受迫振動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與原理分析

1 振動(dòng)測(cè)量原理

通過(guò)激振使懸臂梁產(chǎn)生受迫振動(dòng)，其振動(dòng)信號(hào)可通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大器將該弱信號(hào)放大至0～5 V，再經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器，將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，處理的結(jié)果送七段數(shù)碼顯示對(duì)應(yīng)頻率的加速度值。

振動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)量原理如圖1所示，由信號(hào)發(fā)生器向激振器提供周期性電壓信號(hào)，使激振器產(chǎn)生周期性策動(dòng)力，對(duì)彈性梁激振，這樣彈性梁產(chǎn)生受迫振動(dòng)，由壓電式加速度傳感器將振動(dòng)的加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

2 硬件接口設(shè)計(jì)

(1)硬件系統(tǒng)框圖

硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。

(2)加速度傳感器的選擇

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的要求，采用GIA型壓電式加速度傳感器。

測(cè)量范圍0.1g～25g，頻率范圍0.5～500 Hz。

(3)放大器電路

放大器電路如圖3所示。

其中，C1和R1構(gòu)成高通濾波器，硝除直流成分及溫度漂移產(chǎn)生的影響，A為比例放大器，放大倍數(shù)由R2和R3確定，R4和C2為濾去高頻雜音之用。

(4)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

選用ADC0809完成此項(xiàng)功能，圖中8031的P2.7～P2.5經(jīng)74LS138進(jìn)行全譯碼，由于用Y7參與ADC0809端口地址的確定，所以與8031的讀／寫信號(hào)經(jīng)或非門進(jìn)行組合，確定ADC0809的地址為FFFFH。

(5)靜態(tài)顯示接口電路

靜態(tài)顯示接口電路如圖5所示。

3 軟件部分

根據(jù)硬件連線情況，對(duì)A／D轉(zhuǎn)換部分采用中斷的方法，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的結(jié)果確立數(shù)據(jù)表格，對(duì)采樣數(shù)據(jù)的處理采用查表的方法，對(duì)顯示部分的處理采用串行輸出靜態(tài)顯示的方案。

主控程序流程如圖6所示，查表顯示程序框圖如圖7所示。

4 結(jié)語(yǔ)

懸臂梁受迫振動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，提高了實(shí)驗(yàn)效率，有效地克服了視覺(jué)誤差，如能應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)于深入研究振動(dòng)規(guī)律，能起到很好的輔助作用。