毕业设计（论文）_基于单片机的向日葵生长测量仪设计

1、摘要控制环境植物生产系统中,营养液栽培系统由于具有多变量、非线性、大滞后、不确定性等问题,难以建立精确的数学模型,因而使得传统控制策略难以获得满意的控制效果,从而导致其控制自动化水平相对落后。根据模糊控制理论及其在复杂的非线性控制系统具有良好应用效果的事实。今天，那些不会打理花园的人再也不用为自己花园中的植物枯萎而担忧了。一种新型的植物生长传感器已在美国面世。 这种传感器体积小巧，把它插在花盆里或花园中24小时，它便可以全面地收集与植物生长有关的数据，包括光照、温度、湿度、土壤的排水性等。这种传感器顶端带有USB接口，可直接将收集到的数据传输至计算机。用户可通过Easybloom的专用网站对该

2、数据进行分析，数据库中包含了5000多种植物的相关信息，可以准确地告诉用户植物目前的生长状况，所处的生长环境是否适宜以及所在的区域适合种植何种植物等信息，甚至还能准确地告诉种植者花园中哪株植物需要浇水了，哪株植物生病了以及如何解决等信息。在下位机系统中设计由各传感器及其信号调理电路、采样保持及模/数转换电路、MCS-51系列单片机和串行通信接口电.关键字：生长仪，ATmega8，传感器目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc249279661 摘要 PAGEREF _Toc249279661 h 1 HYPERLINK l _Toc249279662 目录 PAG

3、EREF _Toc249279662 h 2 HYPERLINK l _Toc249279663 一 设计要求 PAGEREF _Toc249279663 h 3 HYPERLINK l _Toc249279664 1.根本要求 PAGEREF _Toc249279664 h 3 HYPERLINK l _Toc249279665 2.创新局部 PAGEREF _Toc249279665 h 3 HYPERLINK l _Toc249279666 二 系统分析 PAGEREF _Toc249279666 h 4 HYPERLINK l _Toc249279667 1.系统设计方向 PAGERE

4、F _Toc249279667 h 4 HYPERLINK l _Toc249279668 2.系统构成 PAGEREF _Toc249279668 h 4 HYPERLINK l _Toc249279669 3.可选传感器 PAGEREF _Toc249279669 h 4 HYPERLINK l _Toc249279670 三 所用器件简介 PAGEREF _Toc249279670 h 5 HYPERLINK l _Toc249279671 1.主控芯片ATmega8简介 PAGEREF _Toc249279671 h 5 HYPERLINK l _Toc249279672 1产品特性

5、PAGEREF _Toc249279672 h 5 HYPERLINK l _Toc249279673 2外设特点 PAGEREF _Toc249279673 h 6 HYPERLINK l _Toc249279674 3特殊的处理器特点 PAGEREF _Toc249279674 h 6 HYPERLINK l _Toc249279675 4I/O 和封装 PAGEREF _Toc249279675 h 6 HYPERLINK l _Toc249279676 5工作电压 PAGEREF _Toc249279676 h 7 HYPERLINK l _Toc249279677 6速度等级 PAG

6、EREF _Toc249279677 h 7 HYPERLINK l _Toc249279678 7引脚说明 PAGEREF _Toc249279678 h 8 HYPERLINK l _Toc249279679 8ATmega8状态存放器 PAGEREF _Toc249279679 h 9 HYPERLINK l _Toc249279680 9通用存放器 PAGEREF _Toc249279680 h 10 HYPERLINK l _Toc249279681 10堆栈指针 PAGEREF _Toc249279681 h 11 HYPERLINK l _Toc249279682 11复位与中断

7、 PAGEREF _Toc249279682 h 12 HYPERLINK l _Toc249279683 2生长速率传感器FI-SM PAGEREF _Toc249279683 h 13 HYPERLINK l _Toc249279684 (1)速率传感器简介 PAGEREF _Toc249279684 h 13 HYPERLINK l _Toc249279685 (2)接触式速率传感器 PAGEREF _Toc249279685 h 13 HYPERLINK l _Toc249279686 3非接触式速率传感器 PAGEREF _Toc249279686 h 14 HYPERLINK l

8、_Toc249279687 (4)速度传感器的性能 PAGEREF _Toc249279687 h 14 HYPERLINK l _Toc249279688 (5) FI-SM速率传感器指标 PAGEREF _Toc249279688 h 14 HYPERLINK l _Toc249279689 3.位移传感器DE-1M PAGEREF _Toc249279689 h 15 HYPERLINK l _Toc249279690 1位移传感器简介 PAGEREF _Toc249279690 h 15 HYPERLINK l _Toc249279691 2位移传感器原理 PAGEREF _Toc24

