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PIC單片機(jī)的便攜式磁記憶檢測(cè)儀

[ 2009-8-17 ]  [轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源:就是要儀器網(wǎng) m.mrboha.com]

磁記憶檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)

  便攜式磁記憶檢測(cè)儀主要由傳感器、單片機(jī)、運(yùn)算放大器、LCD顯示器和相應(yīng)軟件組成(見圖1

  便攜式磁記憶檢測(cè)儀以單片機(jī)PIC16LF873A為核心,用HMC1052兩軸磁阻傳感器檢測(cè)法向分量Hp(y)的X分量和Y分量,經(jīng)過信號(hào)放大后,送單片機(jī)PIC16LF873A的A/D轉(zhuǎn)換通道,獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得到Hp(y)值,送LCD顯示。為檢測(cè)方便,設(shè)置了兩個(gè)檢測(cè)通道,作為應(yīng)力集中線Hp(y)符號(hào)比較的依據(jù)。置位/復(fù)位電路對(duì)磁阻傳感器施加置位/復(fù)位電流,避免地球磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量結(jié)果影響。

  單片機(jī)采用PIC16LF873A,它有4KB FLASH 存儲(chǔ)器,192字節(jié)RAM、128字節(jié)EEPROM、10位A/D轉(zhuǎn)換器等,幾乎不需要外圍擴(kuò)展電路就可以直接使用。RA口設(shè)置成A/D轉(zhuǎn)換功能,用于處理雙通道磁阻傳感器信號(hào)。RB口的中斷功能用于鍵盤處理,設(shè)有校驗(yàn)、置位/復(fù)位、通道1、通道2和ON/OFF5個(gè)功能鍵。RC口中的六個(gè)引腳,用于LCD顯示器控制。采用兩個(gè)SMS0801B兩線制串行LCD顯示器,電源由單片機(jī)RC口的一個(gè)引腳供電,這樣便于對(duì)LCD顯示器控制,降低系統(tǒng)功耗。顯示器可以顯示每個(gè)通道的磁場(chǎng)強(qiáng)度(單位是Gs)、鍵盤信息、電池電壓低和超量程等信息。EEPROM用于保存修正值。

磁阻傳感器HMC1052

  磁阻傳感器HMC1052是利用磁原理,測(cè)量工件表面散射磁場(chǎng)法向分量Hp(y)沿坐標(biāo)X-Y分量,通過數(shù)值計(jì)算、誤差校正,得到Hp(y)值。HMC1052是一個(gè)雙軸線性磁傳感器,每個(gè)傳感器有一個(gè)由磁阻薄膜合金組成的惠斯通橋。當(dāng)橋路加上供電電壓,傳感器將磁場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。其輸出電壓以電源電壓的一半為基準(zhǔn)。磁場(chǎng)范圍是±6Gs,靈敏度是1.0mV/V/Gs。HMC1052包含兩個(gè)敏感元件,其敏感軸X和Y互相垂直。HMC1052采用10引腳小型表貼封裝,尺寸只有3mm×3mm×1mm。

磁阻傳感器外圍電路

  磁阻傳感器在制造過程中,選定沿著薄膜長(zhǎng)度方向?yàn)檩S,當(dāng)玻膜合金薄膜受到強(qiáng)磁場(chǎng)干擾時(shí)(大于20Gs)薄膜磁化極性會(huì)受到破壞,對(duì)這個(gè)磁場(chǎng)需要對(duì)傳感器施加一個(gè)瞬態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)來恢復(fù)或保持傳感器特性,這個(gè)過程需要一個(gè)置位或復(fù)位脈沖。圖2中S/R+和S/R-就是用于置位的元件,其標(biāo)準(zhǔn)阻值是4Ω。 

磁記憶檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)

  軟件是便攜式磁記憶檢測(cè)儀另一個(gè)核心部分,主要完成系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤處理和校驗(yàn)等功能。

  ·主程序:完成系統(tǒng)的初始化工作,進(jìn)行各傳感器的置位和復(fù)位,然后進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

  ·通道按鍵中斷服務(wù)子程序:向檢測(cè)數(shù)據(jù)通道供電,采集Y數(shù)據(jù)和X數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí),法向分量Hp與X、Y數(shù)據(jù)的關(guān)系是:Hp=√X2+Y2。Hy的符號(hào)與測(cè)量基準(zhǔn)方向Y的符號(hào)相同。對(duì)PIC16LF873A單片機(jī),10位A/D轉(zhuǎn)換器0Gs對(duì)應(yīng)1.5V電壓和數(shù)字量為512,+5Gs對(duì)應(yīng)

  3V電壓和數(shù)字量為1023,-5Gs對(duì)應(yīng)0V電壓和數(shù)字量為0。每個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)電壓2.9mV和9.765mGs。Hy值的符號(hào)與Y分量符號(hào)相同。數(shù)字量≥512的數(shù)據(jù),進(jìn)行以下運(yùn)算:實(shí)際數(shù)據(jù)=(Y數(shù)據(jù)-512)×0.009765Gs-修正值。數(shù)字量≤512的數(shù)據(jù),進(jìn)行以下運(yùn)算:實(shí)際數(shù)據(jù)=-(511-Y數(shù)據(jù))×0.009765Gs-修正值。LCD顯示器可以顯示8位數(shù)字,最高顯示位為Hp符號(hào),有效數(shù)字是7位?梢赃B續(xù)測(cè)量,直到再一次按鍵,返回主程序。

  ·校驗(yàn)按鍵中斷服務(wù)子程序:將傳感器置于磁屏蔽中,各通道測(cè)量出0Gs值,將測(cè)量結(jié)果作為修正值存入EEPROM中。
  
實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析

  實(shí)驗(yàn)方式:便攜式磁記憶檢測(cè)儀與俄羅斯TSCM-2FM應(yīng)力集中檢測(cè)儀同時(shí)對(duì)工件相同點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè),便攜式磁記憶檢測(cè)儀的檢測(cè)結(jié)果如表1。

  應(yīng)力集中線的位置與俄羅斯TSCM-2FM應(yīng)力集中檢測(cè)儀檢測(cè)的結(jié)果相同。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢測(cè),便攜式磁記憶檢測(cè)儀可以實(shí)時(shí)顯示被測(cè)工件的磁場(chǎng)Hp值的大小和符號(hào),雙通道配合使用,磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的連接線為應(yīng)力集中線。



 
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