【正文】 示： 輸入脈沖 隔離電路光電 環(huán)行分配器功率電源功率電源功率驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī) 圖 26 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圖 本系統(tǒng)所采用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)由美國(guó)斯達(dá)特公司生產(chǎn)的 SH2H057M 型驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器與我們選擇的 57BYG09 是配套產(chǎn)品。前者輸出力矩較小，有時(shí)需要經(jīng)過(guò)力矩放大器或伺服功率放大系統(tǒng)帶動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?？刂?CP 脈沖個(gè)數(shù)，則可以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)精確定位。該類傳感器將金屬鉑片型電阻應(yīng)變片按 4 等分粘貼在軸的表面，應(yīng)變方位及連線方法，如圖 31 所示：應(yīng)變片與軸線成 45 度角 圖 31 應(yīng)變片 粘貼圖 圖 32 金屬鉑電阻 如圖 32 所示，金屬銀鉑式電阻應(yīng)變片由于它有散熱好，允許通過(guò)較大電流，橫向效應(yīng)小，疲勞的壽命長(zhǎng)，柔性好。若是壓應(yīng)變 應(yīng)以負(fù)ε值代入，若是拉應(yīng)變?chǔ)艖?yīng)以正值代入。 當(dāng)應(yīng)變值較小時(shí)，非線性可忽略，萬(wàn)惡杜宇半導(dǎo)體應(yīng)變片尤其在測(cè)大應(yīng)變時(shí)，非線性不可忽略。 測(cè)量轉(zhuǎn)換電路 常規(guī)應(yīng)變片的電阻的變化很小，因而測(cè)量轉(zhuǎn)換電路應(yīng)當(dāng)精確地測(cè)量出這些小的電阻變化。本驅(qū)動(dòng)的信號(hào)是高電平有效，如下圖所示 脈沖寬度 5 msCP =0CP =5 V圖 27 CP 脈沖圖 方向電平信號(hào) DIR 用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。它不需要提高了傳動(dòng)精度。程序邏輯電路和環(huán)形分配器接受輸入的控制脈沖信號(hào) CP 并將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣β黍?qū)動(dòng)器僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并給電機(jī)各項(xiàng)繞組供電。 2） 步距角的選擇 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 步距角大小會(huì)直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和運(yùn)動(dòng)頻率，外形尺寸相同的電動(dòng)機(jī)，步距角小的往往起動(dòng)、運(yùn)行頻率比較高，但轉(zhuǎn)速和輸出功率不一定高。步進(jìn)電機(jī)的選擇包括類型的選擇、步距角選擇、最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇。步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱 VR）、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱 PM）和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（簡(jiǎn)稱 HB） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)區(qū)別與其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是：它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)的頻率決定。因此，強(qiáng)電控制電路必將會(huì)對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)長(zhǎng)生嚴(yán)重的干擾，以致單片機(jī)控制系統(tǒng)不能正常工作 。 求關(guān)鍵字：由鍵值表可以看到， CPU 把行序號(hào)移到高四和列值低四位相加便可得到相關(guān)的關(guān)鍵字。若列值位 1FH，則表明被按按鍵不 在本行；若列值不為1FH，則對(duì)應(yīng)的行值和列值就是被按按鍵的列值和行值。由于我們使用了 32 個(gè)鍵，所以有 4179。 CPU 向字段輸出口送出字形代碼時(shí)，所有顯示器接口收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于 COM 端，而這一端是由 I/O 控制的，所以我們就可以自行決定何時(shí)顯示哪一位了。 8個(gè)筆劃段 hgedcba 對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)的 D7D6D5D4D3D2D0 等，若用僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 8 位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。 