【正文】 相等。本次設(shè)計(jì)采用的 ZJ傳感器就是采用磁電轉(zhuǎn)換原理制成的。? 看門狗電路的設(shè)計(jì)。 本課題的來源及設(shè)計(jì)要求和主要內(nèi)容目前市場(chǎng)上的扭矩測(cè)量?jī)x器很多，既有傳統(tǒng)的機(jī)械類產(chǎn)品，也有現(xiàn)代的高精度多功能產(chǎn)品，后者主要是基于現(xiàn)代單片機(jī)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，本次設(shè)計(jì)的扭矩測(cè)量?jī)x就是基于 AT89C52 單片機(jī)系統(tǒng)研制而成的。數(shù)字時(shí)代的到來更為這些科技產(chǎn)品帶來了更為有效、準(zhǔn)確的數(shù)字信息。對(duì)于大多數(shù)扭矩測(cè)量系統(tǒng)而言，運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作靈活簡(jiǎn)便、節(jié)省時(shí)間、性能價(jià)格比高、擴(kuò)展兼容性強(qiáng)和易于維護(hù)是基本的要求，然而對(duì)于大多數(shù)企業(yè)用戶來說，精度和實(shí)時(shí)性并不像實(shí)驗(yàn)室要求那么高，中等精度的扭矩測(cè)量系統(tǒng)已基本能滿足使用上的要求。在現(xiàn)代化測(cè)量?jī)x中，數(shù)字顯示儀表得到了迅速發(fā)展。例如在各種發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和調(diào)試過程中，需要知道發(fā)動(dòng)機(jī)的性能是否滿足要求以及是否正常運(yùn)行，這就需要對(duì)扭矩進(jìn)行測(cè)量。在這樣的情況下，可以說本測(cè)量?jī)x在扭矩測(cè)量領(lǐng)域里具有很強(qiáng)的實(shí)用性和廣闊的發(fā)展前景。因此，本次設(shè)計(jì)以ZJ型傳感器為基礎(chǔ)，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一款數(shù)字化高精度扭矩測(cè)量?jī)x。扭矩測(cè)量?jī)x是科研部門和工業(yè)生產(chǎn)過程中必備的測(cè)試工具。而且扭矩的測(cè)量是機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)研究、測(cè)試分析、質(zhì)量檢驗(yàn)、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(nèi)容。但是其結(jié)構(gòu)龐大、能耗大、價(jià)格昂貴且測(cè)量誤差大，如果測(cè)量各種大扭矩電機(jī)，需要加大負(fù)載，將導(dǎo)致測(cè)量?jī)x體積和重量增加，且受旋轉(zhuǎn)軸固有頻率的影響，不適于測(cè)量高速電機(jī)。而現(xiàn)在的測(cè)量?jī)x正在朝著高精度、寬測(cè)量范圍、小體積、低價(jià)格等方向發(fā)展。扭矩的測(cè)量是各種機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)研究、測(cè)試分析、質(zhì)量檢驗(yàn)、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(nèi)容。測(cè)量扭矩的傳感器、儀器和裝置已成為科研單位、院校、工廠實(shí)驗(yàn)室或檢驗(yàn)部門的必備測(cè)試工具；也是電子計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)或試驗(yàn)系統(tǒng)中提供扭矩信息所必需的組成部分。隨著數(shù)字時(shí)代的到來，以單片機(jī)為核心的微型測(cè)控系統(tǒng)獲得了飛速發(fā)展，現(xiàn)已應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，并且快速取代了傳統(tǒng)的同類產(chǎn)品。單片機(jī)的出現(xiàn)使科技發(fā)展躍進(jìn)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(jī)進(jìn)行控制，可以使扭矩測(cè)量?jī)x的控制更準(zhǔn)確、靈活、直觀，它使扭矩測(cè)量?jī)x電路設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)易，而且實(shí)現(xiàn)了非人工調(diào)節(jié)性能。人們已經(jīng)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(jī)存儲(chǔ)和測(cè)控電路的設(shè)計(jì)。利用相位測(cè)量原理制成的相位扭矩測(cè)量?jī)x，也得到了很廣泛的應(yīng)用。電機(jī)扭矩的測(cè)量方法可分為傳遞法、平衡力法及能量轉(zhuǎn)化法。傳遞法是將被測(cè)扭矩傳遞到彈性元件上，根據(jù)彈性元件物理參數(shù)的變化來測(cè)量扭矩的方法。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖21所示。此外在電路中還加入了看門狗保護(hù)電路。顯示輸出部分是用液晶 1602 進(jìn)行顯示。根據(jù)扭矩測(cè)量公式，對(duì)于扭矩的測(cè)量是通過測(cè)量?jī)陕沸盘?hào)的相位差，按照公式 31計(jì)算出扭矩的值。 ZJ 傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理 ZJ 型傳感器的結(jié)構(gòu)ZJ 型扭矩傳感器是根據(jù)磁電轉(zhuǎn)換和相位差原理，將扭矩、機(jī)械量轉(zhuǎn)換成兩路有一定相位差電壓訊號(hào)的一種精密儀器，圖 32 為傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，它由機(jī)座、端蓋、扭力軸、內(nèi)齒輪、外齒輪、磁鋼、線圈軸承等組成。