高分辨率直线位移测量系设计

毕业设计（论文）

开题报告

题目高分辨率直线位移测量

系统设计

专业测控技术与仪器

班级仪081 班

学号3080241009

学生申涛

指导教师邵伟

二○一二年

一、毕业设计(论文)课题来源、类型

光栅传感器凭借自身抗电磁干扰强等优点，多年来倍受关注。如今各种光栅传感器已经广泛地应用于工业、军事和医疗等广大领域。现实应用当中，因位移量是既容易测量又容易获得高精度的检测量，所以很多其它如压力、振动和加速度等物理量也往往转换成位移量而间接得以测量。因此位移测量成为了其它很多物理量测量的基础。多年对光栅位移传感器的研究，已经出现了多种不同类型的光栅位移传感器。其中应用最多的就是反射式强度调制光栅传感器。由于其固有的简单结构、尺寸小、易于携带、频响宽、分辨率高和可实现非接触测量的特点，使这类传感器得到了许多应用。但是，这类传感器也有其自身固有的缺点：首先，由于它是直接用接收到的光强的大小来反映位移量的变化，因此，测量稳定性和测量精度易受光源和测量背景光强度波动、外界对光路的扰动、温度变化等引起的光纤传输特性的变化的影响。要实现时间稳定性高的实用化的系统，在设计上必须要采用适当方式来消除干扰；，由于这类传感器工作原理的限制，使得这类传感器的线性动态范围小，而且动态范围和测量灵敏度之间存在一个折衷关系，因此要同时获得大量程和高灵敏度和高稳定性的系统，必须要从光纤传感头的结构设计、光栅类型的选择以及发射和接收电路的设计和实现上做许多优化工作。

二、选题的目的及意义

高分辨率测量系统具有光栅测量系统、信号调理电路、信号细分电路三部分。位移测量是工业生产中一项主要的测量手段。位移的测量方法很多，如:光学法、机械法、电子学法(电容和电感)、电磁法、光电法、光纤法、力学法、热学法等等，它们各有优缺点和不同的应用场合。其中光栅位移测量法具有高分辨力、高精度、高稳定度、高智能化、无接触测量、动态测量等明显的特点，具有广泛的应用前景光栅传感器作为光电式传感器的一种，在现代测控技术领域中，光栅位移传感器在线位移、角位移测量中得到了广泛应用。与长度(或直线位移)和角度(或角位移)测量有关的精密仪器都经常使用光栅式传感器。此外，在测量振动、速度应力应变等机械量测量中也有应用。

三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势

位移测量是工业生产中一项主要的测量手段。位移的测量方法很多，如:

光学法、机械法、电子学法(电容和电感)、电磁法、光电法、光纤法、力学法、热学法等等，它们各有优缺点和不同的应用场合。其中光栅位移测量法具有高分辨力、高精度、高稳定度、高智能化、无接触测量、动态测量等明显的特点，具有广泛的应用前景。光栅传感器作为光电式传感器的一种，在现代测控技术领域中，光栅位移传感器在线位移、角位移测量中得到了广泛应用。与长度(或直线位移)和角度(或角位移)测量有关的精密仪器都经常使用光栅式传感器。此外，在测量振动、速度应力应变等机械量测量中也有应用。20世纪60年代激光的问世以来，随着计算机技术的迅猛发展，给光电位移测量这一现代测量技术及其测量设备增添了无限生机和活力，极大地加速了它的发展，测量原理和技术不断创新，测量器具和设备日新月异，测量方法和操作越趋简明，为科学发展、技术创新、经济繁荣和社会进步做出越来越大的贡献。

高分辨率测量系统的发展趋势是:

l)向更深、更广的应用空间发展;

2)向高分辨率，高精度和高稳定度的目标发展;

3)向小型化、系列化、智能化、多用化方面发展;

4)向实用性、经济性、可靠性、综合性方向发展。

四、本课题主要研究内容

根据课题要求，设计一个高分辨率直线位移测量系统。通过光栅测量系统、信号调理电路及信号细分来实现高分辨率直线位移的测量。

具体如下：

1.了解本系统设计的目的及意义；

2.了解该系统目前在国内外的研究状况及发展趋势；

3.查阅资料，了解该系统的结构、原理及应用特性；

4.了解光栅系统测量的基本原理；

5.熟悉信号调理电路德基本方法及选择；

6.掌握信号细分原理，不同的细分方法之间的区别和各自的优缺点；

7.对两种以上的细分方案进行比较论证，选择较好的方案；

8.测量系统流程的设计；

9.学习protel199se绘制电路原理图PCB图的方法软件，并绘制系统的原理

图和PCB图；

10.进行电路调试，完成高分辨率直线位移测量系统的设计。

五、完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径）

一、光栅系统测量原理：

光栅传感器的基本工作原理是利用光栅的莫尔条纹现象来进行测量的。莫尔条纹是把两块栅距相等的光栅(光栅1、光栅2)面向对叠合在一起，中间留有很小的间隙，并使两者的栅线之间形成一个很小的夹角e，这样就可以看到近于垂直栅线方向上出现明暗相间的条纹，这些条纹叫莫尔条纹两块光栅的栅线重合，透光面积最大，形成条纹的亮带，它是由一系列四棱形图案构成的。两块光栅的栅线错开，形成条纹的暗带，它是由一些黑色叉线图案组成的。

莫尔条纹测位移具有以下两个方面的特点：

1、位移放大作用当光栅每移动一个光栅栅距砰时，莫尔条纹也跟着移动一个条纹宽度B，如果光栅反向移动，条纹移动方向也相反。莫尔条纹的间距B 与两光栅线纹夹角夕之间的关系为

式中 B——相邻两根莫尔条纹之间的间距;

W——光栅栅距;