圖 24 MCS51 開(kāi)發(fā) MCS96 單片機(jī)圖 一 、顯示器的使用 在我們單片機(jī)的系統(tǒng)中，通常是 LED 數(shù)碼來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào)，由于它具有清晰的、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此得到非常廣泛的使用。 單片機(jī)的選用 ⑴ 單片機(jī)的選用 8051 內(nèi)部的可改寫(xiě)、可編程 ROM，用戶可采用寫(xiě)入程序，又可以擦除程序，擦除后還可以重新編寫(xiě)，它也可以進(jìn)行擴(kuò)展，可以根據(jù)實(shí)用中的具體要求，擴(kuò)展不同容量?jī)?nèi)存的芯片，并且，這種芯片集成度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，產(chǎn)品來(lái)源豐富，相關(guān)軟件利用比較方便。合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)出一個(gè)性能優(yōu)良的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)，必須給以足夠重視，對(duì)于簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，通常采用順序程序設(shè)計(jì)的方法，這種系統(tǒng)軟件由主程序完成，并指定各個(gè)中斷的優(yōu)先級(jí)。 最后，還要考慮到器件的 選擇，除了單片機(jī)以外系統(tǒng)中可能需要傳感器、模擬電路、輸入 /輸出電路、存貯器以及打印機(jī)、顯示器等器件設(shè)備這部分選擇應(yīng)符合的精度速度而后可靠性等方面的要求 ⑵ 硬件設(shè)計(jì) 硬件的功能已由總體設(shè)計(jì)所規(guī)定，硬件設(shè)計(jì)任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求， 在所選擇的 機(jī)型基礎(chǔ)上具體修改系統(tǒng)所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的電路原理圖。 若相鄰兩采樣的時(shí)間間隔相等，即 ?Tm 為時(shí)間常數(shù) ?T，考慮到 N=（ T/?T） +1，是根據(jù)一個(gè)周各采樣瞬時(shí)值及每周期采樣點(diǎn)數(shù)計(jì)算機(jī)電壓信號(hào)有效值的公式。由 于這種方法能夠?qū)Ρ粶y(cè)量的值進(jìn)行采樣，因而實(shí)時(shí)性好，相位失真小。如何快速、準(zhǔn)確、精確的采集各種電力參數(shù)顯的尤為重要。測(cè)試的對(duì)象是通過(guò)別克變形車后橋加強(qiáng)螺帽，該加強(qiáng)零件的外形是平板上焊接著一一個(gè)螺帽，需要檢測(cè)僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 螺帽和平板之間焊接處所承受扭矩是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，以保證汽車的安全行駛。對(duì) 8051系列芯片，由于內(nèi)部多一個(gè)定時(shí)器還需要附加別的輸入端，為此，又借用 和 作為定時(shí)器 2的輸入 T1和 T2。 EA 無(wú)效（高電平）時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部 ROM, EA 有效（低電平）時(shí)，訪問(wèn)外部 ROM。在編程和檢驗(yàn)時(shí)，用作高位地址和控制信號(hào)。 基于以上原理，智能化扭矩測(cè)試儀采用電阻式傳感器，將作用在被測(cè)在工件上的扭矩值轉(zhuǎn)換為金屬應(yīng)變電阻改變，通過(guò)電橋電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。 小量程（克、厘米）扭矩傳感器 為滿足微電機(jī)和家用電器的需要，小量程扭矩傳感器開(kāi)始供應(yīng) 1. 根據(jù)總體方案的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，選擇元件，對(duì)主要芯片進(jìn)行反復(fù)查證，選擇最合理的。隨著彈性體和應(yīng)變片質(zhì)量的提高，出現(xiàn)了下些新型傳感器。 m扭矩轉(zhuǎn)速傳感器和數(shù)字扭矩轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，成功地應(yīng)用在地質(zhì)礦產(chǎn)部鉆機(jī)上。 2. 國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量?jī)x的發(fā)展 國(guó)內(nèi)扭矩測(cè)量技術(shù)的研究和扭矩測(cè)量?jī)x的生產(chǎn)已初具規(guī)模，從扭矩測(cè)量?jī)x的類別、數(shù)量和質(zhì)量來(lái)看，絕大部分式電阻應(yīng)變式和磁電式扭矩儀。 20世紀(jì) 80 年代初，小野測(cè)試社和赤版鐵工所聯(lián)合研制出船用主機(jī)扭矩測(cè)量?jī)x MS25B，可測(cè)扭矩 (5179。 m，測(cè)量精度為 ?1％ .，轉(zhuǎn)速測(cè)量是采用紅外線測(cè)速法，精度為 ?％ .，平均無(wú)故障時(shí)間 MTBF 為 4200h。軟件擴(kuò)展了結(jié)構(gòu)的性能限制，并使儀器具有智能化。 