便携式振动仪—毕业论文检查版

1、重庆理工大学毕业论文基于单片机的便携式振动仪设计编号毕业设计（论文）题目 基于单片机的便携式振动仪设计二级学院电子信息与自动化学院专业测控技术与仪器班级110070302学生姓名叶宇强 学号11007030231指导教师评阅教师时 间目录摘 要 iabstract ii1 绪论 11.1 课题的意义 11.2 国内外研究现状 21.3 本课题的研究内容和预期目标 32便携式振动仪的总体方案设计 53硬件设计 63.1 电源电路设计 63.2 传感器的选取 73.3 信号调理电路设计 93.4 a/d 的选取 133.5 单片机的选取 143.6 lcd显示和键盘电路设计 163.7 总体电路图

2、 174软件设计 194.1 软件开发环境 194.2 主程序设计 194.3 lcd显示子程序 205系统仿真和测试结果 236结论 24致谢 25参考文献 26附录a程序设计源程序 28文献综述 34重庆理工大学毕业论文基于单片机的便携式振动仪设计摘 要便携式振动测量仪是一种便携式机械振动测量仪器，能方便地测得振动加速 度、速度等振动参数，可用来对旋转与往复式机器的振动进行可靠的定量评价， 为机械设计与制造、军工、电力、设备管理、交通及环保部门对机器设备故障和 老化信号进行在线检测和监测，进行产品质量控制，进行振动试验测量和振动控 制等工作提供了极大的方便。本文对目前国内外振动测量系统的发

3、展状况进行了 分析，对于存在的振动测量系统功能比较单一、携带不方便、价格昂贵等局限性, 研制出了一种体积小、精度高、成本低、功能强的便携式振动仪。本便携式振动仪使用压电式传感器采集数据，测量指标是振动物体表面的加 速度、速度和位移。系统采用锂电池供电，能够保证系统工作的稳定性和持续性; 对于信号的调理，采用的是二阶压控电压源巴特沃斯高通滤波器，消除了干扰信 号的同时保证了信号的频带宽度；在处理数据时，采用了硬件积分和软件算法相 结合，提高了测量的精度的同时保证了测量的快速性。因此，通过便携式测量仪的实际运用，在工业过程中的设备可以更安全、更 可靠的被使用，而且保持对设备的实时监测，可以有效的防

4、止设备损坏带来的安 全隐患。关键词：振动 便携式 压电式传感器 检测 监测2abstractportable vibration measuring instrument is a portable mechanical vibration measuring instruments, can be easily measured vibration acceleration, velocity and other parametersof vibration, the vibration can be used to rotate and reciprocating machines rel

5、iable quantitative evaluation of mechanical design and manufacturing, military, electricity, equipment management, transportation and environmental protection departments of equipment failure and aging signal line detection and monitoring, product quality control, vibration measurement and vibration

6、 control tests and other work to provide a great convenience. in this paper,the current development situation of domestic and foreign vibration measurement system is analyzed, for existing vibration measurement system is relatively simple,portable inconvenient,expensive and other limitations, develo

7、ped a small size, high accuracy, low cost, powerful, portable vibration analyzer.the meter data collection using a piezoelectric sensor, is a measure of the surface vibration acceleration, velocity and displacement.system powered by lithium batteries,the system can guaranteethe stability and continu

8、ity of the work;for signal conditioning, using a voltage-controlled voltage source butterworth second order high-pass filter to eliminate the interference signal, while ensuring the width of the signal frequency;when processing data, the use of hardware and software integration algorithms, and to im

9、prove the measurement accuracy while maintaining a rapid measurement.therefore, the actual use of portable measuring instrument, equipment in industrial processes can be made more secure, and more reliable to be used, but also to maintain real-time monitoring of equipment, can effectively prevent eq

10、uipment damage potential safety problems.keywords: vibration portable piezoelectric sensor detection monitoring重庆理工大学毕业论文基于单片机的便携式振动仪设计1.1 课题的意义振动是指一个物理量在它的平均值附近不停地经过极大值和极小值而往复变 化。振动是工程技术和日常生活中常见的一种现象。比如：旋转机械由于质量失 衡以及零部件破损在运动造成的振动；建筑受到地震或者阵风产生的振动等等。 实际上，任何力学系统，任何机械、都会产生机械振动。机械振动是一种普遍存 在的现象1 0机械振动在大多

