【正文】 } } void lcdout(uchar address,uchar data) { writemand(0x80+address)。 //E=0 } //******************************寫數(shù)據(jù)函數(shù) ****************************// void writedata(uchar data) { busy_check()。 //RW1 PORTB|=BIT(7)。 lcdtextout(0,通道 N=)。 TCNT1H=0x00。 本人 由于水平與時(shí)間有限 ， 本章論述的主要是下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。本儀表選用的就是 RC 濾波器去抖， 如 317 圖 所示 ；電容選擇 F 的瓷片電容，電阻選擇 10kΩ 。本設(shè)計(jì)要求儀表可以和上位機(jī)通訊，把存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)信息傳遞給上位機(jī)（計(jì)算機(jī)），所以采用 目前使用 最普遍的 DB9 連接器 ，其各引腳功能說明見表 31。 AVR的耗電量比8051也減少了很多。 由于 ICL7135 的精度很高（ 19999~+19999），而且儀表的 分辨率 為 1 個(gè)微應(yīng)變，即一個(gè)微應(yīng)變對(duì)應(yīng) ，這樣運(yùn)放的放大倍數(shù)就不用很高，從而降低了失調(diào)電壓的影響。這類 A/D 轉(zhuǎn)換器 件以 “逐次逼近型 ”為主，絕大多數(shù) A/D 轉(zhuǎn)換器件都屬于這 17 一類型。 經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器的信號(hào)，都包含與之關(guān)聯(lián)的幅度信息。 同時(shí)，可以根據(jù)不同的要求 來 選擇二階或更高階的有源濾波器。相對(duì)于頻率的高共模抑制比使得 AD8221 可以抑制寬帶干擾和線路諧波，從而大大簡(jiǎn)化對(duì)濾波器的要求。其主要包括晶體管開關(guān)，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)， CMOS 場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)。 測(cè)力錨桿 CM200內(nèi)有 12個(gè)測(cè)力應(yīng)變片 （即 6對(duì)測(cè)力應(yīng)變片） 如圖 32所示 ， 1個(gè)溫度補(bǔ)償片 （起到溫度補(bǔ)償作用） ， 其分別組成半橋式結(jié)構(gòu)， 其電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù) K都為 。 在圖 21中，電橋的兩個(gè)橋臂 AB和 BC上 均接工作應(yīng)變片，即 R R2為工作應(yīng)變片， R 7 R4是固定電阻 ， 此種接法是半橋測(cè)量接線法。選用不同種類的應(yīng)變片，可以在高溫（ 1000℃ ）、高壓（幾百 Mpa）、強(qiáng)振、潮濕、腐蝕、高速旋轉(zhuǎn)和核輻射等惡劣環(huán)境中測(cè)量，性能穩(wěn) 定，因此，應(yīng)變測(cè)量得到廣泛的應(yīng)用。 5 2 應(yīng)變儀 應(yīng)變儀一般也稱為 電阻應(yīng)變儀，實(shí)質(zhì)上是一種測(cè)量敏感元件 (電阻應(yīng)變計(jì) )微小電阻變化或相對(duì)電阻變化的儀器 。 在動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量中，國(guó)際上大都采用直流供電，測(cè)量信號(hào)范圍已達(dá) 30KHz，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高 ，并且多是可程控的，是電橋的調(diào)零，標(biāo)定，到數(shù)據(jù)的采集與傳輸，都實(shí)現(xiàn)了全程自動(dòng)化。 應(yīng)變電測(cè)具有測(cè)試廉價(jià)、快速、高精度、容易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理自動(dòng)化、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，在交通、材料、航空航天、機(jī)械等重要工程領(lǐng)域的研究中，有著廣泛的應(yīng)用 。 礦用便攜式靜態(tài) 電阻 應(yīng)變儀主要是對(duì)支護(hù)構(gòu)件（錨桿、錨索）受力情況的檢測(cè) ， 從而獲知巷道巖層應(yīng)力的變化情況。 錨索錨桿聯(lián)合支護(hù)是煤礦巷道支護(hù)改革的發(fā)展方向，隨著 巷道支護(hù)技術(shù)的不斷提高，錨索錨桿聯(lián)合支護(hù)得到了廣泛的應(yīng)用，取得巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益 。譬如，著名的 ENDEVCO公司的 4430/4960A 系列產(chǎn)品。 （ 2）用途廣泛。 我們通常將應(yīng)變片接成惠斯登電橋結(jié)構(gòu)，如圖 21 所示。 3） 動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀 主要用于測(cè)量結(jié)構(gòu) 應(yīng)力 和 機(jī)械 振動(dòng) 應(yīng)力，尤以研究振動(dòng)應(yīng)力為多，這類儀器適用于1000~5000Hz 的振動(dòng) 應(yīng)力測(cè)量。 低功耗穩(wěn)壓二極管 ，原始精度達(dá) 1%，工作電流范圍是 15μA~20mA，滿足本儀表的應(yīng)用要求（橋路電流為 10mA左右），其穩(wěn)壓原理圖 如圖 34所 示。 