论文总字数：14031字

摘 要

差动电阻式仪器，现在被广泛应用在大坝监测工程和岩土监测工程中，是国内外的各种桥梁建筑工程中不可缺少的重要部分。它具有优越的性能和良好的稳定性。在二十世纪三十年代初被美国加一位大学教授卡尔逊所研制，它的设计原理是仪器内部的两根钢丝的内阻产生差动变化和两根钢丝的总电阻随着温度的变化而变化来设计成的。

本文介绍了差动电阻传感器的的种类、基本结构和工作原理，然后设计了一种基于单片机的差动电阻测量装置硬件电路、主电路设计、电桥测量电路、运算放大电路、串行通信接口硬件电路。能够测量差动电阻仪器的电阻和电阻比这2个参数，并存储测量的数据。

关键词：差动电阻传感器；单片机；电路设计；测量；

Abstract

Differential resistance instruments, is now widely used in engineering and geotechnical monitoring of dam monitoring project, is an important part of various bridge construction projects at home and abroad indispensable. It has excellent performance and good stability. In the early nineteen thirties it was developed by a university professor added Carlson, its design principle is the internal resistance of two wires inside the instrument generates two differential change and the total resistance of the wire as the temperature changes changes to the design.

This article describes the types of differential resistance of the sensor, the basic structure and working principle and design of a microcontroller-based differential resistance measuring device hardware circuit, the main circuit design, bridge measurement circuit, an operational amplifier circuit, a serial communication interface Hardware circuit. Instruments capable of measuring the differential resistance of the resistance and the resistance ratio of these two parameters, and data storage measurement.

Keywords: Differential resistance sensor; single chip microcomputer; circuit design; measurement;

目 录

摘 要 3

Abstract 4

目 录 5

第一章 绪 论 6

1.1课题研究目的和意义 6

1.2差阻传感器应用 6

1.3差阻传感器发展现状 6

1.4本文研究的内容 6

第二章 差阻传感器的工作原理 8

2.1差阻式仪器结构和工作原理 8

2.2 基本测量原理 9

2.3 组桥法 9

2.3.1组桥法的优点 10

2.3.2组桥法的缺点 10

第三章 硬件电路设计 11

3.1 总体设计 11

3.2 SIAP15系列的概述 11

3.3复位电路 12

3.3.1复位电路的作用 13

3.4时钟电路 13

3.4.1 时钟电路的作用 14

3.5通讯模块设计 14

3.6电源电路的设计 15

3.7 A/D转换电路 16

3.8液晶显示电路 18

3.9 24C02存储电路 21

3.10报警电路 22

3.11 键盘电路 22

第四章 软件设计 24

4.1单片机软件设计 24

4.2主程序流程图 24

第五章 26

5.1设计调试： 26

结 论 27

致 谢 29

参考文献（References） 30

第一章 绪 论

1.1课题研究目的和意义

差动电阻式仪器，现在被广泛应用在大坝监测工程和岩土监测工程中，是国内外的各种桥梁建筑工程中不可缺少的重要部分。它具有优越的性能和良好的稳定性。在二十世纪三十年代初被美国加一位大学教授卡尔逊所研制，它的设计原理是仪器内部的两根钢丝的内阻产生差动变化和两根钢丝的总电阻随着温度的变化而变化来设计成的。

近几十年来，国内岩土工程和大坝工程都铺设了大量的差动电阻式仪器并取得了很多有用的成果，同时也积累了非常丰富的经验。差动电阻传感器在大坝安全监测自动化系统中具有非常广泛的应用，它能够测量差动电阻仪器的电阻和电阻比这2个参数，并存储测量的数据。差阻式传感器在以后的工程中会得到更广泛的应用！

1.2差阻传感器应用

用于岩土工程监测、大坝工程监测和混凝土结构监测的差阻式传感器，在监测工程中起着中流砥柱的作用，没有这些传感器的话，整个监测工程就不能稳定运行，达不到测量的效果。一个差阻式传感器可以同时测量2个变量。由于温度可以影响差动电阻式传感器的电阻比，因此，测量的结果需要对温度的变化进行校正，来保证测量结果准确。而温度是测量传感器自身电阻值变化的一个结果，因此，传感器对温度的测量将直接影响测量结果的最终结果。

1.3差阻传感器发展现状

差动电阻式仪器由于防潮性能好、长期稳定性好、绝缘要求低、试验方法简单、防雷保护性强、经济性强、同时还可以测量温度，因此在我国得到较广泛的使用。但是这些器件的内阻低，而且仪器会电阻的差变会影响测量值，针对这些问题，我国工程技术人员创造一个5芯仪器的测量原理，使电阻差变和线缆芯线的电阻与仪器测量结果无关，实现差动电阻式仪器自动监测。子差阻式传感器投入应用以来，我国科学技术人员通过对这些仪器的使用和观察，已经能够灵活的运用此种传感器，并且积累了丰富的经验，为以后的工程应用的提供了良好的技术支持。

在过去的20年里，技术已经取得了很大的进步，差动电阻式仪器从3芯连接开始到4芯连接连接到今天的5芯连接，从传统的液压比例桥至5芯测量仪器仪表与自动化系统。在这一技术背景下，相关规范和技术标准也应不断更新，这样才会有利于仪器的进一步开发和应用。

1.4本文研究的内容

本课题研究一款基于STC IAP15F2K61S2的差阻传感器测量单元，并搭建一个简单可靠的系统，在了解差阻式传感器的基础上，对差阻式传感器测量单元进行硬件设计，本篇论文共分为五章，每一章的内容分别是：

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