11、数情况下是有害的，它们会破坏机器正常工作的动载荷使机 器加快失效，降低机器设备的使用寿命甚至导致破损，从而造成事故。同时，振 动会产生噪声，从心理和生理方面危害人类的健康，因而振动被列为需要控制的 公害。振动测量与分析技术的主要任务就是在于帮助人类清楚地认识振动现象，并 因此而控制振动和利用振动。随着科学技术的发展，对各类机械的运转速度、承 载能力、工作寿命等方面提出了越来越高的要求，同时，人们对振动所带来的危 害的认识也越来越重视。因此，对振动测量与分析技术的研究也就越来越深入17振动信号量一般是指振动位移、振动速度和振动加速度这三种量。三者之间 存在确定的微分或积分关系，因此，从理论上看，

12、只要知道其中一个信号量，便 可以通过软件计算或硬件上的积分电路和微分电路得到其他两个运动量。振动信 号量的测量，按振动信号转换后的形式可分为三类：机械测试法，光测法和电测 法。目前广泛使用的是电测法，本论文中所设计的便携式测振仪就是基于电测法 的原理对振动信号进行测量的。振动信号分析的任务就是对所测得的信号作进一步的分析，以获得各种工作 状态下的振动特性，从而为技术人员做出论断提供可靠的依据。振动信号的分析 可以分为时域分析，频域分析和时频域分析。工程实践中，常常遇到复杂的周期 和各种不规则振动，为了掌握它们包含哪些振动频率， 以及各种振动频率的特征， 从而分析振源，排除、避开或减小有害振动的

13、影响，往往要研究振动与频率之间 的关系，也就是进行频谱的分析。频谱分析能够得到各种频率上的幅值或能量大 小，反映机器设备的频率结构，从中可以了解机器设备各部分的工作情况，它为解决工程实践提供了许多有用的信息，所以得到了广泛的应用。振动信号是机械状态检测和诊断的基本信息来源，是机械运行状态信息的载 体；振动信号分析是工程结构强度分析、机械状态检测和故障诊断的重要手段； 对于某一特定的机械部件而言，它正常工作的时候会对应着某一近似稳定的频率 特性，而当机械部件发生结构或材料上的故障时，它的频率特性就要发生改变， 这种频率特性的改变常被用来进行故障诊断。现代的工业生产系统，如电力、石 化、冶金以及柔

14、性制造等系统，由于设备群体广泛耦合，规模越来越大，各生产环 节的联系也日益密切，形成了具有整体关联的生产链，并不断向高效、高速、大 容量、高强度、系统化、自动化方向发展。与之相应的关键设备故障频繁停工损 失及维修费用也大幅度上升。使用便携式振动测量仪能够有效的提高设备运行的 安全性、可靠性、连续性，减少维护费用和生产费用。目前许多振动测试系统已不能满足现场应用的要求。同时，随着机械设备测 试诊断技术的发展，现有的振动测试系统，由于速度慢、体积大、精度不高，越 来越不适应野外检测的需求。所以具有更加便携式的智能化振动测试仪的发展成 为一种必然。便携式振动测试仪不同于普通的振动测试仪，它采用数字处

15、理方法 和lc限字显示，测量精度和测量稳定性都比较好，而且功能强大，能测量振动物 体的加速度、速度以及位移，而且体积比较小，携带方便，在不同的工业现场都 能使用，成本低，可以得到广泛的应用。1.2 国内外研究现状在20世纪60年代初，国外开始对旋转机械的振动机组、故障特点、提取振动 信号和处理故障诊断信号进行了研究， 逐步发展了许多旋转机械诊断故障的技术， 常用的技术有波峰系数法、冲击脉冲法等。到了 70年代，有的故障诊断仪器开始 进入工程实用阶段，如加拿大csi仪器公司的csi2115、csi2400,美国亚特兰公司 的m6000系列以及瑞典的sp松司的spmz器系列。从80年代开始，国内才

