《工程测试技术课程设计基于单片机的lvdt位移测量传感器设计说明书》
传感器与测控电路设计说明书
传感器与测控电路课程设计说明书设计题目电感式（螺管型）位移传感器的设计学校湖南科技大学学院机电工程学院班级 07级测控一班学号 0703030116设计人李广指导教师余以道杨书仪完成日期 2010 年 6 月 22 日目录一、设计题目与要求 (2)二、基本原理简述 (2)三、设计总体方案拟定 (7)四、传感器的结构设计 (8)五、结构设计CAD图 (12)六、测控电路的设计与计算 (12)七、电路框图及电路CAD图 (14)八、精度误差分析 (14)九、参考文献 (16)一、设计题目与要求1、设计题目：电感式（螺管型）位移传感器的设计2、设计要求：采用差动变压器原理设计一个测量位移的传感器，并设计一测控电路对传感器的输出量进行处理，使信号能输入到A/D 转换器，进行一系列的测量与控制。
二、基本原理简述电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。
因此根据转换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。
自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。
一、 螺管型自感传感器有单线圈和差动式两种结构形式。
单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。
传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。
当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。
铁芯在开始插入（x =0）或几乎离开线圈时的灵敏度，比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。
这说明只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。
1、工作原理设线圈长度为l 、线圈的平均半径为r 、线圈的匝数为N 、衔铁进入线圈的长度la 、衔铁的半径为ra 、铁心的有效磁导率为µm ，则线圈的电感量L 与衔铁进入线圈的长度la 的关系可表示为[]22222)1(4aa m r l lr l N L -+=μπ由公式可知，当传感器结构参数确定后，B 、N 0、都是定值，因此感应电动势e 与线圈相对磁场的运动速度v 成正比。
LVDT位移传感器可靠设计分析技术
LVDT位移传感器可靠设计分析技术发布时间：2022-06-13T06:24:36.786Z 来源：《中国科技信息》2022年第2月4期作者：邹金海[导读] 文章论述了可靠性的重要性，提出了基于 LVDT型位移传感器的可靠性设计与分析，为其提供了一种新的理论依据邹金海中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司贵州贵阳 550009【摘要】:文章论述了可靠性的重要性，提出了基于 LVDT型位移传感器的可靠性设计与分析，为其提供了一种新的理论依据。
【关键词】：LVDT位移传感器;设计分析技术引言：随着科技的进步，传感系统得到了更多的运用。
我们不但需要这些感应器的性能优良，还需要它们能够持久、无事故或极少数的损坏。
它的持久性能，决定了它的质量。
设计阶段是产品可靠度的基础阶段，制造阶段是可靠度保障阶段，应用阶段是可靠性维护阶段，测试分析和信息反馈阶段是对产品可靠性进行改善的阶段。
产品的内在可靠度由可靠度设计确定。
若在设计时，若因产品的结构不够好、安全因素过低、检验及维护不方便等问题而导致的，则不论日后如何精心制作、精心使用、加强管理，都很难确保其可靠度。
所以，在整个使用过程中，只要在设计过程中，通过改进，使其具有较低的成本和较好的性能[1]。
一、线性范围（一）无摩擦测量LVDT的活动磁芯与绕组一般不存在物理触点，即 LVDT为无摩擦力元件。
该产品适用于能够经受较轻的磁芯负载，但是不能经受住摩擦力的测试。
比如，用于检测精密材质的弯曲或震动，对光纤或其他弹性物质进行的抗张或蠕变性试验[2]。
（二）无限的机械寿命因为 LVDT的绕组和磁芯没有摩擦力，所以没有磨损。
从原理上讲， LVDT的机械使用年限是无穷大。
这是用于材料和构件的耐久性试验的关键技术。
而且，在飞机、导弹、航天器和关键的工业设备中，无限的机械寿命对于高可靠的机器也很关键[3]。
（三）无限的分辨率LVDT的非摩擦力运行和其感应机理，使得 LVDT具有两大特点。
(完整版)基于Stm32控制器的LVDT位移测量系统设计(终稿)-用于合并
课程设计报告题目：基于 STM32的 LVDT位移丈量系统设计姓名：余樾班级：09011301学号：2013302132西北工业大学自动化学院基于 STM32 的 LVDT 位移丈量系统设计任务书1．设计目的与要求设计一个基于 STM32 控制器的 LVDT 数字丈量系统设计，要求仔细并正确地理解有关要求，按组完成系统设计，详细设计要求以下：（1）对流体传动管道中的压力进行，测温范围及精度： 38mm，0.5%。
（2） LVDT 信号的调制与解调，丈量数据储存功能，掉电不扔掉；（3） 4 位八段码及时数据显示；（4）经过 RS232通信接口与上位机进行数据通信；（5）功能按键、指示灯和蜂鸣器报警。
