傾角傳感器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言5</b></p><p>　　0、1 設(shè)計(jì)的目的和意義5</p><p>　　0、2 設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)5</p><p>　　第一章 傳感器及懸架系統(tǒng)7</p><p&

2、gt;　　1、1 傳感器基本知識(shí)7</p><p>　　1、1、1 傳感器定義7</p><p>　　1、1、2 傳感器原理7</p><p>　　1、1、3 傳感器分類7</p><p>　　1、1、4 傳感器的特性7</p><p>　　1、2懸架系統(tǒng)基本知識(shí)11</p><p>

3、;　　1、2、1 懸架系統(tǒng)簡(jiǎn)述11</p><p>　　1、2、2 現(xiàn)在懸架系統(tǒng)的分類13</p><p>　　1、2、3 懸架控制系統(tǒng)的分類13</p><p>　　1、3本論要研究的內(nèi)容15</p><p>　　第二章 固體擺電容傾角傳感器設(shè)計(jì)16</p><p>　　2、1差動(dòng)電容變面積傳感器工作原

4、理16</p><p>　　2、2傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理17</p><p>　　2、3 對(duì)電容傳感器產(chǎn)生影響的處理19</p><p>　　2、3、1電容電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)19</p><p>　　2、3、2寄生和分布電容的影響19</p><p>　　2、4 傳感器信號(hào)調(diào)理19</p><p

5、>　　2、4、1 CAV424簡(jiǎn)介20</p><p>　　2、4、2 CAV424的檢測(cè)原理20</p><p>　　2、5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)23</p><p>　　2、5、1 放大電路的設(shè)計(jì)23</p><p>　　2、5、2 采用ADC0809芯片做模數(shù)轉(zhuǎn)換24</p><p>　　2、5、3

6、AT89C51芯片26</p><p>　　2、5、4 顯示電路27</p><p>　　2、6 軟件設(shè)計(jì)28</p><p>　　2、6、1 A/D轉(zhuǎn)換程序28</p><p>　　2、6、2 滑動(dòng)平均濾波設(shè)計(jì)30</p><p>　　2、6、3 標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì)33</p><

7、p>　　2、6、4 顯示程序34</p><p>　　2、6、5 半主動(dòng)懸架控制程序36</p><p>　　第三章 總結(jié)與展望39</p><p><b>　　3、1總結(jié)39</b></p><p>　　3、2 展望40</p><p><b>　　致謝40&l

8、t;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p>　　固體擺電容傾角傳感及車輛半主動(dòng)懸架控制設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會(huì)科技的進(jìn)步帶動(dòng)了人們對(duì)物質(zhì)品質(zhì)的高要求，人們對(duì)汽車的要求越來(lái)越高，這也是進(jìn)科技的創(chuàng)新進(jìn)步的

9、原因之一。本文中主要描述了差動(dòng)式固體擺電容傾角傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理、單片機(jī)AT89C51與A/D和顯示接口電路，為了傾角傳感器和半主動(dòng)懸架的選擇，還簡(jiǎn)述了傳感器和懸架系統(tǒng)的基本知識(shí)。為了滿足人們的需求和實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)中采用了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好及靈敏度高的差動(dòng)式固體擺電容傾角傳感器對(duì)車輛懸架傾斜度進(jìn)行檢測(cè)，傳感器中電容的變化量經(jīng)芯片CAV424、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)入單片機(jī)AT89C51分析處理，然后用單片機(jī)分析處理的信號(hào)去控制懸架系

10、統(tǒng)中的減震器的軟硬度，從而改善車輛的前傾和后蹲的程度，提高車輛加速和制動(dòng)性能，增強(qiáng)車輛舒適性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：固體擺電容傾角傳感器、單片機(jī)AT89C51、CAV424、半主動(dòng)懸架控制 </p><p>　　Solid pendulum Angle sensor design and type semi-active suspension control design</

11、p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with the progress of social science and technolgy driven people to the physical quality of high demand, people are increasingly demanding for cars

12、, this a-lso is the innovation of science and technology progress into one of the reasons。This paper mainly describes the differential solid pendulum capacitance Angle sens-or structure and working principle and single-c

13、hip microcomputer ，AT89C51 and A/D and display interface circuit，in order to tilt sensors and semi-active suspensio-n choice, al</p><p>　　Keywords：Solid pendulum capacitance Angle sensor、Single-chip microcom

14、puter AT89C51、CAV424、Semi-active suspension control.</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　0、1 設(shè)計(jì)的目的和意義</p><p>　　設(shè)計(jì)出固體擺電容傾角傳感器，其具有明顯的擺心結(jié)構(gòu)、強(qiáng)的適應(yīng)性、好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、高的分辨率等特點(diǎn)，并用單片機(jī)采集、分析固體擺電容傾角

15、傳感器輸出的數(shù)據(jù)，使得固體擺電容傾角傳感器能實(shí)時(shí)的反應(yīng)車輛的行駛狀況和及時(shí)的調(diào)節(jié)半主動(dòng)懸架的調(diào)節(jié)器，最終讓車輛適應(yīng)路面狀況。其中，半主動(dòng)懸架控制的目的有兩個(gè)方面，一方面是是使車輛能適應(yīng)較差的行駛路況，另一方面是讓駕乘人員有良好的、舒適的環(huán)境。</p><p>　　通過(guò)對(duì)此次的設(shè)計(jì)，鍛煉人克服困難的毅力，培養(yǎng)獨(dú)立動(dòng)手動(dòng)腦能力，培育出良好的生活品質(zhì)。同時(shí)讓車輛有更好更強(qiáng)的適應(yīng)能力，也讓車輛有較好的操作安全性。<

16、/p><p>　　0、2 設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　在20世紀(jì)以來(lái)傳感技術(shù)得到了高速的發(fā)展，近幾十年來(lái)我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距越來(lái)越小，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)敏感元件及傳感器產(chǎn)品已有6000種，生產(chǎn)廠家已超1500家，年生產(chǎn)能力已上幾十億。我國(guó)為了不失去國(guó)內(nèi)電子信息產(chǎn)品市場(chǎng)并爭(zhēng)國(guó)際市場(chǎng)，正在加速發(fā)展信息科學(xué)技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)。傳感器主要有以下四點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)：1、研究新型敏感材料。2、提

