【導(dǎo)讀】隨著機械工業(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)動力機械中一項十。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)計和改進提供參考依據(jù)。矩測量要遠比其它力學(xué)測量要復(fù)雜，是力學(xué)測量中一個叫薄弱的環(huán)節(jié)。隨著我國相關(guān)工業(yè)的發(fā)展，機械式扭轉(zhuǎn)強度測試已不滿足要求。本次設(shè)計電子扭轉(zhuǎn)強。度測試儀，具有可靠性高，響應(yīng)快，可過載保護等優(yōu)點，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)竄鍵標志來判斷是否發(fā)生竄鍵，則 CPU 再進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（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（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）、步進電動機、步進電動機驅(qū)動電器、光電耦合電路、環(huán)形脈沖分配器組成。 系統(tǒng)工作時有單片機通過 I/O 發(fā)送步進脈沖信號給步進電動機驅(qū)動器，驅(qū)動步進電動機完成工作。由于單片機不僅要對被控對象進行監(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)電機的輸出電壓、電流和功率、電網(wǎng)電壓等等）本身往往就是強電系統(tǒng)。因此，強電控制電路必將會對單片機控制系統(tǒng)長生嚴重的干擾，以致單片機控制系統(tǒng)不能正常工作 。單片機控制系統(tǒng)和強電控制回路共地是引起干擾的主要原因，因為強電控制回路中的電流和電壓往往很大，并會在強電用電器和地之間形成強大的脈動干擾，這個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的主機回路中，消除這些脈沖干擾的有效方法是使單片機弱電部分和強電控制回路隔開，在電氣連接上切斷他們彼此間的耦合通路，所以單片機環(huán)脈沖分配之間接一個光電隔離器。 光電隔離器的原理電路時由一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管組成的復(fù)合的晶體管。為了讓步進電動機不丟失，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)動步進電動機，步進電動機通過傳動機產(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（論文） 19 伺服系統(tǒng)驅(qū)動的驅(qū)動部分設(shè)計 ⑴ 步進電動機的選擇 步進電動機及其傳動裝置在扭矩測試儀中主要是轉(zhuǎn)動產(chǎn)生扭矩。步進電動機的步距角分辨率和傳動機構(gòu)的導(dǎo)程式?jīng)Q定儀器分辨率的重要因數(shù)。 步進電動機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電動機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電 動機可分為反應(yīng)式步進電動機（簡稱 VR）、永磁式步進電動機（簡稱 PM）和混合式步進電動機（簡稱 HB） 步進電動機區(qū)別與其他控制電機的最大特點是：它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號的頻率決定。 步進電動機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(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：三相步進電機的六拍工作方式，其各相通電順序為： AABBBCCCAA通過控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制 A、B、 C相的通斷。 ① 控制步進電機的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進電動機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，電機反轉(zhuǎn)。 ② 控制步進電動機的速度 如果給步進電機一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它就再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)的越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。 步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频闹绷鲌?zhí)行元件。步進電機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)式步進電動機在相繞組在不通電時沒 有定位轉(zhuǎn)矩，如果不通電，電機的轉(zhuǎn)軸可自由轉(zhuǎn)動。另一方面，永磁式步進電動機在相繞組不通電時有較小的定位轉(zhuǎn)矩而混合式步進電機則具有步距角小，定位精度高，誤差不積累，及斷電后能自鎖等特點?？梢哉f集中了反應(yīng)式和永磁式步進電機的優(yōu)點。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)不要求在斷電時負載中須保持固定位置，采用反應(yīng)式步進電動機比較合適。有些系統(tǒng)只要求在斷電時負載中須保持固定位置口，因而，選擇永磁電機是合理的。而考慮到本系統(tǒng)不僅要求顯示器在步進電機斷電后必須準確定位 而且需要步進電機步距角較小，定位精度高以保證系統(tǒng)的檢驗精度，因此我們決定采用混合式步進電機。 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（論文） 20 步距角大小會直接影響步進電動機起動和運動頻率，外形尺寸相同的電動機，步距角小的往往起動、運行頻率比較高，但轉(zhuǎn)速和輸出功率不一定高。使用時，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電動機的步距角。例如需 ? 的步距增量運動時，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 （ b） 選擇小于 176。步矩角的電動機 （ c） 選擇大于 176。布 矩角的電動機 表 23步進電機的主要參數(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 絕緣強度 DC(2440)V B （ 2）步進電動機的選擇 步進電動機驅(qū)動電路就是其最基本的功能來講，是一個依次給電動機各相通電的控制功效級裝置，步進電動機驅(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 步進電動機驅(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)動器步進電機 圖 26 步進電機驅(qū)動圖 本系統(tǒng)所采用的步進電動機驅(qū)動器時由美國斯達特公司生產(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。步進電動機驅(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（論文） 21 的驅(qū)動信號并給電機各項繞組供電。 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電機，就需要對三路信號分別進行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機的功率較大時運行起來回路的制作也比較復(fù)雜?？紤]機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 選擇步進電動機時，最主要的任務(wù)之一就是要詳細規(guī)定電動機的標準轉(zhuǎn)矩值。一般最大靜轉(zhuǎn)矩較大的電動機，可以帶動較大的負載轉(zhuǎn)矩，負載轉(zhuǎn)矩和最大靜轉(zhuǎn)矩的比值通常，按最大靜轉(zhuǎn)矩的值可以把步進電動機分為伺服步進電動機和功率步進電動機。前者輸出力矩較小，有時需要經(jīng)過力矩放大器或伺服功率放大系統(tǒng)帶動步進電動機。而 功率步進電動機的最大靜轉(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)負載特點，無需采用功率放大裝置，因此我們決定采用功率步進電機。 綜合上述三點，我們最終選擇了美國斯達特公司 57BYG09 混合式步進電機。 步進脈沖信號 CP用于控制步進電機的位置和速度，也就是說驅(qū)動器沒接受一個 CP 信號就驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角， CP 脈沖的頻率改變則同時使步進電機的轉(zhuǎn)速改變?？刂?CP 脈沖個數(shù)，則可以使步進電動機精確定位。這樣就可以很方便的達到步進電機的 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 用于控制步進電動機的旋轉(zhuǎn)方向。此端位高電平時，電機一個旋向；此端為低電平時，電機為一個旋向。電機換相必須在電機停止后再進行，并且換向信號一定要在前一個方向的最后一個 CP 脈沖結(jié)束后以及下一個方向的第一個 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（論文） 22 DIR 信號的作用周期如下圖所示： 前一個方向的最后一個 CP 脈沖下一個方向的 CP 脈沖DIR 換向 圖 28 DIR 信號的作用周期圖 綜合以上所述，控制步進電機的主要參數(shù)： ① CP 脈沖的個數(shù)代表步進電機的轉(zhuǎn)矩 ② CP 脈沖的頻率代表步進電機的速度 ③ DIR 的信號控制步進 電機的運行方向 僅供參考，支持原創(chuàng)，鄙視抄襲！ 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 第 3章 硬件電路的設(shè)計 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，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（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，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，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，非線性不可忽略。對于全橋 4 個應(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。 實際使用中， R1,R2,R