【正文】 p。=~BIT(5)。//PB1輸入 POL，判斷 AD轉換的正負 DDRA=0xff。 addata2=(addata21)。因此本設計以 GCC for AVR 為編譯環(huán)境編寫下位機軟件程序。抖動會引起一次按鍵被多次識別并誤動作。 在串行通 信 時， 采用 RS 232C 接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通 信 接口。 CPU 最小系統 AVR單片機是 ATMEL公司出品的具有眾多成員 的單片機家族，它使用精簡指令集，每個時鐘周期可以執(zhí)行一條指令。積分器在積分過程中（包括對信號積分和反積分） BUSY端輸出高電平，積分器在反積分過零后輸出低電平。其 中主要有： 低速 A/D 轉換器件：適合采樣頻率低于每秒 10 次的場合，其檢測對象為變化緩慢的物理量，如溫度，壓力等，這類 A/D 轉換器件以 “雙積分型 ”為主，具有很高的抗工頻干擾能力。這種噪聲 16 確實存在于模擬信號中，需要采 用模擬低通濾波器（ LPF）應歸結到奈奎斯特定律。對于 CMOS運放，其輸入阻抗在 1013數量級。當今市場上儀表放大器 CMRR 在 2021Hz 開始下降。但干簧繼電器的缺點是體積大（與電子開關相比），工作頻率低，在通斷時存在抖動現象。 傳 感 器 與 信號 采 集 電 路切 換通 道信 號 放大 電 路濾 波電 路A / D 轉換 電 路微 處理 器m e g a 1 6鍵 盤 電 路通 訊 電 路L C D 顯 示 電 路圖 31 整機的硬件框圖 The hardware diagram of the model 信號采 集部分 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。 R 1R 4R 2R 3I N +I N ACBD 圖 21惠斯登電橋電路 Wheatstone bridge circuit 一、 單臂測量接線法 單臂測量接法： 如 圖 21所示， R1為工作應變片， R2為溫度補償應變片， R R4是固定電阻。一般 測量范圍在 10104μ ε 。 圍繞儀表裝置的研制過程進行展開，介紹了應變的測量原理，詳細分析礦用便攜式靜態(tài) 電阻 應變儀裝置的 工作原理和 硬軟件 組成 ，并分析了干擾來源 和 常用的一些抗干擾措施 ,以及 防爆設計方面需要注意的問題 。 礦用便攜式靜態(tài) 電阻 應變儀 的研制 成功，可以為巷道技術人員更好的了解支護體的受 3 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 國內外發(fā)展狀況 應變儀 以前采用交流電橋，結構復雜，需電容平衡，很難實現橋路的自動平衡與自動標定，采用載波放大，相敏檢波，主要是當時直流放大器性能不高，因此只能采用交流放大。微弱信號的測量與分析一直是檢測技術中的難點，如μ V 級信號的檢測，應變測量就是其中一類。 2 1 緒論 本節(jié)主要介紹了應變儀的研究背景及意義、國內外發(fā)展情況和論文的主要 研究 工作。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。 與此同時，國內的許多高校也在積極開發(fā)，南京理工大學機械工程學院精儀系已經成功地開發(fā)出基于 VXI 總線的可程控應變儀模塊，目前它已成功的廣泛應用于各種科學實驗與實際的工程測試中。 （ 3）動態(tài)特性好。按照相鄰橋臂匹配情況的不同，可 分為輸出對稱電橋，電源對稱電橋和等臂電橋。 5） 數字式電阻應變儀 利用數字化技術，把靜態(tài)或準靜態(tài)應變信號轉換成數字信號，在儀器的面板上直接顯示或由打印機打印出記錄結果。 10 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:D1 1 0 uFD2L M 38 5 1 . 