θ——两光栅线纹夹角。

从上式可知，θ越小，条纹间距B将变得越大，莫尔条纹具有放大

作用，其放大倍数为:

这相当于把栅距w放大了1/θ倍。例如砰=0.02mm，θ=0.1°则B=11.4592mm，1/θ≈573，即莫尔条纹宽度B是栅距W的573倍，这相当于

把栅距放大了573倍，用其他方法很难得到这样的放大倍率。所以尽管栅距很小，难以观察到，但莫尔条纹却清晰可见。这有利于布置接收莫尔条纹信号的光电元件。从式可以看出，调整夹角夕，可以改变莫尔条纹的宽度，得到所需的B值，同时也说明光栅具有位移放大作用，从而提高了测量的灵敏度。

2、莫尔条纹移动方向

若光栅1沿着刻线垂直方向向右移动时，莫尔条纹将沿着光栅2的栅线向上移动;反之，当光栅1向左移动时，莫尔条纹沿着光栅2的栅向下移动。因此根据莫尔条纹移动方向就可以对光栅1的运动进行辨向。莫尔条纹的移动方向与光栅运动的方向见表2一1。

表2一1莫尔条纹的移动方向与光栅运动的方向

二、细分电路原理

细分的基本原理是;根据周期性测量信号的波形﹑振幅或者相位的变化规律，在一个周期内进行插值，从而获得优于一个信号周期的更高的分辨力。

如下图所示，是一个既能防止误脉冲又能提高分辨率的四倍频细分电路。在这里，采用了有记忆功能的D型触发器和时钟发生电路。由图可见，每一道有两个D触发器串接，这样，在时钟脉冲的间隔中，两个Q端（如对应B 道的74LS175的第2、7引脚）保持前两个时钟期的输入状态，若两者相同，则表示时钟间隔中无变化；否则，可以根据两者关系判断出它的变化方向，从而产生‘正向’或‘反向’输出脉冲。当某道由于振动在‘高’、‘低’

间往复变化时，将交替产生‘正向’和‘反向’脉冲，这在对两个计数器取代数和时就可消除它们的影响（下面仪器的读数也将涉及这点）。由此可见，时钟发生器的频率应大于振动频率的可能最大值。由图还可看出，在原一个脉冲信号的周期内，得到了四个计数脉冲。

三、系统框图：

六、本课题进度安排、各阶段预期达到的目标：

1～2周：了解课题的内容及要求，查阅相关的资料、文献和论文等；

3～4周：整理查阅的资料，确定课题的设计方案，撰写开题报告；

5～9周：了解实验所涉及的每一个器件，并对其性能参数进行合理选择；

10～13周：搭建试验系统，展开实验研究并分析实验结果；

14～16周：整理搜集的资料和参考的文献，撰写毕业论文、文献综述、外文资料翻译；

17周：准备答辩。

七、指导教师意见

对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

八、所在专业审查意见

负责人：

传感器测量系统设计

课程设计说明书 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 传感器测量系统设计 高 指导教师：高敏职称: 副教授 年 12 月 26 日

摘要 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 关键词：电动机，单片机，传感器，晶振电路，流程图

目录 1 概述 (3) 1.1本课题设计的目的和意义 (3) 1.2数字式转速测量系统的发展背景 (3) 2 单片机 (4) 2.1 单片机AT89C51介绍 (4) 3 系统方案提出和论证（传感器的选择） (7) 3.1 方案一霍尔传感器测量方案 (7) 3.2 方案二光电传感器 (8) 4 转速测量系统的原理 (9) 4.1 转速测量方法 (9) 4.2 转速测量原理 (9) 5 系统硬件设计 (11) 5.1 转速信号采集 (11) 5.2 转速信号处理电路设计 (13) 5.3 最小系统的设计 (14) 5.3.1 复位电路（图4.8） (14) 5.3.2 晶振电路 (16) 5.3.3 最小系统的仿真 (17) 总结 (18) 参考文献 (19)

1 概述 1.1 本设计课题的目的和意义 在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。要测速，首先要解决是采样问题。在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。因此转速的测试具有重要的意义。 这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。全面了解单片机和信号放大的具体内容。进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。 1.2 数字式转速测量系统的发展背景 目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。

