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作者：河南工程学院 朱振豪 王振冲 赵曼曼
指导教师：肖海红 蒋威

　　作品简介　　

 　　开发背景：
　　测量工具一向是生产中不可或缺的工具。由于数显量具的可靠性和准确性高，近些年来数显量具的市场一直在扩张，逐渐替代了传统的机械测量工具。数显卡尺是重要的测量工具之一，较传统的游标卡尺而言，它的操作简单，精确度高，是每个机械类工作人员必不可少的工具。它主要可以进行外径、内径、深度的测量。
　　测量劣弧的半径一向都是令工程师们头疼的事，目前大多数都采用万能工具显微镜观察测量，但测量成本极高、又有很多局限性。

　　结构说明：
　　该作品一共有四部分组成：电源、数据通信、功能按键、卡尺尺身与传感器部分。

　　功能和使用说明：
　　1. 普通功能(测外径、内径、深度)
　　用多功能数显卡尺测外径、内径、深度时与普通数显卡尺使用方法一样，可以任意位置归零、暂停、公英制转换。在此不做过多介绍。

　　2. 劣弧及大圆弧半径测量功能
　　(1)先将卡尺闭合，按下归零按键;
　　(2)将尺身与待测圆弧贴紧，并使两个内测爪与待测圆弧都接触。按下半径键，液晶上就能显示出待测圆弧的半径值。

　　平台选型说明

　　该作品选用单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)。

　　设计说明

　　一.设计原理：
　　多功能数显卡尺利用容栅传感器作为核心，将其产生的信号再通过比较器、滤波器、积分电路进行处理形成单片机能够识别的信号。CPU接收到数据后，进行处理使其成为长度数据，使多功能数显卡尺可以进行外径、内径的测量。测量劣弧半径时，只需将长度数据带入计算好的函数即可。
　　“多功能数显卡尺”的测量原理抽象为数学模型。如图2所示。　　

 　　直线L即为多功能数显卡尺的尺身，AE、DF为它们的内测爪，其长度为a，宽度为b，所处圆半径为r。劣弧AD为待测圆弧，圆心为o，将劣弧AD与直线L相切交与C，AE、DF同时与弧AD接触。由于待测圆弧半径为定值，所以此时两内测爪间的距离也是一定的，设为x。

　　求得：　　

 　　公式(1)、公式(2)即为数显卡尺测量劣弧半径的原理，要求按照上述参数制作卡尺的内测爪。
　　利用现有的容栅传感器，将其数据串行接收过来，处理后在1602液晶上同步显示。最后通过单片机进行逻辑控制、数据处理再配合功能按键实现任意位置归零、数据保持、公英制转换、圆弧半径四项功能。
　　原理图 图3

　　二.设计方案：(结构框图)图3　　

 　　三.电路原理图如图4：　　

 　　作品特色

　　一.先进性：
　　本作品采用先进的容栅传感器作为核心，具有稳定性好、精确度高、相应速度快的得点。经过大量实验证明该设计的测量数据不易被外界环境影响、劣弧半径测量值精确度能达到0.08mm、最大测量速度能达到1.8m/s。电路接收部分采用LM311作为比较器，对数据进行电平转换，无延时、稳定可靠。

　　二.实用性：
　　测量劣弧的半径一向都是令工程师们头疼的事，目前大多数都采用万能工具显微镜观察测量，但测量成本极高、又有很多局限性。而多功能数显卡尺不但可以测量劣弧的半径、还可以测量直径大于自身量程的圆弧半径，而且操作简单、精确度较高。

　　三.创新性：
　　并且采用弓弦定理在不破坏现有数显卡尺所有功能的基础上实现的劣弧和大圆弧的半径测量，在国内甚至国际上为首例。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2320