基于MSP430的振弦式传感器读数仪

论文总字数：23576字

摘 要

振弦式传感器是当前世界各项水利大坝工程中都会使用的先进测量元件。目前，大型工程建筑的安全监控都离不开它。振弦式传感器读数仪是振弦式传感器的显示设备，能够采集读取传感器的频率信号。现代的振弦式传感器读数仪具备“小、轻，稳”的特性，更加的符合现代测量人员的工作习惯。这种传感器输出以频率信号，输出的信号是毫伏级的微小信号，所以要经过简单的波形变换以及功率放大，发出的频率信号就可以被MCU探测到。因为振弦式传感器的突出的表现，往往与其一起配合使用的振弦式传感器读数仪的开发和更新越来越重要。

在整个设计过程中，所制作的振弦式传感器读数仪，能够实现400 - 4500Hz频率测量， -10 - 60℃温度测量。本文着重讲述了基于MSP430F149的振弦式传感器读数仪的研究与开发，包括了温度测量模块，共振测量模块，等多种模块其中，测量模块的扫频激振技术是振弦式传感器读数仪的核心部分，弦的起振和拾振都需要运用到此技术。

关键词：振弦式传感器；MSP430；测频；读数仪；扫频激振

Vibrating Wire Sensor Reading Instrument Based on MSP430

Abstract

Vibrating wire sensor is a kind of advanced measuring device which is used in various hydraulic dam projects in the world. At present, the safety monitoring of large engineering construction can not be separated from it. The vibrating wire sensor reading instrument is a display device of the vibrating wire sensor, which can collect and read the frequency signal of the sensor. Modern vibrating wire sensor reader has the characteristics of small, light, stable, more in line with the working habits of modern measurement personnel. The output of the sensor is a frequency signal, and the output signal is a small signal of the mv level. Therefore, the frequency signal can be detected by MCU after a simple waveform transformation and power amplification. Because of the outstanding performance of the vibrating string sensor, it is more and more important to develop and update the vibrating string sensor reading instrument.

In the whole design process, the production of vibrating wire sensor reader, can achieve 400 - 4500Hz frequency measurement, -10 - 60 C. This paper focuses on the research and development of vibrating wire sensor reading instrument based on MSP430F149, including the temperature measurement module, resonance measurement module, and other modules, measurement module scanning frequency excitation technology is the core part of the vibrating wire sensor reading instrument, string vibration and vibration are required to use this technique.

Keywords: vibrating wire sensor;MSP430; frequency measurement; reading instrument; sweep excitation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 基于振弦式传感器的读数仪的概述 1

1.2 振弦式传感器在世界各国研究的现状及发展 1

1.3 振弦式传感器读数仪设计的主要内容 2

第二章 振弦式传感器的介绍 3

2.1 振弦式传感器的基本组成 3

2.2 振弦式传感器数学模型的推算 4

2.3振弦式传感器及其读数仪的工作原理 5

2.4 振弦式传感器的激振方式 5

2.4.1 传统激振方式 5

2.4.2 扫频激振技术 5

第三章 系统硬件方案设计 7

3.1 系统硬件电路设计 7

3.2单片机最小系统的设计 8

3.2.1晶振电路 10

3.2.2传输电路 11

3.2.3复位电路 11

3.2.4单片机供电电路 12

3.3传感器模块的设计 12

3.3.1测频模块的设计 12

3.3.2 扫频激振电路 13

3.3.3 检测电路 14

（1）滤波电路 15

（2）整形电路 15

（3）等精度测量电路 16

3.4 测温模块设计 17

3.4.1采用U/F转换的测量方式 17

3.4.2采用热敏电阻测量方式 18

3.5 按键模块设计 19

3.6 显示模块设计 19

3.7 电源模块设计 20

第四章 系统的软件设计 21

4.1 软件模块设计 21

4.2 扫频激振软件设计 22

4.3 测频软件设计 23

4.4 温度软件设计 24

第五章 实物及测试 25

5.1 实物展示 25

5.2 实物测量展示 26

第六章 总 结 28

致 谢 29

参考文献（References） 30

附 录 32

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