16、开始对 故障诊断技术进行研究，很多研究机构和高等学校对旋转机械的诊断技术和监测 做了很多实验室研究以及故障分析，国内有了相似的故障诊断仪器产品堆出，但 是功能上与客户的需求还是差距很大。如今，为了适应实际运用中的需求，大量 的测振仪被开发出来，但国内对于便携式振动仪这一方面与国外仍然有着不小的 差距2。在机械测量领域，便携式振动仪以体积小、便于携带、适用范围广、灵活性 高、测量对象多的特点成为这个领域的主力。经过几十年的发展，国外出现了不 少测量振动的产品，有的性能比较优良，但是国内的振动测量仪大多还停留在低 档产品阶段，因此，如何研制出功能多而且价格合理的便携式振动仪是现在我们 解决的一个重

17、要的问题。现在举出一些振动测试系统存在的缺点主要表现在：1）目前使用的测振系统对传感器信号大多采用模拟处理方法，仪器的测量精 度、测量值稳定性和测量数据的可用性比较差。2）工作模式简单，往往只能测量某种数据或者对某种频谱进行分析，灵活性 比较差，不能满足现场测试的基本要求。3）大多数的振动测量系统便携性比较差，体积大，不便于在工业现场灵活使 用。4）人机交换效果差，由于没有强劲的多媒体硬件支持，图像显示颜色单调， 分辨率低，单位面积信息表达量低，这个缺点大大截止了仪表的现场分析能力。5）上层软件支持少，上层软件不光要读取测量数据，还要对数据进行管理， 绘制数据的模拟变化曲线，离线分析功能。这些

18、都是老的仪表无法提供的。6）进口振动测试系统价格昂贵，不利于广泛应用。以上几点问题限制了振动测试系统在各个领域中的广泛应用。针对以上振动测试仪的缺点，国外和国内几家公司已经研制出比较好的振动 测试仪，现举例如表1-1所示。随着电子技术和数字信号处理技术的迅猛发展，包括振动测试仪在内的仪器 仪表工业正在经历着一场革新。通过使用新的技术和新的理论，仪器仪表正朝着 便携式方向发展。在振动测试仪这一领域中，通过使用数字信号处理技术和最新 的芯片技术设计使功能更强大，成本更低廉，体积更小的智能便携式仪器是振动 仪发展的趋势3 01.3 本课题的研究内容和预期目标本论文设计的便携式振动仪是由压电式加速度传

19、感器获得被测物体的振动加 速度信号，通过传感器信号电缆将加速度电压信号送入便携式振动仪进行处理。 便携式测振仪可完成位移、速度、加速度信号的转换，电压信号的放大、滤波，电压信号的数字化，测量数据的显示。这样，便携机就基本上可以完成对振动的测量 及简单的数据处理。便携机通过通讯电缆可以和计算机进行数据通讯，将测量的 数据传入计算机进行二次处理，通过设计好的软件进行信号分析等工作，还可将 数据保存在数据库中，便于以后应用。设计的重点就是在保证测振仪的测量精度 的前提下，降低整机的功耗，控制整个设备的价格。本系统还提供了与pcm通信的接口，从而为设备故障诊断提供了可靠的数据源60具体技术指标如下：测

20、量范围：加速度，0.1199.9m/s2; 速度，0.0119.99m/s；频率，10hz10khz;位移，0.001 1.999mm；使用环境温度，-25+60 co精度：（数值的）及个字。表1-1国内外振动仪产品对比厂家型号测量振幅范围频率范围其他特点参考价 格（元）日本理 音公司vm-63 便携式 测振仪位移：0.001-1.999mm 速度：0.01-19.99cm/s 力口速度 0.1-199.9m/s210hz-10khz 1hz-5khz （加速度档可 选）8500vm-82振动计位移：0.001-100mm 速度：0.3-10001mm/s 加速度：0.02-200m/s23h

21、z-500hz 3hz-1khz3hz-1khzvm-63 的改进 型:重320 克9800va-83 便携式 测振仪位移：0.03-1000mm 速度：3-1000cm/s 加速度：0.3-1000m/s20.1hz-100hz0.1hz-10khz0.1hz-100khz可存储500 组数据4500北京测 振仪器 厂gz-6a位移：0.001-10mm 速度：0.001-10mm/s 加速度：0.01-100m/s0.3hz-15hz5000gz-4b位移：0.3-1000mm 速度：0.01-10mm/s 加速度：0.3-50m/s210hz-10khz1800bz8701位移：0.00