理化实验室设计装修方案SICOLAB

理化实验室是生产企业和研究单位用于检测材料和产品理化指标不可或缺的部门，是生产检测、科学研究的前沿阵地。理化实验室具有化学分析、力学性能和金相检验等综合检测功能。SICOLAB现以某单位理化实验室设计和筹建过程为例，综合钢铁及装备制造行业理化检测实际情况，对理化实验室的设计与筹建进行探讨。 1理化实验室设计的基本要求 1.1位置要求理化实验室应布置在环境安静、振动及电磁辐射影响小的位置，以减小检测数据的误差，提高检测结果的准确性；布置在远离粉尘且全年风向最小频率的下风向地段。因此，理化实验室一般为独立的建筑物，与办公楼合建时，要设置独立的出入口；当与计量室合建时，理化与计量应分区、分片布置。理化实验室中，力学性能检测设备较大且重，搬运不便，有些试验机需独立的地基；而化学设备多属精密仪器，对环境要求苛刻，化学实验室排放的有害气体需经楼顶及时排走。建议选定一楼为力学性能实验室，顶楼或较高楼层为化学分析和金相检验实验室。 1.2布局及空间要求为保证实验室的整体性、结构性和稳定性，实验室设计的开间模数一般分为3.0，3.3，3.6 m 3种，具体开间模数的选择需与建筑模数相结合。实验室平面布局形式有浅进深和大进深两种，进深的选择主要考虑房间内的采光通风、实验室家具的尺寸及布置等因素。传统经验认为浅进深平面使用面积率高，是合理的选择。进深一般在6～9 m之间[2]，检测中心的布局模式选为单走廊+浅进深(6.0 m)。实验室层高一般建议在3.6~3.9 m 之间，如某理化实验室设计层高为4.3 m，安装空调、消防等管道设施后，房间内部净高为3.3 m。力学性能由于设备高大，在设计时应将内部净高定为3.5 m，保证设备的运输和安装空间。 2理化实验室的总体设计规划 2.1基本规划实验室建设是一项复杂的综合系统工程，涉及土建、配电、给排水、通风、照明、安全措施、“三废”处理以及室内实验设施配套安装等。按照相关规范及标准，全面考虑，整体规划，最终确定方案。 2.2以设备安装要求为出发点，进行深入规划仪器设备是建设高水平实验室的关键因素之一。在明确实验室功能的基础上，即可进行配套仪器设备的采购。为了确保购置的设备先进、精密和质量稳定可靠，首先根据实际需求提出设备技术要求，由设备采购部门负责招标，采用公开招标专家评标的办法进行购置。在签订仪器设备技术协议后，及时向供货商索取设备的安装要求，然后将设备的安装条件如配电、排风、上下水及使用气体情况充分考虑到基础建设规划中，如设备对温湿度的要求，ICP–MS和ICP–OES均需预留不同直径的排风口，且风机要独立控制、氧氮氢分析仪要在基建中预留上下水、扫描电镜需要防震防电磁辐射等，为后续安装设备提供方便的同时，也可节省改造费用。在建筑材料选择方面重点考虑地砖、墙砖及给排水排风管道的抗化学腐蚀性能，依国家相关规定进行规划设计、布局实验设施。 3理化检测功能区域的基本要求 3.1办公区应在每个楼层集中设置，便于学习和探讨工作中出现的问题，民用配电即可。3.2报告编制区用于检测结果的输入、检测报告的编制及审核，满足办公用电需求即可。3.3收样及样品储存区该区域必须干燥、通风、防尘。样品分为待检、在检、已检3类，各存储柜应标明收样及检测日期。 3.4样品处理区和化学湿法分析区样品处理区域在实验过程中会产生大量的有毒有害、有刺激气味的气体，故必须有独立排风设施通风柜；一般为单独的房间，地面应有地漏；墙面、

位移测量系统的设计

摘要 在现代工业生产过程中，常常需要测量很多不同的位移量。与此同时对位移量进行较为精确地检测，是提高控制精度的基础。因此之前所普遍采用的传统位移测量装置已经不能适应时代发展的潮流。在此情况下通过科研人员的不断努力终于研制出了数字式光电编码器,它的输入量是角位移量其输出量是相应的电脉冲,并且它有体积小，精度高的优点。故而，这次毕业设计选用的是光电编码器。 本次毕业设计是以AT89C51单片机为核心，用光电编码器来实现对位移量的精确测量，再将测量结果显示在LCD液晶显示器上。其中本次设计中所选用的是输出电压为5V的光电编码器。 本文由浅入深先介绍了一些关于位移测量的基本原理，进而阐述了各个模块的设计思路，工作过程以及显示效果。本文借鉴了一些当前较为流行的设计思想，例如硬件软件化，很好的满足了设计要求。 关键词：位移，测量，光电编码器，单片机，LCD显示器

Abstract In the control field, a variety of displacement measurements often need to be carried out. In actual industry position control domain, to increase the control precision, carries on the examination to the controlled member is accurately very important.The traditional machinery survey displacement installs has not been able to satisfy the modern production by far the need, but the digital sensor electro-optic encoder, can transform the angular displacement into with it correspondence electricity pulse output, mainly uses in the mechanical position and the velocity of whirl examination, has the precision to be high, volume small and so on characteristics, therefore this design decided that uses the electro-optical encoder to carry on the displacement to examine. This design to use the electro-optical encoder to realize the displacement survey and the simulation, realizes the survey from the exterior different displacement value and the demonstration. Makes concrete using at89C51 monolithic integrated circuit is the core, the electro-optical encoder carries on the displacement to survey, simultaneously by LCD liquid crystal display module demonstration. This design uses the electro-optical encoder output voltage is 5V, the output signal after four doubling circuit processing sends in the monolithic integrated circuit to carry on counting processing, finally sends in the LCD module demonstration. In this paper, detailed working process of displacement measurement system is started with principle of displacement measurement, and hardware circuit design and display. This paper has absorbed the idea of hardware and software to achieve with the subject required functionality. Key words:The displacement surveys, electro-optical encoder, microcontroller, LCD display module

精密仪器设计实验指导书

精密仪器设计实验指导书 朱丽编写裘安萍审稿 南京理工大学

实验守则 一、实验基本要求 1．实验前，必须认真预习实验指导书及教材中的有关内容，熟悉仪器、设备的工作原则和初步了解操作要求。没有预习实验指导书的学生不得进入实验室。 2．实验中对各种数据应会处理，并考虑如何书写实验报告；实验中出现的误差或其他情况应进行分析说明。 二、实验须知 1．学生应在规定的时间进入实验室。与实验无关的物品不得带入实验室。进入实验室后，注意保持实验室清洁和安静。 2．实验前，熟悉仪器的操作规程和注意事项。经指导者同意后，方可接上电源。要小心操作，用力适当。 3．如发现仪器有故障时，不得擅自拆修，应立即报告指导老师。 4．学生应积极动手操作，并独立完成实验和实验报告。 5．实验完毕，要切断电源，清理实验场地，将所用的实验设备整理好，放回原处，认真书写实验报告。经教师同意后，方可离开实验室。 6．凡不遵守实验守则经指出而不改正者，教师有权停止其实验。若情节严重，对实验设备造成损坏者，应负赔偿责任，并给予处分。 7．在规定的时间内未能完成实验者，须经实验室领导同意，或延长实验时间或另行安排补做时间。

