基于容栅传感器和单片机的变形检测系统

1、基于容栅传感器和单片机的变形检测系统    摘要：文章介绍了基于容栅传感器和89C52单片机的位移检测系统的系统组成，重点分析了容栅数显卡尺信号转换原理及软件实现，该系统主要用于对结构的变形进行检测。 关键词：89C52；容栅数显卡尺；信号转换；检测 一、           引言在现代工程中，包括各种桥梁及大型建筑等钢架结构受到外力之后会在一定程度上产生变形。考虑到安全等各方面的因素，需要对结构变形进行测量，确保其在一定的安全范围之内。本论文是兆瓦级风力

2、发电机组风轮叶片研究的重要组成部分。        目前，容栅传感器以其精度高、体积小、造价低、环境适应能力强、实现机电一体化的优点，在工程位移测量领域得到了越来越广泛的利用，在国内主要通过电子数显卡尺的形式应用到工程当中。通过以容栅传感器和89C52单片机组成的智能检测系统可以很好进行位移检测，结合液晶显示屏和PC机，可以对测量结果进行实时仿真和智能控制。二、           系统设计变形检测系统的结构组成框图如图1所示。图1 容

3、栅位移检测系统结构框图包括多路位移采集系统、力采集系统、数据存储、键盘及显示、89C52单片机和PC上位机通讯。系统CPU采用单片机89C52，具有低功耗、高性能、融8031核与闪速存储器技术于一体的特点，扩充少量的外围芯片，即具备显示、模拟量输入和输出、掉电数据保护、串口通讯等功能，即可满足实际工程的需要。AD574A是Analog Devices公司生产的12位、逐次逼近型、带三态缓冲器的快速/转换器。转换速度最大为35s，转换精度 0.05%，具有低噪声、低功耗、高精度、高分辨率和高采样率的优点。存储器采用24LC08 芯片，为8K 串行电擦写E2PROM ，其读写速度快，在5V 供电情

4、况下可兼容400 kHz 的信号，并可按页(page) 读写；功耗低，在低电压2. 5 V 工作下标准电流为1A；体积小，占用I/ O口少，仅使用DATA 和CL K两根I/ O 线。这些优点使其相对于一般的ROM 存储器有较高的性价比。在检测系统中，需要单片机与PC机进行数据通信，完成对单片机系统的操作与控制。RS232C是美国电子工业协会（EIA）正式公布的串行总线标准，提供了单片机与单片机、单片机与机之间串行数据通信的标准接口，是目前最常用的串行接口标准。由于RS232C规定的逻辑电平与单片机的逻辑电平是不一致的。在本系统中，采用串口中断，利用专用电平转换芯片MAX232把微处理器的信号

5、电平（TTL电平）转换为RS232C电平。PC数据发送是通过TXD口经过MAX232连接到单片机的RXD端，而接收数据是由RXD经过MAX232连接到单片机的TXD口上实现的。PC机采用VB编程，VB提供了强大功能的通信控件MSCOMM，该控件可设置串行通信的数据发送和接收，对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置。为了充分利用高级语言的特点，在PC机中增加人机友好界面，由个人来检测和控制运行。三、           容栅数显卡尺数据采集变形检测系统是多路位移采集系统，共包括16路容栅传感

6、器，可以对被测对象的不同位置进行测量。系统采用4514译码芯片，通过P1.4-P1.7口，对16路传感器进行选通。容栅数显百分尺是一种新型位移传感器，提供的接口有4条信号线，包括电源线（+1.55V）、地线、时钟控制线CLK、串行数据输出线Data。接口信号不是标准的TTL信号，其信号1为1.5V左右，其信号0为0V左右。因此，必须进行电平转换，随后再经过反向器整形，送到相应芯片接口。容栅数显卡尺采用串行数据采集，其中数据线波形见图2所示。在最快20ms的周期内，包括一个下述数据采集周期。每个周期输出两组数据，其中第一组为绝对值，第二组为相对值，在本系统中我们采用第二组数值。每组数值包括24个

7、二进制位，其中前13位为整数位，后11位为小数位，换算后的数据单位为0.1inch。图2 容栅数据信号时序采用89C52单片机以及12MHz系统时钟，单指令周期在为1us，而传感器每位采集时间为11us，故采用汇编语言进行采集，确保数据的正确性。软件设计的关键在于确定数据采集的起始条件，容栅传感器输出的快速周期为20ms，慢速周期为250ms，因此起始条件就是大于一个时钟周期并且小于20ms的连续时钟低电平以及接在上述低电平之后的44us的连续高电平。READ:  MOV   A, TMOD      

8、ANL    A, #0F0H         ORL    A, #01H         MOV   TMOD, A           MOV      TH0, #0FCH     

9、         MOV      TL0, #66H              CLR        TF0              S

10、ETB      TR0PG1:    JB           TF0, PG7                     CLR     A     

11、;   MOV   R1, #08HPG2:    MOV   C, P1.2        RLC      A        DJNZ    R1, PG2        JNZ      PG1

12、         MOV   R1, #00H PG3:    MOV   TH0, #00H        MOV   TL0, #00H        CLR     TF0        SET

13、B    TR0PG4:    JB        TF0, PG6                  CLR     A        MOV     R2, #04HPG5:  

14、0; MOV   C, P1.2        RLC     A        DJNZ    R2, PG5        CJNE    A, #0FH, PG4        AJMP    DATAI

15、NPG6:       INC      R1        CJNE    R1, #05H, PG3      PG7:    LJMP    QUITDATAIN: MOV      R0, # read_data   &#

16、160;          MOV      R2, #06HTIME:     JB           P1.2, TIMEDATA1:   MOV      R1, #08H      

17、;                MOV    A, #01H              MOV      R0, A          &

18、#160;                   CLR        TR0                 QUIT:   RET   TIME1: 

19、;  JNB        P1.2, TIME1              MOV      C, P1.3              RRC     

20、60; ATIME2:   JB           P1.2, TIME2              DJNZ      R1, TIME1             

21、MOV      R0, A              INC        R0              DJNZ      R2, DATA1  

22、;            MOV    A, #01H              MOV      R0, A