17、高微細(xì)加工技術(shù)。3、開發(fā)智能化傳感器。4、網(wǎng)絡(luò)化傳感器。</p><p>　　1973年，美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校的D.A.Crosby和D.C.Karnopp首先提出了半主動(dòng)懸架的概念。其基本原理是：用可調(diào)剛度彈簧或可調(diào)阻尼的減振器(VibrationDamper)組成懸架，并根據(jù)簧載質(zhì)量的加速度響應(yīng)等反饋信號(hào)，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧剛度或減振器(VibrationDamper)的阻尼，以達(dá)到較好的減振效果。

18、半主動(dòng)懸架分為剛度可調(diào)和阻尼可調(diào)兩大類。目前，在半主動(dòng)懸架的控制研究中，以對(duì)阻尼控制的研究居多。阻尼可調(diào)半主動(dòng)懸架又可分為有級(jí)可調(diào)半主動(dòng)懸架和連續(xù)可調(diào)半主動(dòng)懸架，有級(jí)可調(diào)半主動(dòng)懸架的阻尼系數(shù)只能取幾個(gè)離散的阻尼值，而連續(xù)可調(diào)半主動(dòng)懸架的阻尼系數(shù)在一定的范圍內(nèi)可連續(xù)變化。</p><p>　　汽車懸架控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)是車輛動(dòng)力學(xué)與控制領(lǐng)域的國(guó)際性前沿課題，開發(fā)具有安全、舒適和清潔高效、節(jié)能、智能控制的懸架是車輛

19、懸架系統(tǒng)發(fā)展的方向。</p><p>　?。?）控制策略的研究。半主動(dòng)懸架系統(tǒng)的控制幾乎涉及了所有的現(xiàn)代控制理論和方法，但因?yàn)槊糠N控制方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此，綜合應(yīng)用多種控制方法是半主動(dòng)懸架控制發(fā)展的方向。</p><p>　　(2)控制器的研究。智能化控制器能夠根據(jù)路況和汽車振動(dòng)等信息，自動(dòng)地調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)的參數(shù)，使汽車具有良好行駛平順性和穩(wěn)定性。</p><p&

20、gt;　　(3)可控減振器的研制。研究與開發(fā)可靠的電流變和磁流變可控減振器。開發(fā)低成本和高可靠性的傳感器，以及高性能微處理器是半主動(dòng)懸架實(shí)用化的前題。目前，磁流變液盡管已進(jìn)入商品化階段，但在減振器上使用還存如噪聲、耐久性、穩(wěn)定性等問(wèn)題，還需進(jìn)一步深入研究。</p><p>　　第一章 傳感器及懸架系統(tǒng)</p><p>　　1、1 傳感器基本知識(shí)</p><p>　

21、　1、1、1 傳感器定義</p><p>　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 </p&g

22、t;<p>　　“傳感器”在新韋式大詞典中定義為：“從一個(gè)系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件”。 根據(jù)這個(gè)定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用“換能器－Transducer”來(lái)稱謂“傳感器－Sensor”。 </p><p>　　1、1、2 傳感器原理</p><p>　　傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效

23、應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測(cè)信號(hào)量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。</p><p>　　1、1、3 傳感器分類</p><p>　　可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以

24、及制作它們的材料和工藝等。</p><p>　　1、1、4 傳感器的特性</p><p><b>　　一、傳感器靜態(tài)特性</b></p><p>　　傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量

25、作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。 </p><p>　　（1）線性度：指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。 </p><p>　?。?）靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸

26、出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。用S表示靈敏度。 </p><p>　?。?）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器的正反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱為遲滯差值。 </p><p>　?。?）重復(fù)性：重復(fù)性是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線

27、不一致的程度。 </p><p>　?。?）漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。 </p><p><b>　　二、傳感器動(dòng)態(tài)特性</b></p><p>　　所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。

28、在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。 </p><p><b>　　三、傳感器的線性度</b></p>

29、;<p>　　通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。 </p><p>　　擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。

30、 </p><p>　　四、 傳感器的靈敏度</p><p>　　靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對(duì)輸入量變化△x的比值。 </p><p>　　它是輸出與輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間呈線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。 </p><p>　　靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。

31、例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。 </p><p>　　當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。 </p><p>　　提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 </p><p><b>　　五、傳感器的分辨率</b>

32、;</p><p>　　分辨率是指?jìng)鞲衅骺筛惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨率時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。 </p><p>　　通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變

33、化值作為衡量分辨率的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相關(guān)性。 </p><p>　　六、傾角傳感器的簡(jiǎn)介</p><p>　　傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測(cè)量，從工作原理上可分為“固體擺”式、“液體擺”式、“氣體擺”三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來(lái)測(cè)量相對(duì)于水平面的傾角變化量。理論基礎(chǔ)就是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，速

34、度是無(wú)法測(cè)量的，但卻可以測(cè)量其加速度。如果初速度已知，就可以通過(guò)積分計(jì)算出線速度，進(jìn)而可以計(jì)算出直線位移。所以它其實(shí)是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器。當(dāng)傾角傳感器靜止時(shí)也就是側(cè)面和垂直方向沒(méi)有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。</p><p>　　固體擺式慣性器件：固體擺在設(shè)計(jì)中廣泛采用力平衡式伺服系統(tǒng)，其由擺錘、擺線、支架組成。在小角度范圍內(nèi)測(cè)量

35、時(shí)，可以認(rèn)為擺錘受力F與擺線與垂直線構(gòu)成的角度θ成線性關(guān)系。如應(yīng)變式傾角傳感器就基于此原理。</p><p>　　液體擺式慣性器件： 液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有導(dǎo)電液，并有三根鉑電極和外部相連接，三根電極相互平行且間距相等。當(dāng)殼體水平時(shí)，電極插入導(dǎo)電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時(shí)，電極之間會(huì)形成離子電流，兩根電極之間的液體相當(dāng)于兩個(gè)電阻RI和RIII。若液體擺水平時(shí)，則RI=RI

36、II。當(dāng)玻璃殼體傾斜時(shí)，電極間的導(dǎo)電液不相等，三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化，但中間電極浸入深度基本保持不變。左邊電極浸入深度小，則導(dǎo)電液減少，導(dǎo)電的離子數(shù)減少，電阻RI增大，相對(duì)極則導(dǎo)電液增加，導(dǎo)電的離子數(shù)增加，而使電阻RIII 減少，即RI>RIII。反之，若傾斜方向相反，則RI<RIII。 在液體擺的應(yīng)用中也有根據(jù)液體位置變化引起應(yīng)變片的變化，從而引起輸出電信號(hào)變化而感知傾角的變化。在實(shí)用中除此類型外，還有在電解質(zhì)溶

