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基于单片机和FPGA的位移测量装置的设计

发布时间:2020-07-21 18:28:50 阅读: 来源:植酸厂家

摘要:基于电感式传感器测量磁芯位移的原理,以单片机和FPGA为控制中心,由DDS产生的正弦信号经差分放大,并经过差动变压器的差分耦合,对两路输出信号放大整流后,采集数据,对所得的数据进行处理,实现了磁芯位移的精确测量。本装置可测量的位移范围为-20~20 mm,绝对误差不大于0.5 mm,C点的波形无失真,A、B点输出的直流波形无波动,满足测量范围从-10~10 mm,绝对误差不大于2 mm,并且采用直流电机驱动磁棒移动,控制磁棒达到设定位移,位移绝对误差不大于0.5 mm。采用液晶显示和按键,实现了人机交互。此外还采取各种抗干扰措施,来提高系统工作的稳定性。关键词:DDS;差动变压器;有效值检波;位移 位移传感器广泛应用于工业和控制领域,如过程检测、物理测量和自动控制等。由于其测量精度不高,往往满足不了社会需求,也限制了传感器的应用。因此,这里设计了一套基于单片机和FPGA的位移测量装置,能够实现较高的精度测量,同时也能够达到较高的线性度,能够在各种恶劣环境下替代人工工作,实现较高精度的测量,并具有一定的实用价值。1 整体设计方案及实现框图 系统整体实现框图如图1所示,由信号产生部分、差分放大部分、变压器耦合部分、信号处理部分、数据采样部分和处理及显示部分组成。利用DDS技术产生的信号经THS4503的差分放大之后送入差动变压器,差动变压器输出的信号经放大、整流以及滤波处理之后送入MAXl97采样,采样得到的数据经处理单元处理后在LCD上显示测得的位移量。2 理论分析与计算2.1 DDS信号产生理论分析 在系统时钟频率和相位累加器位数一定的情况下,输出波形频率由频率控制字决定。设M为所设计的相位累加器的位数,N为频率控制字,则DDS系统输出信号的频率为 实验中,激励信号的频率是100 kHz,采用的时钟频率是40 MHz,频率控制字是24位,相位累加器的位数是29位。然后经过D/A转换器,输出的信号经一个截止频率是150 kHz的有源低通滤波器输出,得到稳定、连续平滑的波形。

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