22、1-1.999mm 速度：0.01-19.99cm/s 加速度：0.1-199.9m/s10hz-10khz 1hz-5khz（加速度档可选）35002便携式振动仪的总体方案设计本系统是一个便携式振动测试系统，需要考虑到成本、便携性、应用范围的 限制，在保证测量精度的同时必须降低系统的功耗和保持各部分的紧凑性。系统 硬件的总体结构框图如图2.1所示。图2.1系统总体结构框图由图可以看出系统可以简单概括为下列模块：1）电源管理模块包括基准电压的提供和充电单元，设计中所用的所有元器件 都采用sv供电。2）传感器模块采用的是压电式加速度传感器把振动信号转换成电荷信号。3）信号调理模块包括电荷放大电路

23、、滤波电路和积分电路（一次积分和二次 积分），该模块将传感器转换成的微弱的电压信号放大，滤波，然后通过积分电路 将加速度信号转换成速度和位移，其结构框图如图 2.2所示。图2.2信号调理模块结构框图4 ） a/d转换电路模块是将电压模拟信号转换成数字信号以便让单片机处理5 ）单片机模块是系统的核心，本系统采用的是 at89c5第片机。6 ） lcm示模块将测量结果通过显示屏直观的显示出来。3硬件设计3.1 电源电路设计随着工业规模的扩大以及适应不同工业现场的应用，便携式也就成了该系统 解决的重要问题。如何设计一个高效而又轻便的电源系统，以降低功耗提高待机 时间是值得考虑的问题。为了解决这个问题

24、，本系统选择了单节离子电池供电，锂电池有着其他电池 所不能比拟的优点：工作电压高、重量轻、体积小、能量高、安全快速充电、允 许温度范围宽、放电电流小、无记忆效应、无环境污染等等，这些决定了它在便 携式振动仪系统中的主流地位。锂离子电池的主要缺点是不允许过充电和过放电。 为了防止锂离子电池过充电和过放电，单体电池或电池组都必须加装冲、放电及 过流保护电路，并且需要专用的充电器来对锂离子电池实施最安全和最佳充电， 以延长其使用寿命。一节锂电池的电压上限是4.2v,下限是2.2v,而设计中采用的cpu、放大等 元器件的工作电压一般都在+ 5v,而且有些是采用v供电的。所以在dc/dc转 换方面要做的

25、工作有了两个方面：一个是将锂电池通过升压转化成 +5v电压；二 是将+5v电压转化成-5v电压。在dc/dc转换方面采用了 maxim 司生产的max1675。max1675具有效率、 静态电流低、超小型 仙max封装、噪声低等优点。可以输出 3.3v、5v周电压或25.5v可调电压。输出电压的大小主要由反馈输入引脚 fb的不同接法定的，接电 阻分压反馈，可输出2 5.5v可调电压；接地为+5v输出；接out为+3.3v输出。具体电路如图3.1所示。max1675包括一个低电池电压检测比较器， 用于将检测到 的信号与内部参电压（1.3v）比较，并通过输出端对电池充电进行实时控制。当lbi的电压

26、低于内部参考电压时，lbo输出低电平，低电池监控的电压阈值通过ri和r2设定，r2一股选择低于260kq的数值，则ri为:(3-1)其中为充电下限，等于2.2v, vref为1.3v。所以为了减小r3和r3上的功耗ri和r2的取值不应当太小，所以取 r2 = 200kq,止匕时r1= 136kh由于锂离子池电压 低于2.2v时，将造成永久性破坏，所以将r1的值取稍大一些为140kq。在将+5v电压转换为-5v电压时，采用了 dc/dc反相集成电路icl7660 icl7660时harris公司采用cmos工艺制造的高效率、小功耗直流电压转换器，可 单电源转换成对称输出的双电源，它的主要特点是：

27、1） 工作范围宽：1.5v10.5v;2）低功耗，静态电流小于0.5ma;3）转出电流10ma,典型电源转换效率为98%;4）外围电路简单，接2个电容即可工作。图3.1 dc/dc转换电路图3.2传感器的选取传感器是能够感受规定的被测量并按照一定得规定转换成可用输出信号的器 件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。在振动测量中，把被测的振动力学 参数转换成电学参数的装置称为振动测量传感器。压电式传感器的压电元件时利 用压电材料制成的，当有一力作用在压电材料上时，传感器就有电荷（或电压）输出。压电传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为前提的19。便携式振动仪的组成根据所用传感器的不同而有不同的

