畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）無(wú)線三軸振動(dòng)檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

1、 摘 要本論文設(shè)計(jì)的是三軸振動(dòng)檢測(cè)儀的角度傳感器和加速度傳感部分，基于飛思卡爾公司的mma7455l芯片設(shè)計(jì)的一款可以測(cè)量x，y，z軸加速度的摸快。通過(guò)此模塊測(cè)量x，y，z的加速度值，經(jīng)cpu處理后，發(fā)送電路將這三個(gè)值以字節(jié)的形式無(wú)線發(fā)射至接收端，接收方單片機(jī)系統(tǒng)收到傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，再根據(jù)牛頓第二定理，通過(guò)程序設(shè)定算法，測(cè)出x，y ，z軸的偏角，并在顯示器上顯示。經(jīng)過(guò)調(diào)試可以達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)量的目的，且精度比較高。本論文首先介紹了振動(dòng)檢測(cè)的原理；其次介紹了整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和各模塊方案的比較，選擇；接著介紹了各部分電路的設(shè)計(jì)及原理；再者介紹了軟件設(shè)計(jì)流程并附上了程序代碼；最后論述了系統(tǒng)的調(diào)試過(guò)程。關(guān)鍵詞：

2、三軸振動(dòng)檢測(cè)儀；加速度；角度傳感；無(wú)線發(fā)射abstractthe thesis is the design of angle sensor and acceleration sensor ,which are the parts of three axis vibration tester.it was based on freescale mma7455l chip which can be a measurement of x, y, z axis acceleration, after the treatment by cpu, the sender of these three val

3、ues the form of a byte wireless transmitter to the receiver, the receiver microcontroller system to receive these datas,and then , according to the newtonian second law ,through setting algorithm of the program , measure x , y，z axis angle and show on the displayer.to debugging to achieve rea-time m

4、easurement ,and relatively high accuracy . this paper first introduces the principle of the vibration detection; comparison of the overall system design and module program, select; then presented design and principles of the various parts of the circuit; furthermore, the software design process and

5、attach code ; discusses the debugging process.keywords: three-axis vibration detector; acceleration; angle sensor; wireless transmitter目 錄摘 要iabstractii1 前 言12 振動(dòng)檢測(cè)原理22.1 振動(dòng)分類(lèi)22.2 振動(dòng)檢測(cè)原理22.3 振動(dòng)傳感器的分類(lèi)23 系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.1 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)53.2 方案設(shè)計(jì)53.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊53.2.2 無(wú)線收發(fā)模塊83.2.3 液晶顯示模塊94 硬件設(shè)計(jì)114.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)114.2 傳感器電路124.

6、3 顯示電路134.4 報(bào)警電路144.5 無(wú)線傳輸電路145 軟件設(shè)計(jì)175.1 系統(tǒng)工作流程175.2 程序設(shè)計(jì)186 系統(tǒng)調(diào)試286.1 系統(tǒng)實(shí)物圖286.2 整體系統(tǒng)測(cè)試286.3 測(cè)試結(jié)果分析286.4 結(jié)論297 總結(jié)與展望307.1 總結(jié)307.2 展望30參考文獻(xiàn)31附錄132附錄233致謝341 前 言在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，人類(lèi)已經(jīng)入瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代，人們?cè)谌粘Ｉ詈蜕a(chǎn)過(guò)程中，主要依靠檢測(cè)技術(shù)對(duì)信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸，來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)控制，自動(dòng)調(diào)節(jié)，目前我國(guó)已將檢測(cè)技術(shù)列入優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)之一。傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一,從宇宙開(kāi)發(fā)到海底探秘,從

7、生產(chǎn)的過(guò)程控制到現(xiàn)代文明生活,幾乎每一項(xiàng)技術(shù)都離不開(kāi)傳感器,因此,許多國(guó)家對(duì)傳感器技術(shù)的發(fā)展十分重視,如日本把傳感器技術(shù)列為六大核心技術(shù)(計(jì)算機(jī)、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體和傳感器) 之一。角度傳感器和加速度傳感器在當(dāng)代工業(yè)控制、儀表測(cè)量、航空航海等領(lǐng)域中有著十分廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的角度傳感器如：增量編碼器、同步機(jī)等存在接觸面、觸點(diǎn)易磨損，必須定期進(jìn)行更換，在實(shí)際應(yīng)用中降低了設(shè)備的可靠性，增加了維修成本。本設(shè)計(jì)研究設(shè)計(jì)的加速度傳感器和角度傳感器能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量物體振動(dòng)加速度和角度，具有廣泛的應(yīng)用前景。隨著基于單片機(jī)的檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，近些年來(lái)我國(guó)對(duì)角度測(cè)量技術(shù)進(jìn)行理論上的研究，在生產(chǎn)實(shí)踐中投入了具

