基于單片機的LVDT位移測量傳感器設計

　　圖4差動(dòng)變壓器傳感器安裝示意圖

　?。?）差動(dòng)變壓器的原理圖已印刷在實(shí)驗模板上，L1為初級線(xiàn)圈；L2、L3為次級線(xiàn)圈；*號為同名端。按圖2-3接線(xiàn)，差動(dòng)變壓器的原邊L1的激勵電壓必須從主機箱中音頻振蕩器的Lv端子引入，檢查接線(xiàn)無(wú)誤后合上總電源開(kāi)關(guān)，調節音頻振蕩器的頻率為4-5KHz（可用主機箱的頻率表輸入Fin來(lái)監測）；調節輸出幅度峰峰值為Vp-p=2V（可用示波器監測：X軸為0.2ms/div）。

　　圖5差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗安裝、接線(xiàn)圖

　　3.3放大電路的設計

　　傳感器輸出電壓為0~50mV,而A/D轉換器所能處理的電壓是0~5V,所以必須在A(yíng)/D轉換器前加入一個(gè)前置差動(dòng)放大電路以實(shí)現電壓的放大，放大倍數為100倍，使輸出電壓為0~5V. 由于單運放在應用中要求外圍電路匹配精度高、增益調整不便、差動(dòng)輸入阻抗低，故采用三運放結構。

　　三運放結構具有差動(dòng)輸入阻抗高、共膜抑制比高、偏置電流低等優(yōu)點(diǎn)，且有良好的溫度穩定性，低噪單端輸出和和增益調整方便，適于在傳感器電路中應用。 如圖6所示，圖中 RG為增益調節電阻，整個(gè)芯片僅R5為外接電阻，而運放A1 為增益為100的差動(dòng)輸入放大器。

　　電壓的放大倍數：可由公式得出倍數。因此我們可以改變R2和 R1的比值來(lái)改變放大倍數。

　　量程的確定：轉動(dòng)20圈 進(jìn)給10mm 電壓變化 0.52V

　　靈敏度：

　　根據電壓得量程是 +1.7V ~-1.7V 可以由上面公式得出距離d得量程是 +16.35mm~-16.35mm.

　　圖6放大電路硬件原理圖

　　3.4采集電路的設計

　?。?）數據采集系統的組成

　　數據采集系統的核心是計算機，他對整個(gè)系統進(jìn)行控制和數據處理，他由采樣/保 持器，放大器，A/D轉換器，計算機組成。

　　圖7數據采樣系統框圖

　?。?）數據采樣保持器

　　進(jìn)行模數變換時(shí)，從啟動(dòng)變換到變換結束的數字量輸出，需要一定的時(shí)間，即A/D轉換的孔徑時(shí)間。當輸入信號頻率較高，由于孔徑時(shí)間的存在，會(huì )造成較大的轉換誤差；為了防止誤差需在中間加一個(gè)功能器件采樣/保持器，進(jìn)行有效、正確的數據采集。 采樣/保持器通常由保持電容器、模擬開(kāi)關(guān)和運算放大器組成。采樣保持器的原理：如圖8,當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，V1通過(guò)限電流電阻向電容C充電，在電容值合理的情況下，V0隨Vi的變化而變化；當K斷開(kāi)時(shí)，由于電容C有一定的容量，此時(shí)輸出V0保持輸入信號再開(kāi)斷開(kāi)瞬間的電平值。

　　圖8采樣保持原理圖

　?。?） AD0809的工作原理與連接

　　AD轉換器與8031單片機相連接，將IN0的輸入模擬信號轉換成數字信號。從而可以輸入8031進(jìn)行下一步處理。采用逐位逼近式的AD轉換器。其原理如下圖：

　　圖9AD0809的原理圖

　　當啟動(dòng)信號作用后，時(shí)鐘信號在控制邏輯作用下。首先是寄存器的最高位D3=1 ,其余為0,此數字量1000經(jīng)D/A轉換器換成模擬量8,送到比較器輸入端與被轉換地模擬量進(jìn)行比較控制邏輯根據比較器輸出進(jìn)行判斷，當Vin3Vo,則保留D3=1,再對下一位D2進(jìn)行比較，同樣先使D2=1,與D3一起即1100進(jìn)入D/A轉換器，進(jìn)行比較，以此進(jìn)行比較，到最后一位D0.