【正文】 AD7674 引腳圖 如圖 411 是 AD7674 與單片機(jī)的接口電路圖 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 411 AD7674 接口電路圖 單片機(jī)的轉(zhuǎn)換結(jié)果分三次進(jìn)行，當(dāng) 0A 為 0 1A 為 0 時(shí)讀取高 1710~DD 位，當(dāng) 0A為 1 1A 為 0 時(shí)讀取 92 ~DD 位，當(dāng) 0A 為 1 1A 為 1 時(shí)讀取低 2 位。器件的主要特性柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)的測量與控制系統(tǒng) 如下： ? 18 位分辨率，且沒有代碼丟失； ? 采用采樣保持電路，沒有通道延時(shí)問題； ? 全差分輸入范圍：177。 D、 RET 復(fù)位信號(hào)輸入 （ 3）電源及時(shí)鐘 圖 49 89C2051 引線排列圖 VSS 地端接地線 VCC 電源端接 +5V XTAL1 和 XTAL2 接晶震片或外部振蕩信號(hào)源 18 位 AD7674 AD7674 是 18 位、 800kSPS，采 樣保持電路可調(diào)負(fù)載的全差分輸入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器， 5V單電源供電。 C、 PSEN 片外程序存儲(chǔ)器允許 PSEN 片外程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 ALE 的輸出頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6. B、 EA 程序存儲(chǔ)器選擇 EA =0，單片機(jī)只訪問外部程序存儲(chǔ)器。在進(jìn)行外部擴(kuò)展時(shí)， P2 口為高 8 位地址線（ A15A18），P0 口得 8 根引線是低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用線。 37,CR 構(gòu)成一階低通濾波 [12]，其截至頻率 Hf 應(yīng)遠(yuǎn)小于 )(tUo 信號(hào)的頻率。 SCu 0 時(shí)， VD1導(dǎo)通、 VD2截至， N2的同相輸入端與反相輸入端相同信號(hào)，得到 Ou = SCu 。即 ?? ? ??? 0 01 AC ?? ? ??? 0 02 AC 則 002 ?????? UUSC （ 411） 由式（ 411）可見，變壓器式電橋在輸出阻抗極大的情況下，對(duì)于極距變化型電容式傳感器，其輸出電壓也與極板位移呈線性關(guān)系。 電容式 傳感器轉(zhuǎn)換電路 轉(zhuǎn)換電橋 圖 47為電容式傳感器所用的變壓器電橋的電路原理 [10]。 另外，由圖 44 可以看出，當(dāng) 0d 較小時(shí)，對(duì)于同樣的 d? 變化引起的電容變化量 C? 可以增大，從而使傳感器的靈敏度提高，但 0d 過小時(shí)，容易引起電容器擊穿，改善擊穿條件的辦法是在極板間放置云母片，如圖 45 所示，此時(shí)電容 C變?yōu)? 000 ???ddACgg ?? （ 47） 柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)的測量與控制系統(tǒng) 式中， g? 為云母片的相對(duì)介電系數(shù)， 7?g? ； 0? 為空氣的介電常數(shù)， 10?? ；gd 為云母片的厚度； 0d 為空氣厚度 圖 44 電容量與極板距離的關(guān)系 圖 45 放置云母片的電容器 差動(dòng)式變極距型電容傳感器 當(dāng)動(dòng)極板向上移動(dòng) d? 時(shí)，由式（ 45）可得 0001 ddCCC ??? ， 0002 ddCCC ??? 電容總變化量0012 2 ddCCCC ????? (48) 比較 式 （ 46）和（ 48）可見，采用差動(dòng)結(jié)構(gòu)可使傳感器的靈敏度提高一倍。 變極距型 基本的變極距型電容式傳感器有一個(gè)定極板和一個(gè)動(dòng)極板，如圖 43 所示當(dāng)動(dòng)極板隨被測量變化而移動(dòng)時(shí)，兩極板的間距 d 就發(fā)生了變化，從而也 就改變了浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 兩極板間的電容量 C。 該電容器的總電容 C 等于介質(zhì)為氣體部分的電容1C 與介質(zhì)為液體部分的電容 2C 的并聯(lián)， 圖 42 電容式液面計(jì) 即 21 CCC ?? 因?yàn)?? ?rR xhC ln21 ?? ??，rRxCln22 ???? 式中 h—— 電極高度 R—— 外電極的內(nèi)半徑 r—— 內(nèi)電極的外半徑 所以 ? ? ? ? bxarRrRhrRxhxC x ????????ln2ln2ln2 ?????????? ? （ 43） 式中rRha ln2???