8、體的應(yīng)用。但我國(guó)在此方面的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)與國(guó)外比還有較大差距。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的該種儀器性能方面有待提高，國(guó)外進(jìn)口的又價(jià)格昂貴，使得該儀器難以推廣和銷(xiāo)售，高性能角度測(cè)量設(shè)備的缺失導(dǎo)致了大量經(jīng)濟(jì)損失。因此可以說(shuō)角度測(cè)量技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)有著廣闊的前景，并且能夠帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。2 振動(dòng)檢測(cè)原理2.1 振動(dòng)分類(lèi)在日常的生活和生產(chǎn)活動(dòng)中，我們經(jīng)?？梢钥吹轿矬w的振動(dòng)現(xiàn)象，例如：運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上秋千的擺動(dòng)，汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)引起的車(chē)體顫動(dòng)，機(jī)床的振動(dòng)等。這些振動(dòng)從形式上看，有的是來(lái)回?cái)[動(dòng)，有的是往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，有的是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等，種類(lèi)很多，形式不一，但它們都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中總是在它自己的平衡位置附

9、近，一次又一次地重復(fù)地運(yùn)動(dòng)著。因此，我們把物體在其平衡位置附近所做的往復(fù)性的運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。研究振動(dòng)的目的是為了了解各種機(jī)械振動(dòng)現(xiàn)象的機(jī)理，破譯機(jī)械振動(dòng)所包含的大量信息，進(jìn)而對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析設(shè)備的潛在可能故障。2.2 振動(dòng)檢測(cè)原理振動(dòng)傳感器有振動(dòng)位移、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度傳感器。簡(jiǎn)單地說(shuō)，振動(dòng)位移傳感器（常用電渦流傳感器）根據(jù)振動(dòng)位移變化與輸出電壓的變化關(guān)系，振動(dòng)速度傳感器根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)切割磁力線產(chǎn)生電壓的變化，振動(dòng)加速度傳感器根據(jù)形變與電荷的關(guān)系。速度傳感器通過(guò)硬件或軟件積分可以得到位移，加速度傳感器通過(guò)一次積分可以得到振動(dòng)速度，二次積分可以得到振動(dòng)位移。因?yàn)樾枰獪y(cè)量加速度，所以必須有

10、振動(dòng)加速度傳感器。振動(dòng)傳感器在測(cè)試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用并不是直接將原始要測(cè)的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚菍⒃家獪y(cè)的機(jī)械量做為振動(dòng)傳感器的輸入量，然后由機(jī)械接收部分加以接收，形成另一個(gè)適合于變換的機(jī)械量，最后由機(jī)電變換部分再將變換為電量。因此一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)械接收部分和機(jī)電變換部分的工作性能來(lái)決定的。 2.3 振動(dòng)傳感器的分類(lèi)1、相對(duì)式電動(dòng)傳感器電動(dòng)式傳感器基于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體在固定的磁場(chǎng)里切割磁力線時(shí)，導(dǎo)體兩端就感生出電動(dòng)勢(shì)，因此利用這一原理而生產(chǎn)的傳感器稱為電動(dòng)式傳感器。 相對(duì)式電動(dòng)傳感器從機(jī)械接收原理來(lái)說(shuō)，是一個(gè)位移傳感器，由于在機(jī)電變換原理中應(yīng)用的是電磁感應(yīng)電

11、律，其產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)同被測(cè)振動(dòng)速度成正比，所以它實(shí)際上是一個(gè)速度傳感器。 2、電渦流式傳感器電渦流傳感器是一種相對(duì)式非接觸式傳感器，它是通過(guò)傳感器端部與被測(cè)物體之間的距離變化來(lái)測(cè)量物體的振動(dòng)位移或幅值的。電渦流傳感器具有頻率范圍寬（010 khz），線性工作范圍大、靈敏度高以及非接觸式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于靜位移的測(cè)量、振動(dòng)位移的測(cè)量、旋轉(zhuǎn)機(jī)械中監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)測(cè)量。 3、電感式傳感器依據(jù)傳感器的相對(duì)式機(jī)械接收原理，電感式傳感器能把被測(cè)的機(jī)械振動(dòng)參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成為電參量信號(hào)的變化。因此，電感傳感器有二種形式，一是可變間隙，二是可變導(dǎo)磁面積。 4、電容式傳感器電容式傳感器一般分為兩種類(lèi)型。即可變間隙

