msp430的振弦式传感器读数仪设计(附件)【字数：9425】
振弦式传感器读数仪是一种关于安全性监测，应用于水电工程和岩土工程的的仪器。通过对大坝和其余建筑物位置物理移动数据的监测,对预防自然灾害、节省劳动力和物质资源起到了一定的作用。它几乎唯一能够埋在大坝和建筑物中并且能够长时间提供可信赖数据的传感器,在长时间的监测中，稳定性能优异、精度很高,输出相应的频率信号,可以直接连接到微型计算机端口,并且可以和远距离传输数据的长电缆连接。本文论述了一种基于MSP430的振弦式传感器读数仪设计，细致地介绍了振弦式传感器的激振和拾振方法,采用扫频激振技术实现对振弦式传感器的激振,利用等精度测频技术实现滤波和放大小信号的功能以检测振弦的微弱信号,在不改变元件参数性能指标的条件下,大大改善了测量精度，同时进行了硬件电路图的绘制以及软件的汇编。本设计不但实现了传统的振弦式传感器读数仪能完成的功能，而且由于改善后体积的变小、重量的变轻、无线数据的读取速度提高以及存储功能的提高，降低了工程人员的工作强度。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3存在的问题及解决思路 2
1.4课题研究内容 2
第二章 总体设计方案 3
2.1总体方案设计 3
2.2系统组成 3
2.3传感器工作原理 3
2.4测频原理 4
2.5方案论证与比较 5
2.5.1键盘接口电路的选择 5
2.5.2显示模块的方案论证与比较 6
2.5.3单片机控制模块的方案论证与比较 6
第三章 硬件电路设计 7
3.1读数仪硬件组成 7
3.2频率测量 7
3.2.1扫频激振电路 7
3.2.2信号调理电路 8
3.2.4整形电路 10
3.2.5测频电路 10
3.3最小系统及外设电路 11
3.3.1单片机最小系统 11
3.3.2键盘电路 12
3.3.3显示电路 13
3.3.4通信电路 15
3.3.5时钟电路 17
3.3.6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
电源电路 17
第四章 软件设计 19
4.1系统总体流程图 19
4.1扫频激振技术实现 20
4.2等精度测频实现 22
4.3通信电路实现 23
4.4低功耗实现 24
第五章 制作与调试 26
5.1制作流程 26
5.2调试 26
5.2.1硬件调试 26
5.2.2软件调试 27
结束语 28
致 谢 29
附录 31
第一章 绪论
1.1研究的背景及意义
振弦式传感器是一种通过测量振弦的振动频率并通过相应计算得到被测压力的频率型传感器，其振弦的振动幅度有着伴随受到的压力的增大而增大，减小而减小的特性，并且是特殊的力传感器，非常容易放入到钢筋混凝土结构中。尽管如此，对于低功耗应用传感器的最佳控制，需要专门的测量技术，这与已经通过验证的技术不同。这种传感器具有结构简易、长期稳定性优、精度高、抗干扰能力高以及可靠性强等优点，在城际铁路、大桥、矿场、大坝、基坑等工程安全监测中被广泛地用于形变、应力应变、流水渗透、液位、渗流温度等自动化测量中。随着现代电子读数仪技术的发展、材料生产工艺的提高以及材料品质的改良，还有国内科技研发技术人员几十年的努力，现在振弦式传感器检测技术得以改善，不但在生产技术方面解决了根本性问题，而且有了更大改善，完全改革了测量技术，在研究过程中制造出了新的品种，并且能真正地满足工程应用的要求，为振弦式仪器的广泛应用创造了良好的条件。在大坝施工期中，用于安全监测的传感器随着大坝的施工过程而埋入或投入，方便携带的振弦式传感器读数仪有着广泛的应用，能够测量振弦式仪器的频率和温度这两个参数，并对测量数据进行存储，把测量数据传送给PC机等。振弦式传感器读数仪可以在安全监测自动化测试系统中调试运行，对自动化测量模块进行读数校验和后续支持。
本课题的研究就是基于上述国内外振弦式仪器的现状的基础上开展起来的，它对我国重大工程安全监测中具有非常重要的意义，拥有广阔的市场前景。
1.2国内外研究现状
目前，发达国家在振弦式传感器测量频率的仪器设计方面发展速度很快，国际上生产振弦式仪器的厂家主要分布在法国、美国、德国、英国、加拿大及挪威等多个国家。这些生产厂家生产的几十种振弦式传感器长期稳定性好，准确度达到了0.5％FS~0.1％FS，寿命可以达到几十年，因此价格也会相对高昂。根据美国相关部门在重大工程中长期使用振弦式传感器的经验，以美国嵇康公司为代表的厂商生产的测量器械，具有很可靠的精度测量，温度灵敏度特别低、应变特别低并且长期漂移很微小，具有长期可靠的稳定性。
对比国外的产品，国内的振弦式仪器在精度以及稳定性方面还存在很多不足。国内从上世纪八十年代起，就开始着手研究振弦式传感器。国内已经有一批老一代的振弦式传感器方面的专家，对振弦式传感器的性能以及特性做了大量的研究，并且成功研制了高性能的大量程直读式锚索测力仪，这个测力仪目前在上海磁悬浮铁路预应力轨道梁检测及其它相关项目中投入使用。
1.3存在的问题及解决思路