9、9279691 h 15 HYPERLINK l _Toc249279692 3位移传感器信号处理 PAGEREF _Toc249279692 h 16 HYPERLINK l _Toc249279693 (4)位移传感器位移传感器的分类 PAGEREF _Toc249279693 h 17 HYPERLINK l _Toc249279694 (5)位移传感器主要特性参数 PAGEREF _Toc249279694 h 18 HYPERLINK l _Toc249279695 (6)位移传感器SD-5M各项指标 PAGEREF _Toc249279695 h 19 HYPERLINK l _T

10、oc249279696 7数码管显示器 PAGEREF _Toc249279696 h 19 HYPERLINK l _Toc249279697 四 系统设计 PAGEREF _Toc249279697 h 21 HYPERLINK l _Toc249279698 1.系统硬件设计 PAGEREF _Toc249279698 h 21 HYPERLINK l _Toc249279699 1AVR单片机最小系统 PAGEREF _Toc249279699 h 21 HYPERLINK l _Toc249279700 2传感器输入接口 PAGEREF _Toc249279700 h 21 HYPE

11、RLINK l _Toc249279701 3放大处理器 PAGEREF _Toc249279701 h 22 HYPERLINK l _Toc249279702 4信号处理整形电路 PAGEREF _Toc249279702 h 23 HYPERLINK l _Toc249279703 5报警电路 PAGEREF _Toc249279703 h 23 HYPERLINK l _Toc249279704 6电源电路 PAGEREF _Toc249279704 h 24 HYPERLINK l _Toc249279705 2.系统软件设计 PAGEREF _Toc249279705 h 24 H

12、YPERLINK l _Toc249279706 1软件流程图 PAGEREF _Toc249279706 h 24 HYPERLINK l _Toc249279707 2程序清单 PAGEREF _Toc249279707 h 25 HYPERLINK l _Toc249279708 五 参考文献： PAGEREF _Toc249279708 h 25 HYPERLINK l _Toc249279709 附录一：程序清单 PAGEREF _Toc249279709 h 26一 设计要求1.根本要求1能实时监测向日葵的生长情况。2能实时显示及统计向日葵生长高度等各项指标。2.创新局部1能存储一

13、周的生长指标值，便于查看与比照。2能设定各项指标，并进行报警。二 系统分析1.系统设计方向本系统主要依靠各种专业传感器，来将植物的当前生长情况的各项指标转换成微电压信号，在经过精密放大整理后送到AVR单片机ATmega8，利用单片机来比拟转换各项指标，并存储，最后处理成较人性化的指标。系统可预置各项指标，并能定向报警。 电源系统 样品收集系统 样品检测系统 数据采集系统3.可选传感器 PIR-1 光合作用辐射传感器 TIR-4 总辐射传感器 ATH-2 空气温湿度传感器 SMS-2 土壤湿度传感器 LT-2M 叶片温度传感器 SF-4M, SF-5M 茎流速率传感器 SD-5M 或 SD-6M

14、 茎杆微变化传感器 DE-1M 电子点位测树器 FI-LM,FI-MM,FI-SM和FI-XSM果实生长传感器 SA-20 茎杆生长计三 所用器件简介ATmega8简介1产品特性 高性能、低功耗的 8 位AVR 微处理器 先进的RISC 结构 130 条指令 大多数指令执行时间为单个时钟周期 32个8 位通用工作存放器 全静态工作 工作于16 MHz 时性能高达16 MIPS 只需两个时钟周期的硬件乘法器 非易失性程序和数据存储器 8K 字节的系统内可编程Flash 擦写寿命: 10,000 次 具有独立锁定位的可选Boot 代码区 通过片上Boot 程序实现系统内编程 真正的同时读写操作 5

15、12 字节的EEPROM 擦写寿命: 100,000 次 1K字节的片内SRAM 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密2外设特点 两个具有独立预分频器8 位定时器/ 计数器, 其中之一有比拟功能 一个具有预分频器、比拟功能和捕捉功能的16 位定时器/ 计数器 具有独立振荡器的实时计数器RTC 三通道PWM TQFP与MLF 封装的8 路ADC 路10 位ADC 8 路10 位ADC 面向字节的两线接口 两个可编程的串行USART 可工作于主机/ 从机模式的SPI 串行接口 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 片内模拟比拟器3特殊的处理器特点 上电复位以及可编程的掉电检测 片内经过标定的

