【正文】 本課題的來源及設計要求和主要內容目前市場上的扭矩測量儀器很多，既有傳統(tǒng)的機械類產品，也有現(xiàn)代的高精度多功能產品，后者主要是基于現(xiàn)代單片機系統(tǒng)而設計的，本次設計的扭矩測量儀就是基于 AT89C52 單片機系統(tǒng)研制而成的。數(shù)字時代的到來更為這些科技產品帶來了更為有效、準確的數(shù)字信息。對于大多數(shù)扭矩測量系統(tǒng)而言，運行穩(wěn)定可靠、操作靈活簡便、節(jié)省時間、性能價格比高、擴展兼容性強和易于維護是基本的要求，然而對于大多數(shù)企業(yè)用戶來說，精度和實時性并不像實驗室要求那么高，中等精度的扭矩測量系統(tǒng)已基本能滿足使用上的要求。在現(xiàn)代化測量儀中，數(shù)字顯示儀表得到了迅速發(fā)展。例如在各種發(fā)動機的研制和調試過程中，需要知道發(fā)動機的性能是否滿足要求以及是否正常運行，這就需要對扭矩進行測量。在這樣的情況下，可以說本測量儀在扭矩測量領域里具有很強的實用性和廣闊的發(fā)展前景。因此，本次設計以ZJ型傳感器為基礎，以單片機為核心設計了一款數(shù)字化高精度扭矩測量儀。扭矩測量儀是科研部門和工業(yè)生產過程中必備的測試工具。而且扭矩的測量是機械產品的開發(fā)研究、測試分析、質量檢驗、型式鑒定和節(jié)能、安全或優(yōu)化控制等工作中必不可少的內容。但是其結構龐大、能耗大、價格昂貴且測量誤差大，如果測量各種大扭矩電機，需要加大負載，將導致測量儀體積和重量增加，且受旋轉軸固有頻率的影響，不適于測量高速電機。而現(xiàn)在的測量儀正在朝著高精度、寬測量范圍、小體積、低價格等方向發(fā)展。扭矩的測量是各種機械產品的開發(fā)研究、測試分析、質量檢驗、型式鑒定和節(jié)能、安全或優(yōu)化控制等工作中所必不可少的內容。測量扭矩的傳感器、儀器和裝置已成為科研單位、院校、工廠實驗室或檢驗部門的必備測試工具；也是電子計算機控制的生產或試驗系統(tǒng)中提供扭矩信息所必需的組成部分。隨著數(shù)字時代的到來，以單片機為核心的微型測控系統(tǒng)獲得了飛速發(fā)展，現(xiàn)已應用于生產生活的各個方面，并且快速取代了傳統(tǒng)的同類產品。單片機的出現(xiàn)使科技發(fā)展躍進了一大步，它在家用電器及工業(yè)上的用途更為廣泛，采用單片機進行控制，可以使扭矩測量儀的控制更準確、靈活、直觀，它使扭矩測量儀電路設計更為簡易，而且實現(xiàn)了非人工調節(jié)性能。人們已經相繼研制出了多種類型的扭矩傳感器，如 ZJ 型傳感器、WS1 型智能傳感器和 CZ 型傳感器等，本系統(tǒng)就采用 ZJ型扭矩傳感器。? 單片機存儲和測控電路的設計。利用相位測量原理制成的相位扭矩測量儀，也得到了很廣泛的應用。電機扭矩的測量方法可分為傳遞法、平衡力法及能量轉化法。傳遞法是將被測扭矩傳遞到彈性元件上，根據彈性元件物理參數(shù)的變化來測量扭矩的方法。系統(tǒng)設計框圖如圖21所示。此外在電路中還加入了看門狗保護電路。顯示輸出部分是用液晶 1602 進行顯示。根據扭矩測量公式，對于扭矩的測量是通過測量兩路信號的相位差，按照公式 31計算出扭矩的值。 ZJ 傳感器的結構及工作原理 ZJ 型傳感器的結構ZJ 型扭矩傳感器是根據磁電轉換和相位差原理，將扭矩、機械量轉換成兩路有一定相位差電壓訊號的一種精密儀器，圖 32 為傳感器的結構示意圖，它由機座、端蓋、扭力軸、內齒輪、外齒輪、磁鋼、線圈軸承等組成。當內、外齒輪旋轉時，磁鋼與齒頂、齒谷間的氣隙發(fā)生改變，即磁路中的磁阻發(fā)生改變，而永磁體的磁動勢一定，據磁路的歐姆定律知線圈中的磁通必然發(fā)生變化。圖 33 為信號發(fā)生原理及時序波形圖。 由傳感器采集來的兩路信號比較小，不容易處理，需首先經無源 RC 濾波器處理后送 LM258 雙運算放大器放大，得到方便處理的電壓信號。通過特殊設計，它可在寬電壓范圍的單電源下工作。 +VIPH6B圖 34 信號調理電路圖 主控模塊單片機系統(tǒng)的設計 主控芯片 AT89C52 在設計中的應用1） AT89C52 與外圍芯片的連接根據設計任務書的要求，在基于 ZJ 傳感器扭矩測量儀的研制中，主要就是由 ZJ傳感器，放大、轉換電路，核心芯片 AT89C52 與看門狗芯片 X5045 構成的主控系統(tǒng)，鍵盤與顯示電路一起來實現(xiàn)一個完整的扭矩測量儀，它能夠測量各種電機的扭矩。其中 AT89C52 與外圍的器件連接結構圖如圖 35 所示：AT89C52X5045液晶顯示報警圖 35 AT89C52 與外圍器件的連接結構圖2）AT89C52 在本設計中所用管腳的介紹主控部分采用的是 ATMEL 公司的 AT89C52，外接 12M 的石英晶振，還有復位電路，該系列單片機由先進的 CMOS 工藝制造并帶有非遺失性 Flash 程序存儲器，全部支持 12 時鐘和 6 時鐘操作。