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摘 要

为了确保大型土木工程安全指标及性能符合工程要求，检测安全数据来反映工程安全性是确保工程安全的主要方法。为了测量安全数据，岩土工程中经常运用到振弦式传感器，将其埋于岩土建筑物（如大坝）中，可以长期稳定地检测安全数据。它结构简单、稳定性高、精度和分辨力高，可以在恶劣环境下正常工作，输出为频率信号，可以通过通讯电路与数据接收端直接接口，方便远距离控制和传输，在远程监测中得到广泛应用。

本文首先阐述了振弦式频率传感器的种类,分析了传感器的结构和工作原理，而后设计了基于单片机的振弦式传感器测量单元硬件电路,设计了主电路、测频电路、显示电路、串口通信接口及时钟电路等硬件电路。最后与小组成员一起进行了软硬件调试。测试结果表明,此系统结构简单，性能稳定，串口方便通讯，适用于大多数振弦传感器,具有一定的工程应用价值。

关键词：振弦式传感器；单片机；时钟

Abstract

Ressure in the safety monitoring of large civil engineering as an important parameter, Vibrating wire sensor is buried near in geotechnical engineering and building long-term reliable data of a sensor is given. It has simple structure, good long-term stability, high accuracy and resolution, output frequency signal, can be directly interface with microcomputer, is advantageous for the long distance transmission, especially for remote monitoring.

At first, this paper expounds the kinds of string type frequency of vibration sensor, the structure and working principle of the sensor is analyzed, and then design a vibrating string type sensor measurement unit based on single chip microcomputer hardware circuit, designs the main circuit, frequency measurement circuit, display circuit, serial communication interface clock circuit of hardware circuit in a timely manner. Finally has carried on the hardware and software debugging with members of the team. Test results show that this system is small in size, low cost, interface and general, applicable to most of the vibrating wire sensor, has certain engineering application value.

Keywords: Vibrating wire sensor. Single chip microcomputer; The clock value.

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究目的和意义 1

1.2振弦式传感器优势 1

1.3国内外技术发展现状 2

1.4本文研究的内容 2

第2章 振弦式传感器的工作原理 3

2. 1振弦式传感器特点 3

2. 2振弦传感器的结构和工作原理 3

2.2.1振弦传感器测量压力的理论依据 4

2.2.2振弦传感器的类型 6

第3章 系统器件的选择 8

3.1主控方案选择 8

3.2温度检测传感器选择 8

3.3电源的选择 8

第4章 系统硬件设计 10

4.1 单片机外围电路设计 11

4.2 电源电路设计 13

4.3 24C02存储电路 13

4.4 通讯电路 14

4.5 液晶显示模块设计 15

4.5 DS1302时钟电路 17

4.6键盘电路 17

4.7 报警电路 18

第5章 硬件PCB设计 20

5.1 PCB设计概要 20

5.2 PCB设计需要注意的几个问题 20

5.3布线技巧 21

结 论 22

致 谢 23

参考文献 24

第1章 绪论

1.1 课题研究目的和意义

大型土木工程的安全监测关系重大，因此其检测方法至关重要。通过传感器实时采集各种安全数据，然后分析数据，确保工程安全性，这样就可以大大降低工程事故发生的概率。

压力传感器的输出信号可以分为两类：模拟信号和频率信号。大量传感器的输出信号是模信号，如电阻式传感器、电感式传感器等。随着数字技术和计算机技术的发展，数字信号的许多优点也更为明显。这些优点是：

1. 有高的测量精确度和分辨率；
2. 有高的抗干扰性能和稳定性；
3. 比模拟信号更容易实现多路检测，而不影响信号的质量；
4. 可以直接与计算机相连，优化系统的功能，方便进行数据处理；
5. 数字显示更为直观。

因此，频率式传感器和模拟式传感器与数字系统的接口的研究日益为人们所重视。

由于振弦式传感器可以较为稳定地输出信号，信号的精度也较高，且信号容易被接收和远程传输，所以被广泛应用于大型土木工程的安全数据监测。基于振弦式传感器的压力测试仪的使用可以很大程度的保障人员安全和工程质量，具有较好的应用和研发前景。

1.2振弦式传感器优势

振弦式传感器有良好的测量特性，它可以做到小于0.1%的非线性特性；0.05%的灵敏度；和小于0.1%的温度误差。此外，传感器的结构和测量电路都比较简单。

（1）由于振弦传感器工作原理是根据振弦振动频率的变化来表征受力的大小，因此，具有长期零点稳定性.因此振弦传感器广泛应用于进行长期原体观测的地方。

（2）随着电子、微机技术的发展，为了实现测试数据更易采集存储，测试流程更加智能便捷，又因为振弦传感器的输出为频率信号，能够更为简单方便地进行数据收集、存储和传输，进而提高测试的精度和自动化程度。

1.3国内外技术发展现状

在国外，振弦传感器由于其稳定的性能得到了迅速的发展和广泛的应用。国内从60年代起，为达到各种测试目的，也先后研发了多种类型的振弦式传感器，也取得了一定程度的发展，这表明了振弦式传感器拥有良好的发展前景。

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