2+ 5VR110KC A 1L M 38 5 1 . 2C A 21 0 uF+ V 5 VR210K 1 .2V 圖 34電壓源的電路原理圖 The circuit schematic diagram of voltage source 信號切換開關 為了獲取測力錨桿各段彎曲載荷 或 錨索測力計的兩端載荷， 本設計需要采用多路 開關來切換各段電橋的通斷。 信號放大部分 由于 通過惠斯登 電橋輸出 的 信號一般是 μV級，所以要求電路前級放大部分必須有較強的噪音抑止功能和較高的共模抑制比（ CMRR），以免有用信號被外部的 噪聲淹沒；同時，控制放大倍數不易過大，以免微小的 失調電壓可能對電路產生嚴重影響。無源濾波器的成本便宜，但輸入 /輸出阻抗很高 。模擬 濾波器，一般需放置在 A/D 轉換器的前面，其功能在模擬域內，而不是在數字域內實現的。當器件的非線性誤差控制在 1 位之內時，A/D 轉換器件用 “位數 ”所表示的分辨率與其轉換精度基本相同，習慣上就用位數來衡量其轉換精度 [10]。 ST （引腳 26）：數據輸出選通脈沖輸出端。 將 ICL7135的 BUSY端接到單片機的中斷口 INT1上。通過將 8位 RISC CPU與系統內可編程的 Flash集成在一個芯片內， ATMEGA16成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案。 人機對話 一、鍵盤部分的設計： 鍵盤是若干個按鍵的集合，是人與計算機聯系的橋梁。 ICC 和 IAR 的編譯器產品是需要付費的，而 GCC 是免費的。 break。 DDRB=0xff。 } return 0。=~BIT(6)。//開顯示 (無游標、不反白 ) writemand(0x01)。 //X地址設置 } 32 5 應變儀的抗干擾 在理想的情況下，一個電路或系統的性能僅由該電路或系統的結構及所用的元器 件 性能指標來決定。 //E=1 PORTA=data。 PORTBamp。 lcdout(27,Vin*10%10+0X30)。 default: break。 以下程序 給 ICL7135提供 250HZ的頻率 ： //PD7輸出 250KHZ CTC模式 定時計數器 2 void ADHZ() { DDRD|=0X80。本設計采用的是顯示模塊 與 CPU 并行 8 位連接方式，如 圖 318 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:C 1+ V C CV+ G N DC 1 T 1O U TC 2+ R 1I NVR 1O U TT 2O U TT 1I NR 2I NT 2I NC 2R 2O U TM A X 2 3212345678161514131211109RX DT X DV C C162738495J1D B 9+C21u F+C51u F+ C31u F+C11u F+C41u F 圖 316MAX232 的電路接線圖 The circuit diagram of MAX232 串行通訊是將構成字符的每個二進制數據位，依據一定的順序逐位進行傳送的通信方法。其中 ATiny系列結構最為簡單，功能最弱，適用于比較低檔的玩具、儀器儀表和簡單的過程控制。 ICL7135的測量周期分為 4個階段：自動調零階段、模擬輸入（被測電壓）積分階段、 18 基準電壓反積分（被測電壓量化）階段、積分器回零階段。 本儀表是靜態(tài)應變儀，測量的是緩慢變化的應變（壓力）信號，對精度要求很高，所以選擇 ICL7135 作為 A/D 轉換器件。 由于 本設計所測 應變值的變化很緩慢，采用的又是恒壓源，微電壓信號的變化很小，所以 ADC 的采樣頻率設為 1 次 /秒；不適合 根據奈奎斯特定律，在電路中設計抗混疊濾波器 。 