[发明专利]一种可变电阻测量位移长度及旋转角度的系统和方法

说明书

本发明公开了一种可变电阻测量位移长度及旋转角度的系统和方法，包括：电压取样电路、A/D模数转换器、单片机、LCD显示器和恒压电源，所述恒压电源连接在线性可变电阻R的两端，所述电压取样电路一端连接线性可变电阻R的端头，另一端连接在线性可变电阻R上，电压取样电路与A/D模数转换器连接，A/D模数转换器和LCD显示器均与单片机连接。本发明基于线性可变电阻的任意段长度L和阻值R成正比的特点，利用可变电阻作为传感器来测量位移长度和旋转角度，结构简单、易维护、精度高、误差小；针对不同的长度测量需求，设置了四种不同的量程，由液晶显示屏显示测量结果，还可以通过USB接口与计算机通信，将测量的数据实时传输到计算机显示。

技术领域

本发明涉及属于物理、单片机应用技术领域，具体是一种可变电阻测量位移长度及旋转角度的系统和方法。

背景技术

可变电阻器通常用在需要经常调节阻值的电路中，起调整电压、调整电流或信号控制等作用，广泛的应用在各类电子产品中。

根据电阻定律R=ρL/S，即导体的电阻R和长度L成正比，和横截面积S成反比，此外还和材料有关，其中ρ电阻率。测一维直线长度原理是在电阻R上（如康铜丝）测量某一段L上的电压U，由欧姆定律R=U/I可知，当电流I一定时，R和U为正比线性关系，由线性电阻的特性可知电压U和直线长度L或旋转角度之间也为线性关系。

如图1、2，通过实验测量绘制电阻R的电压和位移关系的U-L/θ直线图并计算得到斜率K=tanα=ΔU/ΔL，则电阻R任意处的位移长度L或旋转角度θ和电压U之间的关系为：L=U/K或 θ=360°L/2πr，其中r为环形电阻的半径。本发明利用上述原理，通过测量R上任意处的电压U，已知斜率K便可计算出对应的直线长度或旋转角度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变电阻测量位移长度及旋转角度的系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可变电阻测量位移长度及旋转角度的系统，包括：电压取样电路、A/D模数转换器、单片机、LCD显示器和恒压电源，所述恒压电源连接在线性可变电阻R的两端，所述电压取样电路一端连接线性可变电阻R的端头，另一端连接在线性可变电阻R上，电压取样电路与A/D模数转换器连接，A/D模数转换器和LCD显示器均与单片机连接。

作为本发明进一步的方案：所述恒压电源采用5V恒压源。

作为本发明进一步的方案：A/D模数转换器的分辨率为16位。

一种可变电阻测量位移长度或旋转角度的方法，包括以下步骤：

步骤01，读取样电压值offset，进行A/D模数转换和中位值滤波，采用线性直滑电位器进行电压取样测量，根据实验结果拟合U-L或U-θ直线图，得出直线斜率K；

步骤02，由公式L=(U-offset)/K，计算出位移长度，或根据公式θ=(U-offset)/K计算出旋转角度值；

步骤03，切换量程，通过校正来修正测量误差，具体为：设标准参考值为L₀或θ₀，误差修正值ΔL=L-L₀或Δθ=θ-θ₀，通过对比测量n个校正点的方式得到测量值和标准参考值之间的校正曲线，最后利用校正曲线分段进行误差修正；

步骤04，决定是否将数据置零，若是，则保存offset值，并将测量的长度数值或角度数值显示在LCD显示器上，若不置零，则直接将测量的长度值或角度值显示在LCD显示器上；

步骤05，重复执行步骤01-04，获取多组数值。