電子開關(guān)切換 電路如圖 36 所示。如 圖 39 所示，為單極點(diǎn)低通濾波器的實(shí)現(xiàn)。本儀表采用圖 311（ b）所示結(jié)構(gòu)。通過這個(gè)指標(biāo)就可以換算出所需的 A/D 轉(zhuǎn)換的最低指標(biāo)，只要選擇轉(zhuǎn)換精度比這個(gè)最低指標(biāo)高一些的 A/D 器件就可以滿足設(shè)計(jì)要求。 POL（引腳 23）：極性輸出端。如果應(yīng)用單片機(jī)的定時(shí) /計(jì)數(shù)器檢測(cè)出 BUSY為高電平的時(shí)間 (或計(jì)數(shù)值 )，再減去輸入積分階段和一 個(gè)時(shí)鐘周期（其中在反積分階段最早時(shí)有一個(gè)時(shí)鐘脈沖是 “無效 ”的）的時(shí)間之和（ 10001T）或計(jì)數(shù)值之和 （ 10001），即得到基準(zhǔn)電壓反積分的時(shí)間或計(jì)數(shù)值 [11]。本芯片是以 Atmel高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。 通訊協(xié)議的格式如下： 23 字頭 根號(hào) 量綱 數(shù)據(jù)（ 1～ 12 異或校驗(yàn)碼 結(jié)束 0xE1 0x01~0x63 0x00~0x02 0x01(高位 ) 0x02(低位 ) 0XRH 0XRL 0D 波特率： 由單片機(jī)決定（ 1200， 2400， 4800， 9600， 19200bps）。如果代碼 規(guī)模超過 2KB，完全可以用 C 語言等高級(jí)語言編寫，這樣代碼維護(hù)起來會(huì)比較容易。 addata1=(addata11)。 顯示中文字型將 16 位編碼寫入 DDRAM 中，編碼（ A1A0H~F7FEH）。 i=65535。=~BIT(5)。 //選擇基本指令集 writemand(0x30)。對(duì)于本文所敘述的具有高測(cè)量精度的應(yīng)變儀，干擾會(huì)給測(cè)量帶來很大的誤差，因此，為了使應(yīng)變儀達(dá)到較高的精度，必須研究抗干擾技術(shù)及。=~BIT(7)。 //E=0 } //*************************寫命令函數(shù) *****************************// void writemand(uchar data) { busy_check()。 lcdout(29,Vin*1000%10+0X30)。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(duì)應(yīng) CGRAM 字型中的四個(gè)自定義字符； 02H~7FH 的編碼中將選擇半寬英文、數(shù)字的字型； A1H 以上的編碼將自動(dòng)結(jié)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。// 沒有預(yù)分頻 OCR2=15。 25 4 軟件程序設(shè)計(jì) 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。 本設(shè)計(jì)選擇的是異步通訊方式， 并 規(guī)定了數(shù)據(jù)的傳送格式，即每個(gè)數(shù)據(jù)以相同的 幀格式傳送。 ATMEGA系列使用了更加先進(jìn)、可靠地制造工藝，高中低檔齊全，正在逐步取代 AT90系列的產(chǎn)品。 進(jìn)一步分析 ICL7135的時(shí)序發(fā)現(xiàn)，在模擬輸入積分階段和對(duì)基準(zhǔn)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。 D D D D D1： BCD碼數(shù)據(jù)的位選通信號(hào)輸出端，分別選通萬、千、百、十、個(gè)位。 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分 對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇首先要確定其位數(shù)。 圖 311（ b） 中電容器中點(diǎn)接地，能夠把噪聲電流旁路入地，消除共模噪聲。 本設(shè)計(jì)中 將 傳感器傳出的 V? 級(jí)信號(hào)需放大 100 倍至 ，即每個(gè)微 應(yīng)變 ? 對(duì)應(yīng) ，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]。 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(yīng)變測(cè)量 電 路 The strain measuring circuit of semibridge system 選擇電子開關(guān)的關(guān)鍵是要求其在導(dǎo)通時(shí)阻抗很小，切換迅速等。 再 根據(jù)傳感器應(yīng)變片的接法和惠斯登電橋的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)， 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(yīng)變電橋廣泛地使用在應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量中，是工業(yè)、建筑、計(jì)量行業(yè)提取測(cè)量對(duì)象應(yīng)力、應(yīng)變參數(shù)的主要手段之一 。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀可分為手動(dòng)平衡和切換及自動(dòng)切換和平衡兩種類型。常用的電路有三種，即電位計(jì)、惠斯登電橋和雙恒流源電路。在各種應(yīng)變測(cè)量中，電阻式應(yīng)變儀的電測(cè)發(fā)是最基本和應(yīng)用最廣泛的測(cè)量方法 [3]。 