基于單片機(jī)和CPLD的無(wú)線(xiàn)膜厚監(jiān)測(cè)零碎
設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)和簡(jiǎn)單可編程論理器件(CPLD)的無(wú)線(xiàn)膜厚監(jiān)測(cè)零碎。論述了其性能、構(gòu)造、硬件、硬件等原理及其兌現(xiàn)。零碎采納PIC18F2550單片機(jī)和AlteraEPM7064SCPLD兌現(xiàn)多周期同步法測(cè)量效率，采納nRF24L01無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸模塊兌現(xiàn)遠(yuǎn)間隔膜厚監(jiān)測(cè)性能。該零碎戰(zhàn)勝了傳統(tǒng)有線(xiàn)聯(lián)接的局限性，并存在低利潤(rùn)，中型化等長(zhǎng)處。
在輕工業(yè)生產(chǎn)和迷信鉆研中，地膜制備已變成一道根底況且要害的步調(diào)。在地膜制備內(nèi)中中，對(duì)地膜薄厚的監(jiān)測(cè)顯得尤為不足道。監(jiān)控地膜薄厚的步驟重要有電阻法，稱(chēng)重法，石英結(jié)晶體振蕩法和光電極值法及其改良，雙色法，跨度掃描法，電子模仿微分法，單色定值比擬法，雙色四光路掌握法，水解感測(cè)器法等。這其中以石英結(jié)晶體振蕩法利用最為寬泛。
石英結(jié)晶體微天平(quartzcrystalmicrobalance,QCM)作為微量稱(chēng)量家伙，能夠測(cè)出10-6-10-9克的品質(zhì)。它存在體積小、銳敏度高、快捷、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，已寬泛用來(lái)化學(xué)、資料、生物、醫(yī)術(shù)、條件監(jiān)測(cè)等畛域。石英結(jié)晶體微天平是基于石英結(jié)晶體的壓電效應(yīng)答其電極名義的黏附品質(zhì)繼續(xù)測(cè)量的儀器。它的根本作業(yè)原理為：石英晶振名義所負(fù)著品質(zhì)的改觀(guān)導(dǎo)致石英晶振振動(dòng)效率變遷。振動(dòng)效率隨負(fù)著品質(zhì)的改觀(guān)滿(mǎn)足Sauerbrey方程：
式中Δf是石英晶振振動(dòng)效率的改觀(guān)，Δm是石英晶振名義的品質(zhì)改觀(guān)值，f0是石英晶振的基頻，μq是石英結(jié)晶體的彈性模量，ρq是石英結(jié)晶體的密度，A是石英結(jié)晶體存在壓電活性的名義積。
方程中的負(fù)號(hào)表明樣品品質(zhì)增多導(dǎo)致石英諧振器效率的升高。通常QCM運(yùn)用的石英晶振基頻在6MHz左右，由(1)式可知，微弱的品質(zhì)變遷即能導(dǎo)致效率有較大變遷。因而QCM步驟是一種極為銳敏的檢測(cè)目的。
眼前，石英晶振膜厚監(jiān)測(cè)儀曾經(jīng)寬泛用來(lái)真空熱揮發(fā)地膜制備內(nèi)中中的膜厚監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的石英結(jié)晶體膜厚掌握儀，晶振探頭置于真空腔體中，其效率信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)傳于膜厚掌握儀或電腦長(zhǎng)機(jī)。然而，在某些一定的輕工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)合或科研場(chǎng)合，因?yàn)檎婵涨惑w與膜厚掌握儀間隔太遠(yuǎn)等起因，為難用導(dǎo)線(xiàn)將探頭與膜厚掌握儀聯(lián)接起來(lái)。因而，白文設(shè)計(jì)一種無(wú)線(xiàn)膜厚監(jiān)測(cè)零碎。晶振探頭的效率信號(hào)經(jīng)過(guò)射佳音頻傳輸?shù)侥ず裾莆諆x或長(zhǎng)機(jī)。1.零碎組成
膜厚監(jiān)測(cè)儀的中心是石英晶振效率計(jì)。本零碎采納多周期同步法繼續(xù)效率測(cè)量。多周期同步法測(cè)頻技能的理論閘門(mén)工夫是被測(cè)信號(hào)的整周期倍,而不是生動(dòng)的值,即閘門(mén)工夫與被測(cè)信號(hào)同步,因而肅清了對(duì)被測(cè)信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)產(chǎn)生的出±1個(gè)字誤差,測(cè)量精度大大普及,而且達(dá)成了在整個(gè)測(cè)量頻段的等精度側(cè)量。
圖1零碎框圖
零碎框圖如圖1所示。零碎重要由數(shù)據(jù)搜羅發(fā)送全體（末座機(jī)）和數(shù)據(jù)吸收全體(上位機(jī))組成。上位機(jī)中，皮爾斯振蕩通路驅(qū)動(dòng)石英晶振產(chǎn)生脈沖方波。此脈沖與溫補(bǔ)晶振(TCXO)產(chǎn)生的規(guī)范脈沖同聲輸出到CPLD繼續(xù)計(jì)數(shù)。單片機(jī)讀取CPLD中的計(jì)數(shù)值，劃算出待測(cè)信號(hào)的效率值，再將效率值送入無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊。上位機(jī)中的單片機(jī)讀取無(wú)線(xiàn)吸收模塊收到的該效率值，經(jīng)過(guò)USB總線(xiàn)發(fā)送來(lái)電腦。2.硬件設(shè)計(jì)2.1振蕩通路
振蕩通路的選取對(duì)石英晶振效率的穩(wěn)固度至關(guān)不足道。常見(jiàn)的石英結(jié)晶體振蕩通路有皮爾斯振蕩通路，考畢茲振蕩通路，克拉普振蕩通路[3]。綜合零碎簡(jiǎn)單度和效率穩(wěn)固度思忖，本零碎采納皮爾斯振蕩通路。該通路能在2-20MHz內(nèi)能穩(wěn)固作業(yè)。
圖2皮爾斯振蕩通路2.2簡(jiǎn)單可編程論理器件
本零碎設(shè)計(jì)的實(shí)踐測(cè)量精度為0.1ppm。被測(cè)信號(hào)為6MHz的脈沖，而規(guī)范信號(hào)為60MHz的脈沖。因而采納簡(jiǎn)單可編程論理器件(CPLD)對(duì)兩路脈沖同聲計(jì)數(shù)。零碎采納一片AlteraEPM7064S，設(shè)計(jì)成兩路16位高速計(jì)數(shù)器。其最大外部大局時(shí)鐘效率達(dá)175.4MHz，滿(mǎn)足高速計(jì)數(shù)的務(wù)求。計(jì)數(shù)閘門(mén)由單片機(jī)提供。
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