， ? ?rRb xln2 ???? ??均為常數(shù)。 變介電常數(shù)型 圖 42 所示是一種電容式液面計(jì)的原理圖 。 ? ? ?????? ???????? ???? axCaxdbad xabC o 11?? （ 41） 柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)的測量與控制系統(tǒng) 圖 41 直線位移式變面積型電容傳感器 由式（ 41）可見，電容量 C 與直線位移 x 也呈線性關(guān)系，其測量的靈敏度為 dbaCxaxCxCCxCK ooo ??????????? ????????0 （ 42） 顯然，減小兩極板間的距離 d,增大極板的寬度 b 可提高傳感器的靈敏度。 變面積型 工作原理如圖 41 所示。這實(shí)際上就是電容式傳感器的基本原理 [9]。 d—— 兩極板間的距離， m 。 用兩塊金屬平板作電極，即可構(gòu)成最簡單的電容器。 本文 設(shè)計(jì)的硬件電路圖繪圖工具選用 Pretel2021DXP[7]。信號(hào) 再 通過處理電路 由 A/D 把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)送 51 單片機(jī)進(jìn)行處理。 總體方案 如圖 31所示 。 本次設(shè)計(jì)中，微動(dòng)工作臺(tái)的尺寸范圍為 mmmmmm 20210130 ?? ，固有頻率Hzf 219? ，剛度 mkgk ?? ， mmt 2? ， mmR ? ， kgm ? 。 ? 微動(dòng)臺(tái)的剛性應(yīng)盡可能大，使其具有良好的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾能力。在微位移范圍內(nèi)，此條件一般都能滿足。根據(jù)確定的剛度，查表 1。設(shè)四個(gè)柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)角剛度為 ?K ，那么當(dāng)四連桿機(jī)構(gòu)在外力Ｆ的作用下產(chǎn)生 ? 的平移，每個(gè)柔性鉸鏈所儲(chǔ)存的彈性能為 221 ??? KA ? 式中， l??? 柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)的測量與控制系統(tǒng) 外力Ｆ所做的功為 ?FA21?, 由能量守恒定律： 04AA? ，可推導(dǎo)出彈性微動(dòng)工作臺(tái)的剛度值基本設(shè)計(jì)計(jì)算公式： 24 lKK ?? （ 11） (3)彈性微動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)時(shí)，首先完成整個(gè)工作的零件圖及裝配草圖，選擇材料，計(jì)算出該工作臺(tái)的質(zhì)量ｍ。設(shè)計(jì)柔性鉸鏈時(shí)應(yīng)采用 Rt? ｔ≥Ｒ條件下的設(shè)計(jì)方法。 圖 22 柔性鉸鏈微動(dòng)工作臺(tái)模型 為增加彈性微動(dòng)工作臺(tái)的承載能力并提高運(yùn)動(dòng)方向上的剛度，確保工作臺(tái)具有良好的動(dòng)態(tài)特性和抗干擾能力，在不增加工作臺(tái)尺寸（即厚度ｂ）的前提下，應(yīng)盡可能增大圖 22 柔性鉸鏈微動(dòng)工作臺(tái)模型柔性鉸鏈細(xì)頸處的厚度ｔ，并減小圓弧切口的半徑Ｒ。其基本結(jié)構(gòu)如圖 22 所示。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 平行四桿微動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的要求 微動(dòng)工作臺(tái)應(yīng)滿足下列技術(shù)指標(biāo)： 運(yùn)動(dòng)范圍 10 m? ； 分辨率 1nm 。因此，研究柔性鉸鏈對(duì)于納米技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與廣泛應(yīng)用非常有意義。 柔性鉸鏈研究 意義 隨著納米技術(shù)的興起和飛速發(fā)展，基于柔性鉸鏈 — 壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的納米級(jí)微定位技術(shù)已成為能束加工、超精密加工、微操作系統(tǒng)等前沿技術(shù)的基礎(chǔ)支持技術(shù)。 隨著機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展 [4]，其運(yùn)動(dòng)精度要求達(dá)到亞微米級(jí)，顯然以前的技術(shù)無法很好滿足此要求。