手持式差阻式仪器读数仪的设计(附件)【字数：11046】
指导教师 褚福涛 摘 要差阻式传感器的应用非常广泛，特别是在大坝安全监测上应用是最多的，主要是因为差阻式传感器所运用的原理非常简单，较易操作，并且测量无误，数据非常精确和稳定。差阻式传感器在大坝的运用主要是被埋入来测量数据，检测大坝的状态，随着其不断的发展和改进，便携式差阻式传感器读数仪逐渐发展起来，并得到广泛应用。本文中的读数仪所采用的处理器是MSP430F149单片机，该装置的耗能较低，并且安装了24位采样芯片 ADS1248 ，主要目的是能够对差阻式传感器进行实时监控，从而确保传感器可以正常运作。硬件结构主要包括串口通信、测量模块、存储模块、电源模块、单片机核心模块。读数仪能够实现电阻和电阻比的精确测量，具有读数准确，性能可靠稳定，功耗低，方便携带，应用前景广阔。
目 录
第一章 绪 论 4
1.1 选题背景 4
1.2国内外的发展与应用 4
1.3 差阻式传感器读数仪的作用 5
1.4 主要工作 6
1.5 课题研究步骤 6
第二章 总体设计 8
2.1整体设计 8
2.2 读数仪的硬件结构图 9
2.3 各模块的选择与论证 10
2.3.1读数仪控制器的选择 10
2.3.2 显示器的选择 11
2.3.3键盘电路的选择 11
2.4差阻式仪器测量原理 11
第三章 读数仪的硬件设计 13
3.1 MSP430F149 最小系统 13
3.1.1 MSP430F149 介绍 13
3.1.2晶振电路 13
3.1.3复位电路 14
3.2 通讯接口电路 15
3.3按键控制与显示电路 15
3.3.1LCD12864 15
3.3.2显示电路 16
3.3.3按键电路 16
3.4存储电路 17
3.5电源电路 17
3.6 测量电路 18
3.6.1AD1248 简介 18
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
.6.2AD 采样电路 19
第四章 读数仪的软件设计 21
4.1 编程软件介绍 21
4.2主程序模块 22
4.3中断程序模块 23
4.4 串口通信模块 23
4.5 本章小结 24
第五章 焊接与调试 25
5.1 硬件调试 25
5.2 软件调试 26
5.3 数据分析 26
第六章 结束语 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 绪 论
1.1 选题背景
差动电阻式仪器是美国知名大学卡尔逊教授经过多次的实验和测试设计出来的，为了纪念教授的伟大贡献，其又被成为卡尔逊仪器。该设计所运用的原理较为简单，共有两个，一是通过借助钢丝变形使得其中的电阻发生差动变化，另一个是钢丝的总电阻会随着温度的变化而变化。差阻式仪器不仅原理简单，较易操作，而且测量非常精准，稳定性好，也正因为这些优点，使得其应用非常广泛，特别是在大坝和岩石检测中。差阻式仪器在大坝的运用主要是被埋入来测量数据，检测大坝的状态，随着其不断的发展和改进，便携式差阻式传感器读数仪逐渐发展起来，并得到广泛应用。读数仪可以对仪器进行实时监控，并且可以对读出的数据进行处理并上传到计算机上。读数仪还有一个作用就是在检测自动化测试系统已经开始运行后，读数仪可以为其提供校验或者后备支持。
1.2国内外的发展与应用
1930年，美国大学教授首次研制出差阻式传感器，当时被称为“弹性钢丝应变计”。1933年，美国复垦局将其应用到石坝上，用来检测石坝的状态。因其设计优越性好，并且稳定，应变计开始逐渐发展起来，在同一年，大约有六十多个应变计被应用到实际中去。随着差阻式传感器的不断改进和完善，其在检测大坝方面能够越来越发挥更好的作用。所以，美国的大坝工程中大部分都是使用差阻式传感器进行大坝检测的。
