1概述1.1電機(jī)運(yùn)行中故障的診斷電機(jī)和所有的機(jī)器一樣，在運(yùn)行過(guò)程中有能量、介質(zhì)、力、熱量、磨損等各種物理和化學(xué)參數(shù)的傳遞和變化，由此而產(chǎn)生各種各樣的信息。這些信息變化直接地反映出系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，而在正常運(yùn)行和出現(xiàn)異常時(shí)，信息變化規(guī)律是不一樣的，電機(jī)的診斷技術(shù)是根據(jù)電機(jī)運(yùn)行時(shí)不同的信息變化規(guī)律，即信息特征來(lái)判別電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)是否正常。電機(jī)故障診斷過(guò)程應(yīng)包括異常檢查、故障狀態(tài)和部位的診斷、故障類型和起因分析三部分。在這里我們主要是對(duì)電機(jī)軸軸向徑向竄動(dòng)對(duì)電機(jī)的影響與檢測(cè)方法的研究。1.2電機(jī)軸竄動(dòng)的原因這里簡(jiǎn)單分析一下電機(jī)軸竄動(dòng)的原因，影響電機(jī)軸竄動(dòng)的因素是多種多樣的。譬如，定轉(zhuǎn)子鐵心棱形，長(zhǎng)短超差較大，壓入尺寸有誤，錯(cuò)位嚴(yán)重等除影響電機(jī)電氣性能之外都會(huì)使電機(jī)軸發(fā)生軸向竄動(dòng)。轉(zhuǎn)子存在較大軸向游移、空間地基不平或同心度差致使轉(zhuǎn)子軸向傾斜也會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生竄動(dòng)的現(xiàn)象。另外，電機(jī)軸的竄動(dòng)也與機(jī)器設(shè)計(jì)、構(gòu)造方面的缺點(diǎn)及使用程度有關(guān)，如eq\o\ac(○,1)軸對(duì)中不好，連接不良，定中心不準(zhǔn)。②聯(lián)軸器不平衡，負(fù)載機(jī)械不平衡，系統(tǒng)共振等。而這些原因往往是由制造廠帶來(lái)的。軸瓦巴氏合金脫層、龜裂，軸承與軸瓦安裝間隙不合適，瓦殼在軸承座中松動(dòng)，軸承動(dòng)態(tài)性能不好，發(fā)生半速渦動(dòng)或油膜振蕩等這些軸承缺陷方面的原因，都能造成電機(jī)軸的竄動(dòng)。③如電機(jī)受到自身的、風(fēng)路的或電磁的軸向作用力時(shí)，若轉(zhuǎn)子存在較大的軸向位移空間，轉(zhuǎn)子也可發(fā)生竄動(dòng)的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明，內(nèi)風(fēng)扇直徑減小，竄動(dòng)量減小，內(nèi)風(fēng)扇直徑增大，竄動(dòng)量也增大。④由于機(jī)器損傷或過(guò)度磨損，也會(huì)引起電機(jī)軸的振動(dòng)。根據(jù)電機(jī)的制造原理及結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性，可從以下幾方面分析電機(jī)軸竄動(dòng)的原因。1）定子鐵芯對(duì)轉(zhuǎn)子與定子間作用的響應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子通過(guò)三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，閉合的轉(zhuǎn)子繞組(鼠籠條)在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下因產(chǎn)生拖動(dòng)性的電磁轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)，此時(shí)定子繞組會(huì)受到相應(yīng)的電磁力作用，該電磁力是電流分布、氣隙與端部磁場(chǎng)分布的函數(shù)。當(dāng)電流分布改變時(shí)，產(chǎn)生作用力的諧波分量也會(huì)改變，而當(dāng)其頻率與定子鐵芯固有振蕩頻率相近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電機(jī)軸的竄動(dòng)。對(duì)發(fā)電機(jī)而言，在不對(duì)稱負(fù)載時(shí)，會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電流，產(chǎn)生有害的交變力矩作用，在轉(zhuǎn)軸及定子機(jī)座上，引起頻率為100Hz的振動(dòng)。另外，定子繞組在定子鐵芯槽內(nèi)受到多種機(jī)械力作用，線棒通過(guò)電流時(shí)，線棒本身及上下層線棒間和相鄰槽內(nèi)線棒的端線間會(huì)產(chǎn)生100Hz的交變電磁力，若線棒在槽內(nèi)固定不好，將使線棒向槽壁壓緊，并產(chǎn)生共振。2）定子端部繞組對(duì)作用在繞組導(dǎo)體上電磁力的響應(yīng)電機(jī)端部繞組的結(jié)構(gòu)布局呈“喇叭”狀，其剛度較低，而柔性較大，運(yùn)行中由于轉(zhuǎn)子繞組端部漏磁場(chǎng)的作用，定子繞組端部和轉(zhuǎn)子間會(huì)產(chǎn)生作用力，其方向是把定子繞組向外推。由于漏磁場(chǎng)的存在，定子繞組和鐵芯之間產(chǎn)生的電磁力把端部繞組推向鐵芯。而在端部線棒之間，當(dāng)同相相鄰兩線棒電流同方向時(shí)，其相互作用力使它們相互擠壓靠攏；而當(dāng)隔相相鄰線棒流過(guò)的電流方向相反時(shí)，則兩線棒互相推開(kāi)，在上下層繞組端部之間產(chǎn)生徑向電磁力，而此作用力作用在端箍和綁繩上使繞組端部產(chǎn)生振動(dòng)。3）轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一般為鼠籠式或繞線式，又可分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子可以看成是一個(gè)等值的偏心質(zhì)量繞軸旋轉(zhuǎn)，而柔性轉(zhuǎn)子一般是細(xì)長(zhǎng)直徑受到限制的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子：當(dāng)轉(zhuǎn)子在高速下旋轉(zhuǎn)，由于離心力作用發(fā)生中心偏移，會(huì)產(chǎn)生磁通氣隙不均勻，感應(yīng)電流大小、方向不規(guī)則，產(chǎn)生的電磁力大小也不同。電機(jī)轉(zhuǎn)子籠型繞組除了承受熱應(yīng)力、電磁力和離心力外，還受到加速和制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的切向應(yīng)力，在導(dǎo)條伸出槽口部分受到切向力而產(chǎn)生彎矩，很容易造成轉(zhuǎn)子鼠籠條發(fā)生斷條，從而產(chǎn)生電機(jī)的振動(dòng)。柔性轉(zhuǎn)子：在汽輪發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子特別長(zhǎng)且直徑相對(duì)較小，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子聯(lián)結(jié)后，構(gòu)成彈性-慣性扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)。而發(fā)電機(jī)與鍋爐、汽輪機(jī)、電網(wǎng)相互關(guān)聯(lián)，因此會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)迫扭振，這種振動(dòng)可能是電氣原因造成的，也可能是機(jī)械系統(tǒng)造成的。例如:并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，當(dāng)機(jī)組與系統(tǒng)(電網(wǎng))并列時(shí)，頻率不等會(huì)出現(xiàn)拍振電壓，產(chǎn)生拍振電流，其有功分量對(duì)發(fā)電機(jī)而言時(shí)正時(shí)負(fù)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩交替出現(xiàn)，作用在轉(zhuǎn)子上使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)子一般和機(jī)械負(fù)載連接，當(dāng)機(jī)械負(fù)載的轉(zhuǎn)軸中心與電機(jī)轉(zhuǎn)子中心不正(即偏心)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生單邊磁拉力造成電機(jī)轉(zhuǎn)子受力不均而發(fā)生振動(dòng)。另外，電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)也與支撐它的軸承特性有關(guān)(大多數(shù)電機(jī)的軸承可看成是硬性軸承)。4）軸承振動(dòng)分析在電機(jī)運(yùn)行中，作用在軸承上的力將引起軸承座與轉(zhuǎn)子的相對(duì)振動(dòng)和軸承座本身的絕對(duì)振動(dòng)，這種作用無(wú)論是滾動(dòng)軸承還是滑動(dòng)軸承都會(huì)發(fā)生。滾動(dòng)軸承：由于結(jié)構(gòu)上的原因，滾動(dòng)軸承產(chǎn)生一種固定頻率的振動(dòng)，由于它的油膜很薄，轉(zhuǎn)子軸和軸承座之間的相對(duì)位移很小，除固定頻率外還可能存在著由于滾動(dòng)軸承本身的彈性變形所引起的更高頻率的振動(dòng)，以及軸承內(nèi)外圈的自振頻率振動(dòng)，還有因軸承磨損而發(fā)生的不規(guī)則振動(dòng)?；瑒?dòng)軸承：在滑動(dòng)軸承中，軸是由高壓油泵打進(jìn)來(lái)的潤(rùn)滑油膜所支撐的，而潤(rùn)滑油膜由軸的傳動(dòng)帶入到軸與軸承之間形成的，當(dāng)油膜不穩(wěn)定時(shí)會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油的渦動(dòng)和起泡，使軸承產(chǎn)生非正常的反應(yīng)。