【正文】 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 基于USB接口的 鋼絞線性能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 1 前言 選題背景 我國鋼絞線試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)狀 我國鋼絞線專用試驗(yàn)機(jī)的生產(chǎn)和研發(fā)已經(jīng)達(dá)到較高的水平，產(chǎn)品類型多種多樣，暢銷國內(nèi)外。目前，鋼絞線專用試驗(yàn)機(jī)可以對(duì)鋼絞線的多種性能進(jìn)行檢測，特別是一些電子電氣元件的出現(xiàn)以及電腦控制技術(shù)的發(fā)展，使鋼絞線性能被測量的更精確，但是，鋼絞線試驗(yàn)機(jī)仍有很多可提高的地方，許多技術(shù)還需要改善。 選此課題的意義 隨著現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力的技術(shù)不斷發(fā)展，在高層建筑、涵洞、橋梁、核電站等大型現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)中，鋼絞線的應(yīng)用越來越廣泛，尤其是在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。目前國內(nèi)的鋼絞線預(yù)應(yīng)力施工都是用生產(chǎn)廠家或檢測單位提供的數(shù)據(jù)來進(jìn)行理論計(jì)算的，并以此作為控制張拉的一種手段，因此生產(chǎn)廠家或檢測單位如何精確有效的測定鋼絞線的力學(xué)性能參數(shù)有著重要的實(shí)際意義。 方案論證基于USB接口的鋼絞線性能檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要檢測鋼絞線的拉伸性能，就是鋼絞線的受力與伸長量之間的關(guān)系，其設(shè)計(jì)過程可以分成兩部分，機(jī)械部分設(shè)計(jì)與電路部分設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)內(nèi)容用微機(jī)測量的技術(shù)，控制一定速度，對(duì)鋼絞線施加一定拉力，檢測拉力和變形這兩路參數(shù)，通過數(shù)據(jù)的處理，計(jì)算出彈性模量、非比例應(yīng)力、強(qiáng)度、延伸率等特征參數(shù)。主要技術(shù)指標(biāo)：最大試驗(yàn)力： 300KN， 實(shí)時(shí)顯示 最大變形量： 10mm ， 實(shí)時(shí)顯示 橫梁移動(dòng)速度： 兩路傳感器信號(hào)（力值由負(fù)荷傳感器傳遞，變形由引伸計(jì)傳遞），通過放大，接入中泰公司生產(chǎn)的USB7310板卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過USB接口與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理，并在屏幕上實(shí)時(shí)顯示實(shí)際測量值。整個(gè)試驗(yàn)過程結(jié)束后，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析計(jì)算，最后得出相關(guān)結(jié)果。由USB7310直接輸出電壓值，給相應(yīng)的控制器去控制直流調(diào)速電機(jī)，通過同步帶帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，直接傳遞給中橫梁進(jìn)行上下移動(dòng)。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過控制器，經(jīng)調(diào)速系統(tǒng)控制直流調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)減速系統(tǒng)減速后通過精密絲杠副帶動(dòng)移動(dòng)橫梁上升、下降，完成試樣的拉伸、壓縮、彎曲、等多種力學(xué)性能試驗(yàn)，噪音低，無污染、效率高，具有非常寬的調(diào)速范圍和橫梁移動(dòng)距離，另外配置種類繁多的試驗(yàn)附具，在金屬、非金屬、復(fù)合材料及制品的力學(xué)性能試驗(yàn)方面，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。USB7310 模入接口模塊允許采用16路單端輸入方式或8路雙端輸入方式。用戶可根據(jù)需要選擇測量單極性信號(hào)或雙極性信號(hào)。其輸入的模擬信號(hào)由模塊的25芯D型插頭直接接入。USB7310 模入接口模塊主要由模擬多路開關(guān)選通電路、差分放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量輸入輸出電路和接口控制邏輯電路組成。(1) 模擬多路開關(guān)選通電路： 模擬通道開關(guān)由2片ADG508（或同類產(chǎn)品）及跨接器JP3組成，可以從16路單端信號(hào)或8路雙端信號(hào)中任選一路，送入差分放大器。(2)差分放大器電路： 差分放大器由1個(gè)運(yùn)算放大器AD620以及相關(guān)的電阻組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的儀用差分放大器，用以對(duì)通道開關(guān)選中的模擬信號(hào)進(jìn)行變換處理。(3)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路：12位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器ADS774片內(nèi)自帶精密基準(zhǔn)源，并經(jīng)激光修調(diào)，具有較高的轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換精度，其轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為 。A／D轉(zhuǎn)換器由程序啟動(dòng)，其轉(zhuǎn)換狀態(tài)的結(jié)束可由程序查詢讀出或產(chǎn)生結(jié)束中斷申請(qǐng)。