12、式和可變公共面積式?？勺冮g隙式可以測(cè)量直線振動(dòng)的位移?？勺兠娣e式可以測(cè)量扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的角位移。 5、慣性式電動(dòng)傳感器慣性式電動(dòng)傳感器由固定部分、可動(dòng)部分以及支承彈簧部分所組成。為了使傳感器工作在位移傳感器狀態(tài)，其可動(dòng)部分的質(zhì)量應(yīng)該足夠的大，而支承彈簧的剛度應(yīng)該足夠的小，也就是讓傳感器具有足夠低的固有頻率。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：u=blx&r 。式中b為磁通密度，l為線圈在磁場(chǎng)內(nèi)的有效長(zhǎng)度， r x&為線圈在磁場(chǎng)中的相對(duì)速度。 從傳感器的結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，慣性式電動(dòng)傳感器是一個(gè)位移傳感器。然而由于其輸出的電信號(hào)是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，根據(jù)電磁感應(yīng)電律，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所感生的電動(dòng)勢(shì)與線圈

13、切割磁力線的速度成正比。因此就傳感器的輸出信號(hào)來(lái)說(shuō)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是同被測(cè)振動(dòng)速度成正比的，所以它實(shí)際上是一個(gè)速度傳感器。 6、壓電式傳感器壓電式加速度傳感器的機(jī)械接收部分是慣性式加速度機(jī)械接收原理，機(jī)電部分利用的是壓電晶體的正壓電效應(yīng)。其原理是某些晶體在一定方向的外力作用下或承受變形時(shí)，它的晶體面或極化面上將有電荷產(chǎn)生，這種從機(jī)械能（力，變形）到電能（電荷，電場(chǎng)）的變換稱為正壓電效應(yīng)。而從電能（電場(chǎng)，電壓）到機(jī)械能（變形，力）的變換稱為逆壓電效應(yīng)。 因此利用晶體的壓電效應(yīng)，可以制成測(cè)力傳感器，在振動(dòng)測(cè)量中，由于壓電晶體所受的力是慣性質(zhì)量塊的牽連慣性力，所產(chǎn)生的電荷數(shù)與加速度大小成正比，所以壓電式

14、傳感器是加速度傳感器。 7、壓電式力傳感器在振動(dòng)試驗(yàn)中，除了測(cè)量振動(dòng)，還經(jīng)常需要測(cè)量對(duì)試件施加的動(dòng)態(tài)激振力。壓電式力傳感器具有頻率范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)用。壓電式力傳感器的工作原理是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)，即壓電式力傳感器的輸出電荷信號(hào)與外力成正比。 8、阻抗頭阻抗頭是一種綜合性傳感器。它集壓電式力傳感器和壓電式加速度傳感器于一體，其作用是在力傳遞點(diǎn)測(cè)量激振力的同時(shí)測(cè)量該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。因此阻抗頭由兩部分組成，一部分是力傳感器，另一部分是加速度傳感器，它的優(yōu)點(diǎn)是，保證測(cè)量點(diǎn)的響應(yīng)就是激振點(diǎn)的響應(yīng)。使用時(shí)將小頭（測(cè)力端）連向結(jié)構(gòu)，大頭（測(cè)量加速度）與激振器的施力桿

15、相連。從“力信號(hào)輸出端”測(cè)量激振力的信號(hào)，從“加速度信號(hào)輸出端”測(cè)量加速度的響應(yīng)信號(hào)。 9、電阻應(yīng)變式傳感器電阻式應(yīng)變式傳感器是將被測(cè)的機(jī)械振動(dòng)量轉(zhuǎn)換成傳感元件電阻的變化量。實(shí)現(xiàn)這種機(jī)電轉(zhuǎn)換的傳感元件有多種形式，其中最常見(jiàn)的是電阻應(yīng)變式傳感器。 電阻應(yīng)變片的工作原理為：應(yīng)變片粘貼在某試件上時(shí)，試件受力變形，應(yīng)變片原長(zhǎng)變化，從而應(yīng)變片阻值變化，實(shí)驗(yàn)證明，在試件的彈性變化范圍內(nèi)，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化和其長(zhǎng)度的相對(duì)變化成正比。 10、激光傳感器激光傳感器利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，速度快，精度高，量程

16、大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等，極適合于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室的非接觸測(cè)量應(yīng)用。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由發(fā)射電路和接收電路組成。其中發(fā)射電路由數(shù)據(jù)采集模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)，狀態(tài)指示及報(bào)警模塊，無(wú)線發(fā)射模塊，液晶顯示模塊五部分組成。接收電路由無(wú)線接收模塊，單片機(jī)最小系統(tǒng)和液晶顯示模塊三部分組成。發(fā)射電路系統(tǒng)框圖如圖1所示，其原理圖見(jiàn)附錄一。接收電路系統(tǒng)框圖如圖2所示，其原理圖見(jiàn)附錄二。數(shù)據(jù)采集模塊stc89c52 最小系統(tǒng)無(wú)線發(fā)射模塊狀態(tài)指示及報(bào)警模塊液晶顯示模塊圖1 發(fā)射電路框圖無(wú)線接收模塊stc89c52 最小系統(tǒng)液晶顯示模塊 圖2 接收電路框圖3.2 方案設(shè)計(jì)3.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊方案

