位移测量系统设计.docx

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在现代工业生产过程中，常常需要测量很多不同的位移量。

与此同时对位移量进行较为精确地检测，是提高控制精度的基础。

因此之前所普遍采用的传统位移测量装置已经不能适应时代发展的潮流。

在此情况下通过科研人员的不断努力终于研制出了数字式光电编码器,它的输入量是角位移量其输出量是相应的电脉冲,并且它有体积小，精度高的优点。

故而，这次毕业设计选用的是光电编码器。

本次毕业设计是以AT89C51单片机为核心，用光电编码器来实现对位移量的精确测量，再将测量结果显示在LCD液晶显示器上。

其中本次设计中所选用的是输出电压为5V的光电编码器。

本文由浅入深先介绍了一些关于位移测量的基本原理，进而阐述了各个模块的设计思路，工作过程以及显示效果。

本文借鉴了一些当前较为流行的设计思想，例如硬件软件化，很好的满足了设计要求。

关键词：

位移，测量，光电编码器，单片机，LCD显示器

Abstract

Inthecontrolfield,avarietyofdisplacementmeasurementsoftenneedtobecarriedout.Inactualindustrypositioncontroldomain,toincreasethecontrolprecision,carriesontheexaminationtothecontrolledmemberisaccuratelyveryimportant.Thetraditionalmachinerysurveydisplacementinstallshasnotbeenabletosatisfythemodernproductionbyfartheneed,butthedigitalsensorelectro-opticencoder,cantransformtheangulardisplacementintowithitcorrespondenceelectricitypulseoutput,mainlyusesinthemechanicalpositionandthevelocityofwhirlexamination,hastheprecisiontobehigh,volumesmallandsooncharacteristics,thereforethisdesigndecidedthatusestheelectro-opticalencodertocarryonthedisplacementtoexamine.

Thisdesigntousetheelectro-opticalencodertorealizethedisplacementsurveyandthesimulation,realizesthesurveyfromtheexteriordifferentdisplacementvalueandthedemonstration.Makesconcreteusingat89C51monolithicintegratedcircuitisthecore,theelectro-opticalencodercarriesonthedisplacementtosurvey,simultaneouslybyLCDliquidcrystaldisplaymoduledemonstration.Thisdesignusestheelectro-opticalencoderoutputvoltageis5V,theoutputsignalafterfourdoublingcircuitprocessingsendsinthemonolithicintegratedcircuittocarryoncountingprocessing,finallysendsintheLCDmoduledemonstration.

Inthispaper,detailedworkingprocessofdisplacementmeasurementsystemisstartedwithprincipleofdisplacementmeasurement,andhardwarecircuitdesignanddisplay.Thispaperhasabsorbedtheideaofhardwareandsoftwaretoachievewiththesubjectrequiredfunctionality.

Keywords:

Thedisplacementsurveys,electro-opticalencoder,microcontroller,LCDdisplay

module

目录

第一章绪论·················································

1.1位移测量及其传感器简介··································

1.2光栅位移测量技术简介··································

第二章原理及方案说明···································

2.1方案选择及原理··········································

2.2位移测量参数及电路参数分析······························

第三章系统电路的设计········································

3.1硬件电路的设计···········································

3.1.1单片机的选择·········································

3.1.2AT89C51的介绍········································

3.1.31XP8001-1简介········································

3.2软件的设计···············································

第四章显示部分···············································

4.1LCD显示器················································

4.2LCD分类及特点······································

4.3LCD1602液晶显示器································

第五章仿真实现················································

5.1PROTEUS仿真软件简介·······································

5.2KEIL软件的简介··································

结论······························································致谢······························································参考文献··························································

第一章绪论

1.1位移测量及其传感器简介

位移包括线位移和角位移。

在工业生产过程中需要大量的位移检测，而且位移检测还是测量诸如力、扭矩、速度、加速度、流量等参数的基础。

位移是矢量，其不仅具有大小，而且还具有方向。

在实际测量中，应使二者方向重合，这样才可以得到比较满意的测量结果。

若二者的方向不重合，则会使测量结果产生较大的误差。

在具体测量时，要依据测量对象的不同，而灵活选择测量点、方向与系统。

位移传感器，放大电路以及显示器组成了位移测量系统。

其中选用合适的位移传感器是本次设计的关键。

应用场合不同，所选用的传感器也不同。

表1.1-1中是一些主要位移传感器的性能与特点的介绍。

表1.1-1常用位移传感器一览表

型式

测量范围

精确度

直线性

特点

电阻式

滑线式

线位移

1~300mm

±0.1%

±0.1%

分辨力较好，可静态或动态

测量。

机械结构不牢固

角位移

0~360°

±0.1%

±0.1%

变阻器式

线位移

1~1000mm

±0.5%

±0.5%

结构牢固，寿命长，但分辨

力差，电噪声大

角位移

0~60r

±0.5%

±0.5%

应

变

式

非粘贴的

±0.15%应变

±0.1%

±1%

不牢固

粘贴的

±0.3%应变

±2%~3%

使用方便，需温度补偿

半导体的

±0.25%应变

±

2%~3%

满刻度±20%

输出幅值大，温度灵敏性高

电

感

式

自感式

变气隙型

±0.2mm

±1%

±3%

只宜用于微小位移测量

螺管型

1.5~2mm

测量范围较前者宽，使用方

便可靠，动态性能较差

特大型

300~2000mm

0.15

%

~1%

差动变压器

±0.08~75mm

±

0.5％

±0.5%

分辨力好，受到磁场干扰时需屏蔽

涡电流式

±2.5~±250mm

±1

%

~3%

<3%

分辨力好，受被测物

体材料、形状、加工

质量影响

同步机

360°

±0.1°~

±7°

±0.5%

可在1200r/min转速工作，坚固，对温度和湿度不敏感

微动同步器

±10°

±1%

±0.05%

非线性误差与变压比

和测量范围有关

旋转变压器

±60°

±0.1%

电容式

变面积

10-3~103mm

±0.005%

±1%

受介电常数因环境温

度、湿度而变化的影响

变间距

10-3~10mm

0.1%

分辨力很好，但测量

范围很小，只能在小

范围内近似地保存线性

霍尔元件

±1.5mm

0.5%

结构简单，动态特性好

感应同步器

直线式

10-3~104mm

2.5μm

~

250mm

模拟和数字混合测量系统，数字显示（直线式感应同步器的分辨

旋转式

0o~360°

±0.5°

力可达1μm）

计量

光栅

长光栅

10-3~103mm

3μm

~

1m

同上（长光栅分辨力

可达1μm）

圆光栅

0o~360°

±0.5”

磁尺

长磁尺

10-3~104mm

5μm

~

1m

测量时工作速度可达

12m/min

圆磁尺

0o~360°

±1”

角度

编码

器

接触式

0o~360°

10-6rad

分辨力好，可靠性高

光电式

0o~360°

10-6rad

本次毕业设计所采用的光电编码器具有许多优点，比如响应快、精度高、抗干扰能