基于MSP430的位移测量系统的设计

誊 ｛
＾￣ ｖ ！ － ｄ ｓｒ ｊ ａＩ ｔ
系统 上电复位后 ，主程 序开始初始 化各个模块 ；然后读取Ａ Ｄ ／ 采 样值 ，计算Ｖ Ｖ 、ｄ ，并根据 ｄ 值 值计算实 际位移 。为了使得ＡＤ在
Ｉ
图２ 系统 硬 件 结 构 示 意 图
（ ） １ 正弦波发 生电路。常用的 正弦 波发生 电路有下面 的几种 ：
３ 系 统 软 件 设 计
整个 系统硬件结构如 图２ 。本设计利用集 成函数信号发生芯 所示 片ＭＡ ０８ ｘ ３产生正弦信号 ，然后经放大送入差分运放 、变压 、整流 滤
波后 。根据两路电压改变得到位移值 。
＿ ｌ ＾ ｌ 咐 ” ｔ ｔ 啊 ＾ ＾
变 ！ Ｉ
整个系统 软件如 图５ 所示 。
南弘开 效 ２１ １期 ９ ｏ０ 年第 ０ ２
一
基 于ＭＳＰ ０ ４ 的位 移 测 量 系统 的设 计 ３
程 磊
（ 州 大 学 电子 信 息学 院 苏 州 工 业 职 业 技 术 学 院 ） 苏 摘 要 本文介绍一种 以单 片机Ｍｓ ４ Ｏ Ｐ ３ 控制为核・ 心，使 用线性 可变差动 变压 器为传 感器，能实现较精确位移 测量功能的位移 测量
＜ ＞
。。 。。 。一
＊ ． ：Ｉ ＇
。。’。 ｆ ’。。’’一 。 。。
—
— 一一
—！
。 。。。 。。。ｉ。 。。。 一 。 ’
Ｌ—
‘ ｊｔ
§Ｉ
ｇ ：
’
Ｌ — ＿ Ｌ —— — ｊ ——ｊ — — —
囤５ 系统 软 件 漉 程 图
动的杆状磁芯。结构如图 ｌ 所示。 差动变压器 中使用时 ，需要将 自由移 动的磁芯 一端与被测物体相连 ，当被 测物
体发生位移时，就使得磁芯在线圈中发生 移动 ， 而改变了线圈间的互感量。如 果 从 在ｓ端接入—个交变电压 ，此时随着磁芯 图１ 差动变 ０ 压器结 构示意图
位置的不 同 ，在次级 线圈上就 能得到不 同大小 的电压 。根 据这个关 系 ，差动变压器就能把位移量变成 电压量输 出。
２ 系统硬件设计 ．
将其数 据端与４Ｏ ３单片机进行 连接 ，而要使 用分 散的 ，尽可能短 的线 进行连接 ，否￣４ｏ ］ａ单片机无法读到 转换后的数据 。 （ ）运算控制 电路 。Ａ Ｓ３６ 出的信号 ，最后要通过单 片机 ３ Ｄ Ｓ２￣ 进行处理 ，处理完的数据也要通过单片机进行显示输 出 同时 ， 还可 以根 据实际要求通过键盘对整个系统进 行控制。在本设计中 ， 使用 的 是ＭＳ ４０ １９． Ｐ ３Ｆ４￣ 片机 ，它是德 州仪 器公司新开发 的一类具有 ｌ位总 － ６ 线的带 Ｆ Ａ Ｈ Ｌ Ｓ 的单 片机 ，其性 价比和集 成度很 高 。它 采用 １位的总 ６ 线 ，外设和 内存 统一编 址 ，寻址范 围可达 ６ Ｋ，还可 以外扩 展存储 ４ 器 。具有统一 的中断管理 ，具有丰富的片上外围模块资源。
【】 王 雪文 ，张志 勇． 感 器原 理及 应 用［ 北 京： １ 传 Ｍ】 北京航 天航 空大 学
出版社 ．２０ ０４
家资料要求差动变压器输入 信号频 率为１０ Ｈ￣ ０ ０ 。此时只 要选用ｌＦ电容和５ ｕ Ｋｎ电阻 就能满足要求 ，使用也很方
ｆ］ 何 立民 ． — １ ｚ ＭＣ５ ５ 系列 单片机 应 用 系统设 计ｆ ． ：北 京航 空航 Ｍ】 北京 天 大学 出版社 ，１９ ９０ 【】 穆 兰 ＿ 片微 型机 原理 及 接 口技 术 ［ ． 阳 ： 宁科 学技 术 出版 ３ 单 Ｍ】 沈 辽
社 ．１９ ９２
便。通过ＭＡ ０ ８ 生的信 Ｘ ３￣ 号 ，固定幅度为ｌ ｖ，这显 然不 能满足差动变压器的输
作者 简介
图４ Ａｄ 换 电路 转
