1、 旋轉(zhuǎn)變壓器式傳感器構(gòu)成的測控系統(tǒng) 目 錄第1章 課程設(shè)計方案11.1 概述11.1.1.位移傳感器工作原理11.1.2.旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用11.1.3旋轉(zhuǎn)變壓器角度位置伺服控制系統(tǒng)11.1.4. 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理21.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)4第2章 課程設(shè)計內(nèi)容52.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計52.1.1 單片機的選擇52.1.2 時鐘電路62.1.3 復(fù)位電路62.2 功能電路設(shè)計62.2.1 a/d轉(zhuǎn)換電路62.2.2 顯示電路72.2.3 鍵盤電路72.2.4 角位移反饋檢測電路82.2.5 功率放大電路92.3 系統(tǒng)硬件電路原理圖設(shè)計102.4 軟件流程圖設(shè)計12第3章 課程設(shè)計總結(jié)14參考

2、文獻附頁第1章 課程設(shè)計的方案1.1概述1.1.1位移傳感器工作原理位移傳感器又稱為線性傳感器，它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。電感式位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，接通電源后，在開關(guān)的感應(yīng)面將產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)金屬物體接近此感應(yīng)面時，金屬中則產(chǎn)生渦流而吸取了振蕩器的能量，使振蕩器輸出幅度線性衰減，然后根據(jù)衰減量的變化來完成無接觸檢測物體的目的。 電感式位移傳感器具有無滑動觸點，工作時不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使用在各種惡劣條件下。位移傳感器主要應(yīng)用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智能控制。1.1.

3、2 旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用，近期發(fā)展很快。除了傳統(tǒng)的、要求可靠性高的軍用、航空航天領(lǐng)域之外，在工業(yè)、交通以及民用領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。特別應(yīng)該提出的是，這些年來，隨著工業(yè)自動化水平的提高，隨著節(jié)能減排的要求越來越高，效率高、節(jié)能顯著的永磁交流電動機的應(yīng)用，越來越廣泛。而永磁交流電動機的位置傳感器，原來是以光學(xué)編碼器居多，但這些年來，卻迅速地被旋轉(zhuǎn)變壓器代替。可以舉幾個明顯的例子，在家電中，不論是冰箱、空調(diào)、還是洗衣機，目前都是向變頻變速發(fā)展，采用的是正弦波控制的永磁交流電動機。目前各國都在非常重視的電動汽車中，電動汽車中所用的位置、速度傳感器都是旋轉(zhuǎn)變壓器。例如，驅(qū)動用電動機和發(fā)電

4、機的位置傳感、電動助力方向盤電機的位置速度傳感、燃氣閥角度測量、真空室傳送器角度位置測量等等，都是采用旋轉(zhuǎn)變壓器。在應(yīng)用于塑壓系統(tǒng)、紡織系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)以及其他領(lǐng)域里，所應(yīng)用的伺服系統(tǒng)中關(guān)鍵部件伺服電動機上，也是用旋轉(zhuǎn)變壓器作為位置速度傳感器。旋轉(zhuǎn)變壓器的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢。1.1.3 旋轉(zhuǎn)變壓器角度位置伺服控制系統(tǒng)圖1.1是一個比較典型的角度位置伺服控制系統(tǒng)。xf稱作旋變發(fā)送機，xb稱作旋變變壓器。旋變發(fā)送機發(fā)送一個與機械轉(zhuǎn)角有關(guān)的、作一定函數(shù)關(guān)系變化的電氣信號；旋變變壓器接受這個信號、并產(chǎn)生和輸出一個與雙方機械轉(zhuǎn)角之差有關(guān)的電氣信號。伺服放大器接受選變壓器的輸出信號，作為伺服電動機的控制信

5、號。經(jīng)放大，驅(qū)動伺服電動機旋轉(zhuǎn)，并帶動接受方旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)軸及其它相連的機構(gòu)，直至達到和發(fā)送機方一致的角位置。圖1.1旋轉(zhuǎn)變壓器角度位置伺服控制系統(tǒng)1.1.4 旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理前面已經(jīng)介紹過，旋轉(zhuǎn)變壓器有旋變發(fā)送機和旋變壓器之分。作為旋變發(fā)送機它的勵磁繞組是由單相電壓供電，電壓可以寫為式（1）形式： （1）其中，u1m勵磁電壓的幅值，勵磁電壓的角頻率。勵磁繞組的勵磁電流產(chǎn)生的交變磁通，在次級輸出繞組中感生出電動勢。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，由于勵磁繞組和次級輸出繞組的相對位置發(fā)生變化，因而次級輸出繞組感生的電動勢也發(fā)生變化。又由于次級輸出的兩相繞組在空間成正交的90電角度，因而兩相輸出電壓如式（2）所示