17、（一）：由uzz9000和kmz41構(gòu)成的角度檢測(cè)電路：uzz9000為線性電壓輸出式角度傳感器調(diào)理器電路，輸出電壓與被測(cè)角度信號(hào)成正比；測(cè)量角度的范圍是0180，且在0100范圍內(nèi)；測(cè)量誤差小于0.45分辨力達(dá)0.1；測(cè)量范圍和輸出零點(diǎn)均可調(diào)節(jié)；電源電壓范圍為+4.5+5.5v；電源電流為10ma；工作溫度范圍是-40+150。由uzz9000和kmz41構(gòu)成的電壓輸出式角度檢測(cè)電路如圖3所示。改變r(jià)2和r3的比值，可以調(diào)節(jié)傳感器1的偏移量；改變r(jià)4和r5的阻值，可以調(diào)節(jié)傳感器2的偏移量；改變r(jià)6和r7的比值，可以調(diào)節(jié)零點(diǎn)偏移；改變r(jià)8和r9的比值；可以調(diào)節(jié)測(cè)量角度范圍。電阻r2r9可以采用

18、電位器代替。電路輸出電壓送至數(shù)字電壓表或者微控制器系統(tǒng)，即可顯示出被測(cè)角度值。該電路可廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪/曲軸速度及位置檢測(cè)、節(jié)流閥控制、轉(zhuǎn)向操作控制、汽車(chē)中的abs系統(tǒng)等領(lǐng)域。圖3 電壓輸出式角度檢測(cè)電路方案（二）：采用mma7455l的iic模式mma7455l是一款低重力、串行數(shù)據(jù)輸出（包括iic和spi模式）、低功耗、緊湊型電容式微機(jī)械加速度傳感器，具有信號(hào)調(diào)理、低通濾波器、溫度補(bǔ)償、自測(cè)、可配置通過(guò)中斷引腳（int1或int2）檢測(cè)0g、以及脈沖檢測(cè)（用于快速運(yùn)動(dòng)檢測(cè)）等功能。0g偏置和靈敏度是出廠配置，無(wú)需外部器件。我們可以運(yùn)用指定的0g寄存器和g-select量程選擇對(duì)0g偏置進(jìn)

19、行校準(zhǔn)，量程可通過(guò)命令選擇3個(gè)加速度范圍（2g/4g/8g，1g=9.807m/s2）?？梢詫?shí)現(xiàn)基于運(yùn)動(dòng)的功能，如傾斜滾動(dòng)、游戲控制、按鍵靜音和手持終端的自由落體硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)保護(hù)、門(mén)限檢測(cè)和點(diǎn)擊檢測(cè)功能等。提供iic和spi接口，方便與mcu通訊，因此非常適用于手機(jī)或個(gè)人設(shè)備中的運(yùn)動(dòng)運(yùn)用。mma7455l還具備待機(jī)模式，使它成為電池供電的手持式電子器件的理想選擇。mma7455l同時(shí)具有如下特性：封裝小，lga-（3mm*5mm*1mm）封裝，具備z軸自檢功能；2.4-3.6v低壓操作；可用指定寄存器進(jìn)行偏移；可編程的閥值中斷輸出；用于動(dòng)作識(shí)別（撞擊、振動(dòng)、自由落體）的電平檢測(cè)功能；用于單擊和雙擊

20、識(shí)別的脈沖檢測(cè)功能；在8bit模式下，測(cè)量的加速度范圍為2g，4g，8g時(shí)，其分辨率分別達(dá)到64lsb/g，32lsb/g，16lsb/g?？赡透邚?qiáng)度沖擊達(dá)5000g，低功耗特性，使其可用于手持電子設(shè)備等。它是由一個(gè)表面微機(jī)械電容傳感元件（g-cell）和一個(gè)信號(hào)調(diào)理asic容納在單一封裝中。g-cell是由半導(dǎo)體材料（多晶硅）使用半導(dǎo)體加工（掩膜和蝕刻）工藝成型的機(jī)械結(jié)構(gòu)，它可以建模成連接到一個(gè)可移動(dòng)中心質(zhì)量塊的極板和兩塊固定極板的組合，質(zhì)量塊得極板可以在兩塊固定的極板間移動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)給定一個(gè)加速度值時(shí)，中心質(zhì)量塊所附屬的可移動(dòng)極板則偏離它的靜止位置。這樣可移動(dòng)極板到一邊固定板的距離就會(huì)增加，

