LM3S811微控制器具有32 位RISC 性能，内不含有64KB单周期flash, 8KB 单周期SRAM, 3 个定时器，每个都可配置为一个32 位定时器或两个16 位定时器，或者用来启动一个ADC 事件,同步串行接口（SSI），2 个完全可编程的16C550-类型UART，ADC当用作单端输入时有4 路10 位通道（输入），3 个PWM 发生器模块，1～32 个GPIO。实际制作采用了大赛提供的LM3S811开发板。
3.2 传感器选择
1.平板式
平板式传感器的结够示意图如图3.2所示，平板式传感器两个极板相互平行，且它们的内表面分别作为传感器的发送电极和接收电极。在进行润滑油检测时，两极板充满润滑油，电容器极板间介电常数发生改变导致电容量发生变化。
图3.2.1 平板式电容传感器结构示意图
2.同轴式
同轴式传感器的结构如图3.2.2所示，内圆柱作为传感器的一个电极，半径为r；外圆柱作为传感器的另一个电极，高为H，半径为R，外圆柱的内表面和内圆柱的外表面之间可以产生电场。将被润滑油置于两同轴圆柱极板之间，当其污染程度发生变化时，两极板间的介电常数也发生变化。当H>>(R-r)时，可忽
略圆柱的边缘效应，而且它的电极是非对称的，即内极板被外极板所包络，这样可以有效的抑制人体感应。
图3.2.2 同轴式电容传感器结构示意图
润滑油电容传感器是整个测量系统的最前面的环节，其性能对测量结果至关重要，所以一个高性能的电容传感器是可靠检测的基础。本课题设计采用同轴式电容传感器，它具有结构简单、测量范围宽、动态响应好且可以实现非接触测量等优点。
3.3 传感器信号转换电路选择
电容式传感器把被测量转换成电路参数C后，还需要将电路参数C进一步转换成电压、电流、频率、阻抗等电量参数。结合本课题设计实际情况分别给予以下分析和探讨，以选择较好的方案。
一、电容量转换为脉冲电路
555定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规集成电路，其逻辑功能强，使用灵活，可方便组成多种逻辑电路，其原理图如图3.3.1所示。
图3.3.1 555定时器原理图
555电容量转换为脉冲的电路图如图3.3.2所示，由555构成的多谐振荡器，把被测电容量Cx转换为相应的脉冲，根据单位时间内的脉冲数为脉冲频率，脉冲周期计算公式如式(3.3.1)所示：
T?(R1?2R2)Cln2 (3.3.1) 则脉冲频率如式(3.3.2)所示：
f?11 (3.3.2) ?T(R1?2R2)Cln2234图3.3.2 电容量转换为脉冲量电路 二、电容量转换为阻抗电路 ADI公司的阻抗数字转换器(Impedance to Digital Converter，IDC)芯片AD5933结合了最先进的数字信号和模拟信号处理技术，为阻抗测量提供了一种小型集成解决方案。它采用直接数字频率合成器(Direct digital ynthesizer，DDS)技术把ADC和复杂的数字信号处理功能结合在一起提供一种精细频率扫频能力，允许高达约为 100KHz 的已知频率对外部复阻抗(范围为100Ω到10 MΩ)激励。被激励阻抗的响应信号直接被片内的ADC 采样，然后用片内的 DSP 引擎处理离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transorm，DFT) DFT算法返回每个频点(在扫频情况下)的实部和虚部数据字，从而可以根据初始校准数据很方便地计算出阻抗值。 电容传感器在进行润滑油检测时，阻抗测量芯片AD5933产生一定频率的正弦交流信号对电容传感器激励，然后把响应信号反馈回AD5933进行ADC采样、傅立叶变换，最终求出阻抗。不同的电容量在一定的激励信号下对应着不同的阻抗，这样就实现了电容量到阻抗的变化，电路连接图如图3.3.3所示。 VOUT 电容传感器AD5933RRFBSDA接单片机SCLVIN 图3.3.3 阻抗测量电路图 由于AD5933内部集成了DDS(直接数字频率合成器)和DSP处理器，直接就可以从内部寄存器读出最终的测量结果，因此电路具有简单、可靠、稳定等优点。 综上述分析，结合实际情况，本课题设计拟选用第二种方案。通过测出在一定频率下电容器的阻抗，再把阻抗转换为电容量，进而确定出电容器中介质(润滑油)的相对介电常数，实现润滑油的快速检测。 3.4 AD5933检测电路设计
阻抗测量芯片AD5933产生正弦信号对电容传感器进行激励，响应激励信号反馈回AD5933进行放大、滤波、模数转换以及傅立叶变换得到测量结果，通过I2C通信把数据传送到LM3S811。根据电路设计要求，AD5933测量模块电路图如图3.4所示。
图3.4 AD5933测量模块电路图
为了降低输出噪声，模拟电源AVDD_1、ADDD_2和数字电源DVDD是分开的，都加有0.1uF和10uF退耦电容；模拟地AGND_1、AGND_2和数字地DGND也是分开，保证数字回流不干扰模拟输出的稳定。AD5933的系统时钟可以通过两个途径，可以在外部时钟引脚MCLK接入一个高精度稳定的时钟，也可以使用其内部16.776MHz的时钟。具体选择用外部时钟还是内部时钟可以通过设置控制寄存器的第三位来实现，本课题设计采用内部时钟，因此MCLK管脚悬空不作处理。因为AD5933内部ADC输入不能超过2Vp-p，输入端电压Vin：Vin=Vout×RFB/Zunknow×G(本设计Vout取2 Vp-p，G=1)，应该根据待测阻抗的大小来采用合适的RFB，以使得Vin控制在ADC输入范围之内。反馈电阻网络 R1、R2、R3、R4的阻值分别为100、1K、10K、100K。对于一未知阻抗可以通过选择合适的的RFB，可以将Vin控制在0.2Vp-p～2Vp-p，保证Vin不会超过ADC的输入范围。反馈电阻的选取是通过拨码开关来实现的。IIC设备连接到总线的输出端必须是开漏输出或集电极输出，因此SCL、SDA线上连接了上拉电阻R5和R6，AD5933串行数据线SDA、串行时钟线SCL分别与LM3S811的I/O口相连。 3.5 电源模块
润滑油检测仪系统有一个5V的电源供电，但AD5933需要3.3V的工作电压，因此需要在5V的电源供电基础上，设计出一个能够提供3.3V的电源电路。
4. 系统软件设计
一个稳定、可靠的润滑油检测系统，除了硬件的合理设计外，很大程度上取决于功能完善、算法先进的软件设计。润滑油检测系统软件主要有以下模块构成：AD5933初始化、IIC通信程序设计、采集数据处理、液晶显示，如图4.1所示。
润滑油检测系统软件模块LM3S811初始化AD5933初始化IIC通讯程序设计采集数据处理液晶显示 图4.1 软件系统模块构成
检测系统主程序流程如图4.2所示。系统初始化后，AD5933进行测量，LM3S811通过I2C通信读取每次测量结果，并保存在程序设定的数组中，总共测量8次。数据采集完毕后，进行数据处理得到每次测量的润滑油介电常数。当待测润滑油的介电常数εr超过设定的阈值，系统发光二极管被点亮，LCD显示待测润滑油的介电常数，这样达到润滑油品质的快速检测。
开始系统初始化AD5933进行测量N是否达到测量次数Y数据处理、运算是否超过阈值NY报警LCD显示数据结果结束
系统流程图