2．设计内容（1）查阅资料，熟习设计内容；（2）依据设计要求选择传感器，确立系统方案和主控芯片；（3）依据系统方案分别设计单元电路；确立元器件及元件参数；（4）画出电路原理图，正确使用逻辑关系。
3．编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，并写出心得领会。
目录1.前言 (1)2.设计方案 (2)2.1.任务解析 (2)2.2.设计思路 (2)3.详细设计 (3)3.1.主控制器模块 (3)3.1.1. 微办理器电路 (3)3.1.2. 电源模块 (5)3.1.3. JTAG/SWD 电路 (5)3.2. LVDT 传感器的丈量原理与电路设计 (6)3.2.1. LVDT 传感器的丈量原理 (6)3.2.2. LVDT 传感器电路的设计 (6)3.3.显示模块 (9)3.4.串口通信模块 (10)3.5.储存模块 (10)4.总结与领会（不宜过长） (11)附录 1 MAX7219 (14)附录 2 I2C 总线 (16)基于 STM32 的 LVDT 位移丈量系统设计大纲 : LVDT 可以用来丈量物体的伸长度、震动频率、振幅、物体厚薄程度和膨胀度等精确数据。
详细还可以用在机床工具和液压缸的定位，以及辊缝和阀门的控制等。
基于Stm32控制器的LVDT位移测量系统设计(终稿) - 用于合并讲解
课程设计报告题目：基于STM32的LVDT位移测量系统设计姓名：余樾班级：09011301学号：2013302132西北工业大学自动化学院基于STM32的LVDT位移测量系统设计任务书1．设计目的与要求设计一个基于STM32控制器的LVDT数字测量系统设计，要求认真并准确地理解有关要求，按组完成系统设计，具体设计要求如下：（1）对流体传动管道中的压力进行，测温范围及精度：38mm，0.5%。
（2）LVDT信号的调制与解调，测量数据存储功能，掉电不丢失；（3）4位八段码实时数据显示；（4）通过RS232通信接口与上位机进行数据通信；（5）功能按键、指示灯和蜂鸣器报警。
2．设计内容（1）查阅资料，熟悉设计内容；（2）根据设计要求选择传感器，确定系统方案和主控芯片；（3）根据系统方案分别设计单元电路；确定元器件及元件参数；（4）画出电路原理图，正确使用逻辑关系。
3．编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，并写出心得体会。
目录1. 引言 (1)2. 设计方案 (2)2.1. 任务分析 (2)2.2. 设计思路 (2)3. 详细设计 (3)3.1. 主控制器模块 (3)3.1.1. 微处理器电路 (3)3.1.2. 电源模块 (5)3.1.3. JTAG/SWD电路 (5)3.2. LVDT传感器的测量原理与电路设计 (6)3.2.1. LVDT传感器的测量原理 (6)3.2.2. LVDT传感器电路的设计 (6)3.3. 显示模块 (9)3.4. 串口通信模块 (10)3.5. 存储模块 (10)4. 总结与体会（不宜过长） (11)附录1 MAX7219 (14)附录2 I2C总线 (16)基于STM32的LVDT位移测量系统设计摘要: LVDT可以用来测量物体的伸长度、震动频率、振幅、物体厚薄程度和膨胀度等精确数据。
具体还可以用在机床工具和液压缸的定位，以及辊缝和阀门的控制等。
LVDT还有无摩擦测量、无限的机械寿命、坚固耐用、环境适用性等优点，这使它应用范围也非常广泛。
《LVDT位移传感器》
您现在的位置：首页>产品系列>传感器GA系列GA系列产品均为LVDT与变送器电路分开的产品。
通过屏蔽电缆与变送器电路相连，传感器壳体的长度可以缩短，可直接将变送器电路裸板安装于二次仪表内，也可选变送器盒独立安装。
对多点测量，配我公司的5CB-10C型精密数字内带振幅和频率均很稳定，且输出功率强大的激励信号源。
位移计且可实现多达30支传感器的同时测量。
特点：坚固耐用、可靠性高应用：安装空间狭小的场合、便于多测点同时测量、检测仪器、工件定位、冶金化工行业、普通温湿度环境环境参数：以下测试结果环境为：温度20℃±2℃，湿度60%±10%，电源噪声<10mV，输出信号类型为0~5V时；您现在的位置：首页>产品系列>传感器DA系列DA系列产品均为将差动变压器（LVDT）与变送器电路统一封装在一个金属壳体里的机电一体化产品。
其高导磁性不锈钢外壳有效的使LVDT内部形成封闭而均衡的电磁场，对外界各种电磁干扰形成屏蔽变送器电路与LVDT直接在壳体内部连接，避免了交流小信号通过电缆线时的衰减和空间电磁干扰。
变送器电路多样化就能获得模拟量输出，可直接接各类数显或数采设备。
特点：抗干扰能力强、可远距离传输、安装使用简便、可长期连续工作应用：适合于工矿环境、流水线在线测量、通用试验室环境、普通温湿度环境环境参数：以下测试结果环境为：温度20℃±2℃，湿度60%±10%，电源噪声<10mV，输出信号类型为0~5V时；您现在的位置：首页>产品系列>传感器MA系列MA系列产品均为LVDT与变送器电路分开的产品。
使用很细微的漆包线绕制而成，传感器壳体部分外径只有8mm，有效的缩减了径向安装空间，通过屏蔽电缆与变送器电路相连，可直接将变送器裸板安装与二次仪表内，也可选配变送器盒独立安装。
特点:体积小重量轻、可轴向或侧向出线应用：安装空间狭小的场合、便于多测点同时测量、普通温湿度环境环境参数：以下测试结果环境为：温度20℃±2℃，湿度60%±10%，电源噪声<10mV，输出信号类型为0~5V时；您现在的位置：首页>产品系列>传感器SMA系列SMA系列产品均为LVDT与变送器电路分开的产品。