21、到另一邊的固定板見(jiàn)間的距離就會(huì)減少，距離的班花就是對(duì)加速度值得測(cè)量。g-cell極板組成了兩個(gè)背靠背的電容，當(dāng)在加速度的作用下中從而引起每個(gè)電容值的改變(如圖4所示)。同時(shí)asic利用開(kāi)關(guān)電容技術(shù)測(cè)量g-cell的電容并且從兩個(gè)電容的差別中提取加速度數(shù)據(jù)。asic再進(jìn)行型號(hào)調(diào)理、型號(hào)濾波最后提供一個(gè)提供一個(gè)與加速度成比例的數(shù)字輸出。mma7455l的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，x，y，z三軸互相垂直三軸上的加速度值分別由x軸變換器、y軸變換器、z軸變換器感知，再經(jīng)過(guò)容壓轉(zhuǎn)化器、放大增益、ad轉(zhuǎn)換和各種補(bǔ)償修正后以數(shù)字方式通過(guò)spi或iic串行接口輸出。圖4 簡(jiǎn)明g-cell物理模型圖5 mma745

22、5l內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖綜上可知，采用mma7455l的iic模式電路相對(duì)簡(jiǎn)單，且預(yù)計(jì)能獲得比較好的效果，因此選用方案（二）。3.2.2 無(wú)線收發(fā)模塊方案（一）：采用pt2262/pt2272收發(fā)模塊pt2262/2272是臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種cmos工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，pt2262/2272最多可有12位(a0-a11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,pt2262最多可有6位(d0-d5)數(shù)據(jù)端管腳,設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無(wú)線遙控發(fā)射電路。編碼芯片pt2262發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼

23、字，解碼芯片pt2272接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過(guò)兩次比較核對(duì)后，vt腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，pt2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315mhz的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，pt2262得電工作，其第17腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)17腳為高電平期間315mhz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng)17腳為低平期間315mhz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全受控于pt2262的17腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ask調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為100的調(diào)幅。

24、pt2262/2272特點(diǎn)：cmos工藝制造，低功耗，外部元器件少，rc振蕩電阻，工作電壓范圍寬：2.615v ，數(shù)據(jù)最多可達(dá)6位，地址碼最多可達(dá)531441種。應(yīng)用范圍：車(chē)輛防盜系統(tǒng)、家庭防盜系統(tǒng)、遙控玩具、其他電器遙控。 方案（二）：采用nrf24l01收發(fā)模塊nrf24l01 是一款工作在2.42.5ghz 世界通用ism 頻段的單片無(wú)線收發(fā)器芯片。無(wú)線收發(fā)器包括:頻率發(fā)生器增強(qiáng)型schockbursttm 模式、控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器。輸出功率、頻道選擇和協(xié)議的設(shè)置可以通過(guò)spi接口進(jìn)行設(shè)置。極低的電流消耗當(dāng)工作在發(fā)射模式下發(fā)射功率為-6dbm 時(shí)電流消耗9.0

25、ma，接收模式時(shí)為12.3ma。掉電模式和待機(jī)模式下電流消耗更低。nrf24l01 在接收模式下可以接收6路不同通道的數(shù)據(jù)。每一個(gè)數(shù)據(jù)通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道。也就是說(shuō)6 個(gè)不同的nrf24l01 設(shè)置為發(fā)送模式后可以與同一個(gè)設(shè)置為接收模式的nrf24l01 進(jìn)行通訊，而設(shè)置為接收模式的nrf24l01 可以對(duì)這6 個(gè)發(fā)射端進(jìn)行識(shí)別。數(shù)據(jù)通道0是唯一的一個(gè)可以配置為40 位自身地址的數(shù)據(jù)通道。15 數(shù)據(jù)通道都為8 位自身地址和32 位公用地址。所有的數(shù)據(jù)通道都可以設(shè)置為增強(qiáng)型shockburst 模式。綜上所述，本設(shè)計(jì)需要實(shí)時(shí)傳輸3組（x,y,z）8位的數(shù)據(jù)，pt2262/pt2

26、272最多有6位數(shù)據(jù)管腳，一次只能傳輸6位數(shù)據(jù)，而nrf24l01一次最多可以傳輸40位數(shù)據(jù)，滿足我們的需要，因此選擇方案（二）。3.2.3 液晶顯示模塊方案（一）：采用12864液晶顯示jd12864c圖形點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。它主要由行驅(qū)動(dòng)器與列驅(qū)動(dòng)器組成，可顯示128（列） 64（行）點(diǎn)陣。可完成圖形顯示，也可顯示84個(gè)（1616點(diǎn)陣）中文漢字。七條控制指令，與cpu接口采用8位數(shù)據(jù)總線并口輸入輸出方式。內(nèi)置ram為512字節(jié)(4096位)，共20位引腳。方案（二）：采用1602液晶顯示液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過(guò)電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液

