基于C8051F005的电感式电子柱测微仪设计

　　0　引　　言

　　电感测微仪是一种能够测量微小尺寸变化的精密测量仪器，广泛应用于机械零件形位误差和尺寸误差测量中，国内常用的电感测微仪有指针式和数字式2种。电感式电子柱测微仪以其显示直观、清晰在国内外中被广泛使用[1]。

　　但目前国内电子柱测微仪存在着测量功能单一、扩展性差以及数字化程度低等问题，和国外电子柱的性能及稳定度、功能上有着一定差距，本课题设计的智能化高性能电子柱测微仪采用了CPLD设计的专用芯片驱动LED光柱，提高了微处理器的效率，保证了显示的稳定、清晰。在硬件设计上采用模块化的结构方式，为电子柱的进一步升级和功能扩展提供了空间，同时设计有基于RS232和RS485　2种串行通讯总线[2]，在机械零件测量的同时，可以与计算机进行通信交互数据，实现计算机数据采集、管理以及分析打印等功能。

　　1　测微仪系统设计

　　电感式电子柱测微仪主要由测量仪器主体和电感式测头两部分组成，变压器电桥电路是常用的1种精密测量电路形式[3]，电子柱测微仪通过激励信号发生器[4]为电感式测头和后级的相敏检波电路提供频率和幅度稳定正弦电压信号，正弦信号叠加在构成测量电桥电路的电感测头线圈上，当衔铁的位置处于两线圈的中间时，由于上下两线圈的电感量相等，电桥电路平衡，输出信号为零。当被测零件的微小位移带动电感测头线圈内活动衔铁的移动时，上下两个线圈的电感量必然会相对的发生变化，造成电桥电路的不平衡，如果衔铁上移，则上线圈的电感量增加，而下线圈的电感量必然则减少如果衔铁下移，则下线圈的电感量增加，而下线圈的电感量减小。电桥失去平衡后将输出一个调制后的正弦信号，调制后的信号幅度与衔铁的位移量成正比，信号相位与衔铁位移方向相关，信号频率与激励信号频率相同，微小信号经放大后由相敏检波电路处理得到一个与被测零件尺寸对应的直流电压信号，单片机通过A/D转换采集零件尺寸数据，经过数字滤波处理后进行数码管和三色电子光柱显示、输出模拟信号并完成超差报警、通信等。智能电感式电子柱测微仪系统的整体结构如图1所示。

　　2　电子柱测微仪硬件电路设计

　　电子柱测微仪主体的的硬件电路主要包括激励信号发生器、小信号放大电路、相敏检波电路以及单片机、光柱显示、通信电路等。小信号处理电路主要的作用是把电感式传感器输出的微小电信号进行放大，然后经相敏检波、信号再处理后提供给C8051F005的A/D采样。单片机将采集到的数据经过数字滤波处理和运算后，显示在三色LED光柱和数码管上[5]。用户可以通过键盘设置相应的公差参数或者利用计算机读取相应的测量数据进行统计、分析。