16、RC 振荡器 片内/ 片外中断源 5种睡眠模式: 空闲模式、ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式及Standby 模式。4I/O 和封装 23个可编程的I/O 口 28引脚PDIP 封装,32 引脚TQFP 封装,32 引脚MLF 封装5工作电压 2.7 - 5.5V (ATmega8L) 4.5 - 5.5V (ATmega8)6速度等级 0 - 8 MHz (ATmega8L) 0 - 16 MHz (ATmega8) 4 Mhz 时功耗, 3V, 25C 工作模式: 3.6 mA 空闲模式: 1.0 mA 掉电模式: 0.5 A 具有8KB 系统内可编程 Flash 的 8 位 微控

17、制器ATmega8引脚图ATmega8内部结构简图7引脚说明VCC 数字电路的电源。GND 地。端口B(PB7.PB0)XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。通过时钟选择熔丝位的设置， PB6 可作为反向振荡放大器或时钟操作电路的输入端。通过时钟选择熔丝位的设置PB7 可作为反向振荡放大器的输出端。假设将片内标定RC 振荡器作为芯片时钟源，且ASSR

18、 存放器的AS2 位设置，PB7.6 作为异步 T/C2 的TOSC2.1 输入端。端口B 的其他功能见P55“ 端口B 的第二功能 及P 22“ 系统时钟及时钟选项 。端口C(PC5.PC0) 端口C 为7 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。PC6/RESET 假设RSTDISBL 熔丝位编程， PC6 作为I/O 引脚使用。注意PC6 的电气特性与端口C 的其他引脚不同假设RSTDISBL 熔丝位未编

19、程，PC6 作为复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见P 35Table 15 。持续时间小于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。端口C 的其他功能见后。端口D(PD7.PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，假设内部上拉电阻使能，那么端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。端口D 的其他功能见后。RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见 P35Table 15 。持续时间小

20、于门限时间的脉冲不能保证可靠复位。AVCC AVCC 是A/D转换器、端口C (3.0) 及ADC (7.6) 的电源。不使用ADC时，该引脚应直接与VCC 连接。使用ADC 时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。注意，端口C (5.4) 为数字电源， VCC。AREF A/D 的模拟基准输入引脚。ADC7.6(TQFP 与MLF 封装) TQFP与MLF封装的ADC7.6作为A/D转换器的模拟输入。为模拟电源 且作为10位ADC通道。8ATmega8状态存放器状态存放器包含了最近执行的算术指令的结果信息。这些信息可以用来改变程序流程以实现条件操作。如指令集所述，所有ALU 运算都将影响状态存

21、放器的内容。这样，在许多情况下就不需要专门的比拟指令了，从而使系统运行更快速，代码效率更高。在进入中断效劳程序时状态存放器不会自动保存，中断返回时也不会自动恢复。这些工作需要软件来处理。AVR 中断存放器 SREG 定义如下： Bit 7 I: 全局中断使能I 置位时使能全局中断。单独的中断使能由其他独立的控制存放器控制。如果I 清零，那么不管单独中断标志置位与否，都不会产生中断。任意一个中断发生后I 清零，而执行RETI指令后I 恢复置位以使能中断。I 也可以通过SEI 和CLI 指令来置位和清零。 Bit 6 T: 位拷贝存储位拷贝指令BLD 和BST 利用T 作为目的或源地址。BST 把

22、存放器的某一位拷贝到T，而BLD 把T 拷贝到存放器的某一位。 Bit 5 H: 半进位标志半进位标志H 表示算术操作发生了半进位。此标志对于BCD 运算非常有用。详见指令集的说明。 Bit 4 S: 符号位, S = N VS 为负数标志N 与2 的补码溢出标志V 的异或。详见指令集的说明。 Bit 3 V:2 的补码溢出标志支持2 的补码运算。详见指令集的说明。 Bit 2 N: 负数标志说明算术或逻辑操作结果为负。详见指令集的说明。 Bit 1 Z: 零标志说明算术或逻辑操作结果为零。详见指令集的说明。 Bit 0 C: 进位标志9通用存放器文件存放器文件针对AVR 增强型 RISC 指