在計(jì)算機(jī)化測(cè)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(cè)試與控制系統(tǒng)而將被淘汰。 我國(guó)煤礦安全事故中，頂板事故占事故次數(shù)的 50%以上，死亡人數(shù)占 30%以上，造成這種局面其中一個(gè)主要原因是對(duì)圍巖變形、破壞、支護(hù)體受力狀況沒有全面、及時(shí)地了解，不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)頂板事故。 但也存在明顯的缺點(diǎn)：一是頂板冒落突然，沒有明顯征兆 ； 二是冒落范圍大，對(duì)工人的人身安全和礦井正常生產(chǎn)威脅大。 2021 年我國(guó)百萬噸煤死亡率為 5%（國(guó)有重點(diǎn) ，國(guó)有地方 ，鄉(xiāng)鎮(zhèn) ），為美國(guó)的 200 倍，南非的38 倍，波蘭的 19 倍，印度的 12 倍，俄羅斯的 11 倍。在國(guó)內(nèi)，還不能很好地解決測(cè)量電路和直流電源精度，測(cè)量距離、溫度、濕度對(duì)實(shí)際測(cè)量精度有較大的影響等一系列問題。依據(jù)這種效應(yīng)制成的應(yīng)變片粘貼于被測(cè)材料上，則被測(cè)材料受外界作用所產(chǎn)生的應(yīng)變就會(huì)傳送到應(yīng)變片上，從而使應(yīng)變片的 阻值發(fā)生變化 。 （ 2）所測(cè)得的應(yīng)變值是其敏感柵覆蓋面積內(nèi)構(gòu)件表面的平均應(yīng)變，對(duì)于應(yīng)力梯度大的構(gòu)件表面或應(yīng)力集中的情況，測(cè)量誤差較大。 應(yīng)變儀的分類 所謂應(yīng)變測(cè)量裝置是指以電阻應(yīng)變計(jì)為敏感元件的應(yīng)力測(cè)量?jī)x器。 傳感器的 惠斯登電橋 電路采用的是單臂測(cè)量接線法 ， 應(yīng)變片本身的溫度漂移及環(huán)境溫度等干擾，半 橋的兩個(gè)應(yīng)變片 兩者互相補(bǔ)償，對(duì)于輸出沒有影響。 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)是一種使用較普遍的開關(guān)，由于場(chǎng) 效 應(yīng)管是一種電壓控制電流型器件，一般無失調(diào)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?qū)ǖ墓δ?，但這種場(chǎng)效應(yīng)管一般不易集成。本儀表的外部接線圖如圖38 所示。其中的電阻值為 120Ω，電容選擇選擇 的獨(dú)石電容；起到濾除 13K 赫茲以上 高頻 噪聲信號(hào)的作用（即：主要濾除由于多路開關(guān)的切換產(chǎn)生的高頻噪聲干擾）。雖然幅度信息被保留了，但信號(hào)的頻率信息就不是這樣了。這類 A/D 轉(zhuǎn)換器件以 “并行比較型 ”為主，應(yīng)用領(lǐng)域以多媒體信息采集和處理為主。當(dāng)工作于雙極性情況下，最高時(shí)鐘頻率為 125KHz，這時(shí)轉(zhuǎn)換速度為 3次 /秒左右；如果輸入信號(hào)為單極性的，則時(shí)鐘頻率可最高到 1MHz，這時(shí)轉(zhuǎn)換速度為 25次 /秒。 AVR單片機(jī)的外設(shè)接口多，自帶 EEPROM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此在大多數(shù)情況下，可以基本擺脫外接的串行 EEPROM，使得產(chǎn)品制造成本降低，同時(shí)也縮小了產(chǎn)品的體積。 22 表 31 RS232C 串口引腳定義表 Tab31 The pin definition table of the serial port with RS232C 引腳 簡(jiǎn)寫 功能說明 1 CD 載波偵測(cè)（ Carrier Detect） 2 RXD 接收數(shù)據(jù)（ Receive） 3 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)（ Transmit） 4 DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備（ Data Terminal Ready） 5 GND 地線（ Ground） 6 DSR 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好（ Data Set Ready） 7 RTS 請(qǐng)求發(fā)送（ Request To Send） 8 CTS 清除發(fā)送 （ Clear To Send） 9 RI 振鈴指示（ Ring Indicator） 本設(shè)計(jì)采用 MAXIM 公司的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232。 ST7920 是臺(tái)灣矽創(chuàng)電子公司生產(chǎn)的中文圖形控制芯片，它 是一種內(nèi)置漢字圖形點(diǎn)陣的液晶顯示控制模塊，用于顯示漢字及圖形。 下位機(jī)軟件的構(gòu)成 本 儀表的軟件采用模塊化程序 設(shè)計(jì)思想，整個(gè)軟件系統(tǒng)由 主程序， 初始化程序 ，采樣程序，轉(zhuǎn)換與處理程序，顯示程序和通訊程序等子程序構(gòu)成。 TCCR1B=0X03。 29 while(1) { //lcdout(29,Vin/10+0X30)。 while((PINAamp。 //RS1 PORTBamp。 } //***************************設(shè)置坐標(biāo) *****************************// void setxy(uchar x,uchar y) { writemand(0x36)。 while(*lcmchararray) { writedata(*lcmchararray)。 30 PORTBam