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基于AT89C52单片机的容栅传感器测距系统
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2018-01-19
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容栅传感器测距原理
长容栅 传感器 由定尺 和动尺组成 ，在定尺 和动 尺 的相对 面 上分别印制(或刻划)一系列互相绝缘、等间隔的金属栅状极 片。若将定 尺和动 尺的栅极 面相 对放 置，其 间充 填 电介 质 ，就 形成一对对并联连 接的 电容 (即容栅 )。根据 电场理 论并忽 略 边缘效 应 ，其最大电容量为 Cm~=n6ab (1) 式中：n为动尺栅极片数 ；s为极板间介质的介电常数，s=8 · s，；g。为真空介电常数 ，s。=8．0854×10～；s 为极板间介质的 相对介电常数 ；6为极板间距；n为栅极片的长度；b为栅极片的 宽度。 容栅数显卡尺动尺 和定尺 的结构 示意 图如 图 1所 示 。图 中动尺 上排列一系列尺寸相同 的发射极片用 E表示 ，公共 接收 极为 R，定尺上均匀排 列着 一系列 尺寸 相 同、宽度 和 间隙各 为 4z。的反射电极片 M。，M：，…，电极片间互相 电绝缘 。动尺 和定 尺的电极 片面相对 ，平 行安装 。 当容栅传感器的发射极被加上一个频率和相位严格按照 周期变化的激励电压信号时，根据电容器工作原理，在反射极 上将会感应产生与发射极频率及相位相同的电压信号。同理 ， 在接收极也将得到频率及相位与激励信号相同的感应电压信 号 。当动栅板相对于定栅板移动时 ，在反射极上将 产生 随位 移变化而导致相位与频率变化的感应信号，随之，接收极也产生 随反射极信 号变化而 变化 的感应信 号。接收极 上的变 化信 号 经过专用集成 电路 的处理 ，就可以知道位 移的大小 。
硬件 电路组成及原理
2．1 AT89C52单片机 所设计 的 MCU采用 AT89C52单片机 ，它采用 CHMOS工艺 及高密度 、非易失存 储技术 制造 ，与 80C51引脚 和指令 系统 完 全兼容，其内部所含功能部件如下 ：1个 8位 CPU；1个片内振 荡器及时钟电路 ；8kBPEROM；3个 16位定时／计数器；21个特 殊功能寄存器 ；4个 8位并行 I／O口，共 32条可编程 VO端线 ； 1个可编程全双工 串行 口；8个 中断源 。 2．2 电平转换电路 容栅传感器输出的电容信号经过容栅集成芯片的处理可转 化成为数字信号输出。其中输出信号有 4根线，分别为电源线(+1．5v)、地线(0V)、时钟控制线 CLK、串行数据输出线 Data． 时钟控制线 CLK输出同步时钟信号，在每次数据传送中， 开始为 54 s的高电平，表示数据传输开始。接下来串行数据 输出线 Data输出2组数据，前组为绝对数据；后组为相对数据 ， 每段数据有 24个时钟周期 。其中绝对数 据包 含基准 零位 的数 据 ，相对数据 为减去基准零位 的数据 -2]。在 2组数 据 的中间 有 110 s的高 电平 ，最后 为 75 的 高 电平 表示 数 据输 出完 毕 。其输出 的波形 图如 图 2所示 。
长容栅 传感器 由定尺 和动尺组成 ，在定尺 和动 尺 的相对 面 上分别印制(或刻划)一系列互相绝缘、等间隔的金属栅状极 片。若将定 尺和动 尺的栅极 面相 对放 置，其 间充 填 电介 质 ，就 形成一对对并联连 接的 电容 (即容栅 )。根据 电场理 论并忽 略 边缘效 应 ，其最大电容量为 Cm~=n6ab (1) 式中：n为动尺栅极片数 ；s为极板间介质的介电常数，s=8 · s，；g。为真空介电常数 ，s。=8．0854×10～；s 为极板间介质的 相对介电常数 ；6为极板间距；n为栅极片的长度；b为栅极片的 宽度。 容栅数显卡尺动尺 和定尺 的结构 示意 图如 图 1所 示 。图 中动尺 上排列一系列尺寸相同 的发射极片用 E表示 ，公共 接收 极为 R，定尺上均匀排 列着 一系列 尺寸 相 同、宽度 和 间隙各 为 4z。的反射电极片 M。，M：，…，电极片间互相 电绝缘 。动尺 和定 尺的电极 片面相对 ，平 行安装 。 当容栅传感器的发射极被加上一个频率和相位严格按照 周期变化的激励电压信号时，根据电容器工作原理，在反射极 上将会感应产生与发射极频率及相位相同的电压信号。同理 ， 在接收极也将得到频率及相位与激励信号相同的感应电压信 号 。当动栅板相对于定栅板移动时 ，在反射极上将 产生 随位 移变化而导致相位与频率变化的感应信号，随之，接收极也产生 随反射极信 号变化而 变化 的感应信 号。接收极 上的变 化信 号 经过专用集成 电路 的处理 ，就可以知道位 移的大小 。
硬件 电路组成及原理
2．1 AT89C52单片机 所设计 的 MCU采用 AT89C52单片机 ，它采用 CHMOS工艺 及高密度 、非易失存 储技术 制造 ，与 80C51引脚 和指令 系统 完 全兼容，其内部所含功能部件如下 ：1个 8位 CPU；1个片内振 荡器及时钟电路 ；8kBPEROM；3个 16位定时／计数器；21个特 殊功能寄存器 ；4个 8位并行 I／O口，共 32条可编程 VO端线 ； 1个可编程全双工 串行 口；8个 中断源 。 2．2 电平转换电路 容栅传感器输出的电容信号经过容栅集成芯片的处理可转 化成为数字信号输出。其中输出信号有 4根线，分别为电源线(+1．5v)、地线(0V)、时钟控制线 CLK、串行数据输出线 Data． 时钟控制线 CLK输出同步时钟信号，在每次数据传送中， 开始为 54 s的高电平，表示数据传输开始。接下来串行数据 输出线 Data输出2组数据，前组为绝对数据；后组为相对数据 ， 每段数据有 24个时钟周期 。其中绝对数 据包 含基准 零位 的数 据 ，相对数据 为减去基准零位 的数据 -2]。在 2组数 据 的中间 有 110 s的高 电平 ，最后 为 75 的 高 电平 表示 数 据输 出完 毕 。其输出 的波形 图如 图 2所示 。
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