关于简易直线位移测量系统设计毕业论文 - 副本

湖北工业大学

本科生课程设计

题目：基于研华1710数据采集卡的位移测量系统设计姓名：项平

学号： 11101312032

系别：机械工程学院

专业：测控技术与仪器

年级： 2011级

指导教师：王正家，邬文俊

2013年12 月08日

目录

第1章绪论 (1)

1.1 研究背景.................................................................................. 错误！未定义书签。

1.2 研究意义 (1)

1.3 研究内容.................................................................................. 错误！未定义书签。

1.4系统总体方框图....................................................................... 错误！未定义书签。第二章硬件设计 (2)

2.1编码器设计 (2)

2.2单片机概述 (3)

2.2.1 单片机分类..................................................................... 错误！未定义书签。

2.2.2单片机与单片机系统...................................................... 错误！未定义书签。

2.2.3 单片机应用领域............................................................. 错误！未定义书签。

2.3 MCS—51系列单片机介绍 ..................................................... 错误！未定义书签。

2.3.1 MCS—51系列芯片简介 ................................................ 错误！未定义书签。

2.3.2 最小系统......................................................................... 错误！未定义书签。

2.3.3 定时与中断的概念......................................................... 错误！未定义书签。

2.4 AT89S52芯片概述................................................................... 错误！未定义书签。

2.5 MAX232芯片简介................................................................... 错误！未定义书签。

2.6 RS232 (DB9) 串口介绍........................................................... 错误！未定义书签。

2.7 电压比较器.............................................................................. 错误！未定义书签。

2.7.1 LM339芯片..................................................................... 错误！未定义书签。

2.7.2四细分原理...................................................................... 错误！未定义书签。

2.8 光敏二极管简介...................................................................... 错误！未定义书签。第三章软件程序设计.. (7)

3.1 上位机VB程序设计 .............................................................. 错误！未定义书签。

3.1.1 VB流程图 (8)

3.1.2 Visual Basic6.0软件介绍 (8)

3.1.3 VB界面设计 ................................................................... 错误！未定义书签。

3.1.4 Mscomm控件简介.......................................................... 错误！未定义书签。

3.1.5 VB程序设计 ................................................................... 错误！未定义书签。

3.2 下位机单片机程序设计.......................................................... 错误！未定义书签。

3.2.1 主程序............................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.2 定时中断程序................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.3 看门狗激活..................................................................... 错误！未定义书签。

3.2.4 串口中断程序................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.5 数据发送程序................................................................. 错误！未定义书签。

3.2.6 计数程序......................................................................... 错误！未定义书签。第四章系统调试 (9)

4.1 硬件电路调试.......................................................................... 错误！未定义书签。

4.1.1 protues软件简介 ............................................................. 错误！未定义书签。

4.1.2 实物检测步骤................................................................. 错误！未定义书签。

4.2 软件调试.................................................................................. 错误！未定义书签。

4.2.1 系统调试工具keil .......................................................... 错误！未定义书签。

4.2.2 调试的主要方法............................................................. 错误！未定义书签。结论................................................... 错误！未定义书签。

第1章采集方案

1.1研究意义

位移是指物体在外来因素作用下引起的质点位置的改变。现代生产生活中都离不开位移的测量，特别是对自动化生产的需求越来越高的情况下。如工业生产中，电机的转速、刀具的进给、注塑机注塑过程等都需要通过位移测量来控制。

为了更精确和方便地测量位移，人们制作了各种各样的位移传感器来测量位移。位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制。其中基于光电原理的光栅式位移传感器具有易实现数字化、精度高、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。

1.2研华设备的开发流程

1.3位移的采集方案

第二章硬件设计

2.1传感器的选用

位移测量系统大部分都是通过各式各样的传感器来实现的的，而传感器本身的特性从很大程度上决定了测量系统本身的精度、实用性，通用性等要素。

传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。物体的准确定位是实现工业自动化生产的前提,现已经有多种位置测量方法,并已经成功地应用到了实际中。

基于传统理论的位置传感器主要有电容式、电感式等几种。

电感式位移传感器与滑线电阻式的位移传感器相比较,在工作频率范围、测试精度和使用寿命方面都有显著提高。这种传感器的优点是结构简单,加工、使用、维修及保养都很方便[3]。

电容式位移传感器具有优良的性能：稳定性好，分辩率高；响应时间短；环境适应性好。然而,由于其本身的电容量小(一般在10－100PF之间),阻抗高。

由于用精度为0.01mmm的螺旋测微仪，故采用价钱便宜的接触式的KTC直线位移传感器。KTC直线位移传感器的一些重要参数如下：

有效行程规格75mm,机械行程:有效行程+7mm，最大工作速度：10m/s，灵敏度： 1

2.2采集卡的选用及介绍

2.2.1 概述

PCI-1710/1710HG是一款PCI总线的多功能数据采集卡。其先进的电路设计使得它具有更高的质量和更多的功能。这其中包含五种最常用的测量和控制功能：12位A/D转换、D/A 转换、数字量输入、数字量输出及计数器/定时器功能。

PCI-1710系列能够为用户提供专门的功能：

PCI-1710 100KS/s，12位多功能数据采集卡

PCI-1710L 100KS/s，12位多功能数据采集卡，不带AO PCI-1710HG 100KS/s，12位多功能数据采集卡

PCI-1710HGL 100KS/s，12位多功能数据采集卡，不带AO

2.2.2 即插即用功能

PCI-1710/1710HG完全符合PCI规格Rev2.1标准，支持即插即用。在安装插卡时，用户不需要设置任何跳线和DIP 拨码开关。实际上，所有与总线相关的配置，比如基地址、中断，均由即插即用功能完成。