程磊 （ ９９ １７一），苏州工业职业技 术学院助教。硕士在
（ 收稿 日期 ：２ １ － ７ ５ ０ ０ ０ －１ ）
读 。研 究方 向： 电子 技 术。
路 、直接数字频率合 成 （ Ｄ ）。其 中前面的两种 ，需要使用分立元 Ｄ Ｓ
件 ，易受工 艺影响 ，精度难 以保证 。而采用Ｄ Ｓ Ｄ 技术 ，系统 成本将 大 幅提高 ，而性能相对于使用ＭＡ ０ ８ Ｘ ３ 并没有显著提升 。所 以在本设 计
中 ，采用ＭＡ ３ 为核心 的 Ｘ０ ８
正弦波发生 电路 。电路结构 如图３ 所示 。我们可以根据 差动变压器厂家提供的资料 设置符合要求的电路参数 。 ＭＡＸ０８ ３ 输出的信号频率Ｃ ＝
（ ６ 接９ 页）【】 李妮亚 ．王芳 ，沈文涛 ，等 椰子植物叶基因组ＤＮＡ ５ 提取
Ⅱ＿ 南师 范大 学学报 ．２０ ，２ １ 】 海 ０８ １（ ）：７ ７ 卜 ４
作者简介
物 保护
。
王芳 （ ９３ １８一），女，硕士研究生 讲 师 。研 究方 向 ：植
．
（ 稿 日期 ：２ １ — ８ ２ 收 ０ ０ ０ — ５）
采集Ａ路 电压和Ｂ 电压时的准确性 ， 路 可在 软件 中用软件 滤波 的方法 来减少Ａ 采集电压时的误差 ，即每次在测量Ａ Ｄ 路和Ｂ 电压 时 。通过 路 多次英晶体 振荡 电路 、ＭＡ ０８ ｃ 文氏 、石 Ｘ ３波形 发生 电
（ ２×２５ ）Ｒ Ｊ，比如 厂 ．ｖ／ ｉ （ ×Ｃ
瞎 ． ． ｆ
图３ 正 弦 波发 生 电路
ＡＤ ￣ ２ ５３ ５
如果基于单片机控制的位移测量系统在 没计中注意了以下的几个 问题 ，那么将 能对精 度的控制起到很好 的作 用。首先 ， 硬件 电路 中所 使 用的元 件 ，最好使 用温漂系数 低的器件 ，而 电阻 则应尽量选择精密 电阻 。其次 ，由于系统 使用 了多块集成芯片 ，而此类芯片对于 电源 电 压 的要求是 比较 严格 的。因此 ，如果能在 电源 电路 中使用Ｄ ／ Ｃ ＣＤ 电压 转换模块 ，将对整个系统带来一些性能上 的提升 。 参考 文献
系统 。经测试该 系统能对 ±２ｍｍ￣ ０ ２内的距 离进行精确测量 ，而且误差不超过０５ ．ｍｍ。 关键词 ＭＳ ４ ０ 住移 测量 传感器 Ｐ３
差动 变压器式 传感器通常被用来 测量微小的线性位移 （ Ｖ Ｔ ＬＤ ） 或 角位移 （ Ｖ Ｔ），采用此类型 的测量仪器经常被应用于大坝 的铅 ＲＤ 直位移 、 表面裂缝 、渗流量 、内部沉降等安全监测项 目中。一般 的基 于差动变压器式传感器的测量电路主要 由正弦波发生 、波形叠加 、整 流积分和运算放大等电路组成。各部分电路相对独立 ， 不易控制 。如 果采用单片机来控制协调整个 系统 ，那么系统 的实用性和稳定性将得
到提高 。
１ 差动变压器工作原理 差动变压器 的基本组 成部分主要包括 １ 个初级线圈ｓ 、２ ０ 个反向串 联的次级线圈Ｓ 、ｓ 以及１ ｌ ２ 个可以 自由移
入要求 ，因此 ， 以在该 电路之后 ，增加 一级差分放 大电路 。然后作 可 为激励信号 ，送入差动变压器 。 （ ）测量 电路 。从差 动变压器输 出的一对 信号要经过放 大整流 ２ 滤波 ，然后 通过Ａ 转换 ，将结果送ＭＳ ４ ０ 行处理 。在信号放大环 Ｄ Ｐ ３Ｊ ￣ 节 ，可 以利用运放构成放大 电路完成 。而对于整流的环节 ，一般可以 采用精密整流 电路完成。 整个 系统 中的Ａ 转换部分是 非常重要 的。在 本设计 中为了配 合 Ｄ 使用的ＭＳ ４０ Ｄ Ｐ３ ，Ａ 转换使用Ａ Ｓ３ ６ Ｄ ８２。接口电路如图４ 所示 。 电路虽然简单 ，但是 由于Ａ Ｓ ３ ６ Ｄ ８ ２ 对干扰非常敏感 ，不能用排 线