而產(chǎn)生油膜不穩(wěn)定的因素很多，如負(fù)載不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)軸中心不正等都會(huì)造成油膜不穩(wěn)定的變化。合理的裝配方法及正常的電機(jī)操作是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在。適當(dāng)改變軸承結(jié)構(gòu)零部件的尺寸公差配合，減小裝配間隙，可以減小電機(jī)軸的竄動(dòng)。我們知道，熱脹冷縮是物質(zhì)的共性，電機(jī)在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)其零部件發(fā)生熱膨脹的現(xiàn)象是不可避免的。假定軸承內(nèi)圈、甩水環(huán)、甩油環(huán)與電機(jī)軸的配合是緊密的，在熱態(tài)運(yùn)行時(shí)不會(huì)發(fā)生與軸松脫滑動(dòng)的現(xiàn)象，那么電機(jī)軸的最大竄動(dòng)量便是軸承在軸承內(nèi)外蓋止口之間的裝配間隙與球軸承軸向游隙之和，約為0～1.35mm。一般情況下，電機(jī)軸軸向移動(dòng)最大位移為2.50mm，徑向竄動(dòng)的最大位移為3.15mm。1.3電機(jī)軸竄動(dòng)檢測(cè)的意義機(jī)械化大生產(chǎn)出現(xiàn)以后，越來(lái)越多的機(jī)器設(shè)備投入了運(yùn)行，流程化生產(chǎn)線的出現(xiàn)更使設(shè)備檢查和維修成為生產(chǎn)活動(dòng)不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)裝備更為先進(jìn)和現(xiàn)代化，其標(biāo)志主要是大型化，高速化，連續(xù)化和自動(dòng)化，設(shè)備也變得更加精密和復(fù)雜，設(shè)備故障造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來(lái)越大，所以設(shè)備的檢測(cè)方法也越發(fā)顯得重要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)已應(yīng)用現(xiàn)代社會(huì)的工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)方面，對(duì)社會(huì)各個(gè)方面的發(fā)展起著不可估量的作用。因此，我們有必要對(duì)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。在所有與電機(jī)狀態(tài)有關(guān)的故障征兆中，電機(jī)振動(dòng)測(cè)量是最具有權(quán)威性的。它能反映電機(jī)所有的損壞，并易于測(cè)量。從轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、軸承學(xué)的理論上分析，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于其核心轉(zhuǎn)軸，所以電機(jī)軸的正常轉(zhuǎn)動(dòng)是電機(jī)安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要指標(biāo)。過(guò)大的電機(jī)軸軸向、徑向位移都將會(huì)引起過(guò)大的電機(jī)機(jī)構(gòu)損壞。因此對(duì)電機(jī)軸的軸向位移、徑向位移這兩個(gè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、判斷。近年來(lái)，隨著電機(jī)生產(chǎn)數(shù)量逐年增多，反映出的質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越多，其中主要是轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)量較大影響配套設(shè)備的正常使用，同時(shí)對(duì)電機(jī)自身軸承損壞也較大，因此對(duì)電機(jī)軸軸向和徑向竄動(dòng)的檢測(cè)方法的研究意義十分重大。另外，電機(jī)日益增多，生產(chǎn)過(guò)程也日趨復(fù)雜，對(duì)電機(jī)的一些重要和關(guān)鍵的部位和項(xiàng)目進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，可以獲得顯著的效益，具體說(shuō)有一下幾個(gè)方面：1)減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失；2)減少維修次數(shù)和維修成本；3)減少備件投資；4)提高作業(yè)率與設(shè)備服役壽命；5)可實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的停機(jī)檢查；6)減少人員傷亡；7）優(yōu)化人員配置。1.4電機(jī)的軸向位移和徑向位移檢測(cè)的研究現(xiàn)狀1.4.1電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的監(jiān)測(cè)方法研究電機(jī)的檢測(cè)主要是在線檢測(cè)。目前，電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的監(jiān)測(cè)方法有以下兩種比較普遍的方法：1)電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的總均方值的監(jiān)測(cè)電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的總均方值監(jiān)測(cè)一直是最通用的監(jiān)測(cè)方法。測(cè)取在預(yù)選帶寬之間內(nèi)振動(dòng)的總均方根是最簡(jiǎn)單的方法。通常帶寬為10HZ～1KHZ，或者為10HZ～10KHZ，這項(xiàng)技術(shù)，經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用，已經(jīng)積累了大量有關(guān)電機(jī)故障的統(tǒng)計(jì)資料，并且公布了旋轉(zhuǎn)振動(dòng)的推薦標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度的變化量達(dá)到8dB及以上時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視；當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度變化量超過(guò)20dB時(shí)，則必須進(jìn)行檢修。如經(jīng)頻譜分析表明，上述振動(dòng)強(qiáng)度的變化是由高頻分量的增加所引起的，則上述規(guī)定可分別放寬致16dB和40dB。總均方值方法是測(cè)量Va與Xo（Va—最高速度，Xo—峰值到峰值的位移）。然后將這些量定義一個(gè)參數(shù)F=0.52NX/V，其中N—電機(jī)的速度，單位r/min。當(dāng)F<1時(shí)，油膜渦動(dòng)，當(dāng)F=1時(shí)，系統(tǒng)正常，當(dāng)F〉1時(shí)，軸對(duì)中不好，有靜偏心。2)電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的頻譜監(jiān)測(cè)該方法就是對(duì)所收到的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。把時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)進(jìn)行分析的方法稱頻譜分析。電機(jī)軸軸向位移和徑向位移的頻譜分析通常有幾種不同層次的方法。下面以窄帶分析為例對(duì)該方法進(jìn)行解釋。窄帶分析能準(zhǔn)確顯示出輸出信號(hào)的帶寬的變化，在做故障診斷時(shí)就比總均值分析好。運(yùn)行人員可以用窄帶分析來(lái)對(duì)機(jī)器的狀態(tài)趨勢(shì)做出最有效的判斷，但這就要求有一條起始的基準(zhǔn)頻圖，然后把由記錄下的頻譜圖與之進(jìn)行比較。用數(shù)字處理的方法得到頻譜，已是各離散頻率點(diǎn)上數(shù)的序列，則能很快的計(jì)算出比較的結(jié)果，至于這些離散點(diǎn)相距有多遠(yuǎn)，則受測(cè)量?jī)x器的限制。因?yàn)檎瓗Х治鲆纱罅康臄?shù)據(jù)，所以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)先設(shè)置電機(jī)軸軸向位移或徑向位移的允許極限值，并在頻譜圖上畫(huà)出這些允許極限值來(lái)。當(dāng)電機(jī)軸的軸向位移或徑向位移超過(guò)這些極限值，就自動(dòng)報(bào)警。這些允許極限值在高頻段時(shí)，余量較大。1.4.2目前主要的測(cè)振儀測(cè)振儀的發(fā)展有很長(zhǎng)一段歷史，也創(chuàng)造出了不少有相當(dāng)高價(jià)值的成果。這里主要介紹兩種應(yīng)用在電機(jī)方面的測(cè)振儀。VM-63A便攜式數(shù)字測(cè)振儀日本理音(RION)公司生產(chǎn)的該測(cè)振儀如圖1所示，重250克，主要用于機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)位移、速度(烈度)和加速度三參數(shù)的測(cè)量。利用該儀器在軸承座上測(cè)得的數(shù)據(jù)，對(duì)照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2372，或者利用企業(yè)、機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)，就可確定設(shè)備(風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、電機(jī)等)當(dāng)前所處的狀態(tài)(良好、注意或危險(xiǎn)等)。該儀器自80年代中期以來(lái)，為我國(guó)各大中型企業(yè)采用后，至今已銷售達(dá)兩萬(wàn)余套，返修率極低，是一種理想的點(diǎn)檢儀。圖1VM-63A便攜式數(shù)字測(cè)振儀2）

