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1、课程设计报告题目：基于 STM32的 LVDT位移测量系统设计姓名： 班 级： 学 号： 西北工业大学自动化学院基于 STM32 的 LVDT 位移测量系统设计任务书1设计目的与要求设计一个基于 STM32 控制器的 LVDT 数字测量系统设计，要求认真并准确地理解有关要求，按组完成系统设计，具体设计要求如下：（1）对流体传动管道中的压力进行，测温范围及精度：38mm，0.5%。（2）LVDT 信号的调制与解调，测量数据存储功能，掉电不丢失；（3）4 位八段码实时数据显示；（4）通过 RS232 通信接口与上位机进行数据通信；（5）功能按键、指示灯和蜂鸣器报警。2设计内容（1）查阅资料，熟悉设
2、计内容；（2）根据设计要求选择传感器，确定系统方案和主控芯片；（3）根据系统方案分别设计单元电路；确定元器件及元件参数；（4）画出电路原理图，正确使用逻辑关系。3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，并写出心得体会。目录1. 引言 .12. 设计方案 .22.1. 任务分析 .22.2. 设计思路 .23. 详细设计 .33.1. 主控制器模块 .33.1.1. 微处理器电路 .33.1.2. 电源模块 .43.1.3. JTAG/SWD 电路 .43.2. LVDT 传感器的测量原理与电路设计 .53.2.1. LVDT 传感器的测量原理 .53.2.2. LVDT 传感器电路的
3、设计 .53.3. 显示模块 .83.4. 串口通信模块 .93.5. 存储模块 .104. 总结与体会 （不宜过长） .11附录 1 MAX7219.12附录 2 I2C 总线 .141基于 STM32 的 LVDT 位移测量系统设计摘要: LVDT 可以用来测量物体的伸长度、震动频率、振幅、物体厚薄程度和膨胀度等精确数据。具体还可以用在机床工具和液压缸的定位，以及辊缝和阀门的控制等。LVDT 还有无摩擦测量、无限的机械寿命、坚固耐用、环境适用性等优点，这使它应用范围也非常广泛。本文将基于 ARM Cortex-M 内核的 32 位微控制器，即 STM32 设计一款的LVDT 位移测量器，以
4、期能够实现 LVDT 的位移测量。工作简单流程即通过LVDT 传感器获得电压信号，进行信号的简单调理并送入 STM32 芯片进行处理。STM32 主控电路将获取到的数据实现实时的显示存储并传输给 PC 端进行后续的处理。本文将简单介绍设计思路与设计方案，并且详细介绍该硬件主控制器设计，LVDT 数据获取，数据显示，串口通信，存储等功能模块。关键词: STM32；LVDT 传感器；译码显示；E2ROM 1. 引言随着科学技术的发展,测试工作量的不断加大,测试任务也越来越复杂,对测量的准确度要求越来越高。多年来,我国精密测量技术和仪器经历了许多变革,从最早广泛应用的机械仪表,到后来发展的光学、电学
5、仪表,以及采用微处理器做成的智能仪表从静态测试到动态测试以及由计算机数字控制的多参数自动测试。由此可见,新的测试技术总是随着电子技术的飞速发展以及计算机科学技术的应用不断地更新换代。位移传感器已经渗透到我们的生活之中。位移传感器的种类繁多,用途也各不相同,精度、量程更是千差万别。为位移传感器分类不是一件容易的事。常见的有电容式、电感式、还有精度较高的光纤式、激光式位移传感器。随着科技的发展,位移传感器家族必然会增加新的成员。现在较为常用的是电容电感式位移传感器,因为它们测量精度较高,价格也便宜于光纤、激光式传感器。在多数场合能够胜任。电感式传感器也有不同的总类,如单螺线管式、间隙式、差动变压式
6、等等。其中精度最好的是差动变压式位移传感器,它的工作原理简单,可靠性高,特别是测量精度较高,因此在工业生产中被广泛的应用。在信息采集系统中,传感器通常处于系统前端,即检测和控制系统之首,它提供给系统处理和决策所必需的原始信息,因此,传感器的精度对整个系统是至关 2重要的。在位移、速度及加速度的测量中,经常使用差动变压器式传感器,原因是其灵敏度高、线性好且有配套集成电路,月贻精密长度测量仪是一种利用线圈自感或者互感的变化来实现测量的装置,具有灵敏度及分辨力高、线性度好、工作可靠、寿命长、易于实现监控等优点,广泛应用于工业、农业、医疗、军事等很多领域。随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代
7、电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。差动变压器式位移传感器广泛应用于工业现场的领域测试，如过程检验、自动控制和形变测量等。该设计题目主要实现位移测量功能，具有一定的设计研究意义，除了测量位移本身外，其他的很多物理量也可以通过转化为位移来测量，测量精度也相对原始的方法较高。STM32 系列芯片 STM32F103，STM32F103 是基于 ARM
8、Cortex-M3 内核的 32 位嵌入式微处理器，它具有出色的内核性能，丰富的外部接口和低功耗。该设计系统采用 STM32 单片机作为核心控制器件，实现磁棒的小距离位移的精确测量。本设计首先采用 AD598 元件提供用来驱动 LVDT 的激励电压，磁芯移动，差动变压器的两个副线圈输出电压信号经过解调、滤波、放大后输出到 A/D 转换器，A/D 转换结果送入单片机进行数据处理、存储，最后将结果通过四位七段数码管显示并传送至 PC 端。整个系统结构合理，设计简洁，性能稳定，具有较强的抗干扰能力。2. 设计方案2.1. 任务分析此次设计，将使用 STM32F103 芯片获取 LVDT 传感器的数据
9、，并进行简单的处理，最终将数据传往 PC 端。具体可分为如下几个任务： 实现 LVDT 数据的获取 对 LVDT 数据进行处理并显示 将数据实时传输至 PC 端 完成数据的实时存储，掉电不丢失2.2. 设计思路针对以上任务，本次设计以嵌入式模块 STM32F103 为核心， 、通过八段数码管实时显示 LVDT 传感器的信息，方便用户观察，并可以通过串口将主要信息传送到 PC 端以进行后续的处理。另外，为了防止掉电数据丢失的情况发生， 3加入 E2ROM 存储器件以进行实时的数据采集与存储。总体框架结构如图 1 所示。L V D T 信号调制信号调理调试接口备用开关 / L E D 信号灯S T
10、 M 3 2 F 1 0 3数码管显示存储模块串口电源模块P C图 1主控模块：主控模块以 STM32F103 作为系统的主控制器，其最小系统电路包含电源电路，复位电路，时钟电路，这些均为芯片运行所必需的外接电路模块。LVDT 模块： LVDT 模块功能是获取外界位移物理量并且将其转化位电压信号传送至主芯片的 AD 转换通道，处理器将获取的到的电压信号按照建立好的数学模型进行逆解获取位移信息。显示模块：显示模块功能是将获取到的位移信息通过 4 位八段译码器显示出来，实现位移变量的实时监测。通讯模块：通讯模块将单片机与 PC 互联，实现单片机与 PC 端的信息交互。将 LVDT 传感器获取到的数据传送至 PC 可以实现信息的互联，为后续开发留下接口。存储模块：存储模块的功能是将获取到的进行数据存储并保护，防止单片机工作过程中出现意外情况而丢失数据。3. 详细设计3.1. 主控制器模块3.1.1. 微处理器电路 1如 Error! Reference source not found.为 STM32 电路设计图。 4PA0-WKU12653789/JTMSDIOC_NBRVE*F.ateryGuYpXL图 2STM32F103RBT6 主要技术指标如下： 最高频率 72MHz，1.2