27、晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)。1602液晶外設(shè)16個(gè)引腳，顯示板上排列著若干個(gè)5*7點(diǎn)陣的字符顯示位，內(nèi)部具有字符發(fā)生器rom（cgrom），可顯示192個(gè)5*7點(diǎn)陣字符；模塊內(nèi)有64字節(jié)的自定義字符ram（cgram），可自行定義8個(gè)5*7點(diǎn)陣字符；模塊內(nèi)亦含有80字節(jié)的數(shù)據(jù)顯示存儲(chǔ)器（ddram）。根據(jù)它的引腳功能及相應(yīng)的命令格式編寫(xiě)顯示程序。方案選擇：由于12864體積比較大，且價(jià)格較1602貴，共20個(gè)引腳，占用單片機(jī)的端口較1602多，考慮到制作的方便及實(shí)惠，此系統(tǒng)采用方案（二）。4 硬件設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖如

28、圖6所示，在此介紹復(fù)位電路和時(shí)鐘電路。圖6 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)stc89c52最小系統(tǒng)的復(fù)位電路由電阻r2，電容c3和復(fù)位開(kāi)關(guān)s2組成，其復(fù)位端為第9腳。單片機(jī)一上電，由電容電壓變化的連續(xù)性，端立即變?yōu)楦唿c(diǎn)平，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的上電立即復(fù)位功能。單片機(jī)上電后，按下復(fù)位上電開(kāi)關(guān)s2后，第9腳的電壓由原來(lái)的低電平變?yōu)楦唠娖剑箚纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。也就是當(dāng)該端子上保持兩個(gè)機(jī)器周期的高水平時(shí)，可對(duì)stc89c52單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，由電容c1、c4和11.0592mhz的晶振y1組成，接在單片機(jī)的第18和19腳(即xtal1和xtal2端)。stc89c52內(nèi)

29、部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，它的輸入端為芯片引腳xtal1，輸出端為xtal2。這兩個(gè)引腳跨接石英晶體和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容c1、 c4可在530 pf之間選擇，該電容的大小通常會(huì)影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶體振蕩的頻率范圍通常是在1.2-12mhz，晶體的頻率越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。但反過(guò)來(lái)，運(yùn)行速度越快對(duì)存儲(chǔ)器的速度要求就越高，對(duì)印制電路板的要求也就越高，即要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)盡可能安裝的與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定、可靠的工作。為了提高溫度的穩(wěn)定性，應(yīng)采用溫度穩(wěn)定性能好的

30、電容。4.2 傳感器電路 加速度傳感器電路：mma7455l的芯片引腳功能說(shuō)明如表1所示。mma7455l的iic模式(如圖7所示)通信協(xié)議是根據(jù)菲利普半導(dǎo)體公司的標(biāo)準(zhǔn)，在這個(gè)模塊的接口中，只有串行數(shù)據(jù)線（sda）和串行時(shí)鐘線（scl）是需要的。8位串行雙向數(shù)據(jù)傳輸在標(biāo)準(zhǔn)模式下可以達(dá)到100kbit/s，在最快的模式下可以達(dá)到400kbit/s。sda和scl都是雙向數(shù)據(jù)線，必須通過(guò)上拉電阻連接到正電源。電阻選擇2.2千歐到4.7千歐比較適宜，在此，我選擇4.7千歐。表1 mma7455l引腳功能說(shuō)明序號(hào)名稱描述狀態(tài)1avdd_io3.3v電壓輸入端（數(shù)字）輸入2gnd地輸入3nc空角、不接或

31、接地輸入4iaddr0iic地址0位輸入5gnd地輸入6avdd3.3v電壓輸入端（模擬）輸入7csspi使能（0），iic使能（1）輸入8int1/drdy中斷1/數(shù)據(jù)就緒輸出9int2中斷2輸出10nc空角、不接或接地輸入11nc空角、不接或接地輸入12sdospi串行數(shù)據(jù)輸出輸出13sda/sdi/sdoiic串行數(shù)據(jù)輸出/spi串行數(shù)據(jù)輸入/3線串行數(shù)據(jù)接口輸出雙向/輸入/輸出14scl/spciic/spi時(shí)鐘信號(hào)輸出輸入圖7 mma7455l的iic模式iic模式連接的好處是很多芯片可以連接到這條總線上，但是也受總線容量的限制。簡(jiǎn)單的2線串行iic模式將連線最小化，因此模塊有較少的

32、引腳需要連線，體積小，價(jià)格便宜。4.3 顯示電路根據(jù)1602的引腳排布及其控制規(guī)律按如圖所指示連接電路，10k可調(diào)電阻用于調(diào)節(jié)1602的分辨率（如圖8所示）。圖8 1602液晶顯示4.4 報(bào)警電路及狀態(tài)指示電路報(bào)警電路（如圖9所示）用于當(dāng)傾角過(guò)大時(shí)報(bào)警的作用。1k電阻起限流所用，當(dāng)p22上為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器正極電壓約為5v，蜂鳴器鳴叫。狀態(tài)指示電路（如圖10所示）用于指示狀態(tài)，當(dāng)三軸振動(dòng)的角度都小于某一設(shè)定值時(shí)，綠燈亮起，否則紅燈亮起，給出報(bào)警提示。 圖9 報(bào)警電路 圖10 狀態(tài)指示電路4.5 無(wú)線傳輸電路nrf24l01芯片封裝圖如圖11所示，引腳功能介紹如表2所示：圖11 nr