实验报告的内容和要求 撰写实验报告是训练学生撰写科技论文的能力的环节。实验报告是考核学生学习成绩和评估教学质量的重要依据。 学生对所做的实验应该做到原理清楚，方法和操作步骤正确，实验数据比较可靠，并且会处理实验数据。 实验报告应由每个学生独立完成，用钢笔、炭素笔或圆珠笔工整书写。报告内容要层次清楚，文字简明通顺，图、表清晰，符合汉语规范和法定计量单位。 实验报告一般包含下列7项内容 1．实验名称； 2．实验目的： 3．测量原理； 4．实验步骤； 5．实验记录； 6．实验数据处理及相应结论； 7．回答思考题。

简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计

简易数字式电阻、电容和电感测量仪设计报告 摘要：本系统利用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F149和ICL8038精密函数发生器实现对电阻、电容和电感参数的测量。本系统以自制电源作为LRC数字电桥和各个主要控制芯片的输入电源，并采用ICL8038芯片产生高精度的正弦波信号流经待测的电阻、电容或者电感和标准电阻的串联电路，通过测量电阻、电容或者电感和标准电阻各自的电压，利用电压比例计算的方法推算出电阻值、电容值或者电感值。利用MSP430F149单片机控制测量和计算结果，运用自校准电路提高测量精度，同时用差压法，消除了电源波动对结果的影响。测量结果采用12864液晶模块实时显示。实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。 关键词：LRC 数字电桥、电压比例法、液晶模块、MSP430F149、电阻电容电感测量 一、设计内容及功能 1.1设计内容 设计并制作一台简易数字式电阻、电容和电感参数测量仪，由测量对象、测量仪、LCD 显示和自制电源组成，系统模块划分如下图所示： 测量对象 LCD显示 电阻/电容/电感 简易的数字电阻、电容和电感测量仪 自制电源 1.2 具体要求 1. 测量范围 （1）基本测量范围：电阻100Ω～1MΩ；电容100pF～10000pF；电感100μH～10mH。 （2）发挥测量范围：电阻10Ω～10MΩ；电容50pF～10μF；电感50μH～1H。 2. 测量精度 （1）基本测量精度：电阻±5% ；电容±10% ；电感±5% 。 （2）发挥测量精度：电阻±2% ；电容±8% ；电感±8% 。 3. 利用128*64液晶显示器，显示测量数值、类型和单位。 4. 自制电源 5. 使用按键来设置测量的种类和单位 1.3系统功能 1. 基本完成以上具体要求 2. 使用三个按键分别控制R、C、L的测试 3. 采用液晶显示器显示测量结果 二、系统方案设计与选择 电阻、电容、电感测试仪的设计目前有多种方案可以实现，例如、使用可编程逻辑控制器(PLC)、振荡电路与单片机结合或CPLD与EDA相结合等等来实现。在设计前本文对各种方案进行了比较：

简单多点温度测量系统课程设计

课程设计报告（2010 —2011 年度第2学期） 题目：基于DS18B20的多点温度测量系统 院系： 姓名： 学号： 专业： 指导老师： 2011年5 月22 日

目录 1设计要求…………………………………………………………………………2设计的作用、目的………………………………………………………………3设计的具体实现…………………………………………………………………. 3.1系统概述……………………………………………………………………. 3.2单元电路设计与分析……………………………………………………… 3.3电路的安装与调试…………………………………………………………4心得体会及建议………………………………………………………………… 4.1心得体会…………………………………………………………………… 4.2建议…………………………………………………………………………5附录………………………………………………………………………………6参考文献…………………………………………………………………………

基于DS12B20的多点温度测量系统设计报告 1设计要求 运用DS12B20温度测量芯片实现一个多点温度测量系统，要求如下： （1）．测量点为两点。 （2）．测量的温度为-40~+40°C （3）．温度测量的精度为±0.5°C （4）．测量系统的响应时间要小于1S。 （5）．温度数据的传输方式采用串行数据传送的方式。 2 设计的作用、目的 通过本设计可以进一步了解熟悉单片机的控制原理以及外设与单片机的数据通信方法，尤其是串行通信方法以及单片机与外设间的接口问题。 本设计旨在提高学生的实际应用系统开发能力，增长学生动手实践经验，激起学生学以致用的兴趣。 3设计的具体实现 3.1系统概述 本系统分为温度采集模块、核心处理模块、控制模块和显示模块。温度采集模块由DS18B20温度测量芯片构成，它负责测量温度后将温度量转化为数字信号，传输到数据处理模块；核心处理模块由AT89S52单片机组成，它负责与温度采集模块进行数据通信、对数据进行操作处理已经对各种外设的响应与控制；控制模块由几个按键组成，实现对测量点的选择以及电路复位的操作；显示模块由一块四位的八段译码显示管和驱动芯片组成，它的作用是显示测量的温度值。 系统模块组成图：

基于Stm32控制器的LVDT位移测量系统设计(终稿) - 用于合并

课程设计报告 题目：基于STM32的LVDT位移测量系统设计 姓名：余樾 班级：09011301 学号：2013302132 西北工业大学自动化学院

基于STM32的LVDT位移测量系统设计任务书 1．设计目的与要求 设计一个基于STM32控制器的LVDT数字测量系统设计，要求认真并准确地理解有关要求，按组完成系统设计，具体设计要求如下： （1）对流体传动管道中的压力进行，测温范围及精度：38mm，0.5%。 （2）LVDT信号的调制与解调，测量数据存储功能，掉电不丢失； （3）4位八段码实时数据显示； （4）通过RS232通信接口与上位机进行数据通信； （5）功能按键、指示灯和蜂鸣器报警。 2．设计内容 （1）查阅资料，熟悉设计内容； （2）根据设计要求选择传感器，确定系统方案和主控芯片； （3）根据系统方案分别设计单元电路；确定元器件及元件参数； （4）画出电路原理图，正确使用逻辑关系。 3．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，并写出心得体会。