它包含 256 字節(jié) RAM、32 條 I/O 口線、3 個 16 位定時/計數(shù)器、6 輸入 4 優(yōu)先級嵌套中斷結構、2 個串行 I/O 口以及片內振蕩器和時鐘電路。GND：接地。P2 口：P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收輸出 4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫入 1 時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。如果 /Vpp 引腳為高電平，且程序計數(shù)器 PC 小于等于片內 ROM 的地址空間時，EA將從片內程序存儲器去指令（在這種情況下， 信號無效） ；而當 PC 超出片內PSENROM 地址空間時，自動到外部程序存儲器去指令，即在 P0 口輸出低 8 位地址（A0～A7） ，在 P2 口輸出高 8 位地址（A15～A8 ） 。片內 RAMAT89C52 芯片內部 RAM 容量為 128 字節(jié)，根據用途可劃分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶數(shù)據存儲器區(qū)（可作為用戶 RAM 和堆棧區(qū)） 。30H 單元以后可作為內部用戶 RAM 區(qū)或堆棧區(qū)。特殊功能寄存器由于單片機內集成了一些常用的 I/O 端口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷控制器等，因此這些 I/O 接口單元電路內的寄存器也就位于 CPU 內部，統(tǒng)稱為特殊功能寄存器（SFR ，即 Special Function Registers） 。看門狗(Watchdog)電路是自行監(jiān)測系統(tǒng)運行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路。X5045 芯片內包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統(tǒng)的監(jiān)控時間，在看門狗定時器預置的時間內若沒有總線活動，則X5045 將從 RESET 輸出一個高電平信號，使 CPU 復位。 液晶介紹1602 是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16x02 即 32 個字符能顯示 16 列 2 行字符。指令 2： 光標復位，光標返回到地址 00H。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令 8：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據，如果為低電平表示不忙。液晶的 RS 端接在了單片機的 口，由于本系統(tǒng)只需要向液晶寫數(shù)據所以 RW 端直接接地，使能端 E 接在了單片機的 口。 常用 AD 轉換器簡介 常用 AD 轉換器有并行比較型，反饋比較型，和間接 AD 轉換器。這種ＡＤ轉換器具有轉換速度快，精度高的特點。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經有很高的普及率。通過 DI 數(shù)據輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 　　? DI 數(shù)據信號輸入，選擇通道控制。 單片機對 ADC0832 的控制原理： 電路設計時可以將 DO，DI，CLK 分別接在單片機的 ， 端。在第 3 個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2 位數(shù)據用于選擇通道功能，當此 2 位數(shù)據為“1” 、 “0”時，只對 CH0 進行單通道轉換。系統(tǒng)初始化模塊包括內存單元和變量緩沖區(qū)的初始化、定時器設置、中斷向量設置和各芯片引腳的初始化定義等內容。顯示模塊是完成對測量結果的顯示功能，整個測量系統(tǒng)所要完成的工作就是測量扭矩和值，并將其顯示出來，因此顯示模塊也是非常重要的部分。主程序流程圖如圖 41 所示。轉速的測量是根據公式 N=60C/(TP)所得，利用定時器 T2 定時測量時間 1 分鐘，T1 對 1 分鐘內信號脈沖個數(shù)進行計數(shù)，再根據轉速測量公式計算出轉速值。