矿用位移传感器软硬件设计与实现

研究内容
了解位移测量以及电压测量的基本方法， 了解位移传感器的原理和信号输出方式； 掌握单片机在控制系统中的接口原理和 基本运用，通过RS232总线将数据传送 到上位机系统； 掌握硬件电路图的设计和Keil、仿真软 件Proteus的使用； 掌握基本的编程方法实现位移测量数据 的处理并显示到LCD。

位移传感器的测量原理
由欧姆定律：E=IR (1) 其中E为电流电 压，R为滑线电阻的总电阻。E、R均 为常数,故电流I亦为常数。根据电阻 分压原理得： V=Ir (2) r为滑线电阻触头至滑线电阻一端之间 的电阻，由于(2)式中I为常数,所以V 与r成线性关系。若把滑线电阻的触 头固定在一个测量杆上,那末测量杆 的位移S与分压V或电阻r也成线性关 系,即：S=KV (3) 或 S=K’r (4) 式中K、K’为待定换算系数。以上就是 电阻式位移传感器原理。由(2)、(3)、 (4)式可以看出：电阻式位移传感器 的量程可以做得很大，其位移S与分 压V或电阻r的关系都是线性的。
论文题目：矿用位移传感器软 硬件设计与实现
该课题现状分析
位移测量在机械工程中应用很广，在机械工程中不仅 经常要求精确地测量零部件的位移和位臵，而且力、 扭矩、速度、加速度、流量等许多参数的测量，也是 以位移测量为基础的。位移测量分为线位移测量和角 位移测量，常用的位移测量传感器有电阻式、电感式、 电容式、感应同步器、磁棚、光栅等。 第九届CIMT2005中国国际机床展览会上展示了当今世 界位移测量技术最新的发展和最新型的位移传感器， 并将数控技术和数控机床推向更高精度、更高速度、 更高可靠、更高效率的发展，也将数显技术和数显量 具推向一个新的高度。目前，传感器技术的主要发展 动向，一是开展基础研究，发现新现象，开发传感器 的新材料和新工艺；二是实现传感器的集成化与智能 化。

量程适当
由于电阻式位移传感器是间接的测量位移，滑动变阻器 的量程及所测位移的量程都要考虑进去，防止量程过 大，导致位移量测量不精确，误差较大，因此将能测 得的位移量程设定为0.0000~2.0000米。

机械摩擦小
尽量使用线圈细、光滑的滑动变阻器，减少电刷与线 圈的摩擦，减小误差。
总 结
通过手拉使滑动变阻器移动，测量当前 的电压，将数据送至单片机； 使用字符型LCD显示器来显示当前的位 移，第一、二行时间日期显示，第三、 四行测量值显示； 位移测量的量程为0~2000mm，最小分 辨率为7.84mm； 通过按键可以手动调整时间日期，显示 到LCD； 利用RS232可以远程通信。

研究课Baidu Nhomakorabea简介
位移传感器是一种可以将直线机械的位移量 转换成为电信号的精密测量仪器。在此课题 下，位移传感器的设计必须要考虑到煤矿中 复杂的自然环境，要有抗干扰能力强，工作 电压和功率小，输出信号大，测量方便、有 效，携带便捷等优点。 本次设计的电阻式位移传感器就是从这些实 际考虑出发，把直线机械位移量转换成电信 号，利用单片机技术结合LCD显示，实现测 量与位移显示的一体化。
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总体设计思路
此电阻式位移传感器就是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则表明 了位移的方向。
软件设计思路
实现的关键问题

供电电压要稳定
工业电源要求±0.1%的稳定性，比如基准电压10V， 允许有±0.01V的波动，否则，会导致显示的圈套波动。

展 望
位移的测量已经广泛运用到工程中，通过 对位移传感器系统的设计，我觉得未来的 位移传感器应该向低功耗、高精度、高灵 敏度、无线传输、便携式方向发展，采用 先进的高新科技，可采用光编码器、磁、 光纤、光栅等原理，与微型计算机结合起 来，开展智能化与多功能化位移传感器的 研究。
致 谢



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