目录 1. 引言 (1) 2. 设计方案 (2) 2.1. 任务分析 (2) 2.2. 设计思路 (2) 3. 详细设计 (3) 3.1. 主控制器模块 (3) 3.1.1. 微处理器电路 (3) 3.1.2. 电源模块 (5) 3.1.3. JTAG/SWD电路 (5) 3.2. LVDT传感器的测量原理与电路设计 (6) 3.2.1. LVDT传感器的测量原理 (6) 3.2.2. LVDT传感器电路的设计 (6) 3.3. 显示模块 (9) 3.4. 串口通信模块 (10) 3.5. 存储模块 (10) 4. 总结与体会（不宜过长） (11) 附录1 MAX7219 (14) 附录2 I2C总线 (16)

电阻测量的设计实验报告

佛山科学技术学院 实验报告 课程名称实验项目 专业班级姓名学号 指导教师成绩日期年月日

【实验目的】 1．掌握减小伏安法测量电阻的方法误差和仪表误差的方法； 2．根据测量不确定度的要求，合理选择电压表和电流表的参数； 3．根据给定实验仪器合理设计变形电桥电路（或电压补偿测量电路）测量电阻。 【实验仪器】 直流稳压电源、伏特表、毫安表、被测电阻、滑线变阻器（或电位器）2个、电阻箱2只、开关式保护电阻、开关。 【实验原理】 1．方法误差 根据欧姆定律，测出电阻R x 两端的电压U ，同时测出流过电阻R x 的电流I ，则待测电阻值为 I U R x = 测 （24-1） 通常伏安法测电阻有两种接线方式：电流表内接法和电流表外接法。由于电表内阻的存在，这两种方法都存在方法误差。 在内接法测量电路中（如图24-1所示），电流表的读数I 为通过电阻R x 的电流I x ，但电压表的读数U 并不是电阻R x 的两端电压U x ，而是U=U x +U A ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 式中R A 是电流表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x A x x R R R R R E = -= 内内 （24-2） 内接法测量待测电阻阻值的修正公式 A x R I U R -= 。 （24-3） 在外接法测量电路中（如图24-2所示），电压表的读数U 等于电阻R x 的两端电压 U x ，但电流表的读数I 并不是流过R x 的电流I x ，而是I=I x +I V ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 式中R V 是电压表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x V x x x R R R R R R E +-=-= 外外 （24-4） 外接法测量待测电阻阻值的修正公式 U IR UR R R R R R V V V V x -=-= 外外 （24-5） 比较 内E 、外E 的大小，可以得：当V A R R R x >，采用内接法测量电阻，会使外内E E <；当V A R R R x <，采用外接法测量电阻，会使外内E E >；当V A x R R R ≈时，则采用内接法和外接法测量电阻都可以。其中电流表的内阻R A 、电压表的内阻R V 由实验室给出。 图24-1 内接法 图24-2 外接法

光电测量系统设计报告

光电测量系统设计报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

光电测量系统设计报告 一、干涉的基本原理 干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象．1801年，英国物理学家托马斯·杨(1773—1829)在实验室里成功地观察到了光的干涉．两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。 由一般光源获得一组相干光波的办法是，借助于一定的光学装置（干涉装置）将一个光源发出的光波（源波）分为若干个波。由于这些波来自同一源波，所以，当源波的初位相改变时，各成员波的初位相都随之作相同的改变，从而它们之间的位相差保持不变。同时，各成员波的偏振方向亦与源波一致，因而在考察点它们的偏振方向也大体相同。一般的干涉装置又可使各成员波的振幅不太悬殊。于是，当光源发出单一频率的光时，上述四个条件皆能满足，从而出现干涉现象。当光源发出许多频率成分时，每一单频成分（对应于一定的颜色）会产生相应的一组条纹，这些条纹交叠起来就呈现彩色条纹。 1、劈尖的等厚干涉测细丝直径 设入射光波为λ，则第m级暗纹处空气劈尖的厚度 由上式可知，m=0时，d=0，即在两玻璃片交线处，为零级暗条纹。如果在细丝处呈现m=N级条纹，则待测细丝直径 2、利用干涉条纹检验光学表面面形 检查光学平面的方法通常是将光学样板（平面平晶）放在被测平面之上，在样板的标准平面与待测平面之间形成一个空气薄膜。当单色光垂直照射时，通过观测空气膜上的等厚干涉条纹即可判断被测光学表面的面形。 （1）待测表面是平面 （2）待测表面呈微凸球面或微凹球面 当手指向下按时，空气膜变薄，各级干涉条纹要发生移动，以满足式（2）， 3 式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率n ≈ 1。 当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m个暗环处的空气层厚度为m，则有：R，即，可得： 式中是第m个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得： 可见，我们若测得第m个暗环的半径便可由已知λ求R，或者由已知R求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径换成直径，则有： 对第m+n个暗环有 将（5）和（6）两式相减，再展开整理后有 可见，如果我们测得第m个暗环及第（m+n）个暗环的直径、，就可由式（7）计算透镜的曲率半径R。 经过上述的公式变换，避开了难测的量和m，从而提高了测量的精度，这是物理实验中常采用的方法。