VIB-10b便攜式智能振動(dòng)測(cè)量?jī)x

VIB-10b便攜式智能振動(dòng)測(cè)量?jī)x如圖2所示，是在VIB-10a振動(dòng)測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上增加了速度檔的寬帶振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（符合ISO10816-1：1995，GB/T6075.1-1999標(biāo)準(zhǔn)），使檢測(cè)人員在現(xiàn)場(chǎng)就能根據(jù)測(cè)試量值對(duì)設(shè)備運(yùn)行好壞作出評(píng)價(jià)。具有功耗低、精度高、可靠性好、整體設(shè)計(jì)美觀、攜帶方便等特點(diǎn)。十分便利于工礦企業(yè)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械（風(fēng)機(jī)、汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、電機(jī)、機(jī)床等）的振動(dòng)測(cè)量及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估。圖2

VIB-10b便攜式智能振動(dòng)測(cè)量?jī)x目前的這些便攜式振動(dòng)測(cè)量?jī)x一個(gè)最大的不足就是探頭與電機(jī)軸的距離不能固定，完全憑借人的感官來(lái)控制，需要技術(shù)人員有很強(qiáng)的業(yè)務(wù)水平。

2系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)研究目標(biāo)本次設(shè)計(jì)研究的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一套自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)電機(jī)軸發(fā)生軸向位移或者徑向位移時(shí)系統(tǒng)能夠在顯示器上實(shí)時(shí)地顯示出其竄動(dòng)的位移，如果軸竄動(dòng)位移超出電機(jī)安全運(yùn)行允許的范圍，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電機(jī)軸軸向和徑向竄動(dòng)的檢測(cè)系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心，位移傳感器、AD574A模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及外圍電路組成。位移傳感器采用非接觸性的電渦流傳感器，傳感器導(dǎo)出軸竄動(dòng)的電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。所有測(cè)量操作均由單片機(jī)控制軟件來(lái)完成。系統(tǒng)可以檢測(cè)位移傳感器的輸出信號(hào)。檢測(cè)人員可以根據(jù)數(shù)碼顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控到電機(jī)軸軸向和徑向竄動(dòng)的情況，工作人員根據(jù)實(shí)際的要求可以采取相應(yīng)措施。2.2 測(cè)量方法的選擇振動(dòng)是所有設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中普遍存在的現(xiàn)象，機(jī)械振動(dòng)是物體圍繞其平衡位置作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式。每個(gè)機(jī)械系統(tǒng)都有一個(gè)固有振動(dòng)頻率，當(dāng)外部激振力頻率接近系統(tǒng)固有頻率時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)將會(huì)加劇并產(chǎn)生共振。描述振動(dòng)的量有：位移、速度、加速度、相位角、頻率和振動(dòng)力等。因此，對(duì)于振動(dòng)的測(cè)量方法也是多種多樣的。測(cè)量量的選擇，主要取決于被測(cè)設(shè)備的尺寸和設(shè)備的振動(dòng)頻率范圍。一般來(lái)說(shuō)。對(duì)那些型式相同尺寸也相同的設(shè)備，其固有振動(dòng)頻率大致相同。雖然，當(dāng)振動(dòng)速度增加時(shí)，振動(dòng)位移量將要減小，但振動(dòng)加速度卻要增加，這表明，隨著應(yīng)用頻率的上升，最好從位移傳感器改用速度傳感器，頻率再高則選用加速度計(jì)。特別要注意的是，當(dāng)被檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量較小，傳遞的力也是很小的時(shí)候，用位移傳感器來(lái)測(cè)它的振動(dòng)是最好的方案。根據(jù)測(cè)量特征量的不同，選用傳感器、測(cè)振設(shè)備和測(cè)量方式也有所不同。因此，測(cè)量時(shí)首先應(yīng)考慮選擇哪個(gè)特征量作為振動(dòng)強(qiáng)度的評(píng)估值比較合適。通常認(rèn)為：1)低頻時(shí)，振動(dòng)體的振動(dòng)強(qiáng)度與位移成正比；2)中頻時(shí)，振動(dòng)體的振動(dòng)強(qiáng)度與速度成正比；3)高頻時(shí)，振動(dòng)體的振動(dòng)強(qiáng)度與加速度成正比。對(duì)電機(jī)來(lái)說(shuō)，振動(dòng)適用的主要頻率范圍是中頻，通常把振動(dòng)速度作為電機(jī)振動(dòng)是否正常的評(píng)估量。但根據(jù)本系統(tǒng)特征，考慮電機(jī)軸竄動(dòng)的頻率，決定采用位移傳感器來(lái)作為測(cè)量元件。設(shè)計(jì)流程框圖如圖3所示。傳感器2傳感器2多路模擬開(kāi)關(guān)信號(hào)放大A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)顯示器報(bào)警器譯碼邏輯控制鍵盤傳感器1圖3設(shè)計(jì)的流程圖2.3數(shù)據(jù)的獲取與處理2.3.1數(shù)據(jù)的采樣在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，必須把現(xiàn)場(chǎng)的各種測(cè)試參數(shù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理結(jié)果又必須轉(zhuǎn)換為電壓或電流，以推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。因此，模擬信號(hào)的數(shù)字化處理在計(jì)算機(jī)控制、數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字通信等領(lǐng)域中占有極為重要的地位。通常模擬信號(hào)都是連續(xù)變化的，是時(shí)間的函數(shù)。通過(guò)采樣以后，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為時(shí)間上離散的值。經(jīng)證明知道，對(duì)一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)函數(shù)(頻帶為)進(jìn)行采樣，僅當(dāng)采樣頻率ωs≧2ωmax時(shí)，采樣函數(shù)才能不失真地恢復(fù)到原函數(shù)（香農(nóng)采樣定理）。香農(nóng)采樣定理為現(xiàn)代數(shù)字通訊、數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字控制系統(tǒng)采樣周期的選擇提供了理論依據(jù)，給出了采樣周期的上限。但實(shí)際上，f(t)的最高頻率是很難確定的。首先，采樣定理要求取得所有的采樣值后才能確定被采樣的時(shí)間函數(shù)，然而在實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制中，后面的采樣動(dòng)作發(fā)生之前，計(jì)算機(jī)就要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制。其次，采樣定理假定了采樣器是理想的f*(t)是瞬時(shí)抽樣值，實(shí)際上這些理想條件是不存在的。所以，在實(shí)際的實(shí)時(shí)數(shù)字控制系統(tǒng)中，采樣頻率并不能簡(jiǎn)單地以ws=2wmax來(lái)選取，它與數(shù)字控制器的字長(zhǎng)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、被控系統(tǒng)的期望性能指標(biāo)以及接入的各種濾波器的狀態(tài)參量等有關(guān)，同時(shí)它必然帶來(lái)滯后效應(yīng)，對(duì)于快速的數(shù)字控制系統(tǒng)必須考慮這種難以補(bǔ)償?shù)难舆t。所以實(shí)際上采樣頻率的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，必須綜合各方面的因素作出最佳的選擇。通常我們?cè)诠こ躺线x擇采樣頻率的基本原則是:在滿足系統(tǒng)性能的前提下，盡可能選擇較低的采樣頻率。對(duì)大多數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的物理量的控制，采樣周期的選擇可以按表1所列數(shù)據(jù)作為參考，再經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試最后確定采樣周期。