传感器测位移课程设计
传感器测位移课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握传感器测位移的基本原理和概念；2. 学生能掌握位移传感器的种类、特点及应用场景；3. 学生能了解位移测量在工程实践和日常生活中的重要性。
技能目标：1. 学生能正确操作位移传感器进行位移测量；2. 学生能运用数据处理软件对测量数据进行处理和分析；3. 学生能设计简单的位移测量实验，并解决实际问题。
情感态度价值观目标：1. 学生对传感器测位移产生兴趣，提高探究科学技术的热情；2. 学生认识到位移测量在工程和科技领域的重要性，增强国家科技发展的自豪感；3. 学生通过合作学习，培养团队协作精神和沟通能力。
本课程针对高年级学生，结合物理和工程学科特点，强调理论与实践相结合。
课程设计注重学生动手实践能力和问题解决能力的培养，使学生在掌握基本知识的同时，提高实际操作和创新能力。
通过本课程的学习，学生将能够运用所学知识解决实际问题，并为后续相关专业课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 位移传感器原理- 介绍位移传感器的种类（如电位计式、电感式、光电式等）；- 阐述不同类型位移传感器的工作原理及优缺点。
2. 位移传感器应用- 分析位移传感器在工程和日常生活中的应用场景；- 案例展示：位移传感器在工业自动化、机器人、汽车制造等领域的应用。
3. 位移测量实验- 实验原理及步骤；- 实验设备操作方法及注意事项；- 实验数据处理与分析。
4. 教学实践与问题解决- 设计并实施简单的位移测量实验；- 结合实际问题，运用所学知识进行分析和解决；- 讨论实验过程中遇到的问题及解决方案。
本教学内容依据课程目标，结合教材章节，确保教学内容科学性和系统性。
教学大纲明确教学内容的安排和进度，注重理论与实践相结合，提高学生的动手实践能力和问题解决能力。
通过以上教学内容的学习，学生将全面掌握位移传感器的基本知识和应用技能。
三、教学方法本课程采用以下多样化的教学方法，旨在激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 对位移传感器的基本原理、种类及特点进行系统讲解，使学生掌握必要的理论知识；- 结合实际应用案例，讲解位移传感器在工程实践中的重要性。
位移传感器课程设计
位移传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解位移传感器的基本概念，掌握其工作原理和分类；2. 学生能够运用物理知识，解释位移传感器在实际应用中的功能；3. 学生了解位移传感器在自动化、机器人技术等领域的重要性。
技能目标：1. 学生能够正确操作位移传感器，进行简单的数据采集和信号处理；2. 学生通过实际操作，培养动手能力和问题解决能力；3. 学生学会使用相关软件对位移传感器数据进行处理和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理科学的兴趣，提高探索未知、创新实践的精神；2. 学生认识到位移传感器在现代科技发展中的重要作用，增强社会责任感和使命感；3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神和沟通能力。
课程性质：本课程属于物理学科，结合传感器技术，旨在培养学生的实践能力和创新精神。
学生特点：本年级学生具有一定的物理知识基础，对新兴科技具有好奇心，动手能力较强。
教学要求：结合课程内容，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，提高学生的综合素养。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。
二、教学内容1. 位移传感器基础知识：- 传感器定义、作用及分类；- 位移传感器原理及其在自动化领域的应用。
2. 位移传感器的种类及特点：- 电位计式、光栅式、磁电式等位移传感器的工作原理和性能比较；- 各类位移传感器在实际应用中的优缺点分析。
3. 位移传感器的操作与数据处理：- 位移传感器的安装、调试及使用方法；- 使用相关软件（如Excel、Processing等）对采集到的数据进行处理和分析；- 数据处理过程中常见问题及解决方法。
4. 实践项目：- 设计简单的位移测量实验，培养学生的动手实践能力；- 结合课程内容，开展小组合作项目，提高学生团队协作能力。
教材章节关联：- 《物理》教材中有关传感器的内容；- 《传感器原理与应用》教材中关于位移传感器的章节。
教学内容安排与进度：- 第一课时：位移传感器基础知识及分类；- 第二课时：各类位移传感器的工作原理及特点；- 第三课时：位移传感器的操作与数据处理；- 第四课时：实践项目及小组合作项目展示与总结。
LVDT位移传感器
LVDT位移传感器LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是线性可变差动变压器缩写，简单地说是铁芯可动变压器。
所以，LVDT位移传感器也可称之为LVDT差动变压器式位移传感器，它由一个初级线圈、两个次级线圈、铁芯、线圈骨架、外壳等部件组成。
当铁芯由中间向两边移动时，次级两个线圈输出电压之差与铁芯移动成线性关系。
