【導(dǎo)讀】隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展，對測量技術(shù)提出了越來越高的要求。不僅要求測量精度高。速度快，而且要求整個(gè)測量系統(tǒng)的自動化和智能化程度高。扭矩是旋轉(zhuǎn)動力機(jī)械中一項(xiàng)十。分重要的參數(shù)，通過測量各種傳動軸扭矩參數(shù)，可為系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考依據(jù)。矩測量要遠(yuǎn)比其它力學(xué)測量要復(fù)雜，是力學(xué)測量中一個(gè)叫薄弱的環(huán)節(jié)。隨著我國相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械式扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度測試已不滿足要求。本次設(shè)計(jì)電子扭轉(zhuǎn)強(qiáng)。度測試儀，具有可靠性高，響應(yīng)快，可過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于手工件的在線測試。

　　

【正文】 鍵位滿足，而是應(yīng)繼續(xù)完成對所有行的一遍掃描，并在該行掃描結(jié)束后根據(jù)竄鍵標(biāo)志來判斷是否發(fā)生竄鍵，則 CPU 再進(jìn)行一遍掃描就可獲得最后放開鍵盤的行值和列值。 求鍵值必須先求關(guān)鍵字，求關(guān)鍵字必須知道行值和列值，則將求鍵值步驟如下總結(jié)： 求行序號：行序號和行值可以從原理圖中看出，即 CPU 把被按按鍵盤行值位 02H，僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 右移兩次全為“ 0”，故行序號位 01H。 求關(guān)鍵字：由鍵值表可以看到， CPU 把行序號移到高四和列值低四位相加便可得到相關(guān)的關(guān)鍵字。例如： 01H，若吧它和平共處 17H 的列值低四位 相加，則相應(yīng)的關(guān)鍵字為 17H。 表 22 鍵值表 關(guān)鍵字 鍵值 行值 列值 按鍵 0FH 00H B=01H A=0FH 0 1FH 01H B=01H A=0FH 1 1TH 02H B=02H A=17H 2 1BH 03H B=02H A=1BH 3 2FH 04H B=04H A=0FH 4 2TH 05H B=04H A=1TH 5 2BH 06H B=04H A=1BH 6 3FH 07H B=08H A=0FH 7 3TH 08H B=08H A=0TH 8 3BH 09H B=08H A=1BH 9 3DH 0AH B=08H A=1DH A 2DH 0BH B=04H A=1DH B 1DH 0CH B=02H A=1DH C 0DH 0DH B=01H A=1DH D 0BH 0EH B=01H A=1BH E 0TH 0FH B=01H A=1TH F 0EH 10H B=01H A=1EH EXEC 1EH 11H B=02H A=1EH STEP 2EH 12H B=04H A=1EH MON 3EH 13H B=08H A=1EH MON 4FH 14H B=10H A=0FH DISP 4TH 15H B=10H A=1TH RED 4BH 16H B=10H A=1BH DUMP 4DH 17H B=10H A=1DH LOAD 5FH 18H B=020H A=0FH PROG 5TH 19H B=20H A=1TH MOVE 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 5BH 1AH B=20H A=1BH RAM 5DH 1BH B=20H A=1DH BP 求鍵值：被按按鍵的關(guān)鍵字在鍵值表中的序號定義為該鍵的鍵值。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。因此， CPU 判別被按按鍵是數(shù)字鍵還是功能鍵還是十分容易的：若被按按鍵的鍵值小于是 10H，則轉(zhuǎn)數(shù)字處理程序；若被按按鍵大于或等于 10H，則 CPU通過查表可以很快轉(zhuǎn)如相應(yīng)按鍵的處理程序。 伺服系統(tǒng)的組成 扭矩測試儀的伺服系統(tǒng)是 I/O 口（單片機(jī)）、步進(jìn)電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電器、光電耦合電路、環(huán)形脈沖分配器組成。 系統(tǒng)工作時(shí)有單片機(jī)通過 I/O 發(fā)送步進(jìn)脈沖信號給步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)完成工作。由于單片機(jī)不僅要對被控對象進(jìn)行監(jiān)測，輸入被控系統(tǒng)的開關(guān)量和模擬量，而且還要把經(jīng)過處理的信息的開關(guān)量和模擬量的形式輸出并控制被控系統(tǒng)工作工作，這批開關(guān)量（如：動力回路的啟閉、機(jī)械限位開關(guān)狀態(tài)等等）和模擬量（如：壓力、溫度和流量傳感器的輸出、發(fā)電機(jī)的輸出電壓、電流和功率、電網(wǎng)電壓等等）本身往往就是強(qiáng)電系統(tǒng)。因此，強(qiáng)電控制電路必將會對單片機(jī)控制系統(tǒng)長生嚴(yán)重的干擾，以致單片機(jī)控制系統(tǒng)不能正常工作 。單片機(jī)控制系統(tǒng)和強(qiáng)電控制回路共地是引起干擾的主要原因，因?yàn)閺?qiáng)電控制回路中的電流和電壓往往很大，并會在強(qiáng)電用電器和地之間形成強(qiáng)大的脈動干擾，這個(gè)脈動干擾的有效必然會通過接地的不良電阻和電容耦合到單片機(jī)的主機(jī)回路中，消除這些脈沖干擾的有效方法是使單片機(jī)弱電部分和強(qiáng)電控制回路隔開，在電氣連接上切斷他們彼此間的耦合通路，所以單片機(jī)環(huán)脈沖分配之間接一個(gè)光電隔離器。 光電隔離器的原理電路時(shí)由一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光敏三極管組成的復(fù)合的晶體管。為了讓步進(jìn)電動機(jī)不丟失，在光電隔離器后面緊接上環(huán)形脈沖分配器。 由于 I/O 口發(fā) 送的信號為 TTL 信號無驅(qū)動能力，因此需對 CPU 信號進(jìn)行功率放大，在信號經(jīng)過功率放大裝置放大后，才可以驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)通過傳動機(jī)產(chǎn)生扭矩并由傳感器檢測得到數(shù)據(jù)。 