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摘 要

钢管受压后会产生形变，这个形变量与所受压力有一定的线性关系。本设计模拟通过采集安装在钢管上的金属电阻应变片的变化信号，并通过单片机将这一信号转化为压力值在LCD上进行显示，从而实现对钢管损伤的检测。

完成电路及程序设计后，使用Multisim这款常见的仿真软件对电路进行仿真分析，以观察电路及程序是否达到设计要求

本设计是基于钢材受压形变、应变片阻值变化、从而导致输出电压改变的具体关系设计的。由于Multisim并未提供类似应变片的元器件，对受压形变的模拟是先求出在特定压力下对应的预设阻值，然后在Multisim仿真电路中将组成应变片的电阻桥路改为预设阻值，观察仿真系统的形变输出，对比并观测误差，从而得出钢管损伤的严重程度。

关键词：Multisim12，应变片，钢管检测，损伤检测

Abstract：The deformation of the steel pipe after compression will have a linear relationship with the pressure. This design is simulated by collecting the change signals of the metal resistance strain gauges on the steel tube, and convert the signal to the pressure value on LCD by the single chip microcomputer, thus the detection of the steel pipe damage is realized.

After completing the circuit and program design, the common simulation software of Multisim is used to simulate and analyze the circuit to see if the circuit and program meet the design requirements.

The design is based on the relationship between compression deformation and strain resistance of steel, resulting in the change of output voltage. Because Multisim does not provide similar strain - like components, the simulation of compression deformation is first to calculate the preset resistance corresponding to the specific pressure, and then the resistance bridge path of the strain sheet is changed to the default value in the Multisim simulation circuit, and the deformation output of the simulation system is observed, the comparison and observation error are made, and the precision of the system is obtained.

Keyword：Multisim12, strain gauge, steel pipe inspection, damage detection

目录

1 前言 4

1.1 研究背景及现实意义 4

1.2 Multisim简介 4

1.3单片机简介 4

2 系统设计 6

2.1 设计要求 6

2.2 总体方案 6

2.2 单片机选型 6

3 应变测量电路的设计 7

3.1 使用Multisim12搭建放大电路 7

3.2 金属电阻应变片简介 8

3.3压力信号采集电路 10

3.4 使用Multisim搭建MSC51单片机电路 12

4 软件设计 14

4.1软件流程图 14

4.1 主函数 15

4.2 LCD显示子程序设计 16

4.3 清屏函数 19

4.4 LCD初始化 20

4.5 其他函数 20

4.6 定时器子程序设计 22

5 系统调试 23

5.1 软件调试 23

5.2 硬件调试 24

6 结论 25

致谢 26

参考文献 27

附录1 29

附录2 30

1 前言

1.1 研究背景及现实意义

1.1.1 研究背景

在现代科学体系中，钢管因其钢材特性和低廉造价而得到了广泛的应用。但是，由于长期抗压或过度冲击等原因，往往使钢管过度疲劳而形成损伤，且这种损伤具有一定的隐蔽性，可能无法通过肉眼直接观察得到，所以往往也无法对这种损伤的钢管进行维护及更换，当其损伤达到一定程度，还可能导致财产损失及人员伤亡。

本设计拟通过单片机及应变计，在钢管的使用过程中，在线检测其损伤程度。当钢管损伤接近阈值时，本设计能向维护人员提供报警信号，使得损伤的钢管得到及时的更换或维护，最大限度的减少因钢管损伤而造成的财产损失及人员伤亡。

1.1.2 现实意义

本课题有较大的现实意义。首先，将钢管受压后形变量进行准确度量化，可以对实际工程使用提供重要的技术支持。该技术支持体现在通过交互性的界面实时显示钢管的损伤度，降低钢管使用的维护难度，提高工程的安全性。其次，应变片传感技术是目前工业、民用使用最多的一种传感技术，是信息社会的重要技术基础。

1.2 Multisim简介

Multimsim是美国国家仪器有限公司研发的一套设计软件，适用于板极的模拟/数字电路板的设计工作，具有丰富的仿真分析能力，能够快速、轻松、高速的对电路进行设计和验证，其操作界面直观、操作法昂变、分析功能强大、易学易用等优点，使其在学术界以及产业界被广泛的应用于电路教学、电路图设计以及仿真验证。

1.2.1 Multisim主要功能

A．电路原理图设计、绘制，电路仿真测试及特性分析；

B．电路报表输出；档案转入/转出；PCB文件转换功能；

D．结合SPICE、VHDL、Verilog共同仿真；高阶RF设计功能；

E．虚拟仪器测试及分析功能；计划及团队设计功能；

F．VHDL及Verilog设计与仿真；FPGA/CPLD组件合成。

1.3单片机简介

单片机就是在一块芯体上集成了包括CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口等的单片集成芯片。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。单片机一般具有如下主要特点：

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