納米定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)納米加工和納米測量的基礎(chǔ)，柔性鉸鏈在該領(lǐng)域也有著極其重要的應(yīng)用。 圖 14 垂直運(yùn)動(dòng)的微工作臺(tái) 我國如今柔性鉸鏈 代表 性 產(chǎn)品如哈爾濱芯明天科技有限公司以柔性鉸鏈原理開發(fā)的 XM850 六維并聯(lián)微動(dòng)臺(tái)， 如圖 15 所示， 運(yùn)動(dòng)方向最大推力為 1000N，最大負(fù)載為 100kg，可內(nèi)置位移傳感器，方便實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，閉環(huán)重復(fù)定位精度為納米級(jí)，控制方式：“壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源 ”或“ XE50 與 XE501 模塊化壓電陶瓷控制系統(tǒng)”。 因此設(shè) 計(jì)了如 圖 14所示運(yùn)動(dòng)的微柔性鉸鏈運(yùn)動(dòng)的測量與控制系統(tǒng) 動(dòng) 臺(tái) , 水平內(nèi)置式壓電塊推動(dòng)桿 1 和桿 2, 通過對(duì)稱的柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)將壓電塊位移轉(zhuǎn)化為臺(tái)面的垂直運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)可在 50 Lm 的工作范圍內(nèi) , 以 1 nm 或更高的分辨率將物體線性定位。如圖 13 所示 ,工作臺(tái)采用了壓電元件驅(qū)動(dòng) , 柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行位移放大的方案。 最早，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局開發(fā)了一個(gè)微定位工作臺(tái)并用于光掩模的線寬測量 [2]。需要垂直交叉和沿縱向軸高強(qiáng)度的雙軸柔性鉸鏈，可采用圖 12（ｃ）的結(jié)構(gòu)。 圖 11 單軸柔性鉸鏈 雙軸柔性鉸鏈?zhǔn)怯蓛蓚€(gè)互成 90176。尤其在納米技術(shù)領(lǐng)域中有著更好的應(yīng)用前景，柔性鉸鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)納米級(jí) 微運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù)，其運(yùn)動(dòng)位移的測量與控制是實(shí)現(xiàn)納米運(yùn)動(dòng)的核心技術(shù)。也可理解為利用其結(jié)構(gòu)薄弱部分的彈性變形可實(shí)現(xiàn)類似普通鉸鏈的運(yùn)動(dòng)傳遞。 關(guān)鍵詞 ： 柔性鉸鏈，電容式傳感器，傳感器處理電路， MCS51 單片機(jī)，壓電陶瓷 Abstract Flexible hinge with its no friction, no clearance, sports flexible, the advantage of high sensitivity, widely used in various fields. Especially in the field of nanometer technology has a wide application prospect, flexible hinge nanoscale micro motion is to realize the key technology, their sports displacement measurement and control is to realize the core technology of the nanometer movement. This paper based on flexible hinge, design a set of budge workbench measurement and control systems. With our knowledge learnt, make it bee a set of precision measuring system, realize high efficiency, high precision, high stability, low error of measurement. In this system, posed of by flexible hinge parallel fourbar produce a micro displacement quantity. And for being measured displacement, thus using nanoscale cap