33、f24l01芯片封裝圖 表2 nrf24l01芯片引腳功能引腳名稱引腳功能描述1ce數(shù)字輸入rx 或tx 模式選擇2csn數(shù)字輸入spi 片選信號(hào)3sck數(shù)字輸入spi 時(shí)鐘4mosi數(shù)字輸入從spi 數(shù)據(jù)輸入腳5moso數(shù)字輸出從spi 數(shù)據(jù)輸出腳6irq數(shù)字輸出可屏蔽中斷腳7vdd電源電源（+3v）8vss電源接地（0v）9xc2模擬輸出晶體震蕩器2 腳10xc1模擬輸入晶體震蕩器1 腳/外部時(shí)鐘輸入腳11vdd_pa電源輸出給rf 的功率放大器提供的+1.8v 電源12ant1天線天線接口113ant2天線天線接口214vss電源接地0v15vdd電源電源（+3v）16iref模擬輸入?yún)?/p>

34、考電流17vss電源接地（0v）18vdd電源電源（+3v）19dvdd電源輸出去耦電路電源正極端20vss電源接地（0v）根據(jù)以上論述，設(shè)計(jì)的nrf24l01接收和發(fā)射電路如圖12所示。圖12 nrf24l01接收和發(fā)射電路5 軟件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)工作流程發(fā)送電路程序流程圖如圖13所示，接收電路程序流程圖如圖14所示.開(kāi)始設(shè)置量程及測(cè)量模式初始化mcu數(shù)字濾波器帶寬選擇ok?自 檢退出ny校 準(zhǔn)顯示數(shù)據(jù)初始化nrf24l01數(shù)據(jù)準(zhǔn)備發(fā)送？nn讀取數(shù)據(jù)初始化1602數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好？y發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束y圖13 發(fā)送電路程序流程圖開(kāi)始初始化mcu初始化nrf24l01初始化1602接收完畢?設(shè)置接收模式接

35、收數(shù)據(jù)ny清除中斷標(biāo)志顯示數(shù)據(jù)結(jié)束圖14 接收電路程序流程圖5.2 程序設(shè)計(jì)發(fā)射電路部分程序如下：#include #include typedef unsigned char uchar;typedef unsigned char uint;char x,y,z;/jx,jy,jz;uint bdata sta; /nrf24l01狀態(tài)標(biāo)志unsigned char idata x1,x2,x3,y1,y2,y3,z1,z2,z3,xsign,ysign,zsign;uchar sig12;/* 單片機(jī)引腳定義 */sbit sda=p24; /i2c 數(shù)據(jù)傳送位sbit scl=p23;

36、/i2c 時(shí)鐘傳送位sbit rs=p25; /1602rs控制位sbit rw=p26; /1602rw控制位sbit e =p27;/1602e 控制位sbit redled=p20;sbit greenled=p21;sbit beep=p22;/*nrf24l01端口定義*sbit miso=p12;sbit mosi=p32;sbitsck =p13;sbitce =p14;sbitcsn=p10;sbitirq=p11; /*sbitrx_dr=sta6;sbittx_ds=sta5;sbitmax_rt=sta4;/* 數(shù)據(jù)部分 */#define iic_read 0x1d /

37、定義讀指令#define iic_write 0x1d /定義寫(xiě)指令/*nrf24l01*#define tx_adr_width 5 / 本機(jī)地址寬度設(shè)置#define rx_adr_width 5 / 接收方地址寬度設(shè)置#define tx_pload_width 12 / 4 字節(jié)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度#define rx_pload_width 12/ 4 字節(jié)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度uint const tx_addresstx_adr_width= 0x34,0x43,0x10,0x11,0x01;/本地地址uint const rx_addressrx_adr_width= 0x34,0x43,0x10,0x

38、11,0x01;/接收地址#define read_reg 0x00 / 讀寄存器指令#define write_reg 0x20 / 寫(xiě)寄存器指令#define rd_rx_pload 0x61 / 讀取接收數(shù)據(jù)指令#define wr_tx_pload 0xa0 / 寫(xiě)待發(fā)數(shù)據(jù)指令#define flush_tx 0xe1 / 沖洗發(fā)送 fifo指令#define flush_rx 0xe2 / 沖洗接收 fifo指令#define reuse_tx_pl 0xe3 / 定義重復(fù)裝載數(shù)據(jù)指令#define nop 0xff / 保留#define config 0x00 / 配置收發(fā)狀態(tài)，