當(dāng)內(nèi)、外齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)勢(shì)一定，據(jù)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(hào)發(fā)生原理及時(shí)序波形圖。 由傳感器采集來的兩路信號(hào)比較小，不容易處理，需首先經(jīng)無源 RC 濾波器處理后送 LM258 雙運(yùn)算放大器放大，得到方便處理的電壓信號(hào)。通過特殊設(shè)計(jì)，它可在寬電壓范圍的單電源下工作。圖 34 信號(hào)調(diào)理電路圖 主控模塊單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主控芯片 AT89C52 在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1） AT89C52 與外圍芯片的連接根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，在基于 ZJ 傳感器扭矩測(cè)量?jī)x的研制中，主要就是由 ZJ傳感器，放大、轉(zhuǎn)換電路，核心芯片 AT89C52 與看門狗芯片 X5045 構(gòu)成的主控系統(tǒng)，鍵盤與顯示電路一起來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的扭矩測(cè)量?jī)x，它能夠測(cè)量各種電機(jī)的扭矩。其中 AT89C52 與外圍的器件連接結(jié)構(gòu)圖如圖 35 所示：AT89C52X5045液晶顯示報(bào)警圖 35 AT89C52 與外圍器件的連接結(jié)構(gòu)圖2）AT89C52 在本設(shè)計(jì)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(fù)位電路，該系列單片機(jī)由先進(jìn)的 CMOS 工藝制造并帶有非遺失性 Flash 程序存儲(chǔ)器，全部支持 12 時(shí)鐘和 6 時(shí)鐘操作。它包含 256 字節(jié) RAM、32 條 I/O 口線、3 個(gè) 16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、6 輸入 4 優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、2 個(gè)串行 I/O 口以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。GND：接地。P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)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(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫入 1 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。如果 /Vpp 引腳為高電平，且程序計(jì)數(shù)器 PC 小于等于片內(nèi) ROM 的地址空間時(shí)，EA將從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器去指令（在這種情況下， 信號(hào)無效） ；而當(dāng) PC 超出片內(nèi)PSENROM 地址空間時(shí)，自動(dòng)到外部程序存儲(chǔ)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(nèi) RAMAT89C52 芯片內(nèi)部 RAM 容量為 128 字節(jié)，根據(jù)用途可劃分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)（可作為用戶 RAM 和堆棧區(qū)） 。30H 單元以后可作為內(nèi)部用戶 RAM 區(qū)或堆棧區(qū)。特殊功能寄存器由于單片機(jī)內(nèi)集成了一些常用的 I/O 端口、串行口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器等，因此這些 I/O 接口單元電路內(nèi)的寄存器也就位于 CPU 內(nèi)部，統(tǒng)稱為特殊功能寄存器（SFR ，即 Special Function Registers） ?？撮T狗(Watchdog)電路是自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)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(nèi)包含有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間，在看門狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒有總線活動(dòng)，則X5045 將從 RESET 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，使 CPU 復(fù)位。 液晶介紹1602 是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符能顯示 16 列 2 行字符。指令 2： 光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令 8：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。液晶的 RS 端接在了單片機(jī)的 口，由于本系統(tǒng)只需要向液晶寫數(shù)據(jù)所以 RW 端直接接地，使能端 E 接在了單片機(jī)的 口。 