构成原理：LVDT的结构由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成，当初级线圈P1，P2 之间供给一定频率的交变电压时，铁芯在线圈内移动改变了空间的磁场分布，从而改变了初、次级线圈之间的互感量，次级线圈S11，S22 之间就产生感应电动势，随着铁心的位置不同，互感量也不同，次级产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出，由于两个次级线圈电压极性相反, ,输出电压为差动电压。
当铁芯往右移动时，次级线圈 2 感应的电压大于次级线圈1;当铁芯往左移动时，次级线圈 1 感应的电压大于次级线圈2，两线圈输出的电压差值大小随铁芯位移而成线性变化。
初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状衔铁。
当衔铁处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为0;当衔铁在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。
为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁心的位移量成线性关系。
LVDT工作过程中，铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT均有一个线性范围。
1,无摩擦测量LVDT 的可动铁芯和线圈之间通常没有实体接触，也就是说LVDT 是没有摩擦的部件。
它被用于可以承受轻质铁芯负荷，但无法承受摩擦负荷的重要测量。
基于51单片机的轴向位移测量系统的设计
设计基于51单片机的轴向位移测量系统涉及到传感器的选择、信号处理、数据显示等多个方面。
以下是一个基本的设计框架：
系统组成：
1. 传感器选择：选择合适的轴向位移传感器，如应变片传感器、压力传感器等，用于测量被测物体的位移。
2. 信号调理：设计模拟电路，将传感器输出的模拟信号进行放大、滤波、AD转换等处理，然后输入到51单片机中。
3. 数据处理：在51单片机中编写程序，对采集到的位移信号进行处理和计算，得到实际的位移数值。
4. 数据显示：可以通过数码管、LCD 显示屏等方式将测量到的位移数值显示出来，也可以通过串口等方式输出到上位机进行显示和记录。
基本步骤：
1. 传感器接口设计：将传感器连接到51单片机的模拟输入引脚上，设计适当的电路进行信号处理。
2. 程序设计：编写51单片机的程序，包括模拟信号采集、数字信号处理和位移计算等部分。
3. 数据显示设计：根据需要选择合适的显示方式，并编写相应的显示程序。
4. 系统集成：将各部分组件进行连接和调试，确保系统正常工作。
注意事项：
1. 精度要求：根据实际需求确定位移测量的精度要求，选择合适的传感器和信号处理方案。
2. 系统稳定性：考虑系统在长时间运行时的稳定性和可靠性，避免因环境因素引起的误差。
3. 电源供应：确保系统稳定的电源供应，避免电源波动对系统造成影响。
以上是基于51单片机的轴向位移测量系统设计的基本框架和步骤，具体实施时需要根据具体要求和条件进行调整和完善。
如果需要更详细的设计方案或技术支持，建议咨询相关领域的专业人士或工程师。
LVDT线性位移传感器的设计
LVDT线性位移传感器的设计一、引言差动变压器式传感器的特点是灵敏度高、分辨力大，能测出0.1um更小的机械位移变化;传感器的输出信号强，有利于信号的传输；重复性好，在一定位移范围内，输出特性的线性度好，并且比较稳定，因此广泛应用于压力、位移传感器的设计制造中，尤其在航空、航天等环境恶劣、环境温度高的压力测量方面，也得到了广泛的应用。
二、方案论证1.参数要求给定原始数据及技术要求1）.最大输入位移为100mm2）灵敏度不小于80V/m3）非线性误差不大于10%4）零位误差不大于1mv5）.电源为9v，400HZ6）.最大尺寸结构为160mmX21mm2.方案讨论根据给定技术要求选择电感变换元件的类型及测量电路的形式，如图1所示图1、传感器的组成框图1）传感器电感变换元件类型的选择（1）测量范围小，如位移从零点几微米至数百微米，且当线性范围也小时，常用E形或II形平膜硅钢片叠成的电感式传感器或差动变压器。
(2) 螺线管，常用于测量1mm以上至数百毫米的大位移，其线性范围也较大。
2）测量电路的选择测量电路主要依据选定的电感变换器的种类、用途、灵敏度、精度及输出形式等技术要求来确定。
3.螺管型差动变压器的工作原理差动输出电动势为 E = jωI1(M1-M2) = jωI1ΔM = fΔM所以,差动变压器输出电动势为两副边线圈互感之差ΔM的函数。
螺管型差动变压器结构复杂，常用二节式、三节式、一节式的灵敏度高，但三节式的零点较好。
差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。
这种类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。
一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。
由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。
图2为三节式螺管型差动变压器的示意图。