下面給出這個子程序流程圖?？撮T狗定時器的預置時間是通過 X5045 的狀態(tài)寄存器的相應位來設定的。解決了傳統(tǒng)扭矩測量儀結構龐大、能耗大、容易產生誤差且測量范圍受限制等問題。但隨著現(xiàn)代傳感器技術發(fā)展越來越快，各種新型的、智能化的傳感器將會不斷被研制出來。隨著技術的不斷發(fā)展，可以在本次課題研制的扭矩測量系統(tǒng)中選擇更精良的傳感器以增加其測量精度和測量范圍。導師前瞻性的科學思維、寬廣的專業(yè)知識和兢兢業(yè)業(yè)的工作精神，令我敬佩，使我受益匪淺。 instrumentation [J]， ，153155[17][EB/OL].附錄一 硬件原理圖 81432UA50kR97uFCapDN+VIPH6BCS1H023GND4I5O6LK7V8UA10KR892SW345+VCOPI6E7UXT+VS1D2L3R4/W5EN60789B+C PYA=alue_TGU?MXJ附錄二 主要參考文獻及摘要[1] 王幸之，鐘愛琴，王雷，[M].北京航空航天大學出版社，202251摘要：AT89C51系列單片機以其優(yōu)良的性能和價格優(yōu)勢，成為取代MCS51單片機的主流機型之一，有著十分廣闊的應用前景。具體闡述了傳感器及硬件電路結構，并給出了軟件設計流程圖。[5] 孟祥貴，楊輝林，潘孟春. 無源RS232/RS485智能轉換器[J]. 湖南大學學報(自然科學版) ， 2022年02期，4345摘要：設計了一種無源的RS232 /RS485智能轉換器 ，詳細說明了從RS232串口上竊取電源以及完全由硬件控制MAX485收發(fā)使能的硬件實現(xiàn)電路。該測量儀采用了單片機技術，因此能對信號進行快速采樣、即時分析、精確顯示。[11] 雷升印，[J]. 武漢理工大學學報(信息與管理工程版)， 2022年03期，2831摘要：X5045芯片是美國Xicor公司生產的集把關定時器、電壓監(jiān)控功能于一體的專用集成芯片。void Reset_Sources_Init(void)。void Timer_Init(void)。void ADC (void)。void ADResult_Out(void)。 //UART output timesunsigned char pdata Count_DuZhuan = 0。unsigned char ZeroTest_Flag = 0x00。unsigned char pdata LED_Bai = 0。signed int pdata AD_VAL = 0。unsigned int xdata AD_Result_ago = 0。unsigned int xdata AD_ZhuanJu_max = 0。 sbit ADC_CS=P2^6。/*******************************************************************/unsigned int Voltage(bit bi)。xz。 //50在仿真上是可以顯示的，實物的話//可能得大些，}void Write_1602_Com(uchar )//液晶送指令{LCDRS=0。Delay(5)。Delay(5)。}void Init_Lcd(){// LCDEN=0。//清屏Write_1602_Com(0x80)。if(x==2)posit=0xc0+y1。Write_1602_Date(Num[uhour%10] )。 }else{ Write_1602_Date(0x20)。039。break。while(*p){Write_1602_Date(*p)。 Write_1602_Date(Num[uhour%10] )。Write_1602_Date(0x20)。if(x==1)y|=0x80。ige。ix。 ADC_CS=0。 Delays(2)。//第一個脈沖，起始位 ADC_CLK=0。 Delays(2)。 /*******************************/ ADC_CLK=1。//DI轉為高阻態(tài)，DO脫離高阻態(tài)為輸出數(shù)據作準備 ADC_CLK=1。//經實驗，這里加一個脈沖 AD便能正確讀出數(shù)據， //不加的話讀出的數(shù)據少一位（最低位d0讀不出） for(i=0。 ADC_CLK=0。 return(ch)。 dat=(int)(100*vol)/51。LiangChengPanDuan()。i++){ADC()。AD_Result_max = 0。}}Count_124us = 0。 SYSCLK_Init()。UART0_Init()。 // is input port //0xFF。 XBR1 = 0x0