图2.2平行极板电容器
当被测量的变化使式中d、S或εr 任意参数发生改变时,电容量Ct就会随之改变。上述等式是在平行板的面积无限大,忽略边缘电场和其他干扰的条件下产生的,然而在实际情况中,电容量Ct只有几皮法,且容易受到边缘电场和其他寄生电容的影响。为了消除和减少这些影响,并综合成本及性能的考虑,利用软件计算仿真,,对传感器的结构进行严格对比,通过实验比较,最终选择了圆筒平板型电容式传感器。文献综述
图2.3变量间的转换关系原理图
位移是通过电容式位移传感器测量的,传感器把位移转换为电容变化后,然后通过一定的测量电路转换为电信号输出,其变量间的转换关系原理如图2.3所示。将电容量转换成电量的电路称作电容式位移传感器的转换电路。图2.3中的测量电路就是此电路。目前较常采用的有电桥电路、调频电路、脉冲调宽电路和运算放大器式电路等,本设计采用了电桥电路。将电容传感器接入交流电桥作为电桥的一个或两个相邻臂,另外两臂可以是电阻、电容或电感,也可以是变压器的两个次级线圈,图2.4所示的就是电桥电路。在图2.4中,电容C10、C11、C12、VC1构成电桥的四臂,VC1为电容传感器测得的电容量,当VC1改变时,U0≠0,有输出电压。这样就可以把电容量转换为电压值了。
图2.4电桥电路
2.2总体设计方案
本课题的总体方案是对一个位移检测系统的设计并选用Proteus仿真软件来仿真,其中包含对报警模块、数据存储、键盘、显示器、时钟模块、89S52单片机和PC上位机通讯的设计。
该系统采用电容式位移传感器将位移量转换为电容量,通过电桥电路将电容量转换为电压量,再将电压量输入A/D转换器(芯片ADC0832)中转换为数字量,然后输入单片机中进行处理。CPU选用单片机AT89C52,该设备是一款低功耗,高性能CMOS 8位单片机,它也能够扩充少量的外围芯片。存储器采用AT24C系列,该芯片串行EEPROM(带电可擦可编程只读存储器)具有I2C总线接口功能,该芯片为8K串行(EEPROM),其读写速度快、功耗低,有较高性价比。来~自^751论+文.网www.751com.cn/
在串行通信中,我们将使用MAX232芯片,因为检测系统需要微控制器和传感器数据通信,完成对系统的操作和控制。但是,由于单片机的逻辑电平与所用的RS232C规定的逻辑电平是不一致的。因此在这个系统中利用串行中断,使单片机信号电平(TTL电平)通过专用芯片MAX232转换为RS-232C电平。
在数据存储和读取上,将采用的芯片为AT24C1024,欲用的总线控制为I2C总线。
此外,还使用了1602LCD液晶、DS1302时钟芯片、矩阵键盘模块和报警模块电路等。图2.5所示的是系统大致的设计过程。