图2 三节式差动变压器的结构形式三．螺管型差动变压器的参数计算现以三节式螺管型差动变压器式传感器为例来说明参数的设计计算方法，其结构如图3。
LVDT变送器说明书
RDP-LVDT 位移传感器说明书一、概述RDP-LVDT 位移传感器分为两个部分，第一部分为前置器部分，它与被测量物相连，根据被测物体位移，产生的频率幅值相应改变；第二部分为变送器单元，它把频率信号转化成两路1-5V 信号和两路4-20mA 信号。
二、功能指标RDP-LVDT 为英国产的五线制位移传感器，所采用的LVDT 行程一般为0-50mm 、0-100mm 和0-150mm 。
其出线图见下图：LVDT 位移传感器的变送器安装在DEH 机柜内，它接受两路24VDC 直流电源，形成冗余配置，一路失电不影响其正常工作，它的接线图和元件布置图见下图：LVDT 位移传感器的变送器大致可以分成三部分，电源部分（24VDC 转化成±15V ，两个绿色发光二极管分别表示±15V 是否工作正常）；转换电路部分（提供LVDT 激励信号，把检测到的频率变化信号转化成1-5V 和4-20毫安信号）；输入输出端子部分。
LVDT 位移传感器的变送器有四个可调电位器，分别是：调零电位器、调幅电位器、红黄LVDT出线图黑电流I调整电位器和电流II调整电位器。
LVDT调整的顺序为：电压输出的调零调幅最后调整电流的输出（RDP-ACT系列五线位移传感器的红线接输入的1端子、黄线接2端子、蓝线接3端子、绿线接4端子、黑线悬空）。
功能指标●接受两路24VDC 容量0.3安培●RDP-ACT系列五线位移传感器信号●输出1-5V两路●输出4-20mA两路●精度为0.1%三、LVDT零点满度的调整1、把LVDT位移传感器的红、黄、蓝、绿四线接到位移变送器输入端子的1、2、3、4端子上（陡河#3机调试在红黄线圈和蓝绿线圈里分别串接了一个220欧姆电阻，GV变送器中的R12由原来的10K改为17K），把LVDT位移传感器的黑线悬空；LVDT 位移传感器到DEH机柜的接线应是屏蔽电缆，屏蔽线应和LVDT位移传感器出线的屏蔽线短接，并在DEH机柜内接地；GV2、GV4和IV1的屏蔽电缆有现场接地的现象。
基于单片机的光电式位移测量仪的设计与制作_毕业论文
中山职业技术学院毕业大作业（综合实训）题目：基于单片机的光电式位移测量仪的设计与制作系部：机电工程系专业、班级：12级机电4班姓名：樊焕宇指导教师：洪志刚、牛志芳完成时间：2015年1月8日毕业大作业（综合实训）任务书1、题目基于单片机的光电式位移测量仪设计与制作2、内容要求：用光电式传感器将唯一变化转换成光强的变化，再经过调节电路，吧光强信号转换成合适的电压信号，送A/D转换器，在单片机的控制下，通过LCD1602液晶显示器显示出来。
可用于工业生产对圆柱形工件的外径、板材的厚度进行非接触的量，检测精度达到10um。
3、实施步骤：（1）收集资料，进行方案设计与论证，确定具体设计与制作的实施方框；（2）熟悉设计方案，并选定所需型号和材料。
（3）确定并绘制控制电路原理图及PCB图。
（4）确定电路元器件类型及其参数，准备零部件。
（5）焊接各功能电路板，并作硬件调试。
（6）完善图纸，撰写毕业论文。
4、本毕业大作业（综合实训）任务书于2014年11月9日发出，应于2015年01月08日完成，然后进行成绩评定。
时间（周次）完成事项备注工作记录第十周着手准备毕业设计初期工作。
查找资料，寻找方法。
第十一周利用手中的资料，了解关于反射光电传感器及变送电路资料。
第十二周查找资料，确定方案，确定电气原理图。
第十三周完善方案，寻找电气元件，开始在万用板上布局。
第十四周焊接电路板，完善电路板，查找问题。
第十五周根据需要调整电路，调整电气元件。
第十六周进行试验调试及调整。
第十七周开始完成毕业论文，着手毕业答辩。
摘要位移测量是基本物理量测量之一，也是众多科学研究的基础。
随着科学技术的发展，在实验研究和工程技术的各领域中经常要进行高精度的位移测量，而且要求在测量过程中对被测物基本没有干扰。
在工程测量中对位移测量仪器的要求也越来越高，因此可以说高精度的微位移测量系统有广泛的应用价值。
两个物体之间微笑位移的高精度测量技术无论对于工件的加工尺寸精度评价、变形量的测量还是运动部件的位置确定等、都是非常必须且重要的。
基于单片机的光电式位移测量仪的设计与制作毕业论文
毕业大作业（综合实训）题目：基于单片机的光电式位移测量仪的设计与制作毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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LVDT位移传感器介绍
LVDT位移传感器介绍简介: 把LVDT的电测线路采用微电子技术全部封装入LVDT的壳体内。
输入电压±9V～±15V，输出信号±5V或0～5V或0～10V或4～20mA的信号，可与四位半液晶数显表DB-6型多点变位计配合使用，该仪器便于携带和在无交流电源的环境中使用。
DC－LVDT具有较强的抗干扰能力，适宜遥测。
工作原理: LVDT位移传感器由同心分布在线圈骨架上一初级线圈P，二个级线圈S1和S2组成，线圈组件内有一个可自由移动的杆装磁芯（铁芯），当铁芯在线圈内移动时，改变了空间的磁场分布，从而改变了初次级线圈之间的互感量M，当初级线圈供给一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势，随着铁芯的位置不同，次级产生的感应电动势也不同，这样，就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。