6、： （2）其中，u2fs正弦相的輸出電壓，u2fc余弦相的輸出電壓，u2fm次級輸出電壓的幅值；f勵磁方和次級輸出方電壓之間的相位角，f發(fā)送機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角。可以看出，勵磁方和輸出方的電壓是同頻率的，但存在著相位差。正弦相和余弦相在電的時間相位上是同相的，但幅值彼此隨轉(zhuǎn)角分別作正弦和余弦函數(shù)變化。圖1.2旋變發(fā)送機兩相輸出電壓和轉(zhuǎn)角的關(guān)系曲線旋變發(fā)送機的兩相次級輸出繞組，和旋變變壓器的原方兩相勵磁繞組分別相聯(lián)。這樣，式（2）所表示的兩相電壓，也就成了旋變變壓器的勵磁電壓，并在旋變變壓器中產(chǎn)生磁通b。旋轉(zhuǎn)變壓器的單相繞組作為輸出繞組，旋變發(fā)送機次級繞組和旋變變壓器初級繞組中流過的電流為 （3） 由這

7、兩個電流建立的空間和成磁動勢為 （4）式（4）表示在旋變發(fā)送機中，合成磁動勢的軸線總是位于f角上，亦即和勵磁繞組軸線一致的位置上，和轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動。可以知道，在旋變變壓器中，合成磁動勢的軸線相應(yīng)地也是和a相繞組距f角的位置上。只是由于電流方向相反，其方向也和在旋變發(fā)送機中相差180。若旋變變壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為b，則其單相輸出繞組軸線和勵磁磁場軸線夾角相差=fb。那么，輸出繞組的感應(yīng)電動勢應(yīng)是： （5）將輸出繞組在空間移過90。這樣，在協(xié)調(diào)位置時，輸出電動勢為零。此時，輸出電動勢和失調(diào)角的關(guān)系成為正弦函數(shù)： （6）圖1.3旋變變壓器輸出電動勢和失調(diào)角的關(guān)系曲線從圖1.3和式（6）可以看出，輸出電動勢有

8、兩個為零的位置，即0和在180。在0和180范圍內(nèi)，電動勢的時間相位為正， 在 180和 360范圍內(nèi)， 電動勢的時間相位變化了180。180的這個點屬于不穩(wěn)定點，因為在這個點上，電動勢的梯度為負。當(dāng)有失調(diào)角時，旋變變壓器輸出繞組電動勢不為零，這個電動勢控制伺服放大器去驅(qū)動伺服電動機，驅(qū)使旋變變壓器和其它裝置轉(zhuǎn)到協(xié)調(diào)位置。這時，輸出繞組的輸出為零，伺服電動機停止工作。因此，根據(jù)信號幅值大小和正、負方向工作的伺服電動機，總是把旋變變壓器的轉(zhuǎn)軸帶到穩(wěn)定工作點 0的位置上。1.2系統(tǒng)組成的總體結(jié)構(gòu)由角位移反饋檢測電路對直流伺服電動機的轉(zhuǎn)速進行檢測，將測量結(jié)果經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后送單片機，單片機與內(nèi)部的設(shè)定

9、值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果，通過一個功率放大、脈寬調(diào)制放大器pwm對電動機進行控制。直流伺服電動機傳感器數(shù)據(jù)采集單片機功率放大執(zhí)行電路a/d轉(zhuǎn)換鍵盤電路報警電路顯示電路圖1.4 系統(tǒng)總體框圖第2章 課程設(shè)計內(nèi)容2.1單片機最小系統(tǒng)設(shè)計2.1.1單片機選擇89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱單片機。89c2051是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用atmel高

10、密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel的89c51是一種高效微控制器，89c2051是它的一種精簡版本。89c51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖2.1 89c51單片機引腳圖主要特性：與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0hz-24mhz 128*8位內(nèi)部ram 三級程序存儲器鎖定 32可編程i/o線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘

11、電路2.1.2時鐘電路設(shè)計時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號，89c51內(nèi)部有一個高增益反向放大器用于構(gòu)成振蕩器，在輸入端和輸出端之間跨接晶體或陶瓷諧振器就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘發(fā)生器圖2.2 時鐘電鐘2.1.3 復(fù)位電路設(shè)計單片機的復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的erset引腳上出現(xiàn)24個時鐘震蕩脈沖以上的高電平單片機就能實現(xiàn)復(fù)位。圖2.3 復(fù)位電路2.2 功能電路設(shè)計2.2.1 a/d轉(zhuǎn)換電路a/d轉(zhuǎn)化電路。亦稱“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡稱“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。將模擬量或連續(xù)變化的量進行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。a/