在用振弦式频率读数仪测量振弦式传感器频率时，受到外界的地壳震动、车辆的振动、电磁杂波、煤矿放炮等诸多影响，而且振弦式传感器激振输出信号幅度很低，它的数值经常在300μV~1mV之间波动，需要经过高增益放大器放大后才能准确测量，如果不能很快解决这些干扰类问题，测量结果的准确性就很难得到保证。而且目前的振弦式数据采集装置体积比较大、质量比较重，便携性比较差。所以很有必要研究出一种新的办法来解决这个难题，基于MSP430的振弦式传感器读数仪设计就是以攻克这一难题为初衷而产生的。
1.4课题研究内容
本文主要研究了如下几个方面：
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究的背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.3存在的问题及解决思路 2
1.4课题研究内容 2
第二章 总体设计方案 3
2.1总体方案设计 3
2.2系统组成 3
2.3传感器工作原理 3
2.4测频原理 4
2.5方案论证与比较 5
2.5.1键盘接口电路的选择 5
2.5.2显示模块的方案论证与比较 6
2.5.3单片机控制模块的方案论证与比较 6
第三章 硬件电路设计 7
3.1读数仪硬件组成 7
3.2频率测量 7
3.2.1扫频激振电路 7
3.2.2信号调理电路 8
3.2.4整形电路 10
3.2.5测频电路 10
3.3最小系统及外设电路 11
3.3.1单片机最小系统 11
3.3.2键盘电路 12
3.3.3显示电路 13
3.3.4通信电路 15
3.3.5时钟电路 17
3.3.6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
电源电路 17
第四章 软件设计 19
4.1系统总体流程图 19
4.1扫频激振技术实现 20
4.2等精度测频实现 22
4.3通信电路实现 23
4.4低功耗实现 24
第五章 制作与调试 26
5.1制作流程 26
5.2调试 26
5.2.1硬件调试 26
5.2.2软件调试 27
结束语 28
致 谢 29
附录 31
第一章 绪论
1.1研究的背景及意义
振弦式传感器是一种通过测量振弦的振动频率并通过相应计算得到被测压力的频率型传感器，其振弦的振动幅度有着伴随受到的压力的增大而增大，减小而减小的特性，并且是特殊的力传感器，非常容易放入到钢筋混凝土结构中。尽管如此，对于低功耗应用传感器的最佳控制，需要专门的测量技术，这与已经通过验证的技术不同。这种传感器具有结构简易、长期稳定性优、精度高、抗干扰能力高以及可靠性强等优点，在城际铁路、大桥、矿场、大坝、基坑等工程安全监测中被广泛地用于形变、应力应变、流水渗透、液位、渗流温度等自动化测量中。随着现代电子读数仪技术的发展、材料生产工艺的提高以及材料品质的改良，还有国内科技研发技术人员几十年的努力，现在振弦式传感器检测技术得以改善，不但在生产技术方面解决了根本性问题，而且有了更大改善，完全改革了测量技术，在研究过程中制造出了新的品种，并且能真正地满足工程应用的要求，为振弦式仪器的广泛应用创造了良好的条件。在大坝施工期中，用于安全监测的传感器随着大坝的施工过程而埋入或投入，方便携带的振弦式传感器读数仪有着广泛的应用，能够测量振弦式仪器的频率和温度这两个参数，并对测量数据进行存储，把测量数据传送给PC机等。振弦式传感器读数仪可以在安全监测自动化测试系统中调试运行，对自动化测量模块进行读数校验和后续支持。
本课题的研究就是基于上述国内外振弦式仪器的现状的基础上开展起来的，它对我国重大工程安全监测中具有非常重要的意义，拥有广阔的市场前景。
1.2国内外研究现状
目前，发达国家在振弦式传感器测量频率的仪器设计方面发展速度很快，国际上生产振弦式仪器的厂家主要分布在法国、美国、德国、英国、加拿大及挪威等多个国家。这些生产厂家生产的几十种振弦式传感器长期稳定性好，准确度达到了0.5％FS~0.1％FS，寿命可以达到几十年，因此价格也会相对高昂。根据美国相关部门在重大工程中长期使用振弦式传感器的经验，以美国嵇康公司为代表的厂商生产的测量器械，具有很可靠的精度测量，温度灵敏度特别低、应变特别低并且长期漂移很微小，具有长期可靠的稳定性。
对比国外的产品，国内的振弦式仪器在精度以及稳定性方面还存在很多不足。国内从上世纪八十年代起，就开始着手研究振弦式传感器。国内已经有一批老一代的振弦式传感器方面的专家，对振弦式传感器的性能以及特性做了大量的研究，并且成功研制了高性能的大量程直读式锚索测力仪，这个测力仪目前在上海磁悬浮铁路预应力轨道梁检测及其它相关项目中投入使用。
1.3存在的问题及解决思路
在用振弦式频率读数仪测量振弦式传感器频率时，受到外界的地壳震动、车辆的振动、电磁杂波、煤矿放炮等诸多影响，而且振弦式传感器激振输出信号幅度很低，它的数值经常在300μV~1mV之间波动，需要经过高增益放大器放大后才能准确测量，如果不能很快解决这些干扰类问题，测量结果的准确性就很难得到保证。而且目前的振弦式数据采集装置体积比较大、质量比较重，便携性比较差。所以很有必要研究出一种新的办法来解决这个难题，基于MSP430的振弦式传感器读数仪设计就是以攻克这一难题为初衷而产生的。
1.4课题研究内容
本文主要研究了如下几个方面：
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