为了提高传感器灵敏度改善线性度，实际工作时是将两个次级线圈反串接，故两个次级线圈电压极性相反，于是，传感器的输出是两个次级线圈电压之差，其电压差值与位移量成线性关系。
原理图如下：参数名称测量范围(mm)线性度土(%)灵敏度(mV/mm)直流差动变压器外形尺寸(mm)重量(g)高精度直DA一0.5 ±0.5(0～1)0.05 10000 140×φ15 90 DA一1 ±1(0～2) 0.05 5000 140×φ15 95 DA一2 ±2(0～4) 0.05 2500 140×φ15 95使用注意事项:1、传感器测杆应与被测物垂直接触。
2、请别让活动的铁芯和测杆受大的侧向力而造成变形弯曲，否则会严重影响测杆的活动灵活性。
传感器不可敲打、跌落。
3、避免所有引线在焊接处和电缆的夹固处断线。
4、夹持传感器壳体时应避免松动，但也不可用力太大、太猛。
5、安装传感器时应调节（挪动）传感器的夹持位置，使其位移变化不超出测量范围，既通过观测位移读数，使位移在预定的变化内，信号输出不超出额定范围。
《工程测试技术》课程设计-基于单片机的LVDT位移测量传感器设计说明书.doc
目录第一章总体方案设计 (3)1.1设计目的 (4)1.2总体方案设计 (4)第二章硬件电路设计 (5)2.1传感器的选择 (5)2.2差动变压器传感器安装 (6)2.3放大电路的设计 (7)2.4采集电路的设计 (7)2.5输入通道设计 (8)2.6显示电路的设计 (9)第三章软件的设计 (10)3.1数据处理子程序的设计 (10)3.2数据采集子程序的设计 (10)3.3数据显示子程序的设计 (11)3.4地址空间的分配的设计 (11)第四章设计总结 (12)参考文献 (13)附总电路图 (13)附总程序 (13)随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。
常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以差动变压器式(LVDT)位移传感器为主,测量0～10mm。
传感器输出的电量是模拟量，数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围。
所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。
然后，A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。
第一章总体方案设计1.1设计目的差动变压器式(LVDT)位移传感器广泛应用于工业现场和测试领域，如过程检测和自动控制、形变测量等，适用于油污、光照等恶劣环境。
这种传感器可靠而耐用，但选用它监控机械位移量，还需设计与传感器配套的测量装置研制开发的位移测量装置适用于工业现场和多种测试领域。
按照使用的要求，系统可实现:有效量程10mm，精度0.0lmm; LED同时显示1-4路测量值;零点值重置等功能。
通过本次课程设计，达到以下三点：（1）.通过本次课程设计加深对差动变压器电感传感器在工程实践中的应用的了解；（2）.掌握用这种传感器组成位移测量系统的原理和方法；（3）.进一步掌握这种传感器的性能特点和工程应用。
LVDT位移传感器性能测试系统
（19）中华人民共和国国家知识产权局（12）实用新型专利（10）申请公布号CN209326558U（43）申请公布日 2019.08.30（21）申请号CN201920164291.6（22）申请日2019.01.30（71）申请人北京航顺泰达科技发展有限公司地址101300 北京市顺义区仁和地区沙坨村东大街10号（72）发明人王欢;张鹏（74）专利代理机构北京市商泰律师事务所代理人邹芳德（51）Int.CI权利要求说明书说明书幅图（54）发明名称LVDT位移传感器性能测试系统（57）摘要本实用新型提供了一种LVDT位移传感器性能测试系统，属于LVDT位移传感器性能测试系统技术领域，包括可编程逻辑器CPLD、可编程门阵列FPGA、DA/AD芯片；CPLD分别与FPGA、所述DA/AD芯片连接，CPLD还连接有ROM存储器，DA/AD芯片还连接LVDT电路；ROM存储器存储有标定数据；LVDT电路通过连接器连接计算机；还包括有电源，电源与所述LVDT电路电连接，电源与所述连接器电连接。
本实用新型方波转化成正弦波，转化电路先通过高通滤波器将0‑3.3V方波中的直流部分滤除，然后通过有源低通滤波器留下相应频率的正弦波，经过由AD5453构成的可编程增益电路调节幅值，最终通过功率放大器提高了带载能力，检测精度高，满足检测需求；通过嵌入式FPGA实现了无需重复装卡LVDT位移传感器，省时省力，提高了检测效率。
法律状态法律状态公告日法律状态信息法律状态2019-08-30授权授权权利要求说明书LVDT位移传感器性能测试系统的权利要求说明书内容是....请下载后查看说明书LVDT位移传感器性能测试系统的说明书内容是....请下载后查看。
