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1、位移測量裝置楊明朱玉周磊摘要：系統(tǒng)以LSD-TEST430F2274單片機為核心控制器件，控制電機轉(zhuǎn)動和ADS7886實時采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)顯示。電機轉(zhuǎn)動通過螺桿帶動鐵淦氧磁棒精確移動，從而改變線性變壓器的輸出電壓。在信號產(chǎn)生部分，采用專用函數(shù)發(fā)生器芯片MAX038產(chǎn)生100KHZ的正弦波信號，經(jīng)過寬帶低失真全微分運算放大器THS4503轉(zhuǎn)換為兩路幅值相等相位相反的信號，通過差分變壓器中鐵心位置的改變使得輸出信號的幅值改變，再經(jīng)過放大、整流濾波，經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊采集，送入單片機進行處理，最后通過液晶顯示測量數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：位移測量MAX038THS
2、4503數(shù)據(jù)顯示一、方案選擇與論證由題意可知，整個系統(tǒng)主要分為激勵電路和測量電路兩個部分。激勵電路包含正弦信號產(chǎn)生和差分輸出兩個模塊；測量電路由線性可變差動變壓器、放大和整流濾波、數(shù)據(jù)處理、位移量顯示四個模塊組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1位移測量裝置系統(tǒng)框圖1.正弦信號產(chǎn)生電路的選擇方案一：采用MAX038芯片制作正弦信號產(chǎn)生電路。MAX038是美國馬克西姆公司開發(fā)的新一代函數(shù)發(fā)生器芯片，它克服了以前函數(shù)發(fā)生器集成芯片的缺點，提高了技術(shù)指標，頻率更高，精度更好，占空比可調(diào)，波形失真小，且外圍電路簡單，容易制作。方案二：采用DDS芯片制作正弦
3、信號產(chǎn)生電路。DDS技術(shù)具有相對帶寬寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高等優(yōu)點，輸出相位連續(xù)，頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控。但其成本較高，且題目只對輸出波形頻率及失真度有相應(yīng)要求，用MAX038完全可以滿足題意要求。經(jīng)過上述分析，這里采用方案一。152.放大、整流濾波電路的選擇(1)放大電路的選擇采用低噪音高速精密運算放大器OP37作為放大模塊。(2)整流濾波電路的選擇采用IN4148二極管和一個100uF的電容組成整流濾波電路，該電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但卻能很好的滿足要求，減少了焊接和接線的復雜程度。3.電機驅(qū)動模塊的選擇方案一：采用專用芯片L2
4、98N作為電機驅(qū)動芯片。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應(yīng)頻率高，還具有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。方案二：對于直流電機用分立元件構(gòu)成驅(qū)動電路。由分立元件三極管構(gòu)成電機驅(qū)動電路，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，在實際應(yīng)用中應(yīng)用廣泛。但是這種電路工作性能不夠穩(wěn)定。基于上述方案的比較，我們選用方案一。4．電機驅(qū)動磁棒移動裝置采用頂桿與螺帽來驅(qū)動磁棒移動。該裝置的示意圖如圖2所示。該方案利用直流電機的正反轉(zhuǎn)來控制螺帽在頂桿上滑動并帶動套筒向上或向下運動，從而使磁鐵棒上下移動，通過改變磁通來達到改變電壓的
5、目的。該電路控制精確度高，只要掌握好對電機的控制，就能很好的完成題目要求。圖2電機驅(qū)動磁棒移動裝置5.總體方案經(jīng)過仔細比較論證，最終方案確定如下：采用LSD-TEST430F2274單片機為核心控制器件，采用MAX038產(chǎn)生正弦波信號，差分輸出用THS4503,采用OP37作為放大電路，整流濾波用1N4148二極管與一個100uF的電容組合而成，用一片ADS7886和一個模擬開關(guān)組成電壓采集模塊，人機交流模塊采用鍵盤和12864液晶。二、設(shè)計實現(xiàn)與理論分析計算1.激勵電路分析與設(shè)計(1)正弦波信號產(chǎn)生模塊在正弦波產(chǎn)生模塊，我們用MAX038
6、芯片設(shè)計了一個正弦波信號發(fā)生器，其電路圖如圖3所示。15信號產(chǎn)生級的核心器件為MAX038，它的輸出波形由波形設(shè)定端A0、A1控制，將這兩個端口全部接高電平，這樣它的輸出就只有正弦波一種波形。MAX038的輸出頻率F0由Iin,FADJ端電壓和主振蕩器COSC的外接電容器CF三者共同決定。外接電容器用一個1nF的電容，則輸出頻率可達到10KHZ-1MHZ范圍內(nèi)任一值。通過調(diào)節(jié)電位器RP1和RP2就可以得到題目所需的100KHZ的信號，RP1為粗調(diào)，RP2為細調(diào)。為簡化電路，將DADJ端接地，使波形的占空圖3MAX038正弦信號產(chǎn)生電路比固定
7、為50%.(2)差分輸出電路按照題目意思，我們采用THS4503設(shè)計差分輸出電路。電路圖如圖4。THS4503是TI公司的一款高性能的全微分放大器芯片，14腳運行時為40MHZ的通頻帶，完全能滿足題目要求。2.測量電路分析、設(shè)計與計算圖4THS4503差分輸出電路差分輸出的信號經(jīng)線性可變差動變壓器的L1通過磁棒耦合到L2、L3，經(jīng)過放大、整流濾波后，由信號采集模塊采集并送入單片機進行處理。單片機控制電機的正反轉(zhuǎn)來使磁棒上下移動，從而使L2、L3兩路信號的電壓相對于0點（兩路信號的電壓幅值相等相位相反）時的幅值產(chǎn)生相應(yīng)的偏差。由于得到的電壓差
8、值很小，所以需要采用OP37放大器對輸出電壓放大后再對信號進行處理。而要得到d值，則要將交流變成直流，在此我們采用半波整流。整流之后，采用一個100uF的電解電容濾除雜波。線性可