插件式液压实验装置的设计

插件式液压实验装置的设计 众所周知，“实践是检验真理的唯一标准”。科学实验在人类认识和探索自 然规律的过程中起着至关重要的作用，可以说没有实验就没有现代科学。液压传 动技术是机械类专业的一门基础课程。液压教学实践表明，该课程只有通过理论 和实验相结合的方式教学才能取得良好的教学效果。为了满足现代化液压教学的 要求，本文提出了一种基于PLC控制的多功能液压实验台。根据该液压实验台 的用途，设计了液压系统的总体方案，并将液压仿真软件成功用于该实验台，最 后设计出实验台控制程序。该多功能液压教学实验台在液压教学方面有着广泛的 应用前景。 本论文对传统型与现代型液压综合实验台的研究现状做了全面的综述，对液压实验台的发展趋势做了详细的分析，并对液压教学中常用的液压元件和基本液压回路的组成和原理进行了详尽的理论分析、总结，为多功能液压实验台的液压回路设计奠定了可靠的理论基础，也为仿真软件的应用提供了依据。利用模块化的设计思想对多功能液压实验台的液压回路进行分块设计。将各模块优化组合，设计出多功能液压实验台的液压回路原理图，并对其功能进行了详尽的说明。 液压综合实验台包括电控、液控等，它的设计与制造将极大的缓解现有实验室实验设备短缺和落后的现状，同时电液控综合实验台在整个液压教学实验中将发挥很大的作用，是液压教学实验中不可缺少的重要组成部分。本论文重点叙述了液压综合实验台的系统组成和元件设置。从各方面分析与其它实验台的不同点，突出它的综合性，其最大的优点就是可以在一个实验平台上做多种实验，所做实验各元件和管路可由实验操作者自行设计、连接。设计主要围绕实验台的实验原理以及整体结构而展开，然后辅以电气控制硬件部分的设计。 第一章前言 液压综合实验台包括电控、液控等，它的设计与制造将极大的缓解现有实验室实验设备短缺和落后的现状，同时电液控综合实验台在整个液压教学实验中将发挥很大的作用，是液压教学实验中不可缺少的重要组成部分。本论文重点叙述了液压综合实验台的系统组成和元件设置。从各方面分析与其它实验台的不同点，突出它的综合性，其最大的优点就是可以在一个实验平台上做多种实验，所做实验各元件和管路可由实验操作者自行设计、连接。 1.1课题研究的背景 实验是液压教学必不可少的辅助环节，学校现有的液压传动教学实验台可用于定量叶片泵工作特性实验、先导式溢流阀性能实验及节流调速回路性能实验。通过实验，可使学生增强对定量叶片泵工作性能、先导式溢流阀静态性能和动态性能以及各种节流调速回路特性的理解，加深对液压系统各种特性参数

电阻测量的设计实验报告

佛山科学技术学院 实 验 报 告 课程名称 实验项目 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 成 绩 日 期 年 月 日 【实验目的】 1．掌握减小伏安法测量电阻的方法误差和仪表误差的方法； 精品文档，超值下载 2．根据测量不确定度的要求，合理选择电压表和电流表的参数； 3．根据给定实验仪器合理设计变形电桥电路（或电压补偿测量电路）测量电阻。 【实验仪器】 直流稳压电源、伏特表、毫安表、被测电阻、滑线变阻器（或电位器）2个、电阻箱2只、开关式保护电阻、开关。 【实验原理】 1．方法误差 根据欧姆定律，测出电阻R x 两端的电压U ，同时测出流过电阻R x 的电流I ，则待测电阻值为 I U R x = 测 （24-1） 通常伏安法测电阻有两种接线方式：电流表内接法和电流表外接法。由于电表内阻的存在，这两种方法都存在方法误差。 在内接法测量电路中（如图24-1所示），电流表的读数I 为通过电阻R x 的电流I x ，但电压表的读数U 并不是电阻R x 的两端电压U x ，而是U=U x +U A ，所以实验中测得的待测电阻阻值为 A x A x x R R I R R I I U R +=+== ) (内 式中R A 是电流表的内阻。它给测量带来的相对误差为 x A x x R R R R R E = -= 内内 （24-2） 内接法测量待测电阻阻值的修正公式 A x R I U R -= 。 （24-3） 在外接法测量电路中（如图24-2所示），电压表的读数U 等于电阻R x 的两端电压U x ，但电流表的读数I 并不是流过R x 的电流I x ，而是I=I x +I V ，所以实 验中测得的待测电阻阻值为 图24-1 内接法 图24-2 外接法

插件式液压实验装置的设计

第一章前言 液压综合实验台包括电控、液控等，它的设计与制造将极大的缓解现有实验室实验设备短缺和落后的现状，同时电液控综合实验台在整个液压教学实验中将发挥很大的作用，是液压教学实验中不可缺少的重要组成部分。本论文重点叙述了液压综合实验台的系统组成和元件设置。从各方面分析与其它实验台的不同点，突出它的综合性，其最大的优点就是可以在一个实验平台上做多种实验，所做实验各元件和管路可由实验操作者自行设计、连接。 1.1课题研究的背景 实验是液压教学必不可少的辅助环节，学校现有的液压传动教学实验台可用于定量叶片泵工作特性实验、先导式溢流阀性能实验及节流调速回路性能实验。通过实验，可使学生增强对定量叶片泵工作性能、先导式溢流阀静态性能和动态性能以及各种节流调速回路特性的理解，加深对液压系统各种特性参数的感性认识。 实验数据的获得可归结为液压系统中压力、流量和速度等物理量静态、动态值的测取，误差很大。如为测量液压缸活塞杆在不同负载条件下的运动速度，实验时首先测出活塞杆的总行程，再利用秒表测量活塞杆走完这段行程所用时间，两者相除得到活塞杆的运动速度，这种方法很难客观准确地反映液压缸活塞杆带负载工作时的速度特性。利用压力表测量液压系统中某一给定点的压力，表盘指针所指示的刻度对应某一压力值，由于小幅度波动的压力振摆和随时间而漂移的压力偏移值很难通过压力表指针反映出来，有限的刻度格数使读数依赖于实验操作者的目测习惯，从而使测量精度得不到保证。而且对液压系统加载一卸荷时被控压力随时间变化所反映的动态特性参数如动态超调，只能作出定性分析。而且现有实验台的灵活性不高，不能充分锻炼学生的动手及思维能力。 1.2课题研究的内容 我的毕业设计题目是插件式电液控综合实验台。在实验台设计过程中，我们参考了学校现有的液压传动教学实验设备，综合了它们的优点和缺点，所设计的电液控综合实验台采用可以快速转接的方式，使一台设备可以完成五种甚至更多的实验回路，如压力形成、液压泵性能实验、溢流阀静动态性能实验、

