论文总字数：19416字

摘 要

当前，许多工业设备的使用周期是由润滑油介质的品质决定的。但是，现在的许多的用来测量润滑油品质的传感器，还不可以完全全面的对油质进行分析，所以，润滑油品质传感器的未来的前进方向就是能够做到可以同时进行多个物理量的测量。所以，设计出的传感器能够同时将润滑油全面的参数都测量出来的话，那将是十分有实用性的。

当我们在润滑油里面放入测量油质的传感器时，油将会吸附在传感器的外表上，同时传感器外表的润滑油的有效质量会产生相应的改变，使得传感器的频率会相应的变小，而我们就可以利用这个原理，来测量润滑油介质的密度了。目前，存在着多种多样的数据总线，其中，在工业、汽车等方面多用CAN总线。所以，在利用阻抗特性的基础上，使用带CAN总线的通讯，来完成测试润滑油的密度，粘度的系统。

首先，传感器将会选择石英叉，我们需要先通过分析它的振动方式跟阻抗频率特性，从而来研究测量润滑油质的密度与粘度参数的原理；其次，利用AD9850作为传感器激励，然后将输出的信号再交由AD637来进行调理，同时，信号的采集会用A/D转换电路，接着，处理数据用到的是STM32处理器，最后，信号的传输用CAN总线来完成。我们的研究手段是使用软硬相结合，需要先做硬件方面的相关设计，再做软件方面的相关分析。

关键字：石英音叉 阻抗特性 油介质 密度 粘度

Abstract

Currently, many of the life cycle of industrial equipment by quality lubricants media decisions. However, many oil sensor can only be a single physical quantity measuring oil quality, and can not assess the full range of oil quality, can simultaneously measure multiple physical quantity is a target in the future development of smart sensors, the study of a more measurable medium oil sensor parameter is of particular significance with prospects.

When an oil medium is inserted inside a quartz tuning fork, quartz tuning fork oil effective mass media attached to the surface will produce a corresponding change, so that the resonance frequency becomes small, and the relation with the effective mass of the density can be measured oil medium density. Currently, a variety of types of data bus, wherein, CAN bus used for industrial and automotive. Thus, the design with bus communication, based on the frequency characteristics of the impedance of the oil medium viscosity, density testing system.

Design and electromagnetic compatibility system, the system stability with improved reliability; First, select quartz tuning fork as the sensing element, and to study its vibration mode frequency impedance characteristics, and then were oil medium parameters density, viscosity measurement principle research and analysis. Secondly, the use of DDS chip AD9850 as the sensor excitation, by integrating RMS output signal conditioning chip AD637, then use the A / D converter circuit signal acquisition, and then using the STM32 microcontroller for data processing, and finally, the results are transmitted via CAN bus . Methods using software and hardware combination, the first hardware design and software analysis.

Keyword：The quartz tuning fork；impedance characteristic；oil medium；density；viscosity

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2课题的目的和意义 2

1.3课题的内容和所要解决的问题 3

第二章 石英音叉测量油质参数的原理与整体方法 4

2.1石英晶体简介 4

2.2 油介质密度测量原理 4

2.2.1石英音叉震动模态分析 5

2.3油介质粘度测量原理 6

2.3.1石英晶体阻抗特性 7

2.4参数测量方案分析 8

2.5 测试系统总体设计方案 8

第三章 油介质密度测量的硬件设计 10

3.1 硬件总体方案 10

3.2外围电路设计 11

3.2.1 MCU主控制电路 11

3.2.2CAN总线接口 14

3.2.3通讯485串口电路 14

3.2.4 JTAG/SWD 15

3.3 石英音叉激励设计 16

3.3.2 信号发生器 16

3.3.3 差分双极性输出电路 17

3.3.4 二阶低通滤波 18

3.3.5 同相比例放大电路 19

3.4阻抗读出与信号调理电路 20

3.4.1阻抗检测电路 20

3.4.2均方根调理电路 21

3.5 ADC模数转换电路 22

3.6 电源管理模块 23

第四章 油介质密度测量的软件设计 25

4.1软件的整体框架 25

4.2 DDS控制软件设计 25

4.3 数据采集软件设计 27

4.4 CAN总线通讯软件设计 29

4.4.1报文发送软件设计软件设计 29

4.4.2报文接收软件设计软件设计 30

4.5 上位机软件设计 32

结语 34

参考文献： 35

致 谢 36

第一章 绪论

1.1课题背景

润滑油作为一种非常重要的油产品，它在汽车等众多的生产领域都有着十分广泛的运用。而润滑油不管是对于国家，还是对于百姓，它存在的地位是非常高的，尤其我国作为一个发展中国家，它的市场缺口跟GDP等经济发展都密不可分^[1-2]。在当今社会，科技经济在不断进步,人们对汽车的需求也在不断的提高，这也使得我们对油品质的的要求越来越严格，与此相关联的一些排放，回收，利用的标准也在相适应的提高^[3]。

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