我国的差阻式传感器起步较晚，发展也比较缓慢。在上个世纪五十年代初，我国为了发展经济，改善民生，开始兴建许多的水利水坝，然而，我们经验不足，不能够准确及时的获取大坝的状况，从而导致了很多的问题。因此，当时国家就针对这个问题建立了专门的小组对其进行研究和分析，以期找到合适的解决办法。专家们通过讨论、调查等最后达成一致意见，采用差阻式传感器对大坝进行检测。专家对差阻式传感器进行了研究和测试，认为其在对大坝的检测方面有着很好地优越性，并且测量非常准确和稳定，甚至还可以对温度进行检测。最重要的一点就是，与之相配套的读数仪非常便于携带，并且能够实时监控。但是我国因为当时技术落后，不能自己生产，只能从别国买进。
1956年，我国才开始逐渐关注差阻式传感器，因为当时技术落后，所以大部分都是从国外进口，有些工厂虽然进行了生产，但是生产出来的产品质量较差，测量不准确，甚至很不稳定，也使得这些产品被搁置，无法投入运用。鉴于上述原因，我国某些机构对差阻式传感器研究不再继续，有些生产差阻式传感器的工厂也相继停止生产。至此，中国只能从国外进口使用。
20世纪中后期，我国的经济发展非常迅速，取得了不少引人注目的成绩，其中水利建设也不例外，不断在向前发展。随之而来的就是大坝的安全问题，引起了建设者和国家的重视，于是，国家决定重新开始考虑使用差阻式传感器。经过上次失败的教训之后，我国指定了当时有先进科技和设备的南京水利电力仪表厂负责对差阻式传感器的研制工作。经过逐步的发展，南京水利电力仪表厂就变成了现在的南京自动化设备厂，但是，其对差阻式传感器的研制工作依然在继续。经过将近五十多年的坚持不懈和努力，不断地引进先进的技术和设备，从一次次失败中总结经验和教训，不断地改进和完善，最终取得了显著的成绩，使得我国在差阻式传感器的道路上迈出了一大步。并且，随着科技的发展，差阻式传感器也在不断地创新和完善，我国现在已经不再需要从国外进口，完全可以自给自足。南京自动化设备厂针对实际中存在的具体问题，不断地探索和研究，又设计出了几种其他形式的差阻式传感器，并且，随着不断的发展，我国的产品已经不再是仅仅满足国内的需求，而是已经销往国外的许多国家。
差阻式传感器在使用中也受许多因素的影响，特别是导线电阻对其影响很大，必须想办法克服其对传感器的阻碍。在20世纪70年代末，我国的有关专家和科学家针对此问题进行了深入的研究，并且通过借鉴国外的经验，最终找到了解决办法，即五线制测量法。使用该方法不仅仅使差阻式传感器克服了对导线电阻的影响，最重要的是它使读数仪的测量距离增加了很多。该种方法使得差阻式传感器的实用性大大增加了，在大坝的安全检测中起到了重要的作用。
1.3 差阻式传感器读数仪的作用
目 录
第一章 绪 论 4
1.1 选题背景 4
1.2国内外的发展与应用 4
1.3 差阻式传感器读数仪的作用 5
1.4 主要工作 6
1.5 课题研究步骤 6
第二章 总体设计 8
2.1整体设计 8
2.2 读数仪的硬件结构图 9
2.3 各模块的选择与论证 10
2.3.1读数仪控制器的选择 10
2.3.2 显示器的选择 11
2.3.3键盘电路的选择 11
2.4差阻式仪器测量原理 11
第三章 读数仪的硬件设计 13
3.1 MSP430F149 最小系统 13
3.1.1 MSP430F149 介绍 13
3.1.2晶振电路 13
3.1.3复位电路 14
3.2 通讯接口电路 15
3.3按键控制与显示电路 15
3.3.1LCD12864 15
3.3.2显示电路 16
3.3.3按键电路 16
3.4存储电路 17
3.5电源电路 17
3.6 测量电路 18
3.6.1AD1248 简介 18
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
.6.2AD 采样电路 19
第四章 读数仪的软件设计 21
4.1 编程软件介绍 21
4.2主程序模块 22
4.3中断程序模块 23
4.4 串口通信模块 23
4.5 本章小结 24
第五章 焊接与调试 25
5.1 硬件调试 25
5.2 软件调试 26
5.3 数据分析 26
第六章 结束语 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 绪 论
1.1 选题背景