37、液中留下一氣泡，當(dāng)裝置傾斜時(shí)氣泡會(huì)運(yùn)動(dòng)使電容發(fā)生變化而感應(yīng)出傾角的“液體擺”。</p><p>　　氣體擺式慣性器件：氣體在受熱時(shí)受到浮升力的作用，如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣，熱氣流總是力圖保持在鉛垂方向上，因此也具有擺的特性?！皻怏w擺”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線組成。當(dāng)腔體所在平面相對(duì)水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時(shí)，熱線的阻值發(fā)生變化，并且熱線阻值的變化是角度或加速度的函數(shù)，因而也具有擺的

38、效應(yīng)。其中熱線阻值的變化是氣體與熱線之間的能量交換引起的。</p><p>　　就基于固體擺、液體擺及氣體擺原理研制的傾角傳感器而言，它們各有所長(zhǎng)。在重力場(chǎng)中，固體擺的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量，液體擺的敏感質(zhì)量是電解液，而氣體擺的敏感質(zhì)量是氣體。氣體是密封腔體內(nèi)的唯一運(yùn)動(dòng)體，它的質(zhì)量較小，在大沖擊或高過(guò)載時(shí)產(chǎn)生的慣性力也很小，所以具有較強(qiáng)的抗振動(dòng)或沖擊能力。但氣體運(yùn)動(dòng)控制較為復(fù)雜，影響其運(yùn)動(dòng)的因素較多，其精度無(wú)法達(dá)到軍

39、用武器系統(tǒng)的要求。固體擺傾角傳感器有明確的擺長(zhǎng)和擺心，其機(jī)理基本上與加速度傳感器相同。在實(shí)用中產(chǎn)品類型較多如電磁擺式，其產(chǎn)品測(cè)量范圍、精度及抗過(guò)載能力較高，在武器系統(tǒng)中應(yīng)用也較為廣泛。 液體擺傾角傳感器介于兩者之間，但系統(tǒng)穩(wěn)定，在高精度系統(tǒng)中，應(yīng)用較為廣泛，且國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品多為此類。</p><p>　　1、2懸架系統(tǒng)基本知識(shí)</p><p>　　懸架系統(tǒng)是保證乘坐舒適性的重要部件，又是保證汽

40、車平順行駛的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標(biāo)之一。 </p><p>　　汽車車架（或車身）若直接安裝于車橋（或車輪）上，由于道路不平，由于地面沖擊使貨物和人會(huì)感到十分不舒服，這是因?yàn)闆](méi)有懸架裝置的原因。汽車懸架是車架（或車身）與車軸（或車輪）之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。它的作用是彈性地連接車橋和車架（或車身），緩和行駛中車輛受到的沖擊力。由于彈性系統(tǒng)引進(jìn)的振動(dòng)，

41、使汽車行駛中保持穩(wěn)定的姿勢(shì)，改善操縱穩(wěn)定性；保證貨物完好和人員舒適；同時(shí)懸架系統(tǒng)承擔(dān)著傳遞垂直反力，縱向反力（牽引力和制動(dòng)力）和側(cè)向反力以及這些力所造成的力矩作用到車架（或車身）上，以保證汽車行駛平順；并且當(dāng)車輪相對(duì)車架跳動(dòng)時(shí)，特別在轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪運(yùn)動(dòng)軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車輪按一定軌跡相對(duì)車身跳動(dòng)的導(dǎo)向作用。</p><p>　　1、2、1 懸架系統(tǒng)簡(jiǎn)述</p><p>　　

42、懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對(duì)汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統(tǒng)在汽車上是重要的組成之一。</p><p>　　懸架系統(tǒng)的組成和影響因素：一般懸架由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成。彈性元件用來(lái)承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對(duì)車身的沖擊。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。減振器用來(lái)衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動(dòng)

43、，減振器的類型有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來(lái)傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時(shí)保持車輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對(duì)車身跳動(dòng)，通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過(guò)大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。汽車的

44、固有頻率是衡量汽車平順性的重要參數(shù)，它由懸架剛度和懸架彈簧支承的質(zhì)量（簧載質(zhì)量）所決定。人體所習(xí)慣的垂直振動(dòng)頻率約為1～1.6Hz。車身振動(dòng)的固有頻率應(yīng)接近或處于人體適應(yīng)的頻率范圍，才能滿足舒適性要求。固有頻率按下式計(jì)算：C(=Mg/f)</p><p>　　g-重力加速度； f-懸架垂直變形（撓度） M-懸架簧載質(zhì)量。</p><p>　　懸架剛度是指懸架產(chǎn)生單位垂直壓縮變形所需加于懸架

45、上的垂直載荷。從固有頻率公式可以看出，在懸架垂直載荷一定時(shí)，懸架剛度越小，固有頻率就越低，但懸架剛度越小，載荷一定時(shí)懸架垂直變形就越大。這樣若無(wú)有足夠大的限位行程，就會(huì)使撞擊限位塊的概率增加。若固有頻率選取過(guò)低，很可能會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)點(diǎn)頭角，轉(zhuǎn)彎側(cè)貨角，空載和滿載車身高度變化過(guò)大。一般貨車固有頻率是1.5～2Hz，旅行客車1.2～1.8Hz，高級(jí)轎車1～1.3Hz。另外，當(dāng)懸架剛度一定時(shí)，簧載質(zhì)量越大，懸架垂直變形也愈大，而固有頻率越低。空車

46、時(shí)的固有頻率要比滿載時(shí)的高?；奢d質(zhì)量變化范圍大，固有頻率變化范圍也大。為了使空載和滿載固有頻率保持一定或很小變化，需要把懸架剛度做成可變或可調(diào)的。</p><p>　　影響汽車平順性的另一個(gè)懸架指標(biāo)是簧載質(zhì)量?；奢d質(zhì)量分為簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量?jī)刹糠?，由彈性元件承載的部分質(zhì)量，如車身、車架及其它所有彈簧以上的部件和載荷屬于簧上質(zhì)量。車輪、非獨(dú)立懸架的車軸等屬于簧載質(zhì)量，也叫非簧載質(zhì)量M。如果減小非簧載質(zhì)量可使車身振動(dòng)