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目录第一章总体方案设计 (3)1.1设计目的 (4)1.2总体方案设计 (4)第二章硬件电路设计 (5)2.1传感器的选择 (5)2.2差动变压器传感器安装 (6)2.3放大电路的设计 (7)2.4采集电路的设计 (7)2.5输入通道设计 (8)2.6显示电路的设计 (9)第三章软件的设计 (10)3.1数据处理子程序的设计 (10)3.2数据采集子程序的设计 (10)3.3数据显示子程序的设计 (11)3.4地址空间的分配的设计 (11)第四章设计总结 (12)参考文献 (13)附总电路图 (13)附总程序 (13)随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。
常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以差动变压器式(LVDT)位移传感器为主,测量0～10mm。
传感器输出的电量是模拟量，数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围。
所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。
然后，A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。
第一章总体方案设计1.1设计目的差动变压器式(LVDT)位移传感器广泛应用于工业现场和测试领域，如过程检测和自动控制、形变测量等，适用于油污、光照等恶劣环境。
这种传感器可靠而耐用，但选用它监控机械位移量，还需设计与传感器配套的测量装置研制开发的位移测量装置适用于工业现场和多种测试领域。
按照使用的要求，系统可实现:有效量程10mm，精度0.0lmm; LED同时显示1-4路测量值;零点值重置等功能。
通过本次课程设计，达到以下三点：（1）.通过本次课程设计加深对差动变压器电感传感器在工程实践中的应用的了解；（2）.掌握用这种传感器组成位移测量系统的原理和方法；（3）.进一步掌握这种传感器的性能特点和工程应用。
1.2总体方案设计本系统采用内含4KB程序存储器的8位单片微型计算机89C51，其内部4KB程序存贮器可以满足本系统的需求，同时可以图1.2.1 主程序流程图较大限度地减少外围器件;按照有效量程和精度，本系统选用国内厂家的配套产品《工程测试技术》课程设计AC-LVDT传感器;使用四组(每组5个)LED七段数码管同时显示四路测量值;用于过程控制的信号采样应较快，应采用较高速的A/D转换器。
主程序流程图、系统原理图分别如图1.2.1、图1.2.2所示。
图1.2.2 系统原理第二章硬件电路设计2.1传感器的工作原理差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。
当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动电势输出。
利用两个线圈之间互感的变化引起感应电势的变化，来获得与被测量成一定函数关系的输出电压，实现非电量的测量。
应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100(mm)范围内的机械位移、150HZ以下的低频振动、加速度、应变、比重、张力、厚度、称重等一、切能引起机械位移变化的非电物理量。
本次差动变压器的原理是建立在CSY2000型传感器实训台的基础上的。
差动变压器电感传感器具有结构简单、性能优越、测量精度高、灵敏度高和价格合理等优点。
2.2、差动变压器传感器安装1.将差动变压器和测微头(参照附：测微头使用)安装在实验模板的支架座上，如下图2.2.1。
图2.2.1差动变压器传感器安装示意图2、差动变压器的原理图已印刷在实验模板上，L1为初级线圈；L2、L3为次级线圈；＊号为同名端。
按图2-3接线，差动变压器的原边Ｌ１的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入，检查接线无误后合上总电源开关，调节音频振荡器的频率为4－5KHz（可用主机箱的频率表输入Fin 来监测）；调节输出幅度峰峰值为Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。
图2.2.2差动变压器性能实验安装、接线图《工程测试技术》课程设计2.3放大电路的设计传感器输出电压为0～50mV ，而A/D 转换器所能处理的电压是0～5V ，所以必须在A/D 转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100倍，使输出电压为0～5V 。
由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放结构。
三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。
如图2-2所示，图中 RG 为增益调节电阻，整个芯片仅R5为外接电阻，而运放A1 为增益为100的差动输入放大器。
电压的放大倍数：可由公式得出倍数。
因此我们可以改变R2和R1的比值来改变放大倍数。
量程的确定：转动20圈 进给10mm 电压变化 0.52V灵敏度 S=d U ∆∆= mmV 552.0=0.104V/mm …………………………(8) 根据电压得量程是 ＋1.7V ～－1.7V可以由公式8得出距离d 得量程是 ＋16.35mm ～－16.35mm.图2.3.1放大电路硬件原理图2.4采集电路的设计2.4.1数据采集系统的组成数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样/保持器，放大器，A/D转换器，计算机组成。