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 微扭矩測(cè)量傳感器的研究。因此必須加強(qiáng)傳感器的研究，這就要從傳感器種類、精度、規(guī)格、安裝、信號(hào)傳遞等方面加以研究。 對(duì)于任何一種勻速工作的動(dòng)力機(jī)械或制動(dòng)機(jī)械，當(dāng)它的主軸受扭矩作用時(shí)，在它的機(jī)體上必定同時(shí)作用著方向相反的平衡力矩 (或稱為支座反力矩 )。 扭矩測(cè)量 儀 的應(yīng)用和發(fā)展 扭矩測(cè)量技術(shù)是綜合應(yīng)用機(jī)械、電子、物理、計(jì)算機(jī)等多方面知識(shí)的一門(mén)學(xué)科。 1） 多功能集散系統(tǒng)是為了滿足工程系統(tǒng)多種外圍功能要求而設(shè)置的多機(jī)系統(tǒng)。 （ 2）智能儀表 用單片機(jī)改造原有的測(cè)量、控制儀表，能推動(dòng)儀表向數(shù)字 化、智能化、多功能化、綜合發(fā)展化。 3． 易擴(kuò)展，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。扭矩是旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械中一項(xiàng)十分重要的參數(shù)，通過(guò)測(cè)量各種傳動(dòng)軸扭矩參數(shù)，可為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考依據(jù)。 隨著我國(guó)相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械式扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度測(cè)試已不滿足要求。 5． 容易實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 （ 3）機(jī)電一體化產(chǎn)品 單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化，構(gòu)成新一代的機(jī)、電一體化產(chǎn)品。并行多機(jī)控制系 統(tǒng)主要解決工程應(yīng)用系統(tǒng)的快速問(wèn)題，以便構(gòu)成大型實(shí)時(shí)工程應(yīng)用系統(tǒng)。 扭矩測(cè)量?jī)x應(yīng)用范圍很廣泛，它滲透到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、航天航空、國(guó)防、能源等各個(gè)領(lǐng)域。 綜上所 述的三種扭矩測(cè)量方法，傳遞法和平衡力法為直接測(cè)量扭矩的方法，其測(cè)量方便、精確度高，而能量轉(zhuǎn)換法為間接測(cè)量扭矩的方法，測(cè)量誤差比較大，常達(dá)177?，F(xiàn)在逐漸推廣的卡環(huán)式應(yīng)變型扭矩傳感器，即為不介入式扭矩傳感器，只要將傳感器卡在軸上或安裝在軸邊，無(wú)須斷開(kāi)軸系，這樣給實(shí)際工況測(cè)量扭矩帶來(lái)很大的方便。 在信號(hào)傳輸方面，以往采用的是接觸式滑環(huán)傳輸，這種傳輸方式易磨損、需常清洗、安裝難，容易引入干擾信號(hào)。工業(yè)化扭矩儀的要求是必需滿足苛刻的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，即可靠性要高，重復(fù)性要好，價(jià)格要低廉，與機(jī)器匹配，安裝方便，但精度要求不高，用其作為指導(dǎo)生產(chǎn)、保護(hù)機(jī)械不受損傷的有效手段。 日本小野測(cè)試社擅長(zhǎng)制造磁電式相位差扭矩測(cè)量?jī)x，首期產(chǎn)品多半用于實(shí)驗(yàn)室，適用于精測(cè)扭矩。 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 德國(guó)馬霍克 ()公司歷史悠久，生產(chǎn)的振弦式扭 矩測(cè)量?jī)x聞名世界。在艦船、貨船主機(jī)扭矩測(cè)量上，中國(guó)船舶工業(yè)總公司上海 704 研究所生產(chǎn)的卡環(huán)型應(yīng)變式扭矩傳感器 ，測(cè)量時(shí)只要將卡環(huán)卡在軸上就可測(cè)量扭矩，測(cè)量?jī)x表采用 INTEL MCS51 單片機(jī)作為核心的智能儀器，可同時(shí)測(cè)量扭矩轉(zhuǎn)速、功率，并具有自診斷、數(shù)據(jù)處理、溫度修正、越限報(bào)警等功能，集成度高，可靠性好。 為了滿足各種不同的測(cè)試要求，各種類型的傳感器相繼出現(xiàn)。但在低速狀態(tài)下，滑環(huán)通輸應(yīng)變傳感器還有應(yīng)用市場(chǎng)。 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由一臺(tái) 8051 單片機(jī)， I/O 接口，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，光電耦合電路，脈沖環(huán)形分配，傳感器， A/D 轉(zhuǎn)換器組成。第二功能是在訪問(wèn) 外部?jī)?chǔ)存器時(shí)用低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線，在編程和檢驗(yàn)時(shí)用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。