2.2.3 单端或差分混合的模拟量输入

PCI-1710/1710HG有一个自动通道/增益扫描电路。该电路能代替软件控制采样期间多路开关的切换。卡上的SRAM 存储了每个通道不同的增益值及配置。这种设计能让您对不同通道使用不同增益，并自由组合单端和差分输入来完成多通道的高速采样。

2.2.4 卡上FIFO(先入先出)存储器

PCI-1710/1710HG卡上有一个FIFO缓冲器,它能存储4K 的A/D采样值。当FIFO半满时，PCI-1710/1710HG会产生一个中断。该特性提供了连续高速的数据输入及Windows下更可靠的性能。

2.2.5 卡上可编程计数器

PCI-1710/1710HG提供了可编程的计数器，用于为A/D变换提供可触发脉冲。计数器芯片为82C54或与其兼容的芯片，它包含了三个16位的10MHz时钟的计数器。其中有一个计数器作为事件计数器，用于对输入通道的事件进

行计数。另外两个级联在一起，用作脉冲触发的32位定时器。

2.2.6 用于降低噪声的特殊屏蔽电缆

PCL-10168屏蔽电缆是专门为PCI-1710/1710HG所设计的，它用来降低模拟信号的输入噪声。该电缆采用双绞线，并且模拟信号线和数字信号线是分开屏蔽的。这样能使信号间的交叉干扰降到最小，并使EMI/EMC问题得到了最终的解决。

2.1.7 16路数字输入和16路数字输出

提供16路数字输入和16路数字输出，使客户可以最大灵活的根据自己的需要来应用。

2.1.8 短路保护

PCI-1710/1710HG在+12V（DC）/+5V（DC）输出管脚处提供了短路保护器件，当发生短路时，保护器件会自动断开停止输出电流，直到短路被清除大约两分钟后，管脚才可开始输出电流。

2.2 特点：

1. 16路单端或 8 路差分模拟量输入, 或组合方式输入；

2. 12位 A/D 转换器, 采样数率可达 100KHz；

3. 每个通道的增益可编程；

4. 单端或差分输入自由组合；

5. 卡上4K采样FIFO缓冲器；

6. 2路12位模拟量输出；

7. 16路数字量输入及16路数字量输出；

8. 可编程触发器/定时器；

9. 板卡ID

10. PCI总线数据传输

2.3 一般特性：

1.获 CE CISPR 22 CLASS B认证

2.I/O接口:68脚SCSI-II孔式接口

3.功耗：+5V @ 850mA (典型值) +5V @ 1.0A (最大)

4.工作温度： 0°~60°C（30~140°F）

5.存储温度：-20~70°C（-4~158°F）

6.工作湿度：5%~95%RH，无凝结

尺寸：175mm（L）*100mm（H）

第三章软件程序设计

3.1 VC流程图

3.2 主要程序

void CWenduDlg::OnSelectdevice()

{

m_ADVAI.SelectDevice(); //选择设备

m_DeviceNumber=m_ADVAI.GetDeviceNumber(); //设备名

m_DeviceName=m_ADVAI.GetDeviceName(); // 通道号UpdateData( FALSE );

}

void CWenduDlg::OnRead()

{

m_DataAnalog = m_ADVAI.GetDataAnalog();//读取信号

m_DataDigital = m_ADVAI.GetDataDigital();

m_k=2.9842;m_b=9.642;//曲线参数设置

m_s=m_k*m_DataAnalog+m_b;//位移计算

m_ADVAI.AcquireBulkDataToFile(10,"F:\\test\\wendu\

\shuju.dat", 0, true);//存取为二进制

m_ADVAI.ConvertDigitalFileToAnalog("F:\\test\\wendu\

\shuju.dat", "F:\\test\\wendu\\shuju.txt","%g","“”");//存储为ASCII文件

UpdateData( FALSE );

}

第四章设计结果4.1采集装置图

4.2采集结果

4.3数据保存结果

4.4采集的数据记录与处理

从图中清晰看出第四个数据有较大的残差为-0.248，即线性度误差为-0.248/10=2.48%影响数据准确性，予以滤除,重新处理剩余数据。从下图可以看出拟合曲线明显改善。

第五章设计体会

通过本次基于研华1710数据采集卡的位移测量系统设计,我大有收获，在制作过程中，一定要注意的每个工作步骤的检查，确保制作成功，比如在合理布置采集装置。

这次设计历时至少一个星期，从一开始的确定课题，到后来的资料查找、理论学习，再有就是近来的调试和测试过程，这一切都使我的理论知识和动手能力进一步得到采集的数据再分析课题中包含了测控系统，VC编程和误差理论部分知识，可以说是对所学知识的一次全面综合。在编程过程中不可避免地遇到各种问题，这要求保持沉着冷静，联系书本理论知识积极地思考，实在解决不了可以请教同学或指导老师。虽然在制作过程中不可避免地遇到很多问题，但是最后还是在老师以及同学的帮助下圆满解决了这些问题，实现了整个系统设计与最后调试，相关指标达到期望的要求，很好地完成了本次设计任务。

经过四年学习的积累，在已经掌握相关专业方面知识及其它各方面知识的情况下，我认真严肃的完成了我的课程设计。

应用动手能力的检验，而且还是对我的钻研精神，面对困难的心态，做事的毅力和耐心的考验。我在这个过程中深刻的感受到了做课程设计的意义所在，和我一样真正投入了身心去做的人也一定会有同样的感触。