47、頻率降低，而車輪振動(dòng)頻率升高，這對(duì)減少共振，改善汽車的平順性是有利的。非簧載質(zhì)量對(duì)平順性的影響，常用非簧載質(zhì)量和簧載質(zhì)量之比m/M進(jìn)行評(píng)價(jià)，此比值越小越佳。</p><p>　　影響汽車平順性的另一重要指標(biāo)是阻尼比Ψ，Ψ值取大，能使振動(dòng)迅速衰減，但會(huì)把路面較大的沖擊傳遞到車身，Ψ值取小，振動(dòng)衰減慢，受沖擊后振動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使乘客感到不舒服。為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比Ψ設(shè)計(jì)得比伸張小。&l

48、t;/p><p>　　懸架的側(cè)傾角剛度及前后匹配是影響汽車操縱穩(wěn)定性的重要參數(shù)。當(dāng)汽車受側(cè)向力作用發(fā)生車身側(cè)傾，若側(cè)傾角過(guò)大，乘客會(huì)感到不安全，不舒適，如側(cè)傾角過(guò)小，車身受到橫向沖擊較大，乘客也會(huì)感到不適，司機(jī)路感不好。所以，整車側(cè)傾角剛度應(yīng)滿足：當(dāng)車身受到0.4g側(cè)向加速度時(shí)，其側(cè)傾角在2.5～4°范圍內(nèi)，汽車有一定不足轉(zhuǎn)向特性，前懸架側(cè)傾角剛度應(yīng)大于后懸架側(cè)傾角剛度。一般前懸架側(cè)傾角剛度與后懸架側(cè)傾角剛

49、度比應(yīng)在1.4～2.6范圍內(nèi)，如前后懸架本身不能滿足上述要求，可在前后懸架中加裝橫向穩(wěn)定桿，提高汽車操縱穩(wěn)定性。</p><p>　　1、2、2 現(xiàn)在懸架系統(tǒng)的分類</p><p>　　懸掛系統(tǒng)可以分為兩大主要類型:非獨(dú)立式和獨(dú)立式。獨(dú)立式懸掛分為雙叉臂式和麥佛遜支柱式。雙叉臂懸掛有以下特性:1、設(shè)定幾何形狀時(shí)可獲得較大的自由度，精確的設(shè)定可以提高駕駛舒適性，轉(zhuǎn)向性能以及其它性能。 2、懸

50、掛可以支承非垂直外力，從面減少減振器的摩擦力，確保減振器達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。 3、懸掛的縱向尺寸可以減小。 4、轉(zhuǎn)向時(shí)，車輪外傾稍微減少，因此，輪胎與地面的接觸面更大，確保運(yùn)動(dòng)能夠得到有效地傳遞。</p><p>　　麥佛遜支柱式懸掛的特性：1、零件少，總成的質(zhì)量輕，總成安裝簡(jiǎn)單，更加便于保養(yǎng)。 2、彈簧質(zhì)量減少。 3、幾何形狀的設(shè)定自由度較小，并產(chǎn)生相對(duì)較大的車輪外傾磨損。 4、總成的垂直尺寸較大。 5、減振器

51、總成可以支承非垂直外力，從面減小減振器摩擦力的傳送。</p><p>　　1、2、3 懸架控制系統(tǒng)的分類</p><p>　　懸架依據(jù)其可控性可以分為不可控的被動(dòng)懸架和可控的智能懸架兩大類。在多變環(huán)境或性能要求高且影響因素復(fù)雜的情況下，被動(dòng)懸架難以滿足期望的性能要求；而智能懸架能夠?qū)π旭偮访?、汽車的工況和載荷等狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而控制懸架本身特性及工作狀態(tài)，使汽車的整體行駛性能達(dá)到最佳。智能

52、懸架中主動(dòng)、半主動(dòng)懸架在近年來(lái)得到了迅速發(fā)展，較好地解決了安全性和舒適性這一對(duì)矛盾，將其緩和至相對(duì)較低。</p><p><b>　　一、主動(dòng)懸架</b></p><p>　　主動(dòng)懸架是一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括測(cè)量系統(tǒng)、反饋控制中心、能量源和執(zhí)行器四個(gè)部分。其原理是測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)傳感器獲得車輛振動(dòng)信息，傳遞給控制中心進(jìn)行處理，進(jìn)而由控制中心發(fā)出指令給能量源產(chǎn)生控制力，再由

53、執(zhí)行器進(jìn)行控制，衰減懸架的振動(dòng)。由于主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，需要很大的能量消耗，它的發(fā)展受到了一定的制約，只在少數(shù)高級(jí)轎車中有所應(yīng)用。主動(dòng)懸架是近十幾年發(fā)展起來(lái)的，由電腦控制的一種新型懸架，具備三個(gè)條件：（1）具有能夠產(chǎn)生作用力的動(dòng)力源；（2）執(zhí)行元件能夠傳遞這種作用力并能連續(xù)工作；（3）具有多種將有關(guān)數(shù)據(jù)集中到微電腦進(jìn)行運(yùn)算并決定控制方式。因此，主動(dòng)懸架匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識(shí)，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。圖1.1為主動(dòng)懸架的原

54、理圖，其中F代表力發(fā)生器。</p><p>　　圖1.1 主動(dòng)懸架原理圖</p><p><b>　　二、半主動(dòng)懸架</b></p><p>　　半主動(dòng)懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、基本不需要消耗能量等優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)振動(dòng)的控制效果在一定程度上卻可以接近主動(dòng)懸架，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于被動(dòng)懸架，因而越來(lái)越受到業(yè)界的重視，得到了飛速發(fā)展。半主動(dòng)懸架與主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)相似，

55、只是半主動(dòng)懸架用可調(diào)剛度的彈性元件或是可調(diào)阻尼的減振器代替主動(dòng)懸架的力發(fā)生器。圖1.2的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中，一個(gè)連續(xù)可調(diào)的阻尼器與一個(gè)傳統(tǒng)的普通彈簧并聯(lián)，需要假定系統(tǒng)中的阻尼器能夠完全獨(dú)立于懸架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且能根據(jù)力控制信號(hào)做出反應(yīng)。</p><p>　　圖1.2 半主動(dòng)原理圖</p><p>　　1、3本論要研究的內(nèi)容</p><p>　　本章主要介紹了本課題國(guó)內(nèi)外

