基于CPLD与单片机的磁致伸缩位移传感器系统设计与实现

摘要

随着科学技术的不断发展，对位移测量提出了越来越高的要求。磁致伸缩位移传感器是一种利用磁致伸缩效应将位移量转化为时间量进行测量的传感器，它在高精度位移测量方面具有其他仪表无法比拟的优势。分析国内外传感器在性能、成本上的差距，本文设计一款高精度低成本的磁致伸缩位移传感器。
　　本文从磁致伸缩效应原理出发分析传感器的工作原理，对偏置磁场及激励磁场进行有限元分析，并建立了传感器输出数学模型，为传感器参数的选择提供了理论依据。在传感器机械结构方面，主要对波导丝材料、扭转波拾取装置、偏置磁场等进行了优化设计。
　　为了提高磁致伸缩位移传感器的测量精度，本文提出了一种基于CPLD+单片机体系结构的传感器系统。从硬件与软件两方面进行设计，硬件电路主要包括系统电源电路、激励脉冲放大电路、回波接收电路、高精度时间测量电路、自定义串行通信接口电路、多种输出显示接口电路。软件部分主要包括数据传输程序、数字滤波程序、显示程序、电压输出程序、Modbus通信程序。在系统调试成功后，搭建标定平台进行实验，分析传感器的静态性能，实验结果表明该传感器性能达到设计指标。
　　相比于传统测量系统，本系统增加了感应脉冲数字调理电路及软硬件滤波算法，有效地消除二次回波等干扰，且充分发挥单片机良好的数据处理、人机对话的优势和CPLD准确测量时间、编程灵活的优势，简化硬件电路结构，提高了系统的测量精度，且降低了成本，易于传感器的小型化和工程化。

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缩略词

第一章 绪论

1. 1 课题研究背景与意义

1. 2 磁致伸缩位移传感器技术国内外研究现状

1. 3 课题主要研究内容与结构

第二章 磁致伸缩位移传感器机理研究及建模仿真分析

2. 1 磁致伸缩位移传感器的机理研究

2. 2 基于有限元ANS YS的电磁场仿真分析

2. 3 感应线圈输出数学模型建立

2. 4 本章小结

第三章 磁致伸缩位移传感器系统的硬件设计

3. 1 概述

3. 2系统总体硬件设计

3. 3 系统电源电路设计

3. 4 传感器系统模拟电路设计

3. 5 基于CP LD的数字电路设计

3. 6 基于C8051F 310的数字电路设计

3. 7 硬件调试

3. 8 本章小结

第四章 磁致伸缩位移传感器系统的软件设计

4. 1 软件开发环境和语言简介

4. 2 软件总体设计

4. 3 数据通信处理软件设计

4. 4 LC D12864显示软件设计

4. 5 电压输出软件设计

4.6 Modbus通信软件设计

4. 7软件调试

4. 8本章小结

第五章 系统调试与实验验证分析

5. 1感应线圈输出特性实验验证分析

5. 2 系统总体调试

5. 3 传感器标定及实验分析

5. 4本章小结

第六章 总结与展望

6. 1 论文研究成果

6. 2 论文的不足及展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文