2.4.1 数据采样系统框图2.4.2数据采样保持器进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即A/D 转换的孔径时间。
当输入信号频率较高，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器，进行有效、正确的数据采集。
采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成。
采样保持器的原理：如图2.4.2，当开关闭合时，V1通过限电流电阻向电容C充电，在电容值合理的情况下，V0随Vi的变化而变化；当K断开时，由于电容C有一定的容量，此时输出V0保持输入信号再开断开瞬间的电平值。
图2.4.2 采样保持原理图2.4.3 AD0809的工作原理与连接AD转换器与8031单片机相连接，将IN0的输入模拟信号转换成数字信号。
从而可以输入8031进行下一步处理。
采用逐位逼近式的AD转换器。
其原理如下图：《工程测试技术》课程设计启动模拟量输入数字量输出锁存器反馈电压转换器逐位逼近寄存器（）控制时序和逻辑电路比较器图 2.4.3 AD0809的原理图当启动信号作用后，时钟信号在控制逻辑作用下。
首先是寄存器的最高位D3=1 ，其余为0，此数字量1000经D/A 转换器换成模拟量8，送到比较器输入端与被转换地模拟量进行比较控制逻辑根据比较器输出进行判断，当Vin V o ，则保留D 3=1,再对下一位D 2进行比较，同样先使D 2＝1，与D 3一起即1100进入D/A 转换器，进行比较，以此进行比较，到最后一位D 0。
时钟频率复位电路欧2.5输入通道设计2.6显示电路的设计显示部分可以将处理得出的信号在显示器上显示，让人们直观的看到被测体的质量，也可以进行报警提示。
本设计采用的显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。
可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。
图2.6.1显示电路图第三章软件的设计3.1数据处理子程序的设计数据处理子程序是整个程序的核心。
主要用来调整输入值系数，使输出满足量程要求。
另外完成A/D的采样结果从十六进制数向十进制数形式转化。
3.1.1系数调整在IN0输入的数最大为10mm，要求的位移10mm对应的是5.0V，为十六进制向十进制转换方便，将系数放大100倍。
并用小数点位置的变化体现这一过程。
3.1.2数制转换数制之间的转换：在二进制数制中，每向左移图3.1.2 数据处理原理框图《工程测试技术》课程设计一位表示数乘二倍。
以每四位作为一组对数分组，当第四位向第五位进位时，数由8变到16，若按十进制数制规则读数，则丢失6，所以应进行加六调整。
DA指令可完成这一调整。
可见数制之间的转换可以通过移位的方法实现。
其中，移出数据的保存可以通过自乘再加进的方法实现，因为乘二表示左移一位，左移后，低位进一，则需加一。
否则，加零。
而通过移位已将要移入的尾数保存在了进位位中，所以能实现。
3.2数据采集子程序的设计数据采集用A/D0809芯片来完成，主要分为启动、读取数据、延时等待转换结束、读出转换结果、存入指定内存单元、继续转换（退出）几个步骤。
ADC0809初始化后，就具有了将某一通道输入的0～5模拟信号转换成对应的数字量00H—FFH，然后再存入8031内部RAM的指定单元中。
在控制方面有所区别。
可以采用程序查询方式，延时等待方式和中断方式。
图3.2.1 数据采样原理框图3.3数据显示子程序的设计显示子程序是字符显示，首先调用事先编好的8279的键盘显示子程序。
调用8279初始化命令，然后输出写显示命令。
在显示过程中一定要调用延时子程序。
当输入通道采集了一个新的过程参数，或仪表操作人员键入一个参数，或仪表与系统出现异常情况时显示管理软件应及时调用显示驱动程序模块，以更新当前的显示数据显示符号。
DIR MOV R0,#79H ；置显示缓冲区首地址MOV R3,#01H ；置位选码初值MOV A,R3LOOP: MOV DPTR,#7F01H ；DPTR-PA口地址MOVX@DPTR,A ；输出位选码INC DPTR ；指向PB口MOV A,@R0 ；取被显示的数据ADD A,#0DH ；形成查表的偏移地址MOVC A,@A+PC ；求出显示代码DIR1: MOVX@DPTR,A ；输出显示代码ACALLTIM2 ；延时INC R0 ；指向下一个显示数据MOV A,R3JB ACC.5,LOOP1 ；判断6位是否显示完毕RL A ；形成下一个位代码MOV R3,AAJMP LOOPLOOP1:RETDB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DHDB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CHDB 39H,5EH,79H,71HTIM2: MOV R7,#04HDLT1: MOV R6,#0FFHDLT2: DJNZ R6,DLT2DJNZ R7,DLT1RET图3.3.1 显示原理框图3.4地址空间的分配：0000H~3FFFH:实验机上的扩展后8031上的RAM，数据存储空间。