56、的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，還簡(jiǎn)述了傳感器和懸架系統(tǒng)的基本知識(shí)，這是為了很好的確定傳感器種類選擇和懸架控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中，傳感器選擇了固體擺電容傾角傳感器，原因是電容原理的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、精度高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、抗過(guò)載能力大，對(duì)溫度、輻射和振動(dòng)等惡劣條件適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)；主要論述了傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、信號(hào)調(diào)理電路。懸架控制系統(tǒng)選擇了半主動(dòng)懸架控制，原因是半主動(dòng)懸架與主動(dòng)懸架相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、基本不需要消耗能量

57、等優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)振動(dòng)的控制效果在一定程度上卻可以接近主動(dòng)懸架，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于被動(dòng)懸架?？偟膩?lái)說(shuō)要完成以下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)出分辨率為1度、量程為15度的固體擺電容傾角傳感器，主要研究其結(jié)構(gòu)原理和信號(hào)調(diào)理。</p><p>　?。?）怎樣實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度補(bǔ)償、調(diào)理電路的參數(shù)選擇。</p><p>　?。?）如何使用單片機(jī)對(duì)傳感器輸出數(shù)據(jù)分析處理及顯示。<

58、;/p><p>　　（4）單片機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　第二章 固體擺電容傾角傳感器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案：</b></p><p>　　利用德國(guó)AMG公司生產(chǎn)的CAV424集成芯片處理固體擺電容傾角傳感器輸出的微弱信號(hào)，并使CAV424輸出的電壓信號(hào)與傾角傳感器測(cè)出的傾角變化成線

59、性關(guān)系，CAV424輸出信號(hào)經(jīng)放大器和A/D轉(zhuǎn)換后輸入AT89C51再送去顯示和控制懸架減震器的軟硬度。</p><p><b>　　圖2.1：系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　2、1差動(dòng)電容變面積傳感器工作原理</p><p>　　為了提高傳感器的靈敏度和線性度，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成變面積差動(dòng)傳感器?；竟ぷ髟砣鐖D4：</p>&

60、lt;p>　　圖2.2 變面積電容傳感器工作原理</p><p>　　極板1平行極板2、3，極板1和極板2產(chǎn)生的電容為C，極板1和極板3產(chǎn)生的電容為C，當(dāng)極板1向x軸右移動(dòng)時(shí)，極板1、3間的相對(duì)覆蓋面積發(fā)生變化，即增加A,同時(shí)極板1和極板2之間的覆蓋面積減小A，因此極板1和極板2、3產(chǎn)生的電容發(fā)生了變化，即一個(gè)減小，另一個(gè)增加，這樣就構(gòu)成了變面積差動(dòng)電容傳感器的工作原理。</p><p

61、>　　假設(shè)極板之間只有空氣一種介質(zhì)，則：</p><p>　　C=×（A-A） C (1)</p><p>　　C=×（A+A） C （2）</p><p>　　上式中C為極板1和極板2產(chǎn)生的電容量；C為極板1和極板3產(chǎn)生的電容量；A為原來(lái)極板1和極板2、3的正對(duì)面積；A為極板1和極板2、3發(fā)生變化的面積變化量；為空氣電介常數(shù)

62、；d為兩極板之間的距離。</p><p>　　由上式可以算出極板1移動(dòng)前后的電容發(fā)生變化量：</p><p>　　C= C-C=×（A+A）—×（A-A）=2A C （3）</p><p>　　其靈敏度K===2 (4)</p><p>　　據(jù)此，如果忽略

63、極板間有一種以上的介質(zhì)，而只有空氣，則與兩平行極板間電容靈敏度相比，可以確定差動(dòng)式電容變面積傳感器比非差動(dòng)式電容變面積傳感器，其靈敏度提高了一倍；另一個(gè)特點(diǎn)是變面積電容傳感器有良好的線性度。</p><p>　　2、2傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理</p><p>　　電容原理的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、精度高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、抗過(guò)載能力大，對(duì)溫度、輻射和振動(dòng)等惡劣條件適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，

64、而這些特點(diǎn)正適合傾角傳感器的使用特性技術(shù)特性。因此把傾角傳感器的敏感元件設(shè)計(jì)成差動(dòng)電容變面積原理，可以將被測(cè)的傾斜角度的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化，繼而以電信號(hào)輸出。</p><p>　　圖2.3 傳感器結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　傾角傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示，其敏感部分設(shè)計(jì)成圓弧形狀，盡管不是平行極板，但是擺錘與兩極板之間的間距是均勻一致的，絕緣層把圓弧分成X極和X極兩個(gè)獨(dú)立部分，且極板

65、與擺錘的寬度是一樣的。這樣設(shè)計(jì)主要是利用擺錘受重力影響變化使擺錘與極板之間的覆蓋面積改變使傾斜角度的變化和電容量大小變化有很好的線性變化。在沒(méi)傾斜時(shí)，擺錘在兩極板的中間，即與X極和X極產(chǎn)生的電容量C大小相等；當(dāng)被測(cè)物發(fā)生傾斜時(shí)，即擺錘向左擺，X極和擺錘的正對(duì)覆蓋面積增加，而X極和擺錘的正對(duì)覆蓋面積減小。這樣電容就發(fā)生了變化。</p><p>　　當(dāng)被測(cè)物沒(méi)傾斜時(shí)，兩極板和擺錘的電容為：</p>&l

66、t;p>　　C=A C （5）</p><p>　　當(dāng)被測(cè)物發(fā)生角度傾斜時(shí)，電極之間有效覆蓋面積的變化量為：</p><p>　　A= A m （6）</p><p>　　所以變化前后的電容為：</p><p>　　C=× A C（7）</p><p&g

67、t;　　式中為空氣電介常數(shù)；d為極板之間距離；A為沒(méi)傾斜時(shí)有效覆蓋面積。</p><p>　　2、3 對(duì)電容傳感器產(chǎn)生影響的處理</p><p>　　2、3、1電容電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)</p><p>　　理想條件下，平行版電容器的電場(chǎng)分布于兩級(jí)板所圍成的空間，這僅是簡(jiǎn)化電容量計(jì)算的一種假定。當(dāng)考慮電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí)，情況就復(fù)雜得多，邊緣效應(yīng)的影響相當(dāng)于傳感器并聯(lián)一個(gè)附加電