表1采樣周期參考值物理參數(shù)流量壓力物位溫度成分采樣周期1～53～106～815～2015～202.3.2數(shù)據(jù)的處理在此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信號(hào)首先經(jīng)過(guò)功率放大器，將微弱信號(hào)轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在濾波器的作用下，盡量剔除混入原始信號(hào)中的干擾部分，在采樣、保持脈沖的作用下，將信號(hào)暫時(shí)保存起來(lái)，在多路開(kāi)關(guān)的作用下進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器。1）功率放大器模擬量輸入通道中的放大器主要用來(lái)提高輸入信號(hào)的信噪比及采樣數(shù)據(jù)的精度，同時(shí)滿足A/D轉(zhuǎn)換器規(guī)定的量程輸入。常用的放大器有四種類型:通用運(yùn)算放大器、儀用放大器、隔離放大器和可編程放大器。一般在滿足電氣特性的前提下，盡可能選用價(jià)格低廉、貨源充足的電子元器件。2）濾波器測(cè)量信號(hào)被放大的同時(shí)，混雜在其中的噪聲和干擾信號(hào)也被放大。濾波器可以用來(lái)突出有用信號(hào)而削弱其他信號(hào)。不同信號(hào)往往具有不同的頻率，因此濾波通常用具有頻率選擇特性的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用的濾波器有一階低通、二階低通和高通濾波器。在實(shí)際應(yīng)用中，先要仔細(xì)分析有用信號(hào)和雜散信號(hào)的頻率關(guān)系，再來(lái)選擇合適的濾波電路。3）采樣/保持器采樣保持器的作用是用來(lái)“凝固”隨時(shí)間變化的快速模擬信號(hào)，以減少由于轉(zhuǎn)換時(shí)間所引起的轉(zhuǎn)換幅值誤差。A/D轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果送給ADC的模擬量發(fā)生變化，則不能保證精度。4）多路開(kāi)關(guān)在滿足切換速度要求，且路數(shù)較多的場(chǎng)合，盡可能地選擇單片模擬開(kāi)關(guān)，以保證每路特性參數(shù)的一致性。模擬開(kāi)關(guān)的選擇還要顧及后面A/D轉(zhuǎn)換器的工作速度，一般后者速度應(yīng)高于前者的速度。還需注意的因素有:串?dāng)_、建立時(shí)間和帶寬。5）模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集是各種智能儀表、工控系統(tǒng)、科學(xué)試驗(yàn)等工作中必不可少的任務(wù)，它是將實(shí)時(shí)變化的各種物理量如溫度、壓力、流量等先經(jīng)過(guò)各種傳感器和變換器變成電壓或電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(以下簡(jiǎn)稱A/D)變成數(shù)字信號(hào)，送到單片機(jī)或微機(jī)進(jìn)行運(yùn)算、顯示、打印、控制等處理。A/D轉(zhuǎn)換電路是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它將采樣獲得的連續(xù)電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。一般有雙積分型和逐次比較型等類型。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)到lms以下，電路簡(jiǎn)單，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛，但抗干擾能力較差，需要與濾波電路和采樣保持器配合使用。在瞬態(tài)檢測(cè)中，被測(cè)信號(hào)的頻率要有一定的限制?，F(xiàn)在很多單片機(jī)內(nèi)部已經(jīng)嵌入了A/D，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，但是這種A/D的精度一般僅為10位或8位，滿足不了一些要求較高的應(yīng)用需求。本系統(tǒng)采用A/D574A轉(zhuǎn)換模塊。由于被測(cè)非電量的環(huán)境比較惡劣，干擾源比較多，除了在模擬系統(tǒng)采用必要的各種硬件濾波電路外在用計(jì)算機(jī)組成的非電量自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)和智能化儀器中，為了減小對(duì)采樣值的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性，還常常采用數(shù)字濾波的方法。數(shù)字濾波的實(shí)質(zhì)是一種程序?yàn)V波，即通過(guò)一定的計(jì)算程序?qū)Σ蓸有盘?hào)進(jìn)行平滑加工，減少干擾在有用信號(hào)中的比重。常用的數(shù)字濾波方法：程序判斷濾波、中值濾波、算術(shù)平均濾波、加權(quán)平均濾波、一階滯后濾波、復(fù)合濾波、高通數(shù)字濾波器、帶通濾波器等。上述8種數(shù)字濾波每種濾波方法都有其各自特點(diǎn)，從濾波效果與濾波時(shí)間上來(lái)綜合考慮本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用算術(shù)平均濾波法。在工程實(shí)踐中把非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，大多帶有一定的非線性特性，為了保證這些參數(shù)能按線性輸出，必須進(jìn)行補(bǔ)償，以提高變換精度，便于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。在微機(jī)控制系統(tǒng)中，用程序?qū)崿F(xiàn)非線性補(bǔ)償比模擬的硬件補(bǔ)償更方便更實(shí)用，因而在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中加入線性化處理程序。常見(jiàn)的方法有:計(jì)算法、查表法和折線法。在生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)都有不同的量綱和數(shù)值，為了操作人員管理及生產(chǎn)過(guò)程的需要，必須把這些數(shù)碼轉(zhuǎn)換成各種工程量單位，使之便于顯示、記錄和打印。這些轉(zhuǎn)換被稱為標(biāo)度變換或工程量轉(zhuǎn)換。所以在此系統(tǒng)中還需設(shè)置標(biāo)度變換程序。線性參數(shù)的標(biāo)度變換是最常用的標(biāo)度變換方式，其前提條件是被測(cè)參數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線性關(guān)系。標(biāo)度變換的公式為:（1）式中Ao為一次測(cè)量?jī)x表的下限；Ax為實(shí)際測(cè)量值(工程量)；Nm為儀表上限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；Am為一次測(cè)量?jī)x表的上限；No為儀表下限所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；Nx為測(cè)量值所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。

3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1傳感器選型3.1.1傳感器的基礎(chǔ)與分類傳感器為用于檢測(cè)某種變量并把檢測(cè)結(jié)果傳送出去的功能器件。它廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究。在檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中,傳感器的作用相當(dāng)于人的五官，自動(dòng)化程度愈高，系統(tǒng)對(duì)傳感器的依賴性越大，傳感器對(duì)系統(tǒng)的功能起著決定性作用。傳感器技術(shù)是以信息的獲取與變換為核心，是拓展信息資源的源頭，具有將計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)控制技術(shù)銜接為一體的關(guān)鍵功能。而且，傳感器技術(shù)的發(fā)展，涉及科研體系、電子工業(yè)、機(jī)電能源、航空航天、郵電能信、生物醫(yī)學(xué)、交通運(yùn)輸、新型材料等部門。因此，傳感器技術(shù)的發(fā)展涉及信息產(chǎn)業(yè)的全局，并與之互為作用。隨著微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)傳感器的性能與質(zhì)量的需求會(huì)越來(lái)越高。從功能的角度，可將傳感器分為以下幾類：電傳感器、磁傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、流速傳感器、真空度傳感器、溫度傳感器、光傳感器、射線傳感器、分析傳感器、仿生傳感器、氣體傳感器、離子傳感器等。而根據(jù)不同的技術(shù)特點(diǎn)，傳感器還有七種分類方法：電傳送、氣傳送或光傳送、位式作用和連續(xù)作用、有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)、模擬式或數(shù)字式、常規(guī)式或靈巧式、接觸式或非接觸式、普通型、隔爆型或本安（本質(zhì)安全）型。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，比較各種傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，選用位移傳感器中電渦流傳感器作為該系統(tǒng)中軸竄動(dòng)檢測(cè)元件。下面是對(duì)電渦流傳感器的介紹。