在不訪問(wèn)外部存貯器器械時(shí)， ALE 也以振蕩頻率的 1/6 的固定速度輸出，此時(shí)，它可用作時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)由此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )的高僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。 （ 2）、控制部分主要通過(guò)單片機(jī)的鍵盤(pán)接口，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換，通過(guò)單片機(jī)的多個(gè)端口進(jìn)行接受發(fā)送信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)力矩傳感器信號(hào)的調(diào)整、采樣、數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)顯示。 （ 1）、總體設(shè)計(jì) 首先如同任何產(chǎn)品 的設(shè)計(jì)一樣，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制時(shí)從確定目標(biāo)任務(wù)開(kāi)始的。直流采樣，顧名思義，采樣對(duì)象是直流信號(hào)。 本系統(tǒng)采用 8051 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)的交流采樣。 在電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)存在諧波，還會(huì)有各種瞬時(shí)干擾，如投切電容器和開(kāi)關(guān)合閘、掉閘等都會(huì)產(chǎn)生干擾；而采用硬件濾波存在硬件電路復(fù)雜等諸多弊端，因此本系統(tǒng)求取電力參數(shù)采用數(shù)字濾波方法祛除干擾，用軟件代替硬件，實(shí)踐證明具有較好的濾波效果。特別是對(duì)工業(yè)控制、交通管理、通信領(lǐng)域中實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，最根本的技術(shù)指標(biāo)是系統(tǒng)的可靠性。程序編寫(xiě)首先要建立模型，然后繪制流程圖，最后編寫(xiě)程序。 用 MCS51 資源開(kāi)發(fā) MCS96單片機(jī)，附電路圖 ，將該板粘在 8051 背部，連 8051 的線也全部從 8051 背部引出，拆除原 8051 的 RC復(fù)位元件。其中 7個(gè)長(zhǎng)條行的發(fā)光管排列成“日”字形，另一個(gè)點(diǎn)形的發(fā)光管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用它能顯示各種數(shù)字及部分英文字母。這里必須注意的是：很多產(chǎn)品為了方便連線，常不按規(guī)則的方法對(duì)應(yīng)字段于位的關(guān)系，這時(shí)字形碼就必須根據(jù)按線來(lái)自行設(shè)計(jì)了。它可以直接和 MCS5 MCS96 等單片機(jī)總線相連接，能自動(dòng)對(duì) 8179。 CPU 視鍵盤(pán)中是否有鍵按下的原理很簡(jiǎn)單。 CPU 處理竄鍵間的原則是把最后放開(kāi)的按鍵認(rèn)作真正被按的按鍵。因此，被按按鍵的鍵值必定位 被按按鍵的鍵值類型判斷：在鍵值表中，數(shù)字值必須小于 10H，功能鍵的鍵值是大于或等于 10H 的。為了讓步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不丟失，在光電隔離器后面緊接上環(huán)形脈沖分配器。 ① 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，電機(jī)反轉(zhuǎn)。可以說(shuō)集中了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。其主要特征如下表 23所示： （ a） 選擇正好 176?？紤]機(jī)電一體化這門(mén)課程的掌握程度，故采用此方案。根據(jù)本系統(tǒng)負(fù)載特點(diǎn)，無(wú)需采用功率放大裝置，因此我們決定采用功率步進(jìn)電機(jī)。 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 DIR 信號(hào)的作用周期如下圖所示： 前一個(gè)方向的最后一個(gè) CP 脈沖下一個(gè)方向的 CP 脈沖DIR 換向 圖 28 DIR 信號(hào)的作用周期圖 綜合以上所述，控制步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)： ① CP 脈沖的個(gè)數(shù)代表步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 ② CP 脈沖的頻率代表步進(jìn)電機(jī)的速度 ③ DIR 的信號(hào)控制步進(jìn) 電機(jī)的運(yùn)行方向 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第 3章 硬件電路的設(shè)計(jì) 檢測(cè)元件 系統(tǒng)的檢測(cè)元件 傳感器部分在檢測(cè)傳感器中的應(yīng)用可以分為三種方式：磁彈性式 。電橋輸出電壓的公式是： U0 =Ui/4(△ R1 / R1△ R2/R2+△ R3/R3△ R4/R4)=U2K(ε 1ε 2+ε 3ε 4) (31) 全橋工作方式基本應(yīng)變電橋電路如圖 33所示。 實(shí)際使用中， R1,R