基于微控器的植株桿徑變差測量系統設計

　　電感測微儀是一種廣泛應用于精密機械制造業(yè)、晶體管和集成電路制造業(yè)以及國防、科研、計量部門(mén)的能夠測量微小尺寸變化的精密測量儀器，它由主體和測頭兩部分組成，配上相應的測量裝置（例如測量臺架等），能夠完成各種精密測量。因此，配以合適的臺架它也可以完成對植株桿徑的測量。在通過(guò)微控器對測量的數據進(jìn)行處理，并記錄下采集數據的時(shí)間，就可以組成一個(gè)植株桿徑變化測量的實(shí)時(shí)數據采集系統。

1.硬件電路

　　該測量系統是由89C51微控器、電感測微儀、ADC574模數轉換芯片、DS12C887時(shí)鐘芯片、8279鍵盤(pán)控制芯片等組成。系統框圖如圖1所示：

　　圖1 測量桿徑的系統框圖

　　其中89C51微控器與電感測微儀、AD57

4組成了數據采集部分與A/D轉換部分；89C51微控器與鍵盤(pán)/顯示器接口芯片8279組成了人機交互部分；89C51微控器與DS12C887時(shí)鐘芯片構成了系統的計時(shí)部分；89C51微控器與RS232構成了通訊部分。89C51微控器通過(guò)內部定時(shí)中斷每隔一小時(shí)從AD574讀取采樣值，并通過(guò)讀取DS12C887記錄此時(shí)的時(shí)間。如有需要還可通過(guò)鍵盤(pán)操作把測量值和時(shí)間在LED上顯示。89C51微控器把采集到的數據及記錄的時(shí)間存儲起來(lái)，通過(guò)RS232通訊口可以把這些數據發(fā)送到PC機中。主要部分的工作原理分述如下:

1.1數據采集部分

1.1.1 電感測微儀工作原理

圖2 電感測微儀工作原理圖

　　電測微儀通過(guò)電感傳感器、測量電路等將被測物件的尺寸變化轉變成電壓信號輸出。其工作原理如圖2所示。當接通電源后，由有振蕩器產(chǎn)生的震壓加到了由電感測量頭和調零電位器組成的電感電橋上（電感測量頭由電感線(xiàn)圈和連接在測桿上一起位移的鐵芯組成）。當鐵芯出于線(xiàn)圈的中間位置（平衡位置），調零電位器也在中間位置時(shí)，電橋處于平衡狀態(tài)，沒(méi)有信號電壓輸出。若被測工件尺寸變化使測桿向上移動(dòng)，鐵芯向上位移時(shí)，電橋不平衡，產(chǎn)生了輸出電壓。同樣，當鐵芯向下位移時(shí)，也將產(chǎn)生出電壓，不過(guò)這兩個(gè)信號電壓的相位相反，即相差180。這樣，利用電感測量頭就可以把物件微小的尺寸變化量轉換成相應的電壓信號。同樣，轉動(dòng)調零電位器，也可以使電橋不平衡，產(chǎn)生輸出電壓，利用它進(jìn)行零位調整。

1.1.2 A/D轉換

　　電感測微儀輸出為脈動(dòng)直流電壓信號，在處理過(guò)程中會(huì )受到干擾和噪聲的影響，為了提高采樣精度，設計了二階低通濾波電路。此外，電感測微儀的輸出的電壓范圍為-50mv～+50mv,不能滿(mǎn)足AD574對輸入的要求，需對其輸出電壓進(jìn)行放大。元件參數：R1=6.1K，R2=22K，R3=1K，R4=82K，R5=R6=10K；C1=470μF，C2=100μF。電路圖如圖6，其中Ui接電感測微儀的輸出端，Uo接ADC574的通道一。