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 伺服系統(tǒng)驅(qū)動的驅(qū)動部分設(shè)計(jì) ⑴ 步進(jìn)電動機(jī)的選擇 步進(jìn)電動機(jī)及其傳動裝置在扭矩測試儀中主要是轉(zhuǎn)動產(chǎn)生扭矩。步進(jìn)電動機(jī)的步距角分辨率和傳動機(jī)構(gòu)的導(dǎo)程式?jīng)Q定儀器分辨率的重要因數(shù)。 步進(jìn)電動機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電 動機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)（簡稱 VR）、永磁式步進(jìn)電動機(jī)（簡稱 PM）和混合式步進(jìn)電動機(jī)（簡稱 HB） 步進(jìn)電動機(jī)區(qū)別與其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是：它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號的頻率決定。 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生，其基本原理如下： 控制換相順序：通電換相的過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的六拍工作方式，其各相通電順序?yàn)椋?AABBBCCCAA通過控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A、B、 C相的通斷。 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)電動機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 ② 控制步進(jìn)電動機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它就再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)的越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频闹绷鲌?zhí)行元件。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。 1） 類型選擇 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)在相繞組在不通電時(shí)沒 有定位轉(zhuǎn)矩，如果不通電，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸可自由轉(zhuǎn)動。另一方面，永磁式步進(jìn)電動機(jī)在相繞組不通電時(shí)有較小的定位轉(zhuǎn)矩而混合式步進(jìn)電機(jī)則具有步距角小，定位精度高，誤差不積累，及斷電后能自鎖等特點(diǎn)?？梢哉f集中了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。它適用數(shù)字程序控制系統(tǒng)，可調(diào)恒數(shù)裝置及其它有精度要求的開環(huán)數(shù)字系統(tǒng)，用作執(zhí)行元件。在有些系統(tǒng)不要求在斷電時(shí)負(fù)載中須保持固定位置，采用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)比較合適。有些系統(tǒng)只要求在斷電時(shí)負(fù)載中須保持固定位置口，因而，選擇永磁電機(jī)是合理的。而考慮到本系統(tǒng)不僅要求顯示器在步進(jìn)電機(jī)斷電后必須準(zhǔn)確定位 而且需要步進(jìn)電機(jī)步距角較小，定位精度高以保證系統(tǒng)的檢驗(yàn)精度，因此我們決定采用混合式步進(jìn)電機(jī)。 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 步距角大小會直接影響步進(jìn)電動機(jī)起動和運(yùn)動頻率，外形尺寸相同的電動機(jī)，步距角小的往往起動、運(yùn)行頻率比較高，但轉(zhuǎn)速和輸出功率不一定高。使用時(shí)，可根據(jù)需要的脈沖當(dāng)量和可能選擇的傳動比選擇步進(jìn)電動機(jī)的步距角。例如需 ? 的步距增量運(yùn)動時(shí)，可有三種選擇。其主要特征如下表 23所示： （ a） 選擇正好 176。步矩角的電動機(jī) （ b） 選擇小于 176。步矩角的電動機(jī) （ c） 選擇大于 176。布 矩角的電動機(jī) 表 23步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)表 相數(shù) 步距角 相電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 空載啟動頻率 2 ? 驅(qū)動電 相電阻 相電流 重量 絕緣強(qiáng)度 DC(2440)V B （ 2）步進(jìn)電動機(jī)的選擇 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電路就是其最基本的功能來講，是一個(gè)依次給電動機(jī)各相通電的控制功效級裝置，步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器是緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正反控制門組成，能把輸入的脈沖 CP 轉(zhuǎn)換成環(huán)形脈沖，以便控制 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)框圖如圖 26 所示： 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)動器步進(jìn)電機(jī) 圖 26 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動圖 本系統(tǒng)所采用的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器時(shí)由美國斯達(dá)特公司生產(chǎn)的 SH2H057M 型驅(qū)動器，該驅(qū)動器與我們選擇的 57BYG09 是配套產(chǎn)品。