68、容，引起了傳感器的靈敏度下降和非線性增加。為了克服邊緣效應(yīng)，首先應(yīng)增大初始電容量，即增大極板面積，減小極板間距；其次，加等位環(huán)。而等位環(huán)是消除邊緣效應(yīng)的有效方法。所以本設(shè)計(jì)在X極和X極都接了等位環(huán)。</p><p>　　2、3、2寄生和分布電容的影響</p><p>　　一般電容傳感器的電容值很小，如果激勵(lì)電源頻率較低，則電容傳感器的容抗很大。因此，對(duì)傳感器絕緣電阻要求太高；另一方面?zhèn)鞲衅?/p>

69、除有極板間有電容外，極板與周圍也產(chǎn)生電容聯(lián)系，這種電容稱為寄生電容。它不僅改變了傳感器的電容量，而且使傳感器工作不穩(wěn)定。為了減小寄生電容對(duì)傳感器的影響，本設(shè)計(jì)采用靜電屏蔽措施，將電容器極板放置在金屬殼體內(nèi)，并將殼體與大地相連。</p><p>　　由于分布電容使傳感器的靈敏度大大下降，因此在本設(shè)計(jì)中采用驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。</p><p>　　2、4 傳感器信號(hào)調(diào)理</p><

70、;p>　　電容傳感器的信號(hào)調(diào)理電路通常有交流不平衡電橋、二極管環(huán)形檢波電路、差動(dòng)脈沖寬度等方法,無(wú)論用上述那一種調(diào)理電路所得到的電壓值需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后才能輸入計(jì)算機(jī),其測(cè)量精度與A/D轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)有關(guān)。然而，在本設(shè)計(jì)中考慮了傳感器信號(hào)被轉(zhuǎn)換后要輸入單片機(jī)，所以選擇了德國(guó)AMG公司生產(chǎn)的CAV424電容信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片。這有兩個(gè)方面的好處，一方面使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，另一方面使電容的變化與CAV424芯片輸出的直流電壓成正比，同時(shí)為后繼

71、對(duì)信號(hào)處理提供了方便。</p><p>　　2、4、1 CAV424簡(jiǎn)介</p><p>　　CAV424是一個(gè)多用途的處理各種電容式傳感器信號(hào)的完整的轉(zhuǎn)換接口集成電路。它同時(shí)具有信號(hào)采集(相對(duì)電容量變化)、處理和差分電壓輸出的功能，能夠測(cè)量出一個(gè)被測(cè)電容和參考電容的差值。在相對(duì)于參考電容值(10 pF~1nF)5％～100％的范圍內(nèi)，可以檢測(cè)0pF一2nF的電容值，且其輸出差分電壓最大

72、可達(dá)士1．4 V；同時(shí)，CAV424還具有內(nèi)置溫度傳感器。</p><p>　　2、4、2 CAV424的檢測(cè)原理</p><p>　　1個(gè)通過(guò)電容C確定頻率的參考振蕩器驅(qū)動(dòng)2個(gè)構(gòu)造對(duì)稱的積分器，并使它們?cè)跁r(shí)間和相位上同步。這2個(gè)積分器的振幅通過(guò)電容C和C確定。這里，C作為參考電容，而C作為被測(cè)電容。由于積分器具有很高的共模抑制比和分辨率，所以比較2個(gè)振幅的差值得到的信號(hào)反映出2個(gè)電容C

73、和C的相對(duì)變化量。該差分信號(hào)通過(guò)1個(gè)二級(jí)低通濾波器轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，并經(jīng)過(guò)輸出可調(diào)的差分級(jí)輸出。只要簡(jiǎn)單調(diào)整很少的元件，就可以改變低通濾波器的濾波常數(shù)和放大倍數(shù)。參考振蕩器對(duì)外接的振蕩器電容C和與它相關(guān)的內(nèi)部寄生電容C、PAR、INT以及外接的寄生電容C、PAR、EXT充電，然后放電。振蕩器的電容近似地取為C=1．6C。參考振蕩器電流I=VM／R。實(shí)測(cè)振蕩器的輸出波形，即是任一片CAV424的12腳輸出波形。CAV424應(yīng)用電路原理框

74、圖：</p><p>　　圖2.4 應(yīng)用電路原理框圖及引腳功能圖</p><p>　　電容式積分器的工作方式與參考振蕩器的工作方式接近，區(qū)別在于前者放電時(shí)間是參考振蕩器的一半，其次前者的放電電壓被鉗制在一個(gè)內(nèi)部固定的電壓VCLAAMP上，實(shí)測(cè)2片CAV424的14腳和16腳(電容積分器的輸出電壓)， 兩個(gè)積分器的輸出電壓經(jīng)內(nèi)部信號(hào)調(diào)理后的輸出，在理想狀況下應(yīng)為：</p>&l

75、t;p>　　VLPOUT=VDIFF+VM （8）</p><p>　　其中差分信號(hào)VDIFF=（1+）× (V-V) V（9）</p><p>　　上式中VM為參考電壓，并取VM=2.5V。</p><p>　　在被設(shè)計(jì)中，CAV424的參考電容大小取為傳感器沒(méi)傾斜是動(dòng)極板與靜極板產(chǎn)生的電容C，這樣就使C和C的開始電容大小相等，同時(shí)CAV4

76、24輸出的直流電壓信號(hào)與電容的變化量成正比。假設(shè)此正比系數(shù)為k，電容C和C的相對(duì)變化為C=× A，則由（9）式得：</p><p>　　VDIFF= k（1+）× A V （10）</p><p>　　式中為傳感器傾斜角度;R和R為外接電阻。</p><p>　　在實(shí)際的測(cè)量中，傳感器為了減小現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和傳感器內(nèi)部環(huán)境的改變使傳感器的靈敏度下

77、降，傳感器往往被做成差動(dòng)式，故在被設(shè)計(jì)中要用2片CAV424芯片，并接成差動(dòng)式。如圖7所示：</p><p>　　圖2.5 實(shí)際CAV424應(yīng)用電路圖</p><p>　　傾角傳感器放在水平位置時(shí)，差動(dòng)電容C10=C20=50pF，所以應(yīng)CAV424的參考電容C11=C21=50pF，振蕩電容C12=C22=1.6C11=80pF，低通濾波電容C13=C14=C23=C24=200C11=

