16,壓力 :)。 顯示中文字型將 16 位編碼寫入 DDRAM 中，編碼（ A1A0H~F7FEH）。 TCNT1L=0x00。 addata1=(addata11)。根據軟件的功能將下