【正文】 最后還對(duì)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)的一些具體模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。JMDA 開關(guān)電源參數(shù)如下表開關(guān)電源型號(hào) JMD20A外形尺寸 輸入 170260V輸出 V1 5V 2AV2 +12V V3 12V 表 47 JMDA 開關(guān)電源的參數(shù) 本章小結(jié)本章中，首先介紹了測(cè)量臺(tái)的設(shè)計(jì)和處理器的選型，通過對(duì) C8051F 系列單片機(jī)的對(duì)比分析，選擇了性價(jià)比較高的 C8051F330 單片機(jī)。開關(guān)電源是一種電壓轉(zhuǎn)換電路，主要的工作內(nèi)容是升壓和降壓，其內(nèi)部的開關(guān)三極管總是工作在 “開” 和“關(guān)” 的狀態(tài)，所以叫開關(guān)電源。1KR9es2V3GND0pFC6a 圖 46 信號(hào)放大電路 電源部分在測(cè)量系統(tǒng)中，電源部分的設(shè)計(jì)是整個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的一環(huán)，對(duì)電源要求一般有以下幾點(diǎn)：輸出穩(wěn)定、噪聲低、效率高。經(jīng)過C8051F330中轉(zhuǎn)換后電流的范圍是02mA,進(jìn)入LM358之前通過1K的電阻將其轉(zhuǎn)化電壓的變化，其變化的范圍是05V，這里的LM358雙運(yùn)算放大器采用同相輸入，其一級(jí)放大倍數(shù)的計(jì)算公式為:= 41Fuf1RA??.52?放大后的電壓范圍為05V。因此，在這里我們使用LM358雙運(yùn)算放大器，對(duì)于LM358雙運(yùn)算放大器來說，其內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。在許多場(chǎng)合下，傳感器輸出的弱信號(hào)包含有低頻、靜電和電磁耦合等干擾信號(hào)，且有時(shí)是完全同相的共模干擾。在通過CD4060 分頻后（32 分頻）可產(chǎn)生大約 的方波，此時(shí)的方波信號(hào)經(jīng)過C8051F330 的數(shù)字 I/O 端口 輸入，C8051F330 內(nèi)部 16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。如下圖 44 所示：CD4069反向器C8050F330微處理器LM358放大器圖 44 測(cè)量電路基本原理圖δ+ΔδL+ΔLC f+Δf鋼板雙層線圈CD4060分頻器 方波產(chǎn)生電路在測(cè)量電路中，通過 LC 振蕩回路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，經(jīng) CD4069 反相器后得到的方波的頻率大概是 2MHZ 左右，方波的產(chǎn)生電路如圖 4 所示。當(dāng)電路加電時(shí)， LC 振蕩電路產(chǎn)生高頻脈沖信號(hào)，這里的高頻正脈沖信號(hào)近似與方波，當(dāng)被測(cè)物體（如鋼板）距離 δ 發(fā)生變化時(shí)，傳感器線圈阻抗 Z 隨間隙 δ 的變化而變化，LC 回路失諧，輸出信號(hào)工作頻率 f 隨 δ 而變化。本文設(shè)計(jì)的渦流式傳感器的測(cè)量電路采用諧振電路，首先把制作好的雙層線圈作為L(zhǎng)C 振蕩回路的電感，使電感線圈 L 和電容 C 組成并聯(lián)諧振電路。但是通常認(rèn)為諧振電路穩(wěn)定性差，對(duì)實(shí)驗(yàn)的頻率計(jì)數(shù)帶來誤差，使實(shí)驗(yàn)的測(cè)量精度受到一定的影響。這里我們考慮采用基于 LC諧振的諧振電路，把輸出的電感信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號(hào)。因此，這里測(cè)量電路的任務(wù)是把這些參數(shù)的變化變換為電壓或頻率的變化。對(duì)于不能從目標(biāo)板上提取足夠電源的應(yīng)用，可以將套件中提供的電源直接連到串行適配器上。一條六英寸的扁平電纜將串行適配器和用戶的應(yīng)用板連接起來，使用 2 個(gè) C2 引腳和 VDD 及 GND。開發(fā)套件需要一個(gè)運(yùn)行 Windows95/98/Me/2022 并有一個(gè)可用 RS232 串口的計(jì)算機(jī)。套件中還有一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用板，上面有對(duì)應(yīng)的 MCU 和一大塊樣機(jī)區(qū)域。開發(fā)套件 C8051F330DK 具有開發(fā)應(yīng)用代碼和對(duì) C8051F330/1 MCU 進(jìn)行在系統(tǒng)調(diào)試所需要的全部硬件和軟件。另外其片內(nèi)的 FLASH 存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051 固件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 42 所示。這里我們把鋼板作為測(cè)試平面，將其固定在測(cè)量臺(tái)臺(tái)體的左側(cè)，將電渦流傳感器固定在軸 1 所在的運(yùn)動(dòng)臺(tái)，從而改變傳感器和測(cè)試平面之間的距離。