单片机在机械元件测量中的应用

　　0　引言

　　工业生产中对机械零件的测量提出了越来越高的要求,随着电子计算机信息技术的不断发展和完善,采用单片机实现数据采集系统的应用越来越多。采用51系列单片机,可供参考的资料较多,使用起来得心应手。但是它的缺点也是比较明显的,需要若干外部芯片扩展,如EPROM,RAM及译码器和A/D、D/A等,就会使单片机系统硬件设计过于臃肿,布线也变得复杂,从而使PCB板布线困难且电路板的功耗增加,给硬件的调试也带来困难。针对以上情况,采用C8051F020单片机为核心,以广陆数字测控有限公司生产的电感式传感器作为检测元件,设计了多功能、智能化多参数机械零件测量仪,通过软件编程实现仪表的高精度、智能化、多功能化,经过实验与使用,已证明其精度高、操作方便、性能稳定,能满足工业生产中多路检测的需要。

　　1　电感式传感器及其测量原理

　　考虑到工业生产中机械零件的检具和自动检查仪的需要,研制多通道数据采集系统,实现多路测量,需要配置多个传感器,并设置多路转换电路,其输出量为模拟量。电感传感器的输出为微弱信号,一般仪器不能检测到,所以需要对其输出信号进行放大,选择适合的放大倍数,使电压信号幅度在可测量范围内。经放大的信号因外界干扰等因素,会产生一些不需要的噪声,因此需要经过滤波处理,然后将处理过的信号直接输入到A/D转换器,由A/D转换器将模拟信号转换成数字信号,进行数字显示。

　　电感式传感器的测量电路工作原理如图1所示。测量时采用相对(比较)测量法,即微差测量法,量具量仪的测量示值只表示被测量值与某一标准值的偏差值。如用比较仪测工件尺寸,测量前要先用量块或其他标准件调整仪器零位。一般来说,相对测量虽比绝对测量麻烦,要用量块等标准值校准量仪。但其测量精度较高,因为它可用高精度的标准件和高倍率的读数放大装置。此外,因温度和测量力引起的测量误差也比绝对测量要小得多。

　　2　参数测量仪的硬件电路及原理

　　系统如图2所示,采用C8051F020单片机作为测量电路的核心元件,电感式传感器采集3~8路信息传入单片机进行数据处理,键盘进行功能设定,现场通过LED动态显示测量数据,单片机和上位机进行通信,实现了数据的远传和实时处理以及打印功能等。

　　(1)C8051F020芯片特点

　　内核与MCS-51指令集完全兼容,具有标准的8051的组织结构和外设。集成了单片机系统所需的各种外设部件,包括A/D、D/A、5组定时器、内部晶振、可编程计数器阵列、SMBus/I2C总线接口、UART,SPI总线接口等,高达8组8位I/O端口(可编程配置其功能),并且内置64KB可在系统编程的Flash Rom,4352B的内部数据RAM以及外部64KB数据存储器接口。