28、形式，如：位移传感 器、速度传感器和加速度传感器等。加速度传感器通常可以做的比速度传感器的 尺寸小、重量轻，且工作频率较宽。在测量时，不仅传感器对试件振动特性的影 响（附加质量）小，而且所测得结果也更接近某个点，而不是某个面的振动，同时 能更好的适应振动频率的要求。所以近年来有使用加速度传感器代替速度传感器 的倾向阳。在振动测量中，加速度传感器直接受振动加速度信号，它的输出信号与振动 加速度成正比。如果再经过一、二次积分网络，还可测得振动速度和振动位移。 加速度传感器有多种结构型式，如压电式加速度传感器和电容式加速度传感器等。 由于压电式加速度传感器有着体积小、重量轻、坚实可靠、灵敏度较高、可

29、用频 率范围较宽等优点，所以它在振动测量中得到较为广泛的应用 网。本设计采用的是 压电式加速度传感器，它输出的是电荷信号和加速度信号成正比，其输出阻抗很 大，固有频率比较高，能够适用于一般的机械振动的变化范围。本设计采用yd系列压电式传感器yd-14。压电式加速度传感器在振动测试领域中是应用最广泛的传感器之一，因为它 具有工作频带宽、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、不易损坏等有点。压电 式传感器主要利用压电晶体受压缩时产生压电效应，产生电荷量，主要结构形式 有周边压缩式、中心压缩式和剪切式等，不论采用何种形式，其力学模型均可简 化为一个单自由度质量一弹簧系统，如图3.2所示。42图3.2压电

30、式加速度传感器的力学模型（m-质量、k-弹簧、c-阻尼）由于电压传感器采用空气阻尼，即 c很小（趋于零），当被测频率ri,所以尽量增加前置放大电路的输入电阻是压电传感 器对前置放大器的主要技术要求之一。电荷放大器实际上是一个具有深度电容负 反馈的运算放大器，由于理想的电荷放大器是纯电容反馈，对于直流信号来说相 当于开环，有很大的零点漂移，所以为了稳定工作点，应该在反馈电容c的两端并 联一个很大的直流反馈电阻rf,如图2.4所示。放大器的输出表达式为：ufajwq(3-3)(g jwc) (1 a)(gf jwcp)因为电荷放大器的开环增益a很大，所以(1+ a)gfg ,(1+ a)cfc ,

31、则公式可以简化为:uocf旦jw(3-4)由此可知输出电压u0不但取决于输入电荷q、反馈电容cf,还与反馈电阻rf 和工作频率t关。当工作频率由艮低的时候，gf的影响不能够忽略，频率降低，gf/w增大，当其增大到等于时，uo的幅值下降到原来的0.707。此时对应的频率就是电荷放大器的 下限频率，即wm i n-gfcf(3-5)wm in1九 rfcf(3-6)当频率很高时，由公式(2-6)可知当cfgf/jw ,输出uo与频率gf无关，其频 率上限主要决定于运算放大器的频率响应和输入电缆的影响。若电缆太长，杂散 电容和导线电阻增加，将影响电荷放大器的高频特性。由于便携式测振仪的频率测量范围最

32、大是10khz,相对这个频率而言，运算放大器的高频响应可以不加考虑， 另外测振仪电路和传感器的连接电缆很短，一般只有15mm左右，所以电缆对电荷放大器频率上限的影响也可以忽略不计.综上所述，设计电荷放大器的关键是运算 放大器、反馈电容和反馈电阻的选择。根据上述原则，我们选用ti公司研制的tlc27m7高精密两路、低功耗运算放 大器，双电源供电（方v）,输入阻抗达1012q,最大输入失调电压0.5mv,共模抑 制比91db,噪声电压32nv/hz ,其输入阻抗很高，能够满足电荷放大器的设计要求。 另外，在反馈电容选择上充分考虑电荷放大器的增益（增益主要由电容cf决定）和输入端电容（包括传感器电容