3.1.2電渦流傳感器1）電渦流傳感器的工作原理及特性a)電渦流傳感器的工作原理電渦流傳感器是一只固定于框架上的線圈如圖4所示,它與一個(gè)電容并聯(lián),構(gòu)成并聯(lián)諧振回路。在沒(méi)有測(cè)量體時(shí),把該回路調(diào)諧至某一頻率(例如1MHz)。在圖4中,當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體靠近傳感器時(shí),由于傳感器線圈中所載高頻信號(hào)的激勵(lì),產(chǎn)生一高頻交變磁場(chǎng)φ根據(jù)電磁感應(yīng)定律在被測(cè)導(dǎo)體的表面附近產(chǎn)生了與交變磁場(chǎng)相交連的電渦流，此電流又將產(chǎn)生一磁場(chǎng)φe反作用于φi，而φe和φi間存在一定相位差Δφ,通帶0<Δφ<π/2,故從平均值看,Δφ總是抵抗φi的存在。由于被測(cè)體表面附近電渦流的產(chǎn)生,在被測(cè)到體內(nèi)存在著電渦流的損耗和磁損耗。能量的損耗使傳感器的Q值、等效電感L值及等效阻抗Z等發(fā)生變化,這樣就將被測(cè)導(dǎo)體的位移量轉(zhuǎn)換為Q值、等效電感L值及等效阻抗Z的變化,這就是電渦流傳感器的基本原理。圖4電渦流傳感器的原理圖 b)電渦流傳感器的工作過(guò)程 當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過(guò)檢波、濾波、線性溫漂補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移（間隙）的變化，轉(zhuǎn)化成電壓（電流）的變化。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測(cè)體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個(gè)電渦流位移傳感器的性能與被測(cè)體有關(guān)。c)電渦流傳感器的特性當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體與傳感器靠近時(shí)，傳感器的等效Q值、等效電感L值及等效阻抗Z值發(fā)生變化的電原理如圖5所示。圖5傳感器電原理圖中左側(cè)回路為傳感器線圈，右側(cè)回路為被測(cè)導(dǎo)體中電渦流等效電路。由圖可列出方程式=（2）由式（2）可對(duì)被測(cè)體引入時(shí)的等效阻抗Z為（3）等效電感為（4）式中:為不計(jì)渦流效應(yīng)僅考慮磁學(xué)效應(yīng)時(shí)傳感器的電感量；為電渦流等效電路的等效電感；為電渦流等效電路的等效電阻；w為線圈激磁電流的角頻率；M為線圈與渦流環(huán)間的等效互感。式(3)和式(4)分別為電渦流傳感器阻抗測(cè)量法及電感測(cè)量法的理論依據(jù)。當(dāng)配用相應(yīng)的測(cè)量電路時(shí),可將，等特性轉(zhuǎn)為V與d間的特性曲線,從而完成非電量電測(cè)。電渦流傳感器的非線性是本質(zhì)的,傳感頭的靈敏度及線性范圍不僅與激磁頻率ω、被測(cè)導(dǎo)體的電導(dǎo)率σ、磁導(dǎo)率μ及線圈的匝數(shù)有關(guān),而且還與線圈的幾何尺寸有關(guān)。2)WD型電渦流傳感器（本設(shè)計(jì)所選用傳感器）WD型電渦流傳感器是一種利用電渦流效應(yīng)原理能將機(jī)械位移或振動(dòng)幅度、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的非電量電測(cè)裝置，它由敏感探頭（傳感頭）、變換器（前置器）、連接電纜及被測(cè)導(dǎo)體組成，是一種非接觸測(cè)量位移、振幅和轉(zhuǎn)速的理想工具。該產(chǎn)品體積小、精度高、抗干擾能力強(qiáng)，獨(dú)特的設(shè)計(jì)保證了大量程線性度、寬溫度適應(yīng)范圍、不受介質(zhì)污染。經(jīng)多年改進(jìn)提高，產(chǎn)品已經(jīng)形成系列化，有多種結(jié)構(gòu)、多種規(guī)格的探頭和多種輸出形式的變換器可供選擇。線性、穩(wěn)定性、特別是溫度性能等指標(biāo)都達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力、機(jī)械、化工、冶金、交通、國(guó)防、科研等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門。a)特點(diǎn)●非接觸地測(cè)量、監(jiān)控位移、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、尺寸、厚度，無(wú)機(jī)械測(cè)量力；●測(cè)量范圍寬；●靈敏度高；●分辨率高；●動(dòng)態(tài)響應(yīng)寬；●適應(yīng)性強(qiáng)，可在油、水、高氣壓、強(qiáng)干擾等環(huán)境中工作；●工作溫度高；●可配接多種測(cè)量、監(jiān)控儀表，可與計(jì)算機(jī)A/D接口；●可長(zhǎng)線傳輸；●可連續(xù)長(zhǎng)期工作一年以上。b)型號(hào)以及主要技術(shù)指標(biāo)●分辨率0.1％F.S●重復(fù)性0.1％F.S●頻響0～10KHz（可以更高）●使用溫度：探頭10～150℃變換器15～65℃其中：①表中量程、線性度均適用于碳素鋼等導(dǎo)磁性金屬；②線性度按最小二乘法計(jì)算；③探頭使用溫度可根據(jù)用戶要求生產(chǎn)，未提要求時(shí)按常規(guī)生產(chǎn)（高溫與常溫價(jià)格相差甚大）；④正、負(fù)輸出型分遠(yuǎn)端為正和近端為正兩種情況；⑤用戶要求探頭安裝螺紋可按英制螺紋生產(chǎn)。主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。b)使用方法WD型傳感器的測(cè)量連接方塊圖如圖6所示。圖6測(cè)量系統(tǒng)方塊圖

表2WD型電渦流傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)型號(hào)量程（mm）線性度（%）靈敏度（V/mm）滿度輸出（V）電源電壓DC（V）探頭直徑φ（mm）安裝尺寸（mm）探頭總長(zhǎng)（mm）WD10050.5±0.510515φ4.5φ6M8×1364658WD200530-15-24WD300520±5±15WD10115515φ5φ8M10×1364658WD20116-16-24WD30110±5±15WD1022±1.02.5；55；1015φ8M10×14658WD2028-16-24WD3025±5±15WD10442815φ11M14×1.55070WD2044-16-24WD3042.5；10±5；±10±15WD1055±1.21；2±5；±1015φ19M10×173112WD2053-15-24WD3052；4±5；±10±15WD21010±1.51.6-16-24φ29M12×1.2584WD3101；2±5；±10±15WD215151-15-24φ35M16×1.5100WD3150.8±6±15WD22020±2.00.816-24φ40M16×1.5130WD3200.5；1±5；±10±15WD225250.615-24φ47M20×1.5140WD3250.4；0.8±5；±10±15WD230300.515-24WD3300.33；0.6±5；±9±15WD235350.4-14-24φ56M30×1.5210WD3350.3；0.6±5；±10±15備注：①異型尺寸可按照用戶要求定制；②軸竄動(dòng)位移測(cè)量的安裝位置（如圖7、圖8所示）圖7軸軸向竄動(dòng)測(cè)量安裝位置圖8軸徑向竄動(dòng)測(cè)量安裝位置 WD型電渦流傳感器系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖9所示。圖9WD型電渦流傳感器系統(tǒng)構(gòu)成圖將傳感器探頭安裝在支架上，使其軸線與被測(cè)表面垂直，并留一適當(dāng)間隙。按圖8所示連接，認(rèn)真檢查電源、輸出端是否接對(duì)。開(kāi)啟電源，預(yù)熱10～30分鐘（視要求的精度而定），并同時(shí)調(diào)整探頭與被測(cè)導(dǎo)體之間的初始間隙，一般調(diào)整在輸出特性曲線的中點(diǎn)附近，這可以通過(guò)輸出端的直流電壓表讀數(shù)而定。例如，±5V輸出的傳感器，把探頭調(diào)整并固定在0V或0V附近；+5V輸出的傳感器，輸出在2.5V附近即為特性曲線的中點(diǎn)，亦即理想安裝位置；測(cè)靜態(tài)位移時(shí)，如果位移方向可知，則可把初始位置安裝在特性曲線的近端或遠(yuǎn)端。探頭電纜也應(yīng)固定在剛體上。待信號(hào)穩(wěn)定，系統(tǒng)預(yù)熱完畢，即可開(kāi)始測(cè)量。在作靜態(tài)測(cè)量時(shí)，測(cè)量過(guò)程中輸出電壓變化的最大值除以該套傳感器的靈敏度，即得被測(cè)得位移值。在作動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，輸出電壓的峰－峰值，對(duì)應(yīng)靜態(tài)標(biāo)定時(shí)相同大小的直流電壓所對(duì)應(yīng)的位移值，即振幅的峰－峰值對(duì)應(yīng)靜態(tài)位移值。振幅的大小仍為最大的峰－峰電壓值除以整套傳感器的靈敏度。在給定的頻響范圍內(nèi)，總誤差不大于±5％。c)使用注意事項(xiàng)①本變換器殼與電源零線及信號(hào)零線是連接在一起的，為了防止兩地不同電位帶來(lái)的干擾，建議在遠(yuǎn)距離測(cè)量或與微機(jī)聯(lián)機(jī)時(shí)，將變換器安裝在膠木板上，使整個(gè)系統(tǒng)單點(diǎn)接地。②部分探頭端部為脆性材料，在使用中注意保護(hù)。③在標(biāo)定和使用過(guò)程中，探頭端部周圍一個(gè)傳感器直徑范圍內(nèi)，除被測(cè)導(dǎo)體外不應(yīng)有其它金屬導(dǎo)體，以免影響測(cè)量精度。在金屬內(nèi)部安裝時(shí)，應(yīng)如圖10所示在探頭周圍一定要留出無(wú)金屬的空間。兩只或多只探頭不可靠太近，否則臨近效應(yīng)會(huì)引起干擾。圖10探頭間距示意圖④探頭安裝位置的開(kāi)孔不當(dāng),或探頭安裝的開(kāi)孔尺寸不對(duì),都可造成探頭的測(cè)量受到殼體金屬的影響,而導(dǎo)致測(cè)量誤差。