A／D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入信號(hào)幅度由跨接器JP1 選擇， A／D 轉(zhuǎn)換后的輸出代碼形式由跨接器JP2選擇，可分別輸出二進(jìn)制原碼或雙極性偏移二進(jìn)制碼。電位器W1 用于單極性零點(diǎn)調(diào)節(jié)，W2 用于滿量程增益調(diào)節(jié),W3 用于雙極性偏移調(diào)節(jié)。(4)開關(guān)量輸入輸出電路：本模塊還提供了各8路的開關(guān)量輸入輸出信號(hào)通道。使用中需注意對(duì)這些信號(hào)的要求應(yīng)嚴(yán)格符合TTL 電平規(guī)范。(5) 接口電路：接口電路用來將USB總線控制邏輯轉(zhuǎn)換成與各種操作相關(guān)的控制信號(hào)。2 .機(jī)械部分設(shè)計(jì)試驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分的設(shè)計(jì)包括電機(jī)的選擇，絲杠、齒輪、同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 電機(jī)的選擇 選擇電機(jī)應(yīng)考慮的問題（1）根據(jù)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。（2）負(fù)載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動(dòng)頻繁程度等要求，考慮電動(dòng)機(jī)的溫升限制、過載能力和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，選擇電機(jī)功率，并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，～。過大的備用功率會(huì)使電機(jī)效率降低，對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩校驗(yàn)的強(qiáng)度和生產(chǎn)的機(jī)械造價(jià)提高。（3）根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以及腐蝕和易燃?xì)怏w等考慮必要的保護(hù)方式，選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。（4）根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因數(shù)的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。（5）根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的最高轉(zhuǎn)速和對(duì)電力傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程性能的要求，以及機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度，選擇電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。 除此之外，選擇電動(dòng)機(jī)還必須符合節(jié)能要求，考慮運(yùn)行可靠性、設(shè)備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品價(jià)格、建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行和維修費(fèi)用、生產(chǎn)過程中前后期電動(dòng)機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素。 試驗(yàn)機(jī)設(shè)計(jì)要求選用直流調(diào)速電機(jī)。正確選擇電機(jī)相當(dāng)重要，的選擇主要是電機(jī)容量的選擇。如果容量小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低；另一方面電機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，則會(huì)使其過早損壞，同時(shí)還可能出現(xiàn)啟動(dòng)困難，經(jīng)受不起沖擊，若電動(dòng)機(jī)容量選大了，則不僅使設(shè)備投資費(fèi)用增大，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，運(yùn)行效率和功率因數(shù)則下降。選擇容量的基本原則：發(fā)熱 電動(dòng)機(jī)早運(yùn)行時(shí)，必須保證電動(dòng)機(jī)的實(shí)際最高Qmax等于或略小于電動(dòng)機(jī)絕緣的允許最高工作溫度Qa。過載能力 電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證有一定的過載能力，特別是在短期工作時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)的慣性很大，電動(dòng)機(jī)在短期內(nèi)承受的高于額定功率若干倍的負(fù)載功率時(shí)仍可保證Qmax〈Qa，故此時(shí)，決定電動(dòng)機(jī)容量的主要因素，不是發(fā)熱能力而是電動(dòng)機(jī)的過載能力，既所需的電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax或最大允許電流Imax必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tmax和最大負(fù)載電流Imax； 啟動(dòng)能力 除了正確選擇容量外，還需根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的要求，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及工作環(huán)境等條件來正確選擇電動(dòng)機(jī)種類、電壓、轉(zhuǎn)速、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。 定傳動(dòng)路線 電機(jī) 各傳動(dòng)部分效率η1—同步帶傳動(dòng)的效率，；η2—直齒錐齒輪傳動(dòng)的效率，；η3—絲杠傳動(dòng)的效率，；η4—軸承