基于单片机的便携式振动测试仪的设计

摘要： 随着工农业生产和国防事业的迅速发展，大量的工程振动问题不断涌现，这使得高性能测振仪的需求不断增加。针对这个问题，本文应用电测法原理结合单片机系统设计了一套便携式振动测振仪。实践证明，该系统极大地丰富了便携式振动测振仪的现场功能，具有完善的测量、显示功能。

abstract： with the rapid development of industrial and agricultural production and national defense， a large number of engineering vibration problems are emerging， which makes the needs for high performance vibrometer increase. aiming at this problem， this paper applied electrometric method and combined with the mcu system to design a set of portable vibration meter. practice has proved that this system greatly enriched the field function of portable vibration meter and had perfect measurement and display function. 关键词： 电测法；加速度传感器；单片机；测试仪

key words： electrical method；the acceleration sensor；single-chip microcomputer；tester

中图分类号：tp39 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）11-0191-02

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作者简介：倪元敏（1977-），女，重庆人，硕士，讲师，研究方

向为电子电器及自动化控制。 0 引言

近年来随着科学技术﹑工农业生产和国防建设事业的迅速发展，大量的工程振动问题不断地出现。由于一般对机械结构进行振动计算时，都是利用简化了的数学模型为依据，这样进行的理论计算是否正确，还要通过试验和测量进行验证。有些比较复杂的结构或大型的机械设备，其动力学特征参数如阻尼﹑固有频率﹑振型等只能通过试验和测量的方法来获取。因此，振动测试技术已经成为研究和解决工程中的许多动力学问题不可缺少的手段。

机械振动测试不仅应用于寻找振源﹑振动强度﹑可靠性﹑隔振﹑减振和舒适性等问题的分析，近年来又成功地应用于重要的机械设备的监测和控制，预报识别和故障诊断等方面。目前，大型成套机械设备本身的结构及其运行机制是十分复杂的，利用振动响应和系统动态特征参数的变化来进行故障的监测、预报是机械设备故障诊断中的重要研究手段之一。由于振动诊断技术的发展和应用，又推动了振动测试技术的快速发展，因而极大地提高了机械设备的效率和可靠性。

随着工农业生产及国防建设对振动测试技术的要求的不断提高，目前现有的振动测试仪器已经不能满足应用的要求，了振动测试仪器在工农业生产中的广泛应用。本设计的目的就是充分利用目前较为成熟的传感器技术，单片机技术和计算机技术，设计一种便携式振动测量仪器，使其具有比较完善的现场测量功能，解决生产

实践对振动测量提出的不同要求。 1 测振仪整体电路设计

整体电路原理图如图1所示。测头为一加速度传感器，它所得到的测量信号经过信号放大，由高通滤波和低通滤波处理，得到加速度信号。加速度信号经过一次积分，得到速度信号；再经过一次积分，得到位移信号。 2 单片机的选择

随着集成电路的发展，单片机也得到了空前的发展。越来越多的厂家推出了各类单片机。在各种单片机中，以mcs-51为核心的兼容机仍占主流。这类兼容机比20世纪80年代的已有了较大的发展演变，统一改称为80c51。鉴于它应用的普遍性和功能的完善性，本设计采用80c51单片机作为便携式振动测试仪的核心。 80c51制造工艺为hmos，采用40引脚的双列直插（dip）封装方式，目前多为此类封装方式，芯片如图2所示。 3 系统软件设计

系统软件采用模块化结构设计，各种功能由相应的子程序完成。系统软件有主程序、测量子程序、计算子程序、显示子程序、数制转换子程序等构成。

主程序流程图如图3所示。主程序掌握着整个程序的流向。通过调用各个功能的子程序完成整个系统的各个功能。当程序开始执行，进行系统初始.然后进行键盘扫描，发现有键按下后选通a/d转换器的相应模拟输入通道后调用测量子程序、数制转换子程序，

最后调用显示子程序显示测量结果。其中初始化部分包括堆栈位置设定、中断设定、工作寄存器设定等。在程序执行过程中如系统电压不足，复位逻辑就会产生一个中断，执行中断子程序。 4 结束语

本文在分析了振动测试技术的现状及其发展趋势，对目前存在的各种振动测试方法进行了深入的分析和比较的基础上，利用电测法的原理，研制了一套便携式测振仪。

该系统体积小，重量轻，便于在工业现场使用。操作人员可以通过按动仪器面板上的按钮选择测量不同量程、不同频率的加速度、速度和位移。系统还具有复位逻辑，在电压不足的情况下保护已测数据。测量结果通过四位段码式lcd显示器显示，既省电又美观。本设计对测振传感器输出的信号采用数字化的处理方法，其获得的测量精度，测值稳定性和测量数据的可利用性是目前广泛使用的模拟处理方法所不能比拟的。本设计利用高性能的单片机系统，使其具有完善的测量、显示、存储功能，达到了设计的技术指标，适合在工业现场使用。 参考文献：

[1]杨欣荣.智能仪器原理、设计与发展.长沙：中南大学出版社，2003.

[2]张福学.传感器敏感元器件实用指南.北京：电子工业出版社，1993：1-165.

[3]张靖，刘少强.检测技术与系统设计.北京：中国电子出版社，

2002：56-57.

[4]彭军.传感器与检测技术.西安：西安电子科技大学出版社，2003：9-17.

[5]杨素行.模拟电子技术基础简明教程.北京：高等教育出版社，1998，第二版.

[6]秦世才，高清运.现代模拟集成电子学.北京：科学出版社，2003.

[7]李龙宝.实用电子器件和电路简明手册.北京：电子工业出版社，1991.

[8]刘征宇.电子电路设计与制作.福建：福建科学技术出版社，2003.

[9]欧阳斌林，刘立山，蒋文科，刘德营.单片机原理机应用.北京：中国水利水电出版社，2001.

[10]张志良.单片机原理与控制技术.北京：机械工业出版社，2002：303-304.