33、、连接线电容、运放输入阻抗电容等），以及噪声、零漂等因素，我们选择反馈电容 cf是0.01小。确定反馈电容之后根据频率响应和 阻抗匹配等因素确定反馈电阻，同时经过多次在标准振动台做试验，选择 rf=22mq ,此时求出电荷放大器的低频下限频率是 0.72hz,满足设计要求7。 3.3.2电压放大电路设计经过电荷放大器输出的电压信号仍然很微弱（5-6mv）,为了满足测量精度的要 求，对输出电压需要进行高倍（100倍以上）放大后才能够进入a/d转换。充分利用 tlc27m7运放噪声小、精度高、共模抑制比高以及双电源供电，增益可以很大的 优势，以满足抗混淆滤波和a/d采样进行信号处理的要求。根据技术

34、要求及市场情况，选择模拟器件公司生产的ad626差分运算放大器。 ad626既能用单电源供电，也能用双电源供电，视需要和可能灵活应用。用+ 5v 电源电压工作时，运放输出电压为 +0.03v- +4.7v,此时电路增益为10。如果外 接一个电阻，就能很容易实现增益（10100）的调节；如果用一个电容连到filter引脚和模拟地之间，就能提供低通滤波器的作用。其主要引脚图示于表3-1所示表3-1引脚图引脚符号功能1,8-in,+in差分输入负端和正端2analog gnd模拟地3-v负电源输入端。单电源供电时，接地；双电源供 电时，接负电源6+v正电源输入端4filter滤波器轴出端。该端与地之

35、间接某一电谷，就能 实现低通滤波的功能5out输出端7g=100增益选择端。该端接地，g= 100;悬空，g= 10利用ad626能方便实现低通滤波器的功能，只要在滤波器引脚和地之间连接 一个电容，就能进行低通滤波，其电路如图3.4所示。将引脚7接入地之可以得到的 放大倍数为100,即k=100。图3.4 ad626电路图3.3.3积分电路设计本设计智能化振动测试仪的测量的基本参数是加速度，速度和位移，系统所 采用的传感器是压电式加速度传感器，所以必须把加速度信号转换为速度和位移 信号，加速度和速度、位移之间存在积分关系，这部分设计的目的就是设计积分 电路把加速度信号转换为速度和位移信号。1)

36、 一级积分电路设计一级积分器电路设计需要把加速度信号转换为速度信号，电路图如图3.5所示2)二级积分电路设计二级积分器电路设计需要把速度速度信号转换为位移信号，电路图如图3.6所图3.6二级积分器电路3.4 a/d 的选取a/d转换器是一种能把输入模拟电压或电流变成与它成正比的数字量， 即能把 被控制对象的各种模拟信息变成计算机可以识别的数字信息。a/d转换器种类很多，但从原理上通常可分为以下四种： 计数器式a/d转换器、双积分式a/d转换器， 逐次逼近式a/d转换器和并行a/d转换器。本设计采用的是逐次逼近式a/d转换器。adc0809是一种8位逐次逼近式a/d转换器，可以和微机直接接口。

37、adc0809 由8路模拟开关、地址锁存器与译码器、比较器、256电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器sar、控制电路和三态输出锁存器等组成。adc0809采用的是双歹直插式封装，有28条引脚，其技术指标如下：1) 分辨率：8位2) 转换时间：100us3) 转换误差/lsb:切2虫4) 模拟输入范围/v: 0+5v5) 工作电压/v:单电源+5v6) 基准电压(v ref ): v ref (+) 0 其外部封装图如图3.7所示。in口adoain1addbin2addcjlhlqa 1匚25242322in-jmilein4ins2-wsbins2-2in72日2 4 start2-5eo

38、c2 6output enable2 -7clock2-3lsbvccgndwref(+vref(-)21201cie815141713u91026 271badcq8o9图3.7 adc0809勺外部封装图其中各引脚功能具体如下：1) in0-in7(8条)为八路模拟电压输入线，用于输入被转换的模拟电压。2)地址输入和控制(4条)ale为地址所存允许输入线，高电平有效。当 ale 线为高电平时，adda、addb、addc三条地址线上的地址信号得以锁存，经 译码后控制8路模拟开关工作。adda、addb、addc为地址输入线，用于选择 in0-in7上的哪一路模拟电压送给比较器进行 a/d转