差动电阻式仪器是美国知名大学卡尔逊教授经过多次的实验和测试设计出来的，为了纪念教授的伟大贡献，其又被成为卡尔逊仪器。该设计所运用的原理较为简单，共有两个，一是通过借助钢丝变形使得其中的电阻发生差动变化，另一个是钢丝的总电阻会随着温度的变化而变化。差阻式仪器不仅原理简单，较易操作，而且测量非常精准，稳定性好，也正因为这些优点，使得其应用非常广泛，特别是在大坝和岩石检测中。差阻式仪器在大坝的运用主要是被埋入来测量数据，检测大坝的状态，随着其不断的发展和改进，便携式差阻式传感器读数仪逐渐发展起来，并得到广泛应用。读数仪可以对仪器进行实时监控，并且可以对读出的数据进行处理并上传到计算机上。读数仪还有一个作用就是在检测自动化测试系统已经开始运行后，读数仪可以为其提供校验或者后备支持。
1.2国内外的发展与应用
1930年，美国大学教授首次研制出差阻式传感器，当时被称为“弹性钢丝应变计”。1933年，美国复垦局将其应用到石坝上，用来检测石坝的状态。因其设计优越性好，并且稳定，应变计开始逐渐发展起来，在同一年，大约有六十多个应变计被应用到实际中去。随着差阻式传感器的不断改进和完善，其在检测大坝方面能够越来越发挥更好的作用。所以，美国的大坝工程中大部分都是使用差阻式传感器进行大坝检测的。
我国的差阻式传感器起步较晚，发展也比较缓慢。在上个世纪五十年代初，我国为了发展经济，改善民生，开始兴建许多的水利水坝，然而，我们经验不足，不能够准确及时的获取大坝的状况，从而导致了很多的问题。因此，当时国家就针对这个问题建立了专门的小组对其进行研究和分析，以期找到合适的解决办法。专家们通过讨论、调查等最后达成一致意见，采用差阻式传感器对大坝进行检测。专家对差阻式传感器进行了研究和测试，认为其在对大坝的检测方面有着很好地优越性，并且测量非常准确和稳定，甚至还可以对温度进行检测。最重要的一点就是，与之相配套的读数仪非常便于携带，并且能够实时监控。但是我国因为当时技术落后，不能自己生产，只能从别国买进。
1956年，我国才开始逐渐关注差阻式传感器，因为当时技术落后，所以大部分都是从国外进口，有些工厂虽然进行了生产，但是生产出来的产品质量较差，测量不准确，甚至很不稳定，也使得这些产品被搁置，无法投入运用。鉴于上述原因，我国某些机构对差阻式传感器研究不再继续，有些生产差阻式传感器的工厂也相继停止生产。至此，中国只能从国外进口使用。
20世纪中后期，我国的经济发展非常迅速，取得了不少引人注目的成绩，其中水利建设也不例外，不断在向前发展。随之而来的就是大坝的安全问题，引起了建设者和国家的重视，于是，国家决定重新开始考虑使用差阻式传感器。经过上次失败的教训之后，我国指定了当时有先进科技和设备的南京水利电力仪表厂负责对差阻式传感器的研制工作。经过逐步的发展，南京水利电力仪表厂就变成了现在的南京自动化设备厂，但是，其对差阻式传感器的研制工作依然在继续。经过将近五十多年的坚持不懈和努力，不断地引进先进的技术和设备，从一次次失败中总结经验和教训，不断地改进和完善，最终取得了显著的成绩，使得我国在差阻式传感器的道路上迈出了一大步。并且，随着科技的发展，差阻式传感器也在不断地创新和完善，我国现在已经不再需要从国外进口，完全可以自给自足。南京自动化设备厂针对实际中存在的具体问题，不断地探索和研究，又设计出了几种其他形式的差阻式传感器，并且，随着不断的发展，我国的产品已经不再是仅仅满足国内的需求，而是已经销往国外的许多国家。
差阻式传感器在使用中也受许多因素的影响，特别是导线电阻对其影响很大，必须想办法克服其对传感器的阻碍。在20世纪70年代末，我国的有关专家和科学家针对此问题进行了深入的研究，并且通过借鉴国外的经验，最终找到了解决办法，即五线制测量法。使用该方法不仅仅使差阻式传感器克服了对导线电阻的影响，最重要的是它使读数仪的测量距离增加了很多。该种方法使得差阻式传感器的实用性大大增加了，在大坝的安全检测中起到了重要的作用。
1.3 差阻式传感器读数仪的作用
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