濾波器的電容要有耐壓高、絕緣好、溫度系數小和自諧振頻率高等特點。AD8221 可以 采用單電源或雙電源供電，特別適合輸入電壓 177。 若選擇如圖 35（ b）所示 的接法，考慮到傳感器的橋接方式，它可以避免電子開關的導通電阻對橋路的影響；但是增 加了器件和布線的成本，同時，由于設計的是便攜式儀表，一定要考慮電源功率消耗的問題。為了控制這一電流，使流過應變片的電流小于最大工作電流（ Imax），一般為 25mA，所以電橋的總電流最好小于 50mA；而另一方面電源芯片的最大輸出電流又不能太小，在 采用恒壓源提供的電壓一定的情況下，實際電流輸出超過最大輸出電流， 會導致橋源 芯片 器件的 損壞。按照應變儀的工 作頻率范圍以及測量對象的頻帶，把其分為靜態(tài)電阻應變儀、靜動態(tài)電阻應變儀、動態(tài)電阻應變儀、瞬態(tài)電阻應變儀 (或超動態(tài)應變儀 )、數字 式電阻 應變儀等。 應變片的測量電路通過 應變片可以將試件的應變信號轉換成電阻變化，通常這種電阻變化是很小的 ， 必須用適當的方法檢測電阻微小變化 。 應變測量的基本原理就是利用上述的應變效應，通過惠斯登電橋完成應變 —電測的轉換，然后利用信號調理電路對電信號進行采集測量和放，最后顯示出應變值。這些國內廠商所生產的應變儀基本上都是非程控的且數據都是基于有線技術的傳輸，這給應變儀的控制操作帶來了很大的不方便，同時其數據傳輸的可靠性也受到了影響。事故起數最 多 ，發(fā) 生的頻率高，死亡總人數較多。 1 0 前言 本文 介紹了 礦用便攜式靜態(tài) 電阻 應變儀 設計 的 思路， 主要包括硬件設計、軟件設計 和應變儀的抗干擾與防爆設計三部分。頂板事故主要發(fā)生在巷道。 如華東電子儀器廠的 YJ31P10R型靜態(tài)電阻應變儀、 YD28 型動態(tài)電阻應變儀、 YJD27 型靜動態(tài)電阻應變儀，揚州無線電二廠生產的 YE3817 型應變儀及聯能電子的 YE2537/YE2538 靜態(tài)電阻應變儀等。 應變測量時，將一定阻值的電阻應變片粘貼在待測試件處，當試件受外力作用產生變形，應變片阻值將發(fā)生變化，在一定范圍內，應變片電阻的相對變化量 △ R/R與試件的相對變化量（即應變 ε）成線性關系 [2]，即有 ： ?KLLKRR ???? （ 21） 式中， LL? 是相對拉伸量； K稱為電阻應變片的靈敏系數，它的數值與電阻絲的材 料及繞線方式有關，一般 K值在 。 測量電橋的幾種接線方法 由于應變很小，一般以微應變計算，很難直接測得，但由式（ 21）可知，只要測得 ΔR，就可以求得應變 ε。 我們通常講的電阻應變儀，實質上是一種測量敏感元件 (電阻應變計 )微小電阻變化或相對電阻變化的儀器。 當應變片接入測量電路時，電流的增加將產生熱效應，從而引起熱輸出誤差。 最終本設計選擇 模擬 電子開關來切換通道 ， 電子開關的切換由單片機控制，其中其對信號的切換方式的設計有兩種：一種是可用來切換橋源的通斷，如圖 35（ a）所示；一種是用來切換信號到放大器之間的通道，如圖 35（ b）所示。通過單一電阻，可在 1 到 1000 范圍內設置增益。 電容濾波器（設輸入量為電流 IC(S)，輸出為電壓 V0(S)，如圖 312 所示 ，其 傳遞函數為 [8]： CSSI SVSA CO 1)( )()( ?? （ 33） 頻率特性為： 15 jw CjwI jwVjwA CO 1)( )()( ?? （ 34） 對數幅頻特性為： wCwCwA lg201lg20)(lg20 ??? （ 35） 顯然，隨著頻率 ??? fw ?2 濾波器的輸出電壓衰減逐漸增加，起到了低通濾波器效果，輸入輸出特性 如圖 311（ d）所示。根據奈奎斯特定律，信號被混疊了 [9]。 其中， 美國 Intersil 公司的 ICL7135 是比較流行的雙 積分 A/D 轉換器 ，其具有 4 位半