基于PSD的位移测试装置设计

中北大学 课程设计说明书 学生姓名：XXX 学号：XXXXXXXX 学院：信息与通信工程 专业：电子信息科学与技术 题目：基于PSD的位移测试装置设计 指导教师：程耀瑜、李永红职称: 教授 2013年 01 月 18 日

中北大学 课程设计任务书 12/13 学年第一学期 学院：信息与通信工程学院 专业：电子信息科学与技术 学生姓名：陆金贵学号：0905014114 课程设计题目：基于PSD的位移测试装置设计 起迄日期：2012年12月31日~2013年1月18日课程设计地点：主楼1318室，513教研室 指导教师：程耀瑜、李永红 系主任：程耀瑜 下达任务书日期: 2012年12月31日

一、PSD简介 PSD（Position Sensitive Detectors）是一种能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探测器。PSD 由P 衬底、PIN 光电二极管及表面电阻组成。与CCD 探测器相比，PSD 有诸多优点，如位置分辨率高，响应速度快和处理电路简单等。另外，位置信号与落在探测器上的光斑形状无关。 各种精度和规格尺寸的PSD 探测器： PSD特点： 位置分辨率高、光谱响应宽、响应速度快、位置和光强同时测量、不受光斑的约束、可靠性高等。 PSD应用范围： 光学位置和角度的探测、光学遥测系统、位移和振动测量、激光对中和准直、距离测试、人类运动姿态分析等。 PSD分两种类型：一维PSD（1D-PSD）和两维PSD（称2D-PSD）探测器。本次设计中我们用到的是一维PSD，下面仅针对一维PSD作详细介绍，另对二位PSD工作原理作简要介绍。 二、一维PSD位置传感器工作原理 1D-PSD 的结构图： 图1 PSD探测器

电阻测量系统设计说明

电子系统设计》课程设计 题目：电阻测量系统设计 自动电阻测试仪 【摘要】本简易自动电阻测试仪具有手动四档及自动三档量程转换电阻测试功能，以单片机为控制核心，使用仪表运放来精确采集被测电阻两端电压，经过模数转换电路将模拟信号转换成数字信号，以便单片机进行处理。最后通过LCD12864夜晶显示出结果，能自动显示小数点和单位；并且该装置具有电阻自动筛选和自动测量显示电位器变化曲线的功能。实验结果表明，本系统完全达到设计要求，多项指标优于题目要求。 【主要技术】（1）通过编程来实现对电阻值的直接测量 （2） 12 位A/D 转换技术 （3）量程转换技术

（4）液晶显示器的有效应用 （5）串并转换技术 （6）通过单片机控制电机实现对电位器的自动控制 【关键词】模数转换；自动量程转换；INA114;电阻；MCU液晶显示；

目录 一、系统方案 (4) 1.1 设计要求 (4) 1.1.1 任务 (4) 1.1.2 要求 (4) 1.2 总体方案 (5) 1.2.1 方案论证与比较 (5) 1.2.2 系统组成 (5) 二、理论计算与电路分析 (6) 2.1 电阻测量原理 (6) 2.2.1 测量电路 (6) 2.1.2 基准电压电路 (7) 2.2 自动量程转换与筛选的设计 (7) 2.2.1 自动量程转换 (7) 2.2.2 筛选功能 (8) 2.3 电位器阻值变化曲线装置的设计 (8) 三、电路与程序设计 (8) 3.1 电路设计与分析 (8) 3.1.1 电源模块 (8) 3.1.2 测量及转换模块 (9) 3.1.3 控制显示模块 (10) 3.1.4 辅助装置 (10) 3.2 程序流程图设计 (11) 四、系统测试方案与结果 (13) 4.1 测试条件 (13) 4.2 测试方案 (13) 4.3 测试结果及分析 (13) 五、结论和系统特色 (14)

光电测量系统设计

光电测量系统设计 ----基于干涉方法测量压电陶瓷微小伸长量 指导老师：朱海东樊敏 姓名：陈权 学号：2013031053 班级：电科132班 时间：2016年11月7 日

摘要 本次实验为光电测量系统设计，从而测量压电陶瓷由于加热而产生的微小形变量，故需要掌握干涉和衍射的基本原理和产生条件，结合相关仪器软件完成对光电探测器的设计。首先是对通过杨氏双缝干涉，夫琅禾费衍射，PSD微小位移测量实验对理论知识的补充和了解，并对测量系统的搭建有一个大概的构思。然后在机房通过仿真软件ZMAX完成扩束准直系统的设计，ZW CAD绘制出探测器的光学结构（探头主体、底座、支杆等）；最后，进行了光纤端面处理和光纤传感综合实验。 关键词：光电测量系统；干涉；衍射；探测器；光纤实验

目录 论文总页数：11页1. 简介 (1) 1.1.实验目的及内容 (1) 2. 干涉及衍射原理 (1) 2.1.干涉 (1) 2.1.1. 干涉原理 (1) 2.1.2. 干涉条件 (2) 2.1.3. 实现光束干涉的基本方法 (2) 2.2.衍射 (2) 2.2.1. 衍射原理 (2) 2.2.2. 衍射分类 (2) 3. 干涉仪 (3) 4. 整体结构 (4) 5. 上机 (5) 5.1.ZMAX仿真设计 (5) 5.1.1. 单透镜 (5) 5.1.2. 双透镜 (5) 5.1.3. 扩束准直系统 (6) 5.2.探测器设计 (7) 6. 总结 (10) 6.1.实验结果及分析 (10) 6.2.问题分析 (11) 6.3.实验改进 (11) 结语 (11) 参考文献 (11)

