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液压式万能试验机计算机接口设计

2021-07-30

  液压式万能试验机计算机接口设计

  1 设计思路

  要完 成 上 述功能,首先应将待丈量载荷的变化转化为电学量的变化,即信号的获得。电学量得到后常常需经过放大处理,然落后人模数(A/D)转换电路中将摹拟量离散成数字量。将这些数字量通过特定的接口电路翰人到计算机中,利用软件程序控制采样间隔、采样总时间等,并绘制相应的动画曲线和实物摹拟。

  2 设计进程及工作原理

  2.1传感器设计

  本部份元件主要功能是完成非电学量到电学量的转化。设计中除要求1定的精度外,结构要尽可能简单。通过分析发现,在液压式万能实验机中载荷的大小可以通过液压油的油压力表现出来。因此,可以用测压膜片将油压转化为应变片电阻的变化,通过惠斯登电桥将电阻的变化转化为电压或电流的变化,进而进行放大、滤波等处理便可输出。此方案需从工作油缸中引出1支路或将油缸钻孔以安装油压传感器。另外一种方案是根据万能实验机的结构,寻觅适当位置安装拉(压)力传感器直接敏感施加在试件上的载荷。这样需将某施力杆件断开,以安装拉(压)力传感器。上述两种方案都要改变原机器结构,改造工艺复杂,而且电桥输出收摘日期:加眼11此1价的电学信号需要进行放大、滤波等处理,相应电路较为复杂,精度不容易保证。为了寻求 1种更简单、可靠的测力方法,对该实验机进行了内部结构分析。研究发现:施加在试件上的载荷大小与机器内部摆锤摆起的角度成正比,推动摆锤摆动的杆件沿轴线平移。即该杆件总成移动的位移与载荷成线性关系。利用该机器的结构特点,就把丈量载荷的大小问题转化成丈量该杆件总成的位移问题。斟酌到此部位运动频率较低,故采取线绕式高精度线性电阻变换器丈量位移。这样不改变原机器装备的结构和工作状态,输出值也足够大,不需放大处理即可以直接进行A/D转换,使线路简单,误差较小。

  2.2 A/D转换器的选用及外围电路设计

  本部份电路是将前面已得到的摹拟电压信号离散成数字信号,以便于计算机辨认。

  2.2.1 A/D转换器的选择及特性A/D转换芯片种类繁多、性能各异、价格差别很大。按其转换原理分2进制斜坡法、积分法、并行比较法、电压1频率转换法和逐次比较法等。由于本实验要丈量数据通道数少,要求转换速率不高,斟酌外围电路简单、可靠性好、电源要求低及经济性等因素,选择ADC0809芯片.它是CMOs数据收集器件,为28脚双列直插式封装,它不但包括1个8位的逐次逼近型的转换器,而且还提供了1个8通道的摹拟多路开关和联合寻址逻辑。其主要特点为:①采取单5V电源,工作时钟范围为IOKH211MH2(典型值为640KHz); ②分辨率为8位2进制码,精度7位,零偏差和满量程误差均小于0.51 SB,不需校准;③具有8通道门锁开关控制,可直接接入8个单端摹拟量。该芯片内结构如图1所示,采取的是逐次比较法。该比较方法利用较多,许多A/D转换芯片都是以此原理制成的。它是用1系列的基准电压(犹如天平称重时所用的祛码)同输人要转换的电压〔称重物体),以逐位肯定转换成的数的各位是1还是0,肯定次序是从高位到低位进行,这犹如天平称重,1个个地加祛码,从大到小,直到所加祛码同重物重量相等为止,祛码重量就是重物重量。

  2.2.2 外围电路设计ADC0809引脚功能及处理分述以下:

  路摹拟输人,通过ADDA,A DDS,A DDC3 个地址译码来选通哪1路。AD DA , A DDB,A DDC:摹拟通道选择地址信号。ADDA为低位,ADDC为高位。如000则选通0通道,即U,o起作用。顺次类推,由于本实验只需转换1个通道,故不必通道地址选通,只是将3个地址均接地,即仅从Up输人有效。CL K: 时 钟输人信号端,由于本芯片无内部时钟,故孺外加时钟,根据其频率要求,设计振荡器如图2,采取非门振荡,产生与石英晶体同频率的方波脉冲信号,频率为32KHz,符合CLK时钟要求。EO C: 转 换结束信号,表示A/D转换结束。将该信号送人计算机中,通知其可以读数据。由于 输 人 信号频率较低,故未设采样保持电路。

  2.3 接口及程序控翻

  计算机要接收数宇信号有多种通讯方式,可以通过计算机主板扩充擂槽完成,也能够用并行接口和串行接口。主板扩大相虽信号较全面,设计板卡较容易,但通用性差,需打开主机箱安装板卡。申行接口虽可进行远距离通讯,但速度慢,而且需要另外设计通讯适配器。并行接口经常使用于连接抽出装备(如打印机)。但通过软件控制计算机完全可以摘人数据。本实验采取C语言编程,端口控制源程序以下:

  2.4 电路千扰控制

  电路中可能存在许多干扰,如电源、地线噪声、电磁干扰等,若不做适当处理,必定影响正常工作。处理方法为:①电撅取自计算机,工作电压为5V,斟酌到计算机内电压精度不高,因此用LM78053端稳压器将取出的12V电压进行稳压处理。精度可以满足要求。为减小电源噪声,在LM7805的前端加1大容量电解电容进行低频建波,以减小脉动成份。在每一个芯片的电源与地线之间加接高频滤波电容,这样就大大减少了由于电流负载瞬态地导通和切断引发的尖峰电流所构成的干扰。②对地线干扰控制,主要采取多点接地的方法。③将电源线与信号线分开,数据线屏蔽处理,尽可能减小数据线的长度,使电磁干扰控制在很小范围内。

  经常使用的计算机数据收集系统多用主板扩大槽或串行接口。通过实验发现,用计算机的并行口进行数据收集是完全可行的,而且具有其它端口没法比拟的优点,即线路简单、设计容易、干扰小、传输速率高、植性好等。这对研究计算机控制具有重要意义。