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動電器的基本框圖如上圖 26所示。程序邏輯電路和環(huán)形分配器接受輸入的控制脈沖信號 CP 并將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣β黍?qū)動器僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 的驅(qū)動信號并給電機(jī)各項(xiàng)繞組供電。 不通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是 由于使用的是三相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對三路信號分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來回路的制作也比較復(fù)雜。考慮機(jī)電一體化這門課程的掌握程度，故采用此方案。 1. 最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 選擇步進(jìn)電動機(jī)時(shí)，最主要的任務(wù)之一就是要詳細(xì)規(guī)定電動機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩值。一般最大靜轉(zhuǎn)矩較大的電動機(jī)，可以帶動較大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的比值通常，按最大靜轉(zhuǎn)矩的值可以把步進(jìn)電動機(jī)分為伺服步進(jìn)電動機(jī)和功率步進(jìn)電動機(jī)。前者輸出力矩較小，有時(shí)需要經(jīng)過力矩放大器或伺服功率放大系統(tǒng)帶動步進(jìn)電動機(jī)。而 功率步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩一般大于 。它不需要提高了傳動精度。就能直接帶動負(fù)載。它不僅大大簡化了系統(tǒng)，而且提高了傳動精度。根據(jù)本系統(tǒng)負(fù)載特點(diǎn)，無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)。 綜合上述三點(diǎn)，我們最終選擇了美國斯達(dá)特公司 57BYG09 混合式步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)脈沖信號 CP用于控制步進(jìn)電機(jī)的位置和速度，也就是說驅(qū)動器沒接受一個(gè) CP 信號就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角， CP 脈沖的頻率改變則同時(shí)使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變?？刂?CP 脈沖個(gè)數(shù)，則可以使步進(jìn)電動機(jī)精確定位。這樣就可以很方便的達(dá)到步進(jìn)電機(jī)的 的調(diào)速和定位目的。本驅(qū)動的信號是高電平有效，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 DIR 用于控制步進(jìn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。此端位高電平時(shí)，電機(jī)一個(gè)旋向；此端為低電平時(shí)，電機(jī)為一個(gè)旋向。電機(jī)換相必須在電機(jī)停止后再進(jìn)行，并且換向信號一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè) CP 脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第一個(gè) CP 脈沖前發(fā)出。 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) 檢測元件 系統(tǒng)的檢測元件 傳感器部分在檢測傳感器中的應(yīng)用可以分為三種方式：磁彈性式 。相位差式和應(yīng)變片式。經(jīng)過比較，我們采用電阻應(yīng)變片式扭矩傳感器。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，允許通過較大電流，橫向效應(yīng)小，疲勞的壽命長，柔性好。并可做成基長很短或任意形狀，在工藝上適于大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)逐漸代替絲式應(yīng)變片。 測量轉(zhuǎn)換電路 常規(guī)應(yīng)變片的電阻的變化很小，因而測量轉(zhuǎn)換電路應(yīng)當(dāng)精確地測量出這些小的電阻變化。 在應(yīng)變式傳感器中，最常用的是橋式電路，按電源性質(zhì)可分為直流電橋；交流電橋兩類，按橋臂工作數(shù)量可分為單臂工作橋；半橋和全橋。下面我們將采用全橋工作方式來滿僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 足 系統(tǒng)靈敏度高的要求。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。 A D+BCU 1U 0+R1R2R3R4圖33 橋路的調(diào)零原理圖 在使用上述公式時(shí)，應(yīng)注意電阻變化和應(yīng)變值的符號。 ε 1,ε 2,ε 3,ε 4 可以是試件的縱向應(yīng)變 ，也可以時(shí)試件的橫向應(yīng)變，取決于應(yīng)變片的連接方向。若是壓應(yīng)變 應(yīng)以負(fù)ε值代入，若是拉應(yīng)變ε應(yīng)以正值代入。由上述公式可看出，電橋的輸出電壓 與電阻的變化值△ R/R 以及應(yīng)變ε成正比。 當(dāng)應(yīng)變值較小時(shí)，非線性可忽略，萬惡杜宇半導(dǎo)體應(yīng)變片尤其在測大應(yīng)變時(shí)，非線性不可忽略。對于全橋 4 個(gè)應(yīng)變片處于差分工作狀態(tài)，即一片感受正應(yīng)變，另一片感受負(fù)應(yīng)變，經(jīng)過推力可證明理論上不存在非線性問題。采用恒流源作橋路電源也能減小非線性誤差。 實(shí)際使用中， R1,R2,R