气体实验装置的设计

气体实验装置的设计 【要点精讲】 1.一般来说，物质的实验室制法（尤其是中学）所要求的条件大致为：反应尽可能快一 些，反应条件尽可能简单，操作比较易行，尽量使制备的产物单一 ．．．．易于分离；而对反应物的成本、能耗，可以较少考虑，尽可能使用常用的仪器设备，如试管、烧瓶、烧杯等等。反应较为安全或安全性可控。 2.气体制备实验操作的一般步骤：组装(从上到下、从左到右)→检验气密性→加入药品→排尽装置内的空气→验纯→性质实验或反应→拆除装置。 3.若气体产生需加热，应先用酒精灯加热产生气体的装置，等产生气体后，再给实验需要加热的固体物质加热。例如用浓硫酸和甲酸共热产生CO，再用CO还原Fe2O3，实验时应首先点燃CO发生装置的酒精灯，生成的CO赶走空气后，再点燃Fe2O3的酒精灯，而熄灭酒精灯的顺序则相反，原因是：在还原性气体中冷却Fe可防止灼热的Fe再被空气中的O2氧化，并防止石灰水倒吸。 4.实验仪器的拆卸要注意安全性和科学性，有些实验为防止“爆炸”或“氧化”，应考虑停止加热或通气的顺序，如对有尾气吸收装置的实验，必须将尾气导管提出液面后才能熄灭酒精灯，以免造成溶液倒吸；用氢气还原氧化铜的实验应先熄灭加热氧化铜的酒精灯，同时继续通氢气，待加热区冷却后才能停止通氢气，这是为了避免空气倒吸入加热区使铜氧化，或形成可爆气；拆卸用排水法收集需加热制取气体的装置时，需先把导气管从水槽中取出，才能熄灭酒精灯，以防止水倒吸；拆卸后的仪器要清洗、干燥、归位。 【典例评析】 例1.某研究性学习小组为探究Cu(OH)2受热分解产物及产物性质，设计如下实验。 （1）取0.98g Cu(OH)2固体加热，质量随温度变化的曲线如图1所示，产物A、B的化学式分别为和。 （2）取少量产物B加入足量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在，该反应的离子方程式为。

电阻测量系统设计说明

《电子系统设计》课程设计题目：电阻测量系统设计

自动电阻测试仪 【摘要】本简易自动电阻测试仪具有手动四档及自动三档量程转换电阻测试功能，以单片机为控制核心，使用仪表运放来精确采集被测电阻两端电压，经过模数转换电路将模拟信号转换成数字信号，以便单片机进行处理。最后通过LCD12864液晶显示出结果，能自动显示小数点和单位；并且该装置具有电阻自动筛选和自动测量显示电位器变化曲线的功能。实验结果表明，本系统完全达到设计要求，多项指标优于题目要求。 【主要技术】(1) 通过编程来实现对电阻值的直接测量 (2) 12位A/D转换技术 （3) 量程转换技术 （4）液晶显示器的有效应用 （5）串并转换技术 （6) 通过单片机控制电机实现对电位器的自动控制 【关键词】模数转换；自动量程转换；INA114；电阻；MCU；液晶显示；

目录 一、系统方案 (4) 1.1 设计要求 (4) 1.1.1 任务 (4) 1.1.2 要求 (4) 1.2 总体方案 (5) 1.2.1 方案论证与比较 (5) 1.2.2系统组成 (5) 二、理论计算与电路分析 (6) 2.1 电阻测量原理 (6) 2.2.1测量电路 (6) 2.1.2基准电压电路 (7) 2.2 自动量程转换与筛选的设计 (7) 2.2.1 自动量程转换 (7) 2.2.2 筛选功能 (8) 2.3 电位器阻值变化曲线装置的设计 (8) 三、电路与程序设计 (8) 3.1 电路设计与分析 (8) 3.1.1 电源模块 (8) 3.1.2 测量及转换模块 (9) 3.1.3 控制显示模块 (10) 3.1.4 辅助装置 (10) 3.2 程序流程图设计 (11) 四、系统测试方案与结果 (13) 4.1 测试条件 (13) 4.2 测试方案 (13) 4.3 测试结果及分析 (13) 五、结论和系统特色 (14)

基于单片机的温度测量系统设计DOC

基于单片机的温度测量系统设计DOC

基于STC单片机的温度测量系统的研究 摘要：本文针对现有温度测量方法线性度、灵敏度、抗振动性能较差的不足，提出了一种基于STC单片机，采用Pt1000温度传感器，经过间接测量铂热电阻阻值来实现温度测量的方案。重点介绍了，铂热电阻测量温度的原理，基于STC实现铂热电阻阻值测量，牛顿迭代法计算温度，给出了部分硬件、软件的设计方法。实验验证，该系统测量精度高，线性好，具有较强的实时性和可靠性，具有一定的工程价值。 关键词：STC单片机、Pt1000温度传感器、温度测量、铂热电阻阻值、牛顿迭代法。 Study of Temperature Measurement System based on STC single chip computer Zhang Yapeng,Wang Xiangting,Xu Enchun,Wei Maolin Abstract:A method to achieve temperature Measurement by the Indirect Measurement the resistance of platinum thermistor is proposed. It is realized by the single chip computer STC with Pt1000 temperature sensor.The shortcomings of available methods whose Linearity, Sensitivity, and vibration resistance are worse are overcame by the proposed method. This paper emphasizes on the following aspects:the principle of temperature measurement by using platinum thermistor , the measurement of platinum thermistor’s resistance