12、d變換包含三個部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時完成的。 圖2.4 a/d轉(zhuǎn)換電路2.2.2 顯示電路設(shè)計3引腳分別接單片的rxd txd vcc圖2.5顯示電路2.2.3 鍵盤電路鍵盤的基本工作原理就是實時監(jiān)視按鍵，將按鍵信息送入計算機。在鍵盤的內(nèi)部設(shè)計中有定位按鍵位置的鍵位掃描電路、產(chǎn)生被按下鍵代碼的編碼電路以及將產(chǎn)生代碼送入計算機的接口電路等等，這些電路被統(tǒng)稱為鍵盤控制電路。根據(jù)鍵盤工作原理，可以把計算機鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤控制電路的功能完全依靠硬件來自動完成的，這種鍵盤稱為編碼鍵盤，它能自動將按下鍵的編碼信息送入計算機。另外一種鍵盤，它的鍵盤控制電路功能

13、要依靠硬件和軟件共同完成，這種鍵盤稱為非編碼鍵盤。這種鍵盤響應(yīng)速度不如編碼鍵盤快，但它可通過軟件為鍵盤的某些按鍵重新定義，為擴充鍵盤的功能提供了極大的方便，從而得到了廣泛應(yīng)用.圖2.6 鍵盤電路2.2.4 角位移反饋檢測電路角位移反饋檢查電路的原理角位移檢測反饋電路主要是防止放大電路過載。既當(dāng)輸入信號角位移過大時，從放大后的輸出端反饋給輸入端一個負信號角位移，用來抑制輸入信號角位移的繼續(xù)增大。正反饋則與之相反，一般用于自激震蕩電路。tda2030是一塊集成功率放大器，在做為信號放大使用時，外圍需要有負反饋電路才能穩(wěn)定工作，否則容易產(chǎn)生自激，燒壞集成塊。其實所有放大器都要有負反饋電路才能穩(wěn)定工作

14、。圖2.7 信號采集放大電路2.2.5.功率放大電路：sa03是由美國apex公司生產(chǎn),由偉健電子有限公司代理的高性能脈寬調(diào)制功率 放大器。它可為負載提供3000w功率。由于其內(nèi)部自帶45khz振蕩器,因而不需要外部元件。時鐘輸入級可將內(nèi)部振蕩頻率二分頻,從而提供22.5khz的基準(zhǔn)開關(guān)頻率,也可以使用外部振蕩器來降低開關(guān)頻率或同步多個放大器。h橋的每半邊都帶有電流傳感器,可用于給出幅值和方向信息。關(guān)斷端可關(guān)掉h橋的輸出驅(qū)動器。利用高壓邊電流限制和可設(shè)定的低壓邊電流限制,除了可防止負載短路之外,還可防止放大器與電源或地短路。通過直接檢測基體溫度可防止h橋輸出mos場效應(yīng)管過熱。圖2.8 pwm

15、脈寬調(diào)制功率放大器2.3系統(tǒng)硬件電路原理圖設(shè)計圖2.9系統(tǒng)硬件電路原理圖程序見附頁2.4軟件流程圖設(shè)計主程序開始初始化子程序開中斷0顯示速度子程序設(shè)置速度子程序速度控制子程序中斷0子程序ret1采集a/d值速度控制子程序消進位標(biāo)志0=最大值ret1=最大值顯示速度值ret實際值與極限值比較c=1顯示子程序yn 鍵盤掃描延時去鍵抖動有鍵閉合掃描鍵盤找到閉合鍵計算鍵值建立有效標(biāo)志閉合鍵釋放返回建立無效標(biāo)志2.10軟件流程圖第3章 課程設(shè)計總結(jié)在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計資料了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，查閱這方面的設(shè)計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在做單片

16、機課程設(shè)計一切都要有據(jù)可依，有理可尋，在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。我們通過查閱大量有關(guān)資料，并在小組中互相討論，交流經(jīng)驗和自學(xué)，若遇到實在搞不明白的問題就會及時請教老師，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。通過這次課程設(shè)計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經(jīng)掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經(jīng)過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學(xué)習(xí)的興趣，我想這將對我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極的影響。通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這將為自己今