在圖11中,探頭與支架間的距離如果過(guò)小,則會(huì)在支架上產(chǎn)生渦電流,影響探頭的準(zhǔn)確測(cè)量。在安裝中應(yīng)保證d值至少為1512mm。在圖12的測(cè)量中,因安裝開(kāi)孔尺寸小也會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性,對(duì)WD系列而言,D應(yīng)為探頭直徑的2倍。圖11探頭與支架間距示意圖圖12開(kāi)孔尺寸示意圖⑤被測(cè)體為平面時(shí)，探頭的敏感端面應(yīng)與被測(cè)表面平行；被測(cè)體為圓柱時(shí)，探頭軸線與被測(cè)圓柱軸線應(yīng)垂直相交；被測(cè)體為球面時(shí)，探頭軸線應(yīng)過(guò)球心。⑥若探頭支架的剛度不夠,在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),支架也隨之而振動(dòng),從而會(huì)影響測(cè)量的精度。一般要求其自振頻率至少等于機(jī)器轉(zhuǎn)速的10倍,原始安裝時(shí)要尤其注意用探頭進(jìn)行鍵相位測(cè)量,一個(gè)凹槽或一個(gè)凸臺(tái)一定要足夠大,以產(chǎn)生一個(gè)至少有5V峰值的脈沖。這一鍵相槽或凸起的尺寸至少深215mm,寬716mm,長(zhǎng)10mm。⑦組成傳感器系統(tǒng)的各部分之間必須互相匹配。在實(shí)際工作中要求匹配探頭、同軸電纜和前置器,使其傳輸特性曲線在某一范圍呈線性。由于探頭電纜的分布電容與傳感器的輸出特性有關(guān)，此電纜不可加長(zhǎng)或截短，也不可用其它型號(hào)的電纜替代。⑧渦流傳感器的輸出特性隨被測(cè)導(dǎo)體的性質(zhì)不同而有所不同。WD型電渦流傳感器的放大倍數(shù)是固定的，其靈敏度、線性度等指標(biāo)與被測(cè)導(dǎo)體的材料有關(guān)，出廠前用碳素鋼試件進(jìn)行標(biāo)定（校準(zhǔn)），可滿足一般用戶的需要。若被測(cè)導(dǎo)體為銅、鋁、不銹鋼或非金屬材料，用戶可在被測(cè)部位膠接一塊碳鋼或選用該材料校準(zhǔn)。被測(cè)導(dǎo)體為平面時(shí)，尺寸需大于2.5倍探頭直徑；為圓柱體時(shí)，其直徑需大于3.5倍探頭直徑。被測(cè)導(dǎo)體的厚度：磁性金屬應(yīng)大于0.5mm，有色金屬應(yīng)大于0.1m。被測(cè)導(dǎo)體的光潔度應(yīng)在以上。用戶自己有標(biāo)定裝置時(shí)，被測(cè)導(dǎo)體不受上述條件的限制，可實(shí)際標(biāo)定。⑨對(duì)于信號(hào),只能采用屏蔽電纜,同時(shí)要遠(yuǎn)離噪聲源，保證屏蔽電纜要正確接地,即一端接地,接地電阻≤4Ω。要保證所有電纜和接頭絕對(duì)安裝良好,探頭與同軸電纜相連的聯(lián)結(jié)器要用絕緣塑料帶包好。變換器至直流電源及測(cè)試儀器電纜的長(zhǎng)度在200米以內(nèi)不影響測(cè)量精度。但此電纜不可太細(xì)，特別是公共零線應(yīng)粗一些。⑩正負(fù)電源、地線及輸出引線不能接錯(cuò)，以免損壞變換器。3.2單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.2.180C51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能80C5l是經(jīng)典的單片機(jī)系列，具有典型的單片機(jī)結(jié)構(gòu)體系，其基本結(jié)構(gòu)如圖13所示。圖1380C5l基本結(jié)構(gòu)圖從結(jié)構(gòu)圖上看，80C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)歸納如下：80C51單片機(jī)采用40引腳雙列直插封裝形式，其引腳圖如圖14所示。圖1480C51系列引腳圖信號(hào)引腳介紹P0.0～P0.7P0口8位數(shù)據(jù)/地址雙向口線P1.0～P1.7P1口8位數(shù)據(jù)/地址準(zhǔn)雙向口線P2.0～P2.7P2口8位數(shù)據(jù)/地址準(zhǔn)雙向口線P3.0～P3.7P3口8位數(shù)據(jù)/地址準(zhǔn)雙向口線，第二功能控制口線ALE/地址鎖存允許信號(hào)輸出信號(hào)/編程脈沖輸入信號(hào)在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址送入鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于ALE是以六分之一晶振的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)在讀外部ROM時(shí)PSEN低電平有效，以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)當(dāng)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；而當(dāng)為低電平時(shí)，則對(duì)ROM的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)器。RST復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。和外界晶體引線端當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用芯片外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。Vss地線Vcc電源 4個(gè)I/O接口的主要用途及使用注意事項(xiàng)如下：①P0口是一個(gè)不帶內(nèi)部上拉電阻的漏極開(kāi)路型雙向I/O接口，因此P0口輸出時(shí)接上拉電阻而其他3個(gè)口全是帶上拉電阻的準(zhǔn)雙向口。②訪問(wèn)外部存儲(chǔ)或其他接口芯片時(shí)，P0口分時(shí)兼作數(shù)據(jù)和低4位地址線，P2口作高8位地址線。③P3口除作I/O接口外還兼有第二功能。P3第二功能如表3所示。表3P3口第二功能表口線第二功能P3.0RXD(串行口數(shù)據(jù)接收)P3.1TXD（串行口數(shù)據(jù)發(fā)送）P3.2（外部中斷0輸入）P3.3（外部中斷1輸入）P3.4TO（定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0輸入）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1輸入）P3.6（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通控制輸出）P3.7（片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通控制輸出）④內(nèi)部帶程序存儲(chǔ)器的芯片，往EPROM輸入程序（編程）時(shí)，P0，P1，P2都作輸入口，P2輸入高8位地址，P1輸入低8位地址，P0輸入指令代碼。驗(yàn)證程序時(shí)，P1，P2仍作地址口而P0輸出指令代碼。注意：P1，P2作輸入口時(shí)，必先使每位置“1”，才能讀入外部數(shù)據(jù)。⑤P0口帶負(fù)載能力強(qiáng)，能以吸收方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，其它3個(gè)口只能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL負(fù)載。3.2.2AD574A及有關(guān)芯片的結(jié)構(gòu)及功能1）AD574A芯片AD574A是12位逐次比較型A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部包含有與微型計(jì)算機(jī)接口的邏輯電路，可以很方便地與很多種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相聯(lián)，AD574A內(nèi)部具有參考電壓源和時(shí)鐘電路，給用戶提供了方便。再加上其轉(zhuǎn)換速度快，只有35微秒，具有良好的性能價(jià)格比等優(yōu)點(diǎn)，使得AD574A成為目前在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的器件之一。AD574A可允許模擬量輸入有兩種方式，接成單極性方式時(shí)，輸入電壓范圍為0V～10V或0V～20V，接成雙極性方式時(shí)，輸入電壓范圍為-5V～+5V或-10V～+10V。輸出為單極性二進(jìn)制原碼和雙極性偏移二進(jìn)制碼。其工作溫度范圍J、K、L為0～70℃。AD574A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖15所示。圖15AD574A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖AD574A主要性能及技術(shù)指標(biāo)●為逐次比較型芯片●具有三態(tài)緩沖輸出●可直接與8位或16位微控制器接口●具有單極性或雙極性模擬輸入●為混合型集成電路●具有高精度（12位）變換和高快（8位）轉(zhuǎn)換功能●3組電源供電●片內(nèi)含有高精度的參考電源和時(shí)鐘●集成度高、外圍元件少●分辨率：12位●非線形誤差：±0.0125%●轉(zhuǎn)換速度：35ms/(max)●功耗：390mW圖16AD574A引腳圖AD574A引腳圖如圖16所示。引腳功能如下：VL 數(shù)字邏輯部分電源+5V 數(shù)據(jù)輸出格式選擇信號(hào)引腳。當(dāng)=1（+5V）時(shí)，雙字節(jié)輸出，即12位數(shù)據(jù)線同時(shí)有效輸出；當(dāng)=0時(shí)（0V）時(shí)，為單字節(jié)輸出，即只有高8位或低4位有效。 片選信號(hào)端。低電平有效。Ao 字節(jié)選擇控制端線。在轉(zhuǎn)換期間，Ao=0，AD574A進(jìn)行全12位轉(zhuǎn)換。