　　圖3 主程序流程圖

1.2 計時(shí)部分

　　計時(shí)部分是由DS12C887時(shí)鐘芯片和89C51微控器組成。DS12C887時(shí)鐘芯片是美國DALLAS公司生產(chǎn)的，它具有完備的時(shí)鐘以及到2100年的日歷時(shí)鐘功能等。因此，利用此芯片系統可以方便的設定時(shí)間并記錄時(shí)間。在本系統，89C51微控器讀取了DS12C887內部RAM的02H、04H、07H、08H單元中的內容，以記錄測量時(shí)的時(shí)間（月份、日期、時(shí)、分）。89C51與DS12C887連接的原理圖如圖1所示。

1.3 鍵盤(pán)及顯示器部分

　　該部分由89C51微控器和專(zhuān)用鍵盤(pán)/顯示器接口芯片8279組成。89C51微控器從讀取DS12C887讀取得值送到8279內以驅動(dòng)8個(gè)LED顯示月份、日期、時(shí)、分。對于鍵輸入則經(jīng)過(guò)8279處理后送到89C51內，以完成采集數據的顯示和采集的數據及對應的采集時(shí)間向上位機發(fā)送。由于這部分的技術(shù)已相當成熟，在這不過(guò)多贅述。

1.4 通訊部分

　　本系統設計了通過(guò)RS232口微控器89C51和上位PC機進(jìn)行半工通訊，89C51把采集的一段時(shí)間內的值（如一天）發(fā)送到PC機中。

2.軟件設計

　　系統軟件由主程序中斷處理程序組成，主程序用于系統的初始化，8279、DS12C887初始化，內、外部中斷初始化，定時(shí)器初始化。中斷處理程序主要是響應鍵輸入，以調用不同的子程序。子程序包括8279鍵盤(pán)顯示器控制程序，A/D轉換數字濾波子程序（采集數程序），標度轉換程序，通訊程序。

2.1 主程序框圖

　　本系統的主程序框圖如圖3所示，其主要功能是從DS12C887中讀取并存儲采樣時(shí)的時(shí)間，存儲處理后的采樣值，并根據鍵輸入顯示時(shí)間和采樣值。

2.2 通訊程序框圖

2.3 部分程序清單

　　下面程序是對DS12C887設定時(shí)間的匯編程序。假設DS12C887的地址為5000H,月份、日期、小時(shí)、分鐘分別存于53H、52H、51H、50H單元。

　　SETTIME: MOV R0,#50H

　　 MOV DPTR,#500AH

　　 MOVX A,@DPTR

　　 MOV A,#20H

　　 MOVX @DPTR,A ；至少244毫秒后開(kāi)

　　INC DPTR ；始更新周期

　　MOV A,#80H

　　 MOVX @DPTR,A ；芯片停止工作，

　??；初始化各個(gè)時(shí)標

　　 MOV DPTR,#5002H ； 設置分鐘

　　 MOV A,@R0

　　 INC R0

　　 MOVX @DPTR,A ；設置小時(shí)

　　 MOV DPL,#04H

　　 MOV A,@R0

　　 INC R0

　　 MOVX @DPTR,A ；設置日期

MOV DPL,#07H

　　 MOV A,@R0

　　 INC R0

　　 MOVX @DPTR,A ；設置月份

　　 INC DPTR

　　 MOV A,@R0

　　INC R0

　　MO

　　 MOV DPTR,#500BH ；為24小時(shí)工作模式,

　　 MOV A,#02H

　　 MOVX @DPTR,A

3.結論

　　本文設計了基于89C51微控器的植株桿徑測量系統。經(jīng)初步測試可以實(shí)時(shí)的測量植株桿徑的變化，而且可以存儲測量值和測量時(shí)的時(shí)間，并將其傳輸到上位計算機中，便于了進(jìn)一步的分析植物莖桿的變差和缺水情況。目前系統的成本和功耗有待進(jìn)一步降低以適合野外工作。此外，還應研制合適的單獨使用的傳感器測量裝置。

　　本作者創(chuàng )新點(diǎn)在于利用電感測微儀配合微控器及外圍電路以較低的成本達到了實(shí)時(shí)測量植株桿徑微小變化的目的，該思路可以進(jìn)一步得到改進(jìn)并最終在實(shí)踐中得到應用。

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