基于电磁感应的液体粘度测量方法研究

序设计三部分。控制处理电路设计主要包括：核心控制处理芯片的选择、芯片的外围电路设计、控制电路电路设计和处理电路电路设计。机械结构部分设计旨在实现电磁线圈驱动永磁体活塞在被测液体中往复运动。其中要求：被测液体能够自由进入活塞的运动空间;线圈的安装空间具有良好的密封性。软件程序设计主要实现测量系统的控制功能和处理功能。1.信号产生电路设计

　　信号产生电路设计既电磁线圈驱动信号产生电路设计，要求产生驱动信号驱动两个电磁线圈实现两个电磁线圈交替通电，从而驱动两个线圈之间的柱状永磁铁活塞往复运动。

　　为了使电磁线圈对柱状永磁铁活塞的驱动力为恒力，本系统采用恒定电压的方波信号作为驱动信号。

　　方波产生电路方案选择

　　微控制器产生方波

　　微控制器产生方波实现非常简单，主要是利用I/O口产生高低电平，再经后续电路的处理即可。后续电路的处理主要有以下方法：

　　1.利用D/A转换器将I/O口输出电平转换成模拟信号，再将放大电路放大;

　　2.直接将I/O口输出电平进行隔离放大，作为驱动信号;

　　3.将I/O口输出电平进行隔离放大后控制功率器件的通断，从而产生驱动信号。

　　综合分析利用微控制器产生方波实现方便，易于调节。并且考虑到后续感应信号检测处理电路的需要，使用微控制器更能满足要求。

　　1.方波产生电路设计

　　方波信号产生电路首先由单片机某一I/O口交替产生高低电平，再由反相器得到其互补信号，形成一对互补信号。然后，将两路信号经过光电耦合器隔离后分别驱动两个开关管，进而控制电磁线圈的通断。

　　因为本系统中是用单片机输出的数字信号驱动开关管和电磁线圈等大功率器件，所以使用光电耦合器隔离前面的数字部分和后面的模拟部分

　　本设计中采用的光电耦合器是TLP521

　　光电耦合器的工作原理是输入的电信号驱动发光二极管，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了“电—光—电”的转换，从而起到输入、输出隔离的作用[43]。

　　　本设计采用MOS开关管的通断来控制电磁线圈的交替通电，两个电磁线圈分别和两个开关管串联，光电耦合器的输出信号控制开关管的导通和截止，从而控制电磁线圈的通电状态。

　　2.程序设计

　　程序主要实现方波驱动信号的产生、感应电压信号的检测处理、活塞往复运动时间的记录以及通过串口向上位机传送记录的数据。

　　首先，对控制器进行初始化，包括设置定时器工作方式、装载定时器初值、设置串口工作方式、设置串行通信波特率、开中断等。正常工作时，控制器通过检测活塞往复运动时产生的感应电压信号来控制方波翻转，从而驱动活塞继续往复运动，从而再次产生感应电压信号。所以，进入控制器主程序后便开始循环检测感应电压信号，一旦检测到有感应电压信号反馈到控制器，程序立即控制控制器I/O口翻转方波信号，驱动活塞反方向运动，记录活塞的运动时间(由定时器T0计数得出)，重新计时，并向上位机发送记录的数据。

　　但是，有时可能未能检测到感应电压信号，此时方波不在翻转，活塞便无法继续往复运动，也就不会再有感应电压信号。所以程序中设计了超时溢出，并进行了溢出处理，使程序能够在未能检测到感应电压信号的情况下继续正常工作。如果长时间未检测到感应电压信号，则程序超时溢出，同时翻转方波，驱动活塞继续往复运动，重新计时，并且重载超时计时器。这样系统便能恢复到正常的工作状态。