17、后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名自動化專業(yè)的學(xué)生，單片機的課程設(shè)計是很有意義的。參考文獻1 梅麗鳳,單片機原理及接口技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社，2004：19-48，81-932 何立民,單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，北京：航空航天大學(xué)出版社，1990：45563 張毅剛，單片機原理及應(yīng)用，北京：高等教育出版社，2003：1261354 顧興源，計算機控制系統(tǒng)，北京：冶金工業(yè)出版社, 1981：25405 睢丙東, 單片機應(yīng)用技術(shù)與實例, 西安: 電子工業(yè)出版社, 2005: 43606 余 蓮, 電子技術(shù)應(yīng)用, 北京: 信息產(chǎn)業(yè)部電子第六研究所, 2001年1期7 呂慶敏, 電力電子技術(shù)

18、, 西安: 西安電力電子技術(shù)研究所, 2002年1期8 劉學(xué)林, 傳感器與微系統(tǒng), 哈爾濱:中國電子科技集團公司第49研究所, 2006年11期9 茍永明, 計算機測量與控制, 北京: 中國計算機自動測量與控制技術(shù)協(xié)會, 2008年8期10謝裕春, 電機技術(shù), 上海: 上海市電機技術(shù)研究所, 2006年1期10篇，要求5篇期刊的參考文獻附 頁按鍵處理子程序：org 0x00mian:movlw 0x00movwf flag;標(biāo)志寄存器清零banksel trisaclrf pie1clrf pie2;清除所有中斷使能位movlw b000000movwf trisa;設(shè)定a口方向為輸出movl

19、w b00000001movwf trisb;設(shè)定rb0為輸出，其余為輸入movwf b11011011movwf trisc;設(shè)定,rc2,rc5為輸出，其余為輸入movlw .63movwf pr2;設(shè)定周期為256usbanksel t2conmovlw b001111movwf porta;設(shè)定a口的初始值movlw b11111111movwf portb;設(shè)定b口的初始值movlw b11111111movwf portc;設(shè)定c口的初始值clrf intcon;清除所有中斷使能和標(biāo)志位clrf pir1clrf pir2;清除所有中斷標(biāo)志位clrf tmr2;清除tmr2為零mo

20、vlw b00000001movwf t2con;設(shè)定t2的工作方式，選用4分頻movlw b00001111movwf ccp1con;設(shè)定占空比的高兩位為0，ccp1工作在pwm方式movlw .60movwf ccpr1l;ccp1的初始占空比為242usbsft2con,tmr2on;pwm開始工作loop:banksel portcclrf cnt3;采樣結(jié)果寄存器clrf cnt5;處理結(jié)果寄存器movlw .13movwf cnt2;采樣次數(shù)寄存器movlw b01000000movwf cnt4;采樣結(jié)果屏蔽寄存器loop1:movf portc,w;讀portc的狀態(tài)andw

21、f cnt4,w;屏蔽掉無效位movwf cnt3;存入采樣結(jié)果寄存器swapf cnt3,f;進行高低位交換bcf status,c;清除進位標(biāo)志rrf cnt3,frrf cnt3,w;把第三位移到最低位addwf cnt5,f;處理結(jié)果寄存器加一，相當(dāng)于把對potrc.6的采樣值加1call delay;延時decfsz cnt2,f;共采樣13次goto loop1 bcf status,crrf cnt5,frrf cnt5,frrf cnt5,f;把采樣處理完的結(jié)果除八btfss status,c;對商進行判斷goto fangkai;為0，表示有鍵按下，轉(zhuǎn)去檢查是否放開；檢測放開

22、時原理一樣，只是改為判1goto loop;返回繼續(xù)采樣fangkai:clrf cnt3 clrf cnt5movlw .13movwf cnt2movlw b01000000movwf cnt4simply:movf portc,wandwf cnt4,wmovwf cnt3swapf cnt3,fbcf status,crrf cnt3,frrf cnt3,waddwf cnt5,fcall delaydecfsz cnt2,fgoto simplybcf status,crrf cnt5,frrf cnt5,frrf cnt5,fbtfss status,cgoto fangkailowspeed:bsf flag,0;標(biāo)志位置1bcf portc,5movlw .43movwf ccpr1l;ccp1的占空比為168us，進入低速段運行g(shù)oto loop;返回繼續(xù)掃描delay:movlw .250movwf cnt1delay1:decfsz cnt1,fgoto delay1returnend4位led動態(tài)顯示子程序： port equ p0 ;段碼從p0口輸出 frist bit p3