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1、-福州大学至诚学院本科生毕业设计（论文）题 目： 简易直线位移测量系统设计 姓 名： 罗满知 学 号： 210792444 系 别： 机械工程 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2007级 指导教师：倪霞林 年 月 日独创性声明本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。论文作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明本人完全了解福州大学至诚学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学
2、院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名： 指导教师签名： 日期： . z.-简易直线位移测量系统设计摘要位移传感器装置是生产生活中十分重要的产品，也是很早期的产品，随着信息化时代的到来，这些产品也向更准确、更便利、更人性化的方向发展。位移传感器不在限制于原来的传统模式，本次设计为集信号采集和显示一体的直线位移测量系统，并且数据可以传输到PC系统，为信息化处理提供了便利。更加符合现代工业生产中信息化管理的要求。进入信息化平台为工业生产提供极大便利。系统的信号采集装置为自行设计的编码器，其利用光栅原理，通过简易
3、的带孔主尺、副尺采集到正交的A、B信号。此时信号为正交正弦信号，再通过用LM339芯片设计的电压比较电路，就得到了正交方波信号。正交方波信号输入单片机，单片机通过比对不同时刻A、B信号的变化得到四种不同的状态，由此可以将正交方波信号四细分。单片机程序通过方波变化进行计数，并通过定时器计时，由这两个数据便可得出测量尺的位移、速度、加速度等测量量。得到的计数和时间数据通过RS232串口和MA*232电平转换芯片所组成的通信线路传输到PC，PC通过Visual Basic6.0设计程序的Mscomm控件接受到数据，并在VB程序中进行数据进制转换，而后计算出所需的位移、速度、加速度值，通过设计的显示界
4、面显示出来。关键词 位移传感器，光栅，VB6.0，正交信号，信息化Simplelinear displacementmeasuringsystemAbstractDisplacement sensor device is very important product in production and life, and this products have a very long history.With the arrival of information age, these products are change to more accurate, more convenience,
5、more humanized direction.Displacement sensor is not confined to the traditional mode, this design is a linear displacement measurement system which combine signal acquisition and display.In this system data can be transmitted to PC system, provides a grear convenient for information processing. More
6、fit the modern industrial production informatization management requirements. And build a information platform will provade industrial production great convenience.System for the signal acquisition device is designed by myself, through the simple principle of the gratings with A ruler have holes, vi
7、ce feet acquisition to orthogonal the A and B signal. This signal is, thenlet orthogonal sine signalsthrough the voltagecomparisoncircuitdesigned by LM339 chip .Then we got orthogonalsquare-wave signal .Andinputorthogonalsquare-waveto signal microcontroller, SCM can get four different state by compa
8、ring the signal changes of different moments of A and B, thus orthogonalsquare-wave signal can be subdivision in four state. Microcontroller program will count the change times of square wave singal, and the timer count the time,it cost.And we got this two data we can concluded measuring displacemen
9、t 、velocity and acceleration etc. The count and time data will transmission to a PC throughthe communication lines consisting by RS232 serial ports, and MA*232 level transition chip , and PC through Mscomm of Visual Basic6.0 design program ocontrols the data, and to receive in VB program data into,
10、and then compute made conversion for displacement 、velocity and acceleration ,and display dates by theinterface have designedKeywords displacement sensor,grating,VB6.0,Orthogonalsignal,informatization目录第1章绪论11.1 研究背景11.2 研究意义11.3 研究内容21.4系统总体方框图2第二章硬件设计32.1编码器设计32.2单片机概述32.2.1 单片机分类4单片机与单片机系统52.2.3
11、单片机应用领域52.3 MCS51系列单片机介绍62.3.1 MCS51系列芯片简介62.3.2 最小系统62.3.3 定时与中断的概念72.4 AT89S52芯片概述82.5 MA*232芯片简介102.6 RS232 (DB9) 串口介绍112.7 电压比较器132.7.1 LM339芯片13四细分原理142.8 光敏二极管简介14第三章软件程序设计163.1 上位机VB程序设计163.1.1 VB流程图163.1.2 Visual Basic6.0软件介绍173.1.3 VB界面设计183.1.4 Mscomm控件简介193.1.5 VB程序设计203.2 下位机单片机程序设计223.2
12、.1 主程序223.2.2 定时中断程序243.2.3 看门狗激活253.2.4 串口中断程序263.2.5 数据发送程序263.2.6 计数程序27第四章系统调试294.1 硬件电路调试294.1.1 protues软件简介294.1.2 实物检测步骤294.2 软件调试304.2.1 系统调试工具keil304.2.2 调试的主要方法30结论32参考文献33谢辞34附录1 上位机VB程序35附录2 下位机单片机程序37附录3 实物图41. z.-第1章 绪论1.1 研究背景位移测量系统大部分都是通过各式各样的传感器来实现的的，而传感器本身的特性从很大程度上决定了测量系统本身的精度、实用性，
13、通用性等要素。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。物体的准确定位是实现工业自动化生产的前提,现已经有多种位置测量方法,并已经成功地应用到了实际中1。如今的传感器不在局限于传统量的测量，也可测量如振动，粗糙度等。如文献10中提到一种不断移动的检测系统，它可以同时检测表面粗糙度，直径和枪管内壁。基于传统理论的位置传感器主要有电容式、电感式、电磁式等几种。电感式位移传感器与滑线电阻式的位移传感器相比较,在工作频率范围、测试精度和使用寿命方面都有显著提高。 这种传感器的优点是结构简单,加工、使用、维修及保养都很方便3。电容式位移传感器具有优良的性能：稳定性好，分辩
14、率高；响应时间短；环境适应性好。然而,由于其本身的电容量小(一般在10100PF之间),阻抗高。近十年来特别是光栅传感器及其测量仪表随着信息技术 (IT)和制造技术 (M T)的发展得到了相应的迅速发展。近50年来精密机械加工精度从1m 提高到0.01m ,提升了100倍2。光栅是闭环位置伺服系统中用得较多的测量装置,可用作位移或转角的检测,且测量输出的信号为数字信号。它测量范围大,测量精度高,可达几微米。光栅传感器把被测位移量转变为电信号,经前置放大和电路处理后,送入下位机进行综合运算处理后输出,并通过LED显示。目前在精密机加工方面应用较多5。本设计中没有采用LED显示测量数据，而是通过PC系统用VB语言设计了人机界面，更加方便，数据管理更加容易。光栅位移传感器具有抗电磁干扰能力强、电绝缘性好、耐腐蚀、测量范围广、体积小以及传输容量大等优点,被广泛地用于医疗、交通、电力、机械、航空航天等各个领域4。1.2 研究意义位移是指物体在外来因素作用下引起的质点位置的改变。现代生产生活中都离不开位移的测量，特别是对自动化生产的需求越来越高的情况下。如工业生产中，电机的转速、刀具的进给、注塑机注塑过程等都需要通过位移测量来控制。为了更精确和方便地测量位移，人们制作了各种各样的位移传感器来测量位移。位移传感器主要应用在自动化装