在讀出期間，當(dāng)Ao=0時(shí)，高8位數(shù)據(jù)有效。當(dāng)Ao=1時(shí)，低4位數(shù)據(jù)有效，中間4位為0，高4位為3態(tài)。因此當(dāng)采用2次讀出12位數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)遵循左對(duì)齊原則。 讀數(shù)據(jù)/轉(zhuǎn)換控制信號(hào)。=1，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)據(jù)允許被讀取；=0，則允許A/D轉(zhuǎn)換。CE 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。高電平有效。可作為A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)或讀取數(shù)據(jù)的信號(hào)。VccVEE 模擬部分供電的正電源和負(fù)電源，為±12V或±15V。REFIN 內(nèi)部解碼網(wǎng)絡(luò)所需參考電壓輸入端。REFOUT 10V內(nèi)部參考電壓輸出端。BIPOFF 補(bǔ)償調(diào)整端。接至正負(fù)可調(diào)的分壓網(wǎng)絡(luò)，以調(diào)整ADC輸出的零點(diǎn)。Vin(10V)Vin(20V) 模擬量10V及20V量程的輸入端口。信號(hào)的一端接至AG引腳。DG 數(shù)字公共端（數(shù)字地）。AG 模擬公共端（模擬地）。它是AD574A的內(nèi)部參考點(diǎn)，必須與系統(tǒng)的模擬參考點(diǎn)相連。為了在數(shù)字噪聲含量的環(huán)境中使AD574A獲得高精度性能，AG與DG在封裝時(shí)已連接在一起。在某些情況下，AG可在最方便的地方與參考點(diǎn)相連。DB0～DB11數(shù)字量輸出。STS 輸出狀態(tài)信號(hào)引腳。轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，STS達(dá)到高電平，轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持高電平，轉(zhuǎn)換完成時(shí)返回到低電平。STS可作為狀態(tài)信息被CPU查詢，也可以用它的下降沿向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)，通知A/D轉(zhuǎn)換已完成，CPU可讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。AD574A在A/D轉(zhuǎn)換中的相關(guān)問(wèn)題A/D轉(zhuǎn)換的精度不同系統(tǒng)要求的精度是不同的。影響精度的首要因素是A/D芯片的分辨率，首先要根據(jù)系統(tǒng)對(duì)精度的要求，選擇相應(yīng)分辨率的芯片，如AD574A是12位，它的分辨率是1/4096，但實(shí)際的數(shù)據(jù)采集精度還受傳感器精度和信號(hào)處理電路精度的影響，應(yīng)綜合考慮，使各項(xiàng)影響精度的因素相加后滿足于總的精度要求。每個(gè)A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間是有限的，AD574A的轉(zhuǎn)換時(shí)間是15～35微秒，如取35微秒，這要求被轉(zhuǎn)換的信號(hào)在至少35微秒內(nèi)保持電平不變，否則轉(zhuǎn)換的結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，對(duì)快速變化的信號(hào)需加采樣保持電路以滿足要求。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取A/D轉(zhuǎn)換后要延遲一段時(shí)間，待穩(wěn)定后再讀取結(jié)果。為了測(cè)量準(zhǔn)確，同一通道應(yīng)采樣幾次并取平均值，這樣能避免因瞬間干擾引起的錯(cuò)誤。模擬輸入信號(hào)的處理模擬量輸入信號(hào)的幅度應(yīng)在A/D芯片允許的范圍內(nèi)。當(dāng)輸入信號(hào)幅度太小時(shí)，應(yīng)預(yù)先加以放大，以便充分利用A/D的精度，而當(dāng)輸入信號(hào)幅度大于規(guī)定的范圍時(shí)，應(yīng)先衰減后再輸入。輸入信號(hào)源應(yīng)是低內(nèi)阻的，為此可先加射極跟隨器后再送到A/D。為減少地線干擾，可以采用差分方式，用兩片多路模擬開(kāi)關(guān)連接輸人信號(hào)。模擬地和數(shù)字地AD574A的模擬地和數(shù)字地有不同的引腳。輸入信號(hào)的公共端應(yīng)接到模擬地，A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)線和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。單片機(jī)的地和外擴(kuò)芯片的地應(yīng)接數(shù)字地。在布線時(shí)數(shù)字地要和模擬地分開(kāi)，最后一點(diǎn)相連。在控制現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣、干擾嚴(yán)重時(shí)應(yīng)采取光電耦合的方法，徹底分開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)地和系統(tǒng)地。AD574A的輸入可為單極性模擬信號(hào)，也可為雙極性模擬信號(hào)。輸入方式根據(jù)需要而選擇，這兩種情況的連線如圖17所示。圖17AD574單雙極性輸入連線圖2）74LS373芯片74LS373芯片引腳圖如圖18所示。GG圖1874LS373引腳圖引腳功能如下：D0～D7 8位數(shù)據(jù)輸入線。Q0～Q7 8位數(shù)據(jù)輸出線。G 數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)。高電平有效。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。 數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)。低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，三態(tài)門打開(kāi)，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，輸出線為高組態(tài)。74LS373是帶有三態(tài)門的8D鎖存器，內(nèi)含8個(gè)D觸發(fā)器，輸入為D0～D7，輸出為Q0～Q7。G為CP脈沖輸入端（觸發(fā)端），上跳沿有效，該端在CP脈沖的上跳沿作用下，可將D0～D7的狀態(tài)鎖入觸發(fā)器內(nèi)部。當(dāng)輸出允許端加以低電平或負(fù)脈沖時(shí)，這些數(shù)據(jù)信息反映到輸出端Q0～Q7上；當(dāng)有效信號(hào)過(guò)后，Q0～Q7端恢復(fù)為高阻狀態(tài)。如果不需要3態(tài)，只要將端接地，即成為2態(tài)輸出。74LS373在該電路中的作用為：鎖存80C51發(fā)出的地址信號(hào)，用于控制A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)的讀取。74LS373功能表如表4所示。表474LS373功能表輸出控制使能G輸入D輸出QLHHHLHLLLLXQoHXXZ注：表中H為高電平，L為低電平，Q0為原狀態(tài)，Z為高阻態(tài)，X表示任意值(即不論為“H”還是為“L”都一樣)。從表中可見(jiàn)74LS373的功能為：當(dāng)使能端G為高電平時(shí)，同時(shí)輸出允許端為低電平，則輸出Q等于輸入D；當(dāng)使能端G為低電平，而輸出允許端也為低電平時(shí)，則輸出Q=Qo(原狀態(tài)，即使能端G由高電平變?yōu)榈碗娖角?，輸出端Q的狀態(tài)，這就是“鎖存”的意義)。當(dāng)輸出允許端為高電平時(shí)，不論使能端G為何值。輸出端Q總為高阻態(tài)。74LS373鎖存器主要用于鎖存地址信息、數(shù)據(jù)信息以及DMA頁(yè)面地址信息等。3）多路模擬開(kāi)關(guān)CD4051CD4051是雙向8通道開(kāi)關(guān)，它是由電平轉(zhuǎn)換、譯碼/驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)電路三部分組成，其中電平轉(zhuǎn)換可實(shí)現(xiàn)COMS到TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換，因此，加到通道選擇輸入端的控制信號(hào)的電平幅度可為3V～20V。同時(shí)模擬量信號(hào)的峰值可達(dá)20V。CD4051帶有三個(gè)通道選擇輸入端A，B，C和一個(gè)禁止端INH。其引腳圖如圖19所示。當(dāng)CBA為000～AABCOUT1110912152436IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7INHCD4051圖19CD4051引腳圖111B時(shí)，可產(chǎn)生8選1控制信號(hào)，使8路通道中的某一通道的輸入與輸出接通。當(dāng)INH為0時(shí)，允許通道選通；當(dāng)INH為1時(shí)，禁止通道接通。4）采樣/保持器LF398芯片LF398是由雙極型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成的采樣保持電路，它具有采樣速度高，保持降速率慢及精度高等特點(diǎn)。作為單一放大器時(shí)直流增益精度為0.002%，采樣時(shí)間小于Gus時(shí)精度可達(dá)到0.01%。采用雙極性輸入狀態(tài)可獲得低偏置電壓和寬頻帶。輸入偏置電壓的調(diào)整用一條引線端實(shí)現(xiàn)，并在不降低偏置電流的情況下，允許1MHz的帶寬（輸入電阻為100Ω）。