39、crc校驗(yàn)?zāi)Ｊ揭约笆瞻l(fā)狀態(tài)響應(yīng)方式#define en_aa 0x01 / 自動(dòng)應(yīng)答功能設(shè)置#define en_rxaddr 0x02 / 可用信道設(shè)置#define setup_aw 0x03 / 收發(fā)地址寬度設(shè)置#define setup_retr 0x04 / 自動(dòng)重發(fā)功能設(shè)置#define rf_ch 0x05 / 工作頻率設(shè)置#define rf_setup 0x06 / 發(fā)射速率、功耗功能設(shè)置#define status 0x07 / 狀態(tài)寄存器#define observe_tx 0x08 / 發(fā)送監(jiān)測(cè)功能#define cd 0x09 / 地址檢測(cè) #define rx_ad

40、dr_p0 0x0a / 頻道0接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p1 0x0b / 頻道1接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p2 0x0c / 頻道2接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p3 0x0d / 頻道3接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p4 0x0e / 頻道4接收數(shù)據(jù)地址#define rx_addr_p5 0x0f / 頻道5接收數(shù)據(jù)地址#define tx_addr 0x10 / 發(fā)送地址寄存器#define rx_pw_p0 0x11 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度#define rx_pw_p1 0x12 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度#de

41、fine rx_pw_p2 0x13 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度#define rx_pw_p3 0x14 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度#define rx_pw_p4 0x15 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度#define rx_pw_p5 0x16 / 接收頻道0接收數(shù)據(jù)長(zhǎng)度#define fifo_status 0x17 / fifo棧入棧出狀態(tài)寄存器設(shè)置unsigned char table116= lcsoft x= 000 ; /1602顯示數(shù)據(jù)unsigned char table216= y= 000 z= 000 ;unsigned char table316=no acceler

42、ation!;unsigned char table410=0123456789;unsigned char table58 = mma7455;/uchar table716=value: x=0.50 ;/*/* 1602顯示部分 */*/ void write_com(unsigned char com) /函數(shù)功能：寫(xiě)指令void write_data(unsigned char dat) /函數(shù)功能：寫(xiě)數(shù)據(jù)void init1602(void) /函數(shù)功能：初始化1602/* i2c通信部分 */void iic_start() /函數(shù)功能：i2c通信開(kāi)始void iic_stop(

43、) /函數(shù)功能：i2c通信停止void iic_ack() /函數(shù)功能：i2c通信查應(yīng)答位 void iic_write_byte(unsigned char wdata) /函數(shù)功能：向i2c從機(jī)寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)char iic_read_byte(void) /函數(shù)功能：從i2c從機(jī)中讀出一個(gè)字節(jié)void iic_write(unsigned char byte_add,unsigned char wdata) /函數(shù)功能：按地址寫(xiě)入一字節(jié)數(shù)據(jù)char iic_read(unsigned char byte_add) /函數(shù)功能：按地址讀出一字節(jié)數(shù)據(jù)/* led顯示陣列部分 */void se

44、lf_test7455() /函數(shù)功能：檢測(cè)7455有沒(méi)有插好 / 如果沒(méi)有插好，1602將會(huì)顯示 delay_50us(10); iic_write(0x16,0x05); delay_50us(20); t=iic_read(0x16); if(t!=0x05) else void sendx()/函數(shù)功能：向1602發(fā)送x軸測(cè)量數(shù)據(jù)x=iic_read(0x06);/讀地址0x06的數(shù)據(jù),xout8if( (x&0x80)=0x00 ) /高位為0則sig0=+;xsign=0x2b; /+ ，1602液晶上的ascaii碼if(x64) /2(6)x=( ( (int)(x*200)/

45、127 )-100); /轉(zhuǎn)變?yōu)榧铀俣戎祒1=(x/100);sig1=x1+0x30;/ x2=(x%100)/10;sig2=x2+0x30; x3=(x%100)%10;sig3=x3+0x30;elsewrite_com(0x8b);/在第一行第13位寫(xiě)write_data(xsign);delay_50us(10);write_com(0x8c);write_data(table4x1);/0123456789delay_50us(10);write_com(0x8d);write_data(table4x2);delay_50us(10);write_com(0x8e);write

46、_data(table4x3);delay_50us(20);write_com(0x8f);write_data(0xdf);delay_50us(20);void sendy()/函數(shù)功能：向1602發(fā)送y軸測(cè)量數(shù)據(jù)void sendz()/函數(shù)功能：向1602發(fā)送y軸測(cè)量數(shù)據(jù)*/*nrf24l01初始化/*void init_nrf24l01(void) inerdelay_us(100); ce=0; / chip enable csn=1; / spi disable sck=0; / spi clock line init highspi_write_buf(write_reg + tx_addr, tx_address, tx_adr_width); / 寫(xiě)本地地址spi_write_buf(write_reg + rx_addr_