论文总字数：16815字

摘 要

随着我国经济建设事业的迅猛发展，国家对于矿山、桥梁、隧道、水库大坝等这些大工程领域的投资也越来越大，这些工程既促进了我国经济的进一步发展又大大提高和方便了民众的生活质量水平。随着这些矿山、桥梁、隧道、水库大坝等工程建设规模越来越大型化，对我国经济发展的促进作用也显得越来越重要。为了保障这些重大工程的安全生产，我们需要对其进行数据采集并分析这些工程的安全情况。目前工程中广泛使用振弦式传感器采集压力、应力、拉力等这些关系到工程安全的数据进行采集分析。然而随着于矿山、桥梁、隧道、大坝等这些工程建设规模越来越大需要采集的数据量也越来越多，如果还是用老式的采集方法，既费时又消耗巨大的人力物力。同时随着信息技术的到来，信息的采集也变得要快速化，我们急需一种可便携、精确的智能的振弦式传感器测量信息的读数仪。本文设计了一种采用STM32F103单片机的振弦式传感器的智能读数仪，该读数仪配有存储、实时智能显示、上传数据等功能。这种读数仪大大简便测量人员的工作量，同时又保证了测量数据的精确度，读数仪的工作时间也很长，稳定性能高，适应在恶劣环境下工作。

关键字：振弦式传感器；数据采集；STM32F103；智能读数仪；

Based STM32F103 vibrating wire sensors intelligent reader（Overall and software design）

Abstract

With the rapid development of national economy, All kinds of mines, bridges, tunnels, dams and other projects increasing scale, the role of the country"s economic development has become increasingly important. In order to ensure the safety of these major projects, we need to collect data and analyze the security situation of these projects. At present, it is widely used in engineering to collect the data of stress, stress, tension and so on, which are related to the safety of the project. However, as more and more data in mines, bridges, tunnels, dams and other project, the construction scale is more and more difficult to be collected, if still use old acquisition method, which is time-consuming and consume huge manpower and material resources. At the same time with the arrival of information technology, the collection of information has become faster and faster, we need a portable, accurate and intelligent vibrating wire sensor measurement information reader. In this paper, a kind of intelligent reader using STM32F103 single chip vibrating string sensor is designed, which is equipped with storage, real-time intelligent display, upload data and other functions. The reading instrument greatly simple measurement of the workload of staff, and guarantee the precision of the measurement data reading instrument working time is very long, high stability, adapt to work in harsh environments.

Keywords: Vibrating wire transducer; Data acquisition; STM32F103;Intelligent reading instrument；

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 振弦式传感器智能读数仪的选题背景和意义 1

1.2 本文工作与论文结构 1

1.2.1 方案的设计要求 1

1.2.2 本文工作 1

1.2.3 论文结构 2

第二章 振弦式传感器相关介绍 3

2.1 振弦式传感器基本原理 3

2.2 振弦式传感器的类型 4

2.3 振弦式传感器的激振方法 4

2.3.1 间歇激振方法 4

2.3.2 扫频激振 5

第三章 硬件设计 6

3.1 振弦式传感器智能读数仪物理架构 6

3.2 主控模块电路设计 6

3.2.1 单片机最小系统与设计所用的单片机型号 6

3.2.2 单片机的晶振电路 8

3.3 显示电路 8

3.4 扫频激振电路 9

3.5 测频电路 10

3.6 RS-232通信模块 10

3.7 测温传感器电路 11

3.8 存储电路 12

3.9 电源电路 12

第四章 软件设计 14

4.1 软件设计总体思路 14

4.2 开发工具介绍 14

4.3 系统架构 14

4.4 单片机主程序设计 15

4.5 与上位机通信模块程序设计 16

4.6 按键程序 17

4.7 LCD1602显示程序 18

4.8 测频模块初始化程序设计与测频方法思路 19

4.8.1测频方法： 19

4.8.2扫频激振程序设计： 20

第五章 调试 22

5.1 调试操作步骤 22

5.2 调试遇到的问题与解决办法 23

第六章 结束语 24

致 谢 25

参考文献（References） 26

第一章 引 言

1.1 振弦式传感器智能读数仪的选题背景和意义

随着我国经济建设事业的迅猛发展，国家对于矿山、桥梁、隧道、水库大坝等这些大工程领域的投资也越来越大，这些工程既促进了我国经济的进一步发展又大大提高和方便了民众的生活质量水平。随着这些矿山、桥梁、隧道、水库大坝等工程建设规模越来越大型化，对我国经济发展的促进作用也显得越来越重要。但是在国家对这些大工程领域投入大量资金的同时，既要保证工程的安全生产又要保障人们群众的生命财产安全。这对对国家而言是个尤为重要的问题。

在矿山、桥梁、隧道、水库大坝等这些大工程领域里，技术人员往往需要对工程中的压力、应力、拉力等一些列，关系到工程安全的数据进行采集分析。以往的数据采集主要是依靠人工来完成，而人工采集来的数据具有较多的不确定性因素。如：人工记录到的数据中往往具有工作人员的主观性在里面，采集的精准度也很依靠工作人员的经验。这种采集到的数据的准确性就显得不客观。由于计算机技术、电子测量技术和传感器技术的发展，现在许多工程领域都趋于使用利用传感器来采集数据的方式。对于矿山、桥梁、隧道、大坝等这些大工程而言，采集到的数据的精确度是一个关键问题。稳定性好就是振弦式传感器的一个显著特点,它具有较好的重复性、构造简单、长期稳定性能好，分辨力高、准确度高，适合远距离传输和远程监测等优点。而且它输出的是频率信号,可以连接电缆,直接使用微机检测。由于振弦式传感器的这些优势，很快它就成为在大坝工程建设中长期埋设使用的重要传感器，且在其他领域也得到大量运用。基于振弦式传感器设计的振弦式传感器智能读数仪不仅具有测量数据高准确度、多功能、直接显示传感器测量到的谐振频率和温度等特点而且可以自动转换为测量值（物理量）和连续测量与存储。

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