23、令集做了优化。为了获得需要的性能和灵活性，存放器文件支持以下的输入/ 输出方案： 输出一个 8 位操作数，输入一个 8 位结果。 输出两个 8 位位操作数，输入一个 8 位结果。 输出两个 8 位位操作数，输入一个 16 位结果。 输出一个 16 位位操作数，输入一个 16 位结果。CPU 32 个通用工作存放器的结构10堆栈指针堆栈指针主要用来保存临时数据、局部变量和中断/ 子程序的返回地址。堆栈指针总是指向堆栈的顶部。要注意AVR 的堆栈是向下生长的，即新数据推入堆栈时，堆栈指针的数值将减小。堆栈指针指向数据SRAM 堆栈区。在此聚集了子程序堆栈和中断堆栈。调用子序和使能中断之前必须定义堆

24、栈空间，且堆栈指针必须指向高于0 x60 的地址空间。使用PUSH指令将数据推入堆栈时指针减一；而子程序或中断返回地址推入堆栈时指针将减二。使用POP 指令将数据弹出堆栈时，堆栈指针加一；而用RET 或RETI 指令从子程序或中断返回时堆栈指针加二。AVR的堆栈指针由I/O空间中的两个8位存放器实现。实际使用的位数与具体器件有关。请注意某些AVR 器件的数据区太小，用SPL 就足够了。此时将不给出SPH 存放器。指令执行时序这一节介绍指令执行过程中的访问时序。AVR CPU 由系统时钟clkCPU 驱动。此时钟直接来自选定的时钟源。芯片内部不对此时钟进行分频。Figure 5 说明了由Harv

25、ard 结构决定的并行取指和指令执行，以及可以进行快速访问的存放器文件的概念。这是一个根本的流水线概念，性能高达1 MIPS/MHz，具有优良的性价比、功能/ 时钟比、功能/ 功耗比。11复位与中断处理AVR有不同的中断源。每个中断和复位在程序空间都有独立的中断向量。所有的中断事件都有自己的使能位。当使能位置位，且状态存放器的全局中断使能位I 也置位时，中断可以发生。根据程序计数器PC 的不同，在引导锁定位BLB02 或BLB12 被编程的情况下，中断可能被自动禁止。这个特性提高了软件的平安性。详见 P 209“ 存储器编程 的描述。程序存储区的最低地址缺省为复位向量和中断向量。完整的向量列表

26、请参见P 43“ 中断列表也决定了不同中断的优先级。向量所在的地址越低，优先级越高。RESET 具有最高的优先级，第二个为INT0 外部中断请求0。通过置位通用中断控制存放器 (GICR) 的IVSEL，中断向量可以移至引导Flash的起始处，参见P 43“中断 。编程熔丝位BOOTRST也可以将复位向量移至引导Flash 的起始处。具体参见P 196“ 支持引导装入程序 在写的同时可以读(RWW, Read-While-Write) 的自我编程能力 。任一中断发生时全局中断使能位I 被清零，从而禁止了所有其他的中断。用户软件可以在中断程序里置位I 来实现中断嵌套。此时所有的中断都可以中断当前

27、的中断效劳程序。执行RETI 指令后I 自动置位。从根本上说有两种类型的中断。第一种由事件触发并置位中断标志。对于这些中断，程序计数器跳转到实际的中断向量以执行中断处理程序，同时硬件将去除相应的中断标志。中断标志也可以通过对其写1 的方式来去除。当中断发生后，如果相应的中断使能位为0，那么中断标志位置位，并一直保持到中断执行，或者被软件去除。类似的，如果全局中断标志被清零，那么所有已发生的中断都不会被执行，直到I 置位。然后挂起的各个中断按中断优先级依次执行。2生长速率传感器FI-SM(1)速率传感器简介单位时间内位移的增量就是速度。速度包括线速度和角速度，与之相对应的就有线速度传感器和角速度

28、传感器，我们都统称为速率传感器 在机器人自动化技术中，旋转运动速度测量较多，而且直线运动速度也经常通过旋转速度间接测量。目前广泛使用的速率传感器是直流测速发电机，可以将旋转速度转变成电信号。测速机要求输出电压与转速间保持线性关系，并要求输出电压陡度大，时间及温度稳定性好。测速机一般可分为直流式和交流式两种。直流式测速机的励磁方式可分为他励式和永磁式两种，电枢结构有带槽的、空心的、盘式印刷电路等形式，其中带槽式最为常用。(2)接触式速率传感器旋转式速率传感器与运动物体直接接触。当运动物体与旋转式速率传感器接触时，摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器，发送出一连串的脉冲。每个脉冲