常用 AD 轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介 常用 AD 轉(zhuǎn)換器有并行比較型，反饋比較型，和間接 AD 轉(zhuǎn)換器。這種ＡＤ轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換速度快，精度高的特點(diǎn)。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 　　? DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。 單片機(jī)對(duì) ADC0832 的控制原理： 電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO，DI，CLK 分別接在單片機(jī)的 ， 端。在第 3 個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為“1” 、 “0”時(shí)，只對(duì) CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)初始化模塊包括內(nèi)存單元和變量緩沖區(qū)的初始化、定時(shí)器設(shè)置、中斷向量設(shè)置和各芯片引腳的初始化定義等內(nèi)容。顯示模塊是完成對(duì)測(cè)量結(jié)果的顯示功能，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)所要完成的工作就是測(cè)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(zhuǎn)速的測(cè)量是根據(jù)公式 N=60C/(TP)所得，利用定時(shí)器 T2 定時(shí)測(cè)量時(shí)間 1 分鐘，T1 對(duì) 1 分鐘內(nèi)信號(hào)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，再根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量公式計(jì)算出轉(zhuǎn)速值。下面給出這個(gè)子程序流程圖?？撮T狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過 X5045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。解決了傳統(tǒng)扭矩測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)龐大、能耗大、容易產(chǎn)生誤差且測(cè)量范圍受限制等問題。但隨著現(xiàn)代傳感器技術(shù)發(fā)展越來越快，各種新型的、智能化的傳感器將會(huì)不斷被研制出來。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，可以在本次課題研制的扭矩測(cè)量系統(tǒng)中選擇更精良的傳感器以增加其測(cè)量精度和測(cè)量范圍。導(dǎo)師前瞻性的科學(xué)思維、寬廣的專業(yè)知識(shí)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、 硬件原理圖附錄二、 主要參考文獻(xiàn)及摘要[1] 王幸之，鐘愛琴，王雷，[M].北京航空航天大學(xué)出版社，202251摘要：AT89C51系列單片機(jī)以其優(yōu)良的性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，成為取代MCS51單片機(jī)的主流機(jī)型之一，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。具體闡述了傳感器及硬件電路結(jié)構(gòu)，并給出了軟件設(shè)計(jì)流程圖。[5] 孟祥貴，楊輝林，潘孟春. 無源RS232/RS485智能轉(zhuǎn)換器[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) ， 2022年02期，4345摘要：設(shè)計(jì)了一種無源的RS232 /RS485智能轉(zhuǎn)換器 ，詳細(xì)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(shí)現(xiàn)電路。該測(cè)量?jī)x采用了單片機(jī)技術(shù)，因此能對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速采樣、即時(shí)分析、精確顯示。[11] 雷升印，[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版)， 2022年03期，2831摘要：X5045芯片是美國(guó)Xicor公司生產(chǎn)的集把關(guān)定時(shí)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(shí)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(gè)脈沖，起始位 ADC_CLK=0。 Delays(2)。 /*******************************/ ADC_CLK=1。//DI轉(zhuǎn)為高阻態(tài)，DO脫離高阻態(tài)為輸出數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備 ADC_CLK=1。//經(jīng)實(shí)驗(yàn)，這里加一個(gè)脈沖 AD便能正確讀出數(shù)據(jù)， //不加的話讀出的數(shù)據(jù)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 = 0x00。 i 256。 // Wait for crystal osc. to settle OSCICN = 0x88。 //