78、10nF，穩(wěn)定參考電壓VM的電容負(fù)載C15=C25=100nF，電流調(diào)整電阻R11=R12=R21=R22=500kΩ。參考振蕩器電流設(shè)定電阻R13=R23=250kΩ。為了調(diào)整VLPOUT，把輸出級(jí)電阻均調(diào)整為100kΩ的電位器。另外，為了提高電路的穩(wěn)定性，在CAV424的引腳4和地之間接了10nF的電容C16和C26。</p><p><b>　　2、5系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p&

79、gt;<p>　　2、5、1 放大電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　運(yùn)放電路用來(lái)合成和放大2片CAV424輸出的電壓信號(hào)，使其轉(zhuǎn)換為易被單片機(jī)處理的O～5V直流電壓。若按一般設(shè)計(jì)原則，這里應(yīng)選用儀用放大器；但考慮到儀用放大器成本較高，而且由于前級(jí)使用了兩片CAV424，其輸出電壓已經(jīng)較高，所以這里選用了性價(jià)比較高的四運(yùn)放TL084作為信號(hào)調(diào)理電路。實(shí)驗(yàn)表明其精度完全達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求?？紤]到后級(jí)電路

80、的簡(jiǎn)易性，這里采用兩級(jí)運(yùn)放。第一級(jí)用兩片CAV424的VLPOUT分別作為運(yùn)放的正反相輸入，使傾角傳感器在±15°變化時(shí)，V輸出為±2.5V，用2片CV424的任一V端作為第二級(jí)運(yùn)放的同相輸入端，使V輸出電壓為0～5V。然后，再把此信號(hào)作為單片機(jī)的模擬輸入信號(hào)，如圖8所示：</p><p>　　圖2.6 實(shí)際運(yùn)算放大電路</p><p>　　這里，選取R1=

81、R2=R3=R4=R5=Rf2=10kΩ，Rf1=Rp1=100kΩ，則</p><p>　　U =R/R (Vlpoutl-Vlpout2)      （11）</p><p>　　U=V-U           

82、0;         （13）</p><p>　　把式(1)代入式(2)，可得U= V+ R／R (Vlpout1-Vlpout2)；由 （10）、 (11)、(12)可知：</p><p>　　U= V+ k（1+）× A V（13）</p><p>

83、　　所以在電路中可以通過(guò)調(diào)整R和R，使傾角傳感器在±15°內(nèi)變化時(shí)，U在0～5V內(nèi)變化。</p><p>　　2、5、2 采用ADC0809芯片做模數(shù)轉(zhuǎn)換</p><p>　　ADC0809芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs左右。</p>

84、;<p>　　一、ADC0809的主要性能： </p><p>　　(1) 8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL電平兼容。 </p><p>　　(2) 帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對(duì)8路0～5V模擬量進(jìn)行分時(shí)切換。 </p><p>　　(3) 輸出具有三態(tài)鎖存功能。 </p><p>　　(4) 分

85、辨率：8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間：100μs。 </p><p>　　(5) 不可調(diào)誤差：±1LBS，功耗：15mW。 </p><p>　　(6) 工作電壓：+5V，參考電壓標(biāo)準(zhǔn)值+5V。 </p><p>　　(7) 片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時(shí)鐘信號(hào)。 </p><p>　　二、ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

86、 </p><p>　　ADC0809是CMOS的8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近原理進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，芯片內(nèi)有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分，可對(duì)8路0～5V的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。模擬多路開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存譯碼器組成，可選通8路模擬輸入中的任何一路，地址鎖存信號(hào)ALE將3位地址信號(hào)ADDA、ADDB、ADDC進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中的一路，被選中的通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換

87、部分包括比較器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時(shí)序電路等。另外ADC0809輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到CPU數(shù)據(jù)總線上。 </p><p>　　三、ADC0809的多路轉(zhuǎn)換： </p><p>　　在實(shí)時(shí)控制與實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中，被控制與被測(cè)量的電路往往是幾路或幾十路，對(duì)這些電路的參數(shù)進(jìn)行模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換時(shí)，常采用公共的模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。因此

88、，對(duì)各路進(jìn)行轉(zhuǎn)換是分時(shí)進(jìn)行的。此時(shí)，必須輪流切換各被測(cè)電路與模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路之間的通道，以達(dá)到分時(shí)切換的功能。 </p><p>　　四、ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)序：</p><p>　　首先輸入地址選擇信號(hào)，在ALE信號(hào)作用下，地址信號(hào)被鎖存，產(chǎn)生譯碼信號(hào)，選中一路模擬量輸入。然后輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)START（不小于100ns ），啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)送三態(tài)門鎖存，同時(shí)發(fā)出EO

89、C信號(hào)，在允許輸出信號(hào)控制下，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到外部數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　五、ADC0809與單片機(jī)接口電路</p><p>　　圖2.7 MCS51與ADC0809接口電路</p><p>　　如圖9所示，模擬通道信號(hào)選擇A、B、C分別接最低三位地址P0.0、P0.1、P0.2。而地址鎖存允許信號(hào)ALE由P2.7 控制，則8路模擬通道的控制地址為0FE

90、F8H~0FEFFH。此外，通道地址選擇以WD作為選通信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)送入單片機(jī)，在這過(guò)程中關(guān)鍵問(wèn)題是如何確定A/D轉(zhuǎn)換完成，因?yàn)橹挥写_定后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。判斷A/D是否完成主要有三種方法：定時(shí)傳輸方式、中斷式、查詢方式。在本設(shè)計(jì)中我選擇了延時(shí)（定時(shí)）方式進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這樣選擇主要是讓單片機(jī)節(jié)約時(shí)間及處理更多的數(shù)據(jù)。</p><p>　　2、5、3 AT89C51芯片</p>&l

91、t;p>　　AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 的8位單片機(jī)帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器（PENROM）。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單片機(jī)兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的AT89C51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。</p><p>　　AT89C51提供以下的功能標(biāo)

92、準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。另外，AT89C51還可以進(jìn)行50HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。<