29、代表着一定的距离值，从而就能测出其速率。 接触式旋转速率传感器结构简单，使用方便。但是接触滚轮的直径是与运动物体始终接触着，滚轮的外周将磨损，从而影响滚轮的周长。而脉冲数对每个传感器又是固定的。影响传感器的测量精度。要提高测量精度必须在二次仪表中增加补偿电路。另外接触式难免产生滑差，滑差的存在也将影响测量的正确性。因此传感器使用中必须施加一定的正压力或着滚轮外表采用摩擦力系数大的材料，尽可能减小滑差。3非接触式速率传感器旋转式速率传感器与运动物体无直接接触，非接触式测量原理很多，以下仅介绍两点，供参考。A.光电流速传感器叶轮的叶片边缘贴有反射膜，流体流动时带动叶论旋转，页轮每转动一周光纤传输反

30、光一次，产生一个电脉冲信号。可由检测到的脉冲数，计算出流速。B.光电风速传感器风带动风速计旋转，经齿轮传动后带动凸轮成比例旋转。光纤被徒轮轮番遮断形成一串光脉冲，经光电管转换成定信号，经计算可检测出风速。非接触式旋转速度传感器寿命长，无需增加补偿电路。但脉冲当量不是距离整数倍，因此速度运算相比照拟复杂。(4)速度传感器的性能A.传感器的输出信号为脉冲信号，其稳定性比拟好，不易受外部噪声干扰，对测量电路无特殊要求。B.结构比拟简单，本钱低，性能稳定可靠。功能齐全的微机芯片，使运算变换系数易于获得，故目前速率传感器应用极为普遍。 (5) FI-SM速率传感器指标测量范围： 7 - 45 mm温度稳

31、定性： 最大0.005 mm/适用的果实直径： 7到45mm 工作电压： 10-30V DC输出信号： 4-20 mA尺寸大小： 604015mm 3.位移传感器DE-1M1位移传感器简介位移 HYPERLINK :/baike.baidu /view/16431.htm t _blank 传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中那么产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然

32、后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高目前分辨率最高的可到达纳米级、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。

33、2位移 HYPERLINK :/baike.baidu /view/16431.htm t _blank 传感器原理计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔原出于法文Moire，意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状把戏；如果薄绸子相对运动，那么把戏也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽

34、，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。如图 1，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移x的函数。每当x变化一个光栅栅距W，信号就变化一个周期，

35、信号由b点变化到b点。由于bb=W，故b点的状态与b点状态完全一样，只是在相位上增加了2。3位移 HYPERLINK :/baike.baidu /view/16431.htm t _blank 传感器信号处理A.辨向原理 在实际应用中，位移具有两个方向，即选定一个方向后，位移有正负之分，因此用一个光电元件测定莫尔条纹信号确定不了位移方向。为了辨向，需要有 /2相位差的两个莫尔条纹信号。如图2，在相距1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件，得到两个相位差/2的电信号u01和u02，经过整形后得到两个方波信号u01和u02。光栅正向移动时u01超前u02 90度，反向移动时u02超前u01 90

36、度，故通过电路辨相可确定光栅运动方向。B.细分技术 随着对测量精度要求的提高，以栅距为单位已不能满足要求，需要采取适当的措施对莫尔条纹进行细分。所谓细分就是在莫尔条纹信号变化一个周期内，发出假设干个脉冲，以减少脉冲当量。如一个周期内发出n个脉冲，那么可使测量精度提高n备，而每个脉冲相当于原来栅距的1/n。由于细分后计数脉冲频率提高了 n倍，因此也称n倍频。通常用的有两种细分方法：其一、直接细分。在相差1/4莫尔条纹间距的位置上安放两个光电元件，可得到两个相位差90o的电信号，用反相器反相后就得到四个依次相差90o的交流信号。同样，在两莫尔条纹间放置四个依次相距1/4条纹间距的光电元件，也可获得

37、四个相位差90o的交流信号，实现四倍频细分。其二、电路细分。 (4)位移 HYPERLINK :/baike.baidu /view/16431.htm t _blank 传感器位移传感器的分类A.根据运动方式分类:直线位移传感器原理：直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。为了到达这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。LT直

