位移测量装置设计报告.docVIP

位移测量装置 杨明 朱玉 周磊 摘要：系统以LSD-TEST430F2274单片机为核心控制器件，控制电机转动和ADS7886实时采集数据、数据显示。电机转动通过螺杆带动铁淦氧磁棒 1.正弦信号产生电路的选择 方案一：采用MAX038芯片制作正弦信号产生电路。MAX038是美国马克西姆公司开发的新一代函数发生器芯片，它克服了以前函数发生器集成芯片的缺点，提高了技术指标，频率更高，精度更好，占空比可调，波形失真小，且外围电路简单，容易制作。 方案二：采用DDS芯片制作正弦信号产生电路。DDS技术具有相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高等优点，输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控。但其成本较高，且题目只对输出波形频率及失真度有相应要求，用MAX038完全可以满足题意要求。 经过上述分析，这里采用方案一。 2.放大、整流滤波电路的选择 (1)放大电路的选择 采用低噪音高速精密运算放大器OP37作为放大模块。 (2)整流滤波电路的选择 采用IN4148二极管和一个100uF的电容组成整流滤波电路，该电路虽然结构简单，但却能很好的满足要求，减少了焊接和接线的复杂程度。 3.电机驱动模块的选择 方案一：采用专用芯片L298N 作为电机驱动芯片。L298N 是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，还具有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。 方案二：对于直流电机用分立元件构成驱动电路。由分立元件三极管构成电机驱动电路，结构简单，价格低廉，在实际应用中应用广泛。但是这种电路工作性能不够稳定。 基于上述方案的比较，我们选用方案一。 4．电机驱动磁棒移动装置 采用顶杆与螺帽来驱动磁棒移动。该装置的示意图如图2所示。该方案利用直流电机的正反转来控制螺帽在顶杆上滑动并带动套筒向上或向下运动，从而使磁铁棒上下移动，通过改变磁通来达到改变电压的目的。该电路控制精确度高，只要掌握好对电机的控制，就能很好的完成题目要求。 5.总体方案 经过仔细比较论证，最终方案确定如下：采用LSD-TEST430F2274单片机为核心控制器件，采用MAX038产生正弦波信号，差分输出用THS4503,采用OP37作为放大电路，整流滤波用1N4148二极管与一个100uF的电容组合而成，用一片ADS7886和一个模拟开关组成电压采集模块，人机交流模块采用键盘和12864液晶。 二、设计实现与理论分析计算 1.激励电路分析与设计 (1)正弦波信号产生模块 在正弦波产生模块，我们用MAX038芯片设计了一个正弦波信号发生器，其电路图如图3所示。 信号产生级的核心器件为MAX038，它的输出波形由波形设定端A0、A1控制，将这两个端口全部接高电平，这样它的输出就只有正弦波一种波形。MAX038的输出频率F0由Iin , FADJ端电压和主振荡器COSC的外接电容器CF三者共同决定。外接电容器用一个1nF的电容，则输出频率可达到10KHZ-1MHZ范围内任一值。通过调节电位器RP1和RP2就可以得到题目所需的100KHZ的信号，RP1为粗调，RP2为细调。为简化电路，将DADJ端接地，使波形的占空比固定为50%. (2)差分输出电路 按照题目意思，我们采用THS4503设计差分输出电路。电路图如图4。THS4503是TI公司的一款高性能的全微分放大器芯片，14脚运行时为40MHZ的通频带，完全能满足题目要求。 2.测量电路分析、设计与计算 差分输出的信号经线性可变差动变压器的L1通过磁棒耦合到L2、L3，经过放大、整流滤波后，由信号采集模块采集并送入单片机进行处理。单片机控制电机的正反转来使磁棒上下移动，从而使L2、L3 两路信号的电压相对于0点（两路信号的电压幅值相等相位相反）时的幅值产生相应的偏差。由于得到的电压差值很小，所以需要采用OP37放大器对输出电压放大后再对信号进行处理。而要得到d值，则要将交流变成直流，在此我们采用半波整流。整流之后，采用一个100uF的电解电容滤除杂波。 线性可变差动变压器中磁铁与线圈对输出电压幅值的控制：通过试验及相关经验，我们选择变压器的L1 、L2、L3分别绕直径为0.13mm的漆包线100圈。 其具体步骤为：用塑料管作为线圈的骨架,将漆包线分为两层紧密不重叠的绕在塑料管上,第一层分为L2和L3 ,在L2与L3的交界点引出两根接地线(中心轴头),第二层为L1且必须注意L2和L3的绕制位置应严格对称于L1的中心位置。