其中步進(jìn)電機(jī)不需要反饋，用于實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制；步進(jìn)電機(jī)可以直接用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制，與計(jì)算機(jī)的接口比較容易；沒有電刷，維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)；啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)容易，基于上述優(yōu)點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)的需要，我們選步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制卡接受 PC 機(jī)發(fā)出的位置和軌跡指令，進(jìn)行規(guī)劃處理，轉(zhuǎn)化成伺服驅(qū)動(dòng)器可以接受的指令格式，發(fā)給伺服驅(qū)動(dòng)器，由伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行處理和放大，輸出給執(zhí)行裝置。各部件全部設(shè)計(jì)成相對(duì)獨(dú)立的模塊，便于面向不同實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重組。 運(yùn)動(dòng)控制臺(tái)的設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)中我們對(duì)位移的變化需要運(yùn)動(dòng)精度很高的控制臺(tái)。硬件部分有運(yùn)動(dòng)控制臺(tái)部分、系統(tǒng)硬件電路部分、電源部分等。為了對(duì)傳感器的輸入輸出關(guān)系進(jìn)行校準(zhǔn)和為進(jìn)一步改進(jìn)性能提供依據(jù)，本課題利用一個(gè)專門設(shè)計(jì)的固高運(yùn)動(dòng)控制測(cè)試臺(tái)和測(cè)量電路組成的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)對(duì)電渦流傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，并采用最佳特性曲線分段擬合的新方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。雖然他們之間是相互聯(lián)系的，但是采用不同的測(cè)量電路，可以反應(yīng) Q 的變化、L 的變化、Z 的變化。由（4）式也可得到線圈的品質(zhì)因素 Q 為： Q= 25式中 = 為無導(dǎo)體影響時(shí)線圈的 Q 值； = + 為導(dǎo)體中產(chǎn)生的電渦流的阻抗。所以等效電感 將減小。我們把金屬導(dǎo)體形象地理解為一個(gè)短路線圈，它與傳感器線圈磁性相聯(lián)。MU ～→ →－線圈電路 －金屬板等效電阻 －線圈的電感1R2R1LＵ－激勵(lì)電壓 －金屬板的電感L圖 32 等效電路圖由楞次定律，渦流的交變磁場(chǎng)與線圈的磁場(chǎng)變化的方向相反， 總是抵抗 的變化，由于渦流磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)磁材料的作用以及距離對(duì)磁場(chǎng)的影響，使原線圈的等效阻抗 發(fā)Z生變化，變化程度與 有關(guān)，分析表明，影響高頻率線圈阻抗 的因素，除了線圈與金XZ屬極間距離 δ 以外，還有金屬板的電阻率 ρ。電渦流的產(chǎn)生必然要消費(fèi)一部分磁場(chǎng)能量，從而使產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈阻抗發(fā)生變化，電渦流傳感器就是基于這種電渦流效應(yīng)。國外已用于汽輪機(jī)、空氣壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)的徑向振動(dòng)測(cè)量與軸向位移測(cè)量，并用來作為連續(xù)監(jiān)控裝置。為了克服上述兩種傳感器的缺點(diǎn)，發(fā)展了一種建立在電渦流原理上的傳感器，即電渦流。在機(jī)械振動(dòng)技術(shù)研究和連續(xù)監(jiān)視過程中，一再提出了無接觸測(cè)量問題。除了以上分類方法外，還可按照輸出型號(hào)形式分為模擬式傳感器和數(shù)字式傳感器，按照測(cè)量方式分為接觸式和非接觸式傳感器等。（4） 按能量關(guān)系分類能量轉(zhuǎn)換型：傳感器直接由被測(cè)對(duì)象輸入能量使其工作。（3） 按信號(hào)變換特征分類結(jié)構(gòu)型：主要是通過傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)變化的。（2） 按測(cè)量原理分類按傳感器的工作原理可分為電阻式、電感式、電容式、壓點(diǎn)式、光電式、光纖、磁敏式、激光、超聲波等傳感器。因此，傳感器有許多種分類方法。敏感元件 變換元件 信號(hào)調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路輔助電源被測(cè)量 非電量 電參量 電量圖 11 傳感器組成框圖 傳感器的