38、线位移传感器： 广泛应用于注塑、机床及机械加工等行业 无限分辨率 行程：50至900mm 独立线性度：0.05% 位移速度到达：5m/s、10 m/s可选 工作温度：-30至+100 多种电气连接方式 保护等级：IP60IP65可选 B.根据材质分类:金属膜传感器、导电塑料传感器、光电式传感器、磁敏式传感器、金属玻璃铀传感器、绕线传感器电位器式位移传感器 它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。图1中的电位器式位移传

39、感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小那么说明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反应元件，那么过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。 霍耳式位移传感器 它的测量原理是保持霍耳元件见半导体磁敏元件的鼓励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动

40、，那么所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀,霍耳电势与位移的关系越接近于线性。图2中是三种产生梯度磁场的磁系统：a系统的线性范围窄，位移Z=0时，霍耳电势0；b系统当Z2毫米时具有良好的线性，Z=0时,霍耳电势=0；c系统的灵敏度高,测量范围小于1毫米。图中N、S分别表示正、负磁极。霍耳式位移传感器的惯性小、频响高、工作可靠、寿命长，因此常用于将各种非电量转换成位移后再进行测量的场合。 光电式位移传感器 它根据被测对象阻挡光通量的多少来测量对象的位移或几何尺寸。特点是属于非接触式测量，并可进行连续测量。光电式位移传感器常用于连续测量线材直径或在带材边缘位置

41、控制系统中用作边缘位置传感器。(5)位移 HYPERLINK :/baike.baidu /view/16431.htm t _blank 传感器主要特性参数标称阻值：电位器上面所标示的阻值。重复精度:此参数越小越好.分辨率:位移传感器所能反应的最小位移数值.此参数越小越好.导电塑料位移传感器分辨率为无穷小. 允许误差：标称阻值与实际阻值的差值跟标称阻值之比的百分数称阻值偏差，它表示电位器的精度。允许误差一般只要在 20%以内就符合要求,因为一般位移传感器是以分压的方式来使用,具体电阻的大小对传感器的数据采集没有影响.线性精度:直线性误差.此参数越小越好.寿命:导电塑料位移传感器都在200万次

42、以上.(6)位移 HYPERLINK :/baike.baidu /view/16431.htm t _blank 传感器SD-5M各项指标测量范围： 0 5 mm适用的茎杆直径：4到25mm工作电压： 10-30V DC输出信号： 4-20 Ma尺寸大小： 903025mm7数码管显示器A.数码管的分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元多一个小数点显示；按能显示多少个“8可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管

43、在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。B.数码管的驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个

44、单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示那么需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到

45、相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制翻开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。C.数码管参数-20英寸。长*宽*高：长数码管正放时，水平方向的长

46、度；宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。D.数码管应用数码管是一类显示屏 通过对其不同的管脚输入相对的电流 会使其发亮 从而显示出 数字 能够显示 时间 日期 温度 等所有可用数字表示的参数 由于它的价格廉价 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛 空调 热水器 冰箱 等等 绝大多数 热水器用的都是数码管 其他家电 也用液晶屏与 荧光屏 E.数码管使用的电流与电压电流：静态时，推荐使用10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA。电压：查引脚排布图，看

47、一下每段的芯片数量是多少？当红色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数。四 系统设计1AVR单片机最小系统2传感器输入接口速率传感器FI-SM和位移传感器DE-1M均通过三线接口送至放大处理系统，由放大处理系统处理后送出电压信号单片机。3放大处理器放大电路由LM358双运放组成，设置为比拟放大状态，可有效防止外界干扰，放大倍数可调，方便与各种不同型号的传感器通用。4信号处理整形电路整形电路由运放比拟器组成，通过对输入信号与基准值的比拟输出一连串脉冲，再供单片机检测，比拟器选用高精度高速专业比拟器AD811，能反映很微小的变化状况。5报警电路6电

48、源电路1软件流程图2程序清单 程序清单见附录1.五 参考文献：1周月霞,孙传友. HYPERLINK :/epub t _top DS18B20硬件连接及软件编程J HYPERLINK :/epub t _blank 传感器世界, HYPERLINK :/epub t _blank 2001,(12) .2赵毅,牟同升,沈小丽. HYPERLINK :/epub t _top 单片机系统中数字滤波的算法J HYPERLINK :/epub t _blank 电测与仪表, HYPERLINK :/epub t _blank 2001,(06) .3郭凌,姚大红. HYPERLINK :/epub t _top 新型实时时钟芯片DS12887原理与运用J HYPERLINK :/epub t _blank 国外电子元器件, H