當(dāng)保持電容為laF時(shí)，P溝道場(chǎng)效應(yīng)管與輸入放大器連接成雙極性裝置，下降速率為5mV/min，抗干擾能力強(qiáng)，不易受溫度影響。芯片上邏輯輸入端均為具有低輸入電流的差動(dòng)輸入，允許與TTL電平、PMOS和CMOS等相連。采樣/保持器LF398在系統(tǒng)中的作用:(1)采樣時(shí)間快速跟蹤輸入的模擬信號(hào)。在保持時(shí)間內(nèi)保持采樣值不變，為A/D轉(zhuǎn)換器提供恒定的轉(zhuǎn)換信號(hào)；(2)在多路采樣系統(tǒng)中，跟蹤采樣信號(hào)。當(dāng)S/H進(jìn)入保持方式，多路開(kāi)關(guān)又不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行下一路信號(hào)的采樣，從而構(gòu)成高速的重疊采樣方式；(3)在保證精度的條件下，提高A/D轉(zhuǎn)換器的頻率。5)AD574A及有關(guān)芯片與單片機(jī)80C51的連接與應(yīng)用AD574A及有關(guān)芯片與單片機(jī)80C51的連接如圖20所示。圖20AD574A及有關(guān)芯片與單片機(jī)80C51的連接在該檢測(cè)系統(tǒng)中，被測(cè)參數(shù)經(jīng)多路開(kāi)關(guān)CD4051選通后，送到LF398的輸入端。LF398的工作狀態(tài)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志STS的狀態(tài)控制：當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行時(shí)，STS為高電平，經(jīng)反相后使S/H呈保持狀態(tài)，以保持A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)的穩(wěn)定；當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，STS變?yōu)榈碗娖剑?jīng)反相后使S/H呈采樣狀態(tài)。AD574A的輸出是三態(tài)鎖存器。因而可直接與80C51單片機(jī)數(shù)據(jù)總線接口。該檢測(cè)電路是12位向左對(duì)齊的數(shù)據(jù)輸出格式，AD574A的低4位DB3～DB0，接到80C51的D7～D4上，AD574A的高8位DB11～DB4，接到80C51的D7～D0上，可分為兩次讀出數(shù)據(jù)，第一次讀高8位，第二次讀低4位。為便于位尋址查詢，AD574A的標(biāo)志位STS接80C51單片機(jī)。單片機(jī)80C51通過(guò)改變CE、、、、五根控制線的狀態(tài)來(lái)控制AD574A的啟動(dòng)和其數(shù)據(jù)的輸出。其控制信號(hào)真值表如表5所示。表5AD574A控制信號(hào)真值表CE工作狀態(tài)0××××禁止×1×××禁止100×0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換100×1啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換101+5V×12位并行輸出有效101地0高8位并行輸出有效101地1低4位加上尾隨4個(gè)0有效3.2.3顯示器/鍵盤電路的結(jié)構(gòu)及功能1）可編程接口芯片81558155芯片為40引腳雙列直插封裝，單一的+5V電源，其引腳圖如圖21所示。其具有3個(gè)可編程I/O口，其中2個(gè)口（A和B）為8位口，1個(gè)口（C）為6位口。此外還有256單元的RAM和1個(gè)14位計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。信號(hào)接口線如下：I/O接口線～、～、～分別為A、B、C三個(gè)I/O接口引線端，A，B口多用于與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送；C口除用于與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)之外，還可作為A，B口的控制線。圖218155引腳圖地址數(shù)據(jù)線8155的低8位地址和數(shù)據(jù)線共用～，故稱為地址數(shù)據(jù)線。當(dāng)ALE=1時(shí)，輸入的是地址信息，否則是數(shù)據(jù)信息。當(dāng)與80C51單片機(jī)相連接時(shí)，ALE下降沿到，將P0接口輸出的低8位地址信息及、狀態(tài)都鎖存到8155內(nèi)部寄存器。因此8155的 ～直接與P0接口相連，低8位地址不需外設(shè)鎖存器。控制線ALE：地址鎖存線。ALE=1表示給8155輸入的是地址信息，當(dāng)ALE下降沿到把地址鎖存到8155中。：讀選通控制線。：寫選通控制線。：片選線。：I/O與RAM接口的選擇線。=0，選中8155的內(nèi)部RAM區(qū)；=1，選擇3個(gè)I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和命令寄存器。RESET ；復(fù)位信號(hào)。8155以600ns的正脈沖進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位后A、B、C口均置為輸入方式。TIMERIN：定時(shí)/計(jì)數(shù)器外部脈沖輸入端。：定時(shí)/計(jì)數(shù)器輸出端。8155由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了它有以下功能：可作為單片機(jī)片外擴(kuò)展的256BRAM。作擴(kuò)展I/O接口。作定時(shí)/計(jì)數(shù)器使用。本系統(tǒng)中作為擴(kuò)展I/O接口使用。在此功能中只要使用控制端為低電平即可。端、端與80C51單片機(jī)的P2接口兩位相連，二者皆為低電平?jīng)Q定了RAM的高8位地址P0口與～相連決定了RAM的低8位地址。注意與其它數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。2）LED數(shù)碼管顯示器LED即發(fā)光二極管，它是一種由某種特殊的半導(dǎo)體材料制作成的PN結(jié)，由于參雜濃度很高，當(dāng)正向偏置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的電子—空穴復(fù)合，把多余的能釋放變?yōu)楣饽?。LED顯示器具有工作電壓低、體積小、壽命長(zhǎng)（約十萬(wàn)小時(shí)）、響應(yīng)速度快（小于1us）、顏色豐富等特點(diǎn)，是智能儀器最常使用的顯示器。其分為單個(gè)、七段和點(diǎn)陣式等幾種類型。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中使用七段LED顯示器，并采用共陰極接法。其結(jié)構(gòu)如圖22所示。圖22LED顯示器引腳及結(jié)構(gòu)圖為了顯示某個(gè)數(shù)或字符，就要點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的段，這就需要譯碼。譯碼有硬件譯碼和軟件譯碼之分。本系統(tǒng)中采用軟件譯碼其顯示電路如圖23所示。圖23軟件譯碼電路（共陰極接法）共陰極接法的段碼與數(shù)字、字母關(guān)系如表5所示。表5LED數(shù)碼管顯示字型與段選碼關(guān)系字型共陰極代碼字型共陰極代碼03FH96FH106HA77H2A4HB7CH34FHC39H466HD5EH56DHE79H67DHF71H707H滅00H87FH（2）數(shù)碼管顯示方式及接口電路LED顯示器工作方式有兩種:靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是每個(gè)數(shù)碼管必須接一個(gè)8位鎖存器，用來(lái)鎖存顯示的字碼段。送入一次字碼段，顯示字形一直保持，直到送入新字段碼為止。其優(yōu)點(diǎn)是占機(jī)時(shí)間少，便于監(jiān)測(cè)和控制，缺點(diǎn)是硬件電路較復(fù)雜，成本高。動(dòng)態(tài)顯示的特點(diǎn)是所有位的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制哪一位接收字碼段，輪流向各位送出字形碼和相應(yīng)的字位選擇，利用顯示器的余輝和人眼視覺(jué)暫留作用，使人的感覺(jué)好像各位同時(shí)都在顯示。3）鍵盤電路鍵盤按其工作原理可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。編碼式鍵盤是由按鍵鍵盤和專用鍵盤編碼器兩部分組成。非編碼式鍵盤不含編碼器，當(dāng)某鍵被按下時(shí)，鍵盤只能送出一個(gè)簡(jiǎn)單的閉合信號(hào)，對(duì)應(yīng)的按鍵代碼的確定必須借助于軟件來(lái)完成。非編碼式鍵盤按照與主機(jī)連接方式的不同，有獨(dú)立式鍵盤、矩陣式鍵盤和交互式鍵盤之分。本系統(tǒng)設(shè)置七個(gè)鍵，即停止報(bào)警鍵、電機(jī)軸徑向竄動(dòng)上限設(shè)定鍵、電機(jī)軸徑向竄動(dòng)下限設(shè)定鍵、電機(jī)軸軸向竄動(dòng)上限設(shè)定鍵，電機(jī)軸軸向竄動(dòng)下限設(shè)定鍵，加1鍵以及左移鍵。而獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是一鍵一線，即每一按鍵單獨(dú)占用一根檢測(cè)線與主機(jī)相連，如圖24所示。這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是鍵盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，個(gè)測(cè)試相互獨(dú)立。缺點(diǎn)是占用較多的檢測(cè)線。此種方式不適于組成大型鍵盤，當(dāng)需要的按鍵數(shù)目小于8時(shí)，一般都采用獨(dú)立式鍵盤。所以此系統(tǒng)采用獨(dú)立式鍵盤方式。圖24獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)左移鍵處理