39、换。3)数字量输出及控制线(11条)start为启动脉冲输入线，该线上的正脉冲由 cpu送来，宽度应大于100ns上升沿清零sar,下降沿启动adc工作。eoc为装 换金属输入线，改线上的高电平表示a/d转换已结束，数字量已锁入三态输入锁存 器2-1-2-8为数字量输出线，2-1为最高位。oe为输出允许线，高电平时能使2-1-2-8 引脚上输出转换后的数字量。4)电源线及其其他(5条)clock为时钟输入线，用于为adc080短供逐次比较 所需640khz使中国脉冲序列。vcc为+5v电源输入线，gnd为地线。vref(+)和vref(-) 为参考电压输入线，用于给电阻阶梯网络供给标准电压。v

40、ref(+)常和vcc相连，vref(-)常接地或负电源电压。3.5 单片机的选取at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器(fperomfalshprogrammable and erasable read only memory)的低电压，高性能 cmos8微处理 器，俗称单片机。at89c205是一种带2k字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片 机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。之所以选择该器件，是应为它采用atmel密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的

41、at89c5是一种高效微控制器。at89c5律片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案14 o其主要特性有：1) 与mcs-51兼容2) 4k字节可编程闪烁存储器3)寿命：1000写/擦循环4)数据保留时间：10年5) 全静态工作：0hz-24mhz6)片内振荡器和时钟电路7) 128x8位内部 ram8)32 可编程i/o线9)两个16位定时器/计数器10) 5个中断源11)可编程串行通道12)低功耗的闲置和掉电模式其外部封装图如3.8所示。u13161e_xtal1xtal2rste 必a a-ef p p p p p p. ppo-o/ado p0.1/ad1 p0.2/a

42、d2 p0.3/adgp0.4/ad4p0.5/ad5 po 16/ad6 p0.7/ad7p2 a舶p2-2/a10p2.3/a11p2.a12p2.5/a13p2,5/a14p2.7/a15p3.0/rxdp3.1/tj(dp3.2/int0p3.3/1nt1p3wt0p3.5/t1p3.0./wrp3.7/rd3534332324 25_26_ 27 次1011 悖131415 1b 17at39c51图3.8 at89c5hi片机外部封装图3.6 lcd显示和键盘电路设计1) lcd显示本系统设计所选用的液晶显示器件为 lcd1602其主要技术参数：显示容量：16 x2个字符芯片工作电

43、压：4.55.5v工作电流 20ma(5.0v)模块最佳工作电压:5.0v字符尺寸：2.95 435(wxh)mm对于lcd的弓唧功能说明，lcd1602采用标准的15脚(无背光)或16脚(带 背光)接口，各引脚接口说明如下表3-2所示。表3-2 lcd的引脚功能编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2数据2vdd电源止极10d3数据3vl液晶显示偏压11d4数据4rs数据/命令选择12d5数据5r/w读/写选择13d6数据6e使能信号14d7数据7d0数据15bla背光源正极8d1数据16blk背光源负极2)键盘电路设计为了简便硬件电路，本设计只设计了两种按键来进行人机互动。复位

44、按钮，用来给单片机进行复位操作，电路图如图 3.9所示。显示切换按钮，是用来切换显示加速度、速度、位移三个检测参数，本设计中使用了两个独立按键来选择显示对应通道的电压，其中key每按一下通道数就减1并在lcd1602l显示对应通道的电压，key有按一下通道数就加1并在lcd1602l显示对应通道的电压,这样就十分方便查看不同通道的数据。键盘与单片机的连接电路如图3.10所示:p3orxdp3.1fd pijahttl paitittp3.4nnp3itip3k pi.t/inrtu21立raw =*13*n-i key1o o七王.key； 2加一-o o3.7总体电路图图3.10切换电路图图

45、3.10数据采集和处理模块电路图ivaiidm.lraitrjjjfnxd piifdfn rutttb raaftinraoplf f和 ：5间的和rkpack-b：-t n-clock qtiwt,i=likey1 uti outt dim out+ outf duts qu17图3.11 a/d转换和lcd显示模块电路图4软件设计4.1软件开发环境keilc51标准c编译器为8051微控制器的软件开发提供了 c语言环境,同时保 留了汇编代码高效，快速的特点。c51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近 cpu本身，及其它的衍生产品。c51已被完全集成到uvision4的集成开发环境中，

