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1、精选优质文档-倾情为你奉上 电涡流式金属板材测厚仪的设计院 系自动化学院专 业测控技术与仪器班 级学 号2姓 名钱晓伟指导教师刘利秋负责教师刘利秋沈阳航空工业学院2008年6月专心-专注-专业摘 要本论文阐述的是电涡流式金属板材测厚仪的设计。本课题利用电涡流传感器、单片机系统设计出一种金属板材测厚仪，它能实现不同金属板材的厚度测量、厚度合格检验及其超标报警，通过键盘进行待测金属板材种类输入、厚度合格检验时的设定厚度和误差等级设置，并用LED显示，给出合格检验时超标与否的指示灯提示及蜂鸣超标报警提示。本系统由两部分组成：硬件系统和软件系统。硬件系统利用电涡流传感器及其测量电路测量不同材质和厚度的
2、金属板，得到不同电压，经放大后进行模数转换输入单片机。单片机通过软件编程对被测数据进行相关处理，结果送往LED显示器进行显示，并外接蜂鸣器和指示灯实现超标报警。软件系统用汇编语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统通过联调后，实现了预期各种功能，符合设计要求。关键词：电涡流传感器；金属板材测厚仪；合格检验；单片机；LED显示AbstractThis paper introduces the design of metallic material thickness based on eddy current sensor. The task uses eddy current sensor,
3、Single Chip Micyoco system to design metallic material thickness meter. The system can realize the functions of thickness measurement, pass examination and its overrun alarm. The input of the quality of metallic planking to be measured the preseting of object thickness and error grade when pass exam
4、inating all can be done through key board. The relative information is displayed on LED readtine. When pass examinating,buzzer and light prompting of overrun or not are given. The system design contains two parts: hardware design and software design. The hardware system uses eddy current sensor and
5、its measuring circuit to measure different kind of metallic plankings to get different voltage value.After amplified, the voltage is tramcformed to digital signal and then is sent to SCM. Through softwere programming, the measured data is processed and the result is displayed on LED in SCM system. T
6、he overrun alarm is realized by buzzer and light in dicator. Assemble language is used in the software system and modularization design idea is adopted. This system realizes all desired functions and coincides with demand after system debugging.Keywords: eddy current sensor; planking thickness meter
7、; pass examination; Single Chip Micyoco; LED display目 录第1章 绪论11.1 课题产生的背景11.2 本课题的主要任务及内容21.3 本课题的任务分析与实现31.4 本论文的主要内容安排3第2章 电涡流式金属板材测厚仪的基本原理52.1概述52.2电涡流传感器测厚原理52.2.1 电涡流传感器测量原理52.2.2 电涡流传感器测厚原理10第3章 金属板材测厚仪的硬件系统设计123.1 金属板材测厚仪的硬件设计方案123.2 传感器及其测量电路的设计133.3 放大电路的设计133.4 单片机系统电路的设计143.4.1 单片机的选择143.
8、4.2 单片机外围电路的设计173.4.3 键盘电路的设计213.4.4 数据采集电路的设计223.4.5 显示电路的设计233.4.6 报警电路的设计25第4章 电涡流式金属板材测厚仪的软件系统设计274.1 测厚仪的软件设计方案274.2 键处理子程序的设计294.3 数据采集子程序的设计304.4 数据处理子程序的设计314.5 检验标准设定子程序的设计354.6 显示子程序的设计374.6 报警子程序的设计37第5章 系统调试与分析405.1 硬件调试405.2 软件调试415.3 软件与硬件系统调试425.4 测试结果分析43结论46社会经济效益分析47参考文献48致 谢49附录 电