93、;/p><p>　　AT89C51的復(fù)位電路：</p><p>　　圖2.8 RC復(fù)位電路</p><p>　　2、5、4 顯示電路</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用串行靜態(tài)顯示，硬件接口如圖11:</p><p>　　圖2.9 串行3位顯示硬件電路</p><p><b>　　2、

94、6 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件主要處理數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、顯示、懸架控制等的程序。采集數(shù)存于30H~37H；A/D轉(zhuǎn)換數(shù)存于38H~40H；滑動(dòng)濾波占RAM內(nèi)存地址為：41H~49H；標(biāo)度變環(huán)存于50H~57H；顯示存于58H~60H。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，主程序的初始化只對(duì)A/D進(jìn)行初始，其它的初始化程序放到相應(yīng)的子程序中。<

95、;/p><p>　　圖2.10 主程序流程圖</p><p>　　2、6、1 A/D轉(zhuǎn)換程序</p><p>　　由圖9的硬件連接方式得：將P2.7作為片選信號(hào)，在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的WD和P2.7控制ADC的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。由于ALE與START連在一起，ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用單片機(jī)的DR和P2.7引腳經(jīng)一

96、級(jí)或非門產(chǎn)生后的正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。</p><p>　　圖2.11 一路A/D轉(zhuǎn)換流程圖</p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　ADC0809：MOV R1，#30H ；置需轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)首地址</p><p>　　MOV DTPR, #7FF8H ;ADC080

97、9初始化</p><p>　　LOOP: MOVX @DTPR,A ;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　MOV R6，#0AH ;軟件延時(shí)</p><p>　　DALY: NOP</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　

98、　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R6，DLAY</p><p>　　MOVX A, @DTPR</p><p>　　MOV R1，#38H ;存儲(chǔ)

99、數(shù)據(jù)</p><p>　　MOV @R1，A</p><p>　　2、6、2 滑動(dòng)平均濾波設(shè)計(jì)</p><p>　　方法：把連續(xù)取N個(gè)采樣值看成一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列的長(zhǎng)度固定為N，每次采樣到一個(gè)新數(shù)據(jù)放入隊(duì)尾,并扔掉原來(lái)隊(duì)首的一次數(shù)據(jù)(先進(jìn)先出原則)，把隊(duì)列中的N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均運(yùn)算,就可獲得新的濾波結(jié)果。（N值的選?。毫髁浚琋=12；壓力：N=4；液面，N=4~1

100、2；溫度，N=1~4 ）本設(shè)計(jì)的N取8.</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高，實(shí)時(shí)性好，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，適用于高頻振蕩的系統(tǒng)。</p><p>　　缺點(diǎn)：靈敏度低；對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用較差；不易消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差；不適用于脈沖干擾比較嚴(yán)重的場(chǎng)合；比較浪費(fèi)RAM。</p><p>　　圖2.12 濾波

101、流程圖</p><p>　　程序：A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存在38H~40H。</p><p>　　FLT30：MOV A,38H ；采新值放入A中</p><p>　　MOV @R0,A ;排入隊(duì)尾</p><p>　　INC R0 ；調(diào)整隊(duì)尾指針</p><p><b>　　MOV

102、 A，R0</b></p><p>　　ANL A，#40H</p><p>　　MOV R0，A ；建新隊(duì)尾</p><p>　　MOV R1，#38H ;初始化</p><p>　　MOV R2, #00H</p><p>　　MOV R3, #00H</p>&

103、lt;p>　　FTL31：MOV A,@R1 ；取一個(gè)采樣值</p><p>　　ADD A, R3 ；累加到R3、R2</p><p><b>　　MOV R3，A</b></p><p><b>　　CLR A</b></p><p>　　ADDC A, R2<

104、/p><p><b>　　MOV R2， A</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　CJNE R1，#40H,FEL31 ;累計(jì)完8次</p><p>　　FTL32：SWAP A ;(R2,R3)/8</p><

105、;p><b>　　XCH A, R3</b></p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　ADD A, #80H ;四舍五入</p><p>　　ANL A, #0FH</p><p>　　ADDC A, R3 ；結(jié)果存41H中</p&

106、gt;<p>　　MOV R4，#41H </p><p><b>　　MOV @R4，A</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　2、6、3 標(biāo)度變換程序設(shè)計(jì)</p><p>　　由于信號(hào)從傳感器輸出到A/D轉(zhuǎn)換都是線性的，因此可以用公式：A

107、=A×D+B 進(jìn)行編程。由公式13和硬件電路的調(diào)整可得：傾角在±15°內(nèi)變化時(shí)，輸入A/D轉(zhuǎn)換的電壓U在0～5V內(nèi)變化，可知公式中A=0.1,B=-15，在計(jì)算機(jī)中分別表示為：0001B,1FH，且放在EPROM中，地址為21H和22H。</p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　BDCHAN: MOV @R0, 2

108、1H ;標(biāo)度變換初始化</p><p>　　MOV @R1， 22H</p><p>　　MOV @R2, 41H ;讀濾波后的數(shù)放A</p><p><b>　　MOV A, R2</b></p><p>　　MUL R0 ;計(jì)算A×D</p><p&

109、gt;　　ADD A, R2 ;計(jì)算出A</p><p>　　MOV R0，#50H</p><p>　　MOV @R0，A ;存變換結(jié)果在50H</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　圖2.13 標(biāo)度變換流程圖</p><p>　　2、

110、6、4 顯示程序</p><p>　　由圖11硬件接法，要 P1.0口有效就允許串口發(fā)移位脈沖，要顯示的數(shù)是經(jīng)工程量變換后的數(shù)，即放在50H中，要顯示的“+”、“-”符號(hào)分別放在23H和24H中?！?”、“-”符號(hào)分別代表前傾和后蹲。</p><p>　　圖2.14 顯示程序流程圖</p><p><b>　　程序：</b></p>

111、;<p>　　DIR1: CLR C ;顯示初始化</p><p>　　MOV @R0, 40H</p><p><b>　　MOV A, R0</b></p><p>　　MOV SCON, #00H ；置串口方式0</p><p>　　SETB P1.0

112、 ；允許TXD發(fā)移位脈沖</p><p>　　MOV SBUF, 50H ；顯示傾角角度 </p><p>　　JNB TI, $ ；等待串行發(fā)送完</p><p>　　CLT TI ；清行中斷標(biāo)志</p><p>　　SBB A, #80H ；判斷傾角程度&