46、这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器10。 4.2主程序设计整个系统软件设计主要是将被测量的数据采集到系统中，通过数据处理把被 测量的数字显示在系统的显示屏上。系统采用模块化编程，将各部分功能分别实 现，然后按自上而下的顺序执行，其中包含的功能子程序有：数据采集子程序、 数据处理子程序、数值显示子程序。主程序流程图如图4.1所示：图4.1主程序流程图其程序代码为:void main()lcdinit();timeinit();while(1)adtr(0,0,0,0);delay(5);adtr(1,0,0,1);delay(5);adtr(0,1,0,2);

47、delay(5);disp(0,0,tab3);disp(1,0,tab4); keyscan();lcd1602显示驱动程序来编写的，其lcd显示部分4.3 lcd显示子程序lcd显示部分软件是根据流程图如图4.2所示。lcd写数据和命令如图4.2 lcd流程图其程序代码为：/*初始化函数*/void lcdinit()lcdrw=0;delay(5);lcden=0;/使能位置低电平write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com(0x01);write_com(0x80);delayl(20);/*写命令函数*/void

48、write_com(uchar com)lcdrs=0;p0=com;delay(10);lcden=1;delay(10);lcden=0;/*写数据函数*/void write_data(uchar date)lcdrs=1;p0=date;delay(10);lcden=1;delay(10);lcden=0;void disp(uchar h,l,uchar *p)whte_com(0x80+h*0x40+l);while(*p!=0)write_data(*p);p+；5系统仿真和测试结果根据方案设计结果，进行了硬件电路在proteus下的仿真。当通过电位器调节 ad转换器输入端的电

49、压时，模拟电压值经过 a/d转换后，经由单片机将转换后的 电压值发送至p0 口，供lcd进行显示。仿真过程描述：通过keil软件对所编程序进行编译，生成.hex文件，在proteus 软件中，用mcs51单片机调用.hex,即可进行硬件的仿真。该仿真包括两部分：对3路电压进行采集，经由a/d转换器进行转化，转化后的16进制数存于 单片机的内部存储器中。对转换后的电压进行显示。将内部存储器中存储的转化后的电压对应的16进制数付给p0 口，由lcd进行显示。调节电位器lcd的显示数据也会发生变化。 假设a=100m/52仿真数据如图5.1、5.2、5.3所示。lcd12如图5.1通道1数据采集lc

50、o1lcd1uud1sln h 喻密m1on0lu：3dlanvfl：1.251l)如图5.3通道3数据采集6结论本文主要介绍了一种便携式振动仪的总体结构的设计以及各个模块的结构和具体实现细节，该系统采用嵌入式系统的设计方法，把当今的ic技术、嵌入式技术、通讯技术、数字信号处理技术和故障诊断理论结合在一起，设计并开发了一 种智能化、高性能的振动测试分析仪。该仪表具有以下主要特点：1）在信号采集方面使用压电式加速度传感器，保证了采集数据的频带宽度。2）在数据处理中采用硬件积分和软件算法相结合，提高了测量的精度的同时 保证了测量的快速性。3）人机交换效果好，本系统提供了良好的人机交互环境，键盘可操

51、作性好， lcd显示可持续性强，上位机界面可维护性好。4）通讯采用rs232接口，极大提高了数据传输的速度，并为二次开发提供了 良好的基础。5）本振动测量系统便携性比较好，体积小，便于在工业现场灵活使用。6）系统成本低廉，利于广泛应用。最后通过对测振仪进行仿真分析，证明该测振仪满足各项性能指标，设计方 案是可行的。由于时间和成本的关系，文中还有许多不足和有待改进之处。目前本测振仪 还不具有打印测量结果，这不利于大量的测量数据的保存。另外没有只在硬件方 面进行抗干扰方面的设计，没有在软件方面进行标定，还需要大量的时间进行软 件设计和数据标定。由于测量加速度、速度和位移时所需要完成的工作量各不相 同，所需要花费的时间也不相同。所以手动切换时需要控制时间，否则显示的并 不是本次测量的真实结果，可以将采样率适当提高，以提高测量精度和减小纹波 或者设计更加合理的人机接口。本文设计便携式测振仪