9、涡流式金属板材测厚仪硬件系统原理图50附录 电涡流式金属板材测厚仪软件程序清单51附录 电涡流式金属板材测厚仪元器件清单74第1章 绪论1.1 课题产生的背景厚度是工业生产中最常见和最基本的工业参数之一，是与人类的生活、工作关系最密切的物理量，也是各学科与工程研究设计中经常遇到和必须精确测量的物理量。所以厚度的测量问题是一个经常遇到的问题。厚度测量方法有很多：简单的厚度测量可以用卷尺或直尺来完成，要求精度高的用游标卡尺来完成，一些金属的厚度还可以用传感器来测量，具体用什么方法测厚要根据所测物体的大小、形状、材质以及测量精度来定。在进行金属的厚度测量时，经常遇到金属表面有非金属涂层或油污等杂质使
10、接触测量不准确或无法进行，而且在工业现场的在线测量也使得接触式测量变得困难，这就使得非接触式测量的优点显现出来。电涡流传感器是20世纪70年代以来得到迅速发展的一种传感器，它利用电涡流效应进行工作。由于结构简单、灵敏度高、频响范围宽、不受油污等介质的影响，并能进行非接触测量，可用广泛用来检测金属材质的厚度。随着在线检验精度和效率要求的不断提高， 对测量金属板材设备提出了越来越高的要求。所以今天对测量金属板材设备的要求实际上是对高精度自动化测量设备的要求。 近年来，精密测量技术发展迅速，成果喜人。例如在线测量技术，已可进行加工状态的实时测量与显示，及时检测加工是否出现异常状况，从而可大幅度提高生
11、产效率。面对我国高速发展的电子测量仪器市场，电子测量仪器有关企业将加快技术进步和市场开发的步伐，努力做好国内外市场的开拓工作，真正把中国的电子测量仪器产业做强、做大，将更多、更好、更新的电子测量仪器产品提供给广大用户。 总之，测量技术必须实现高精度化，同时也要求实现高速化和高效率化，因此，非接触测量和高效率测量也必然成为新世纪精密测量技术的重要发展方向。随着大规模集成电路、计算机技术的迅速发展，以及人工智能在测试技术方面的广泛应用，传统电子测量仪器在原理、功能、精度及自动化等方面都发生了巨大的变化，逐步形成了一种完全突破传统概念的新一代测试仪器智能仪器。目前，不仅大多数传统电子仪器已有相应换代
12、的智能化产品，而且还出现了一些全新的仪器类型和测试系统，仪器智能化已成为现代电子仪器发展的主流方向。单片机自20世纪70年代问世以来，作为微计算机一个很重要的分支，应用广泛，发展迅速，已对人类社会产生了巨大的影响。尤其是美国Intel公司生产的MCS51系列单片机，由于其有集成度高、处理功能强、系统结构简单、价格低廉、易于使用等优点，在我国已得到广泛的应用，在智能仪器仪表、工业检测控制、电子电力、电机一体化方面取得了令人瞩目的成果。由于单片机的飞速发展，从而产生了各式各样的以单片机为核心的测量仪器。1.2 本课题的主要任务及内容本课题主要以单片机为中心，设计电涡流式传感器测量电路、单片机系统电
13、路及相应的软件系统，实现多种金属板材厚度的测量、厚度合格检验及其超标报警。能由键盘进行待测金属板材种类输入、厚度合格检验时的设定厚度和误差等级设置，通过LED显示厚度测量值，给出合格检验时超标与否的指示灯提示及蜂鸣超标报警提示。设计测厚仪的硬件电路系统，包括模拟电路部分（传感器及其测量电路、信号调理电路等）和数字电路部分（单片机系统的硬件电路、键盘电路及LED显示电路等）。设计单片机软件系统实现测厚仪设定功能和完成系统联调本次设计的电涡流式金属板材测厚仪应符合以下技术指标：1 键盘设定厚度“测量”或厚度合格“检验”的功能选择；键盘进行待测金属板材种类输入、厚度合格检验时的设定厚度和误差等级设置
14、。2 实现多种（系统联调时至少演示两种）金属板材的厚度测量。厚度测量范围：010.0mm，测量精度可达0.1mm。厚度测量值采用LED显示：XX.Xmm。3 实现厚度的合格检验功能，给出厚度合格检验合格指示或不合格指示（超厚指示或超薄指示）及其蜂鸣报警提示。基于此任务，本课题中利用电涡流传感器进行不同金属板材的厚度测量，其内容主要分为软件和硬件两部分。在遵循软硬件相结合的原则下，先熟悉软件环境，然后进行硬件电路设计，再根据设计的硬件进行软件编程，进行模块化设计，并对各模块进行调试，再焊接电路板，最后软硬件进行联合调试和故障的排除。1.3 本课题的任务分析与实现针对本课题基于单片机的电涡流式金属
15、板材测厚仪器的设计任务，进行分析得到：电涡流传感器测量不同厚度不同材质金属板时输出电压各不相同，但是在传感器与实验台距离不变的情况下对同一种金属进行测量时，电涡流传感器测量电路的输出电压与金属板材的厚度是一一对应的关系，即通过对电涡流传感器测量电路输出电压的测量就可以知道金属板材的厚度。因此本课题利用电涡流传感器输出的电压信号作为测量依据。它经过放大电路和模数转换电路输入到单片机中，单片机再通过软件编程对数据进行处理，并送往LED进行显示，并外接按键、接蜂鸣器和指示灯进行功能选择、待测金属板材种类输入、厚度合格检验时设定厚度和误差等级设置及其超限报警多项任务的完成，即可圆满完成设计的要求。要求达到的各项指标及实现方法如下：(1) 利用电涡流式传感器进行金属板材的厚度测量。(2) 将传感器测量系统输出电压放大以便于对其进行模数转换。 (3) 将模拟电压信号转换成数字信号。 (4) 利用软件编程设计按键实现仪器功能、材质选择和检验厚度设定等功能(5) 利用软件编程实现蜂鸣器和发光二极管合格指示和超低限报警。 (6) LED显示测量或检验结果。 1.4 本论文的主要内容安
