【正文】 目前，市場對此類扭矩儀的需求量非常大，其廣泛應(yīng)用于扭矩扳手、旋轉(zhuǎn)力矩（轉(zhuǎn)動力矩）、攪拌力矩、舵機力矩的精密測量和自動控及科學(xué)實驗中，具有較高的實用價值和經(jīng)濟價值。 在電源設(shè)計采用接觸式滑環(huán)電刷，實現(xiàn)電橋的供電以及電壓信號的傳輸，能夠?qū)崟r準確的實現(xiàn)信號之間的傳遞。 在傳感器的制作中常用補 償塊來實現(xiàn)溫度補償并提高靈敏度。對靈敏度漂移補償最簡單的方法是隨溫度的變化自動調(diào)整供橋電壓，當(dāng)供橋電壓降低時，電橋的不平衡輸出減小，即降低了電橋的靈敏度。 引起零點漂移的原因主要有應(yīng)變片粘貼的好壞，應(yīng)變片材料的不均勻，所選應(yīng)變片的電阻溫度特性不一致等。 圖 63 數(shù)據(jù)測試子程序流程圖 LCD 顯示部分 如圖 64 為 LCD1602 的顯示流程。數(shù)據(jù)測試的間隔時間通過定時器 A 來完成，就是在每次定時器 A 中斷到來時讀取 A／ D 轉(zhuǎn)換采集得到的數(shù)據(jù)，在讀數(shù)據(jù)之前先停止 A／ D 轉(zhuǎn)換，在讀取數(shù)據(jù)完畢后啟動 A／ D 轉(zhuǎn)換。整個程序基于中斷服務(wù)結(jié)構(gòu)，為了實現(xiàn)中斷程序和主程序的數(shù)據(jù)交互，可以通過一些全局變量 1 第 27 頁 和全局的緩沖區(qū)來實現(xiàn)。 （ 4）選擇優(yōu)質(zhì)的電子元器件，同樣會地提高系統(tǒng)的抗干擾能力。接地線應(yīng)盡量加粗，使其電阻接近于零，防止由線條較細引起的接地電位隨電流的變化而變化的情況，從而減小測量誤差，數(shù)字電路的地線呈閉環(huán)路，可減小地線間的電位差，提高抗干擾能力。 V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個 10K的電位器調(diào)整對比度 硬件的抗干擾措施 抗干擾設(shè)計是單片機系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵問題。當(dāng) RS和 RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 RW為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS為高電平 RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 LCD 顯示電路及硬件選取 本設(shè)計采用 LCD1602 1602 采用標準的 16 腳接口，其中 : 第 1 腳： VSS 為地電源 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源 1 第 21 頁 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“陰影”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 （ 9）通用異步串行口（ URAT），還可以用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART。 （ 5）內(nèi)部帶有 E^2PROM 可用來存儲數(shù)據(jù)。 本系統(tǒng)使用的是新型 AT89C51 系列單片機的 D 版本芯片， AT89C51 系列單片機的特點有： （ 1）增強型 6 時鐘 /機器周期， 12 時鐘 /機器周期 8051 CPU。采用 CHMOS 工藝的基本型 8xC51，有三種功耗控制方式，能有效降低功耗。 1 第 19 頁 單片機電路及硬件選取 單片機共有十幾種芯片，表 列出了比較典型的幾種芯片的型號及它們的主要性能指標。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 EOC 接 ,。 ADDA、 ADDB、 ADDC 分別接在 、 、 口，以選通 IN0~IN7 中的一個通道。 （ 3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準，其典型值為＋ 5V（ Vref(+)=+5V， Vref()=0V）。 （ 8） EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)，當(dāng) OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；當(dāng) OE=1 輸出轉(zhuǎn)換。在 START 上升沿時，所有內(nèi)部寄存器清零； START下降沿時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電平。 ADDA 為低位地址， ADDC 為高位地址，用 于對模擬通道進行選擇。 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器是逐次逼近式，由控制與時序電路、逐次逼近寄存器、樹狀開關(guān)及 256 電阻階梯網(wǎng) C0809 芯片為 28 引腳雙列直插式封裝，圖 55 為 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 其主要引腳的功能說明如下： 1 第 16 頁 （ 1） IN7～ IN0：模擬量輸入通道。單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器是可編程的 ADC0809。其次，由于運算放大器的增益和輸入阻抗很高，輸出阻抗很低，所以有源濾波器還能提供一定的信號增益和緩沖作用。 （ 4）電路只需使用兩個運放單元，而且電路十分簡單，但它卻可以實現(xiàn) V+和V高阻差動輸入、可調(diào)放大倍數(shù)，還附帶一個基準電壓或偏置輸入 Vr，這些為 1 第 14 頁 電路的構(gòu)成、調(diào)節(jié)以及輸出偏置、靜態(tài)誤差補償?shù)忍峁┝藰O大的方便。 177。 表 51 TLC2252 的工作條件 后綴為 C 后綴為 I 單位 MIN MAX MIN MIN 電源電壓， VDD177。所有這些特性，再結(jié)合它的溫度性能，使得 TLC2252能夠理想的利用于聲納，遠程壓力傳感器，溫度控制，有源壓阻傳感器，加速計，手持儀表以及其他應(yīng)用。輸入端采用的雙通道差分式輸入，使得輸入信號中的不穩(wěn)定誤差信號通過差值抵消掉，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過實驗比較，由上節(jié)敘述可知溫度傳感器輸出電壓范圍為 ～ ，而在本系統(tǒng)中 A/D 的輸入電壓范圍為 0V～ 5V 時才能使精度達到最高，因此需把 ～ 電壓放大到 0V～5V 的范圍，此即為設(shè)計該測量放大器的目的。正確的補償為在橋路進行實際靈敏度漂移的測量，然后根據(jù)漂移的正或負方向、大小來確定補償方法及補償量。由上述原因造成的零點漂移，在測量橋配好以后，往往具有固定的方向性，可采用簡單的方法，在相應(yīng)的橋臂中串入一個由較大溫度系數(shù)材料制成的電阻來進行補償。 圖 51 直流電橋 如圖 51 所示， U 為電源電壓， R R R R4 為橋臂， V0 為輸出電壓， 電橋開路。 電橋 電路 電橋電路的選用 應(yīng)變片將被測件的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻相對變化，還需進一步轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號才能用電測儀表進行測量。在扭矩傳感器使用過程中 ,一般交變載荷使用的非常少。一般按國家檢定規(guī)程對圓管形扭矩傳感 1 第 9 頁 器進行檢定。 對圓管形扭力軸的長度 : 式中 :φ為扭力軸的扭轉(zhuǎn)變形角。扭力軸的直徑確定 以后 , 可按扭力軸變形角φ 的要求 ,計算扭力軸的工作長度。G 為材料的彈性模量 , Pa 。 = ξ 135176。 1 第 8 頁 在這里必須指出的是 , 在套管式扭矩傳感器 2 的外殼與變速箱 6 及步進電機 7 的外殼 (定子 ) 相連的方 ,必須采用圓周端面齒相連的方式。為了解決這個問題 ,提出采用靜動態(tài)圓管形扭矩傳感器的設(shè)計方案。 108 — 6 179。 1 第 7 頁 4 傳感器的設(shè)計 傳感器的選擇 一般的應(yīng)變式動態(tài)扭矩傳感器主要是集流環(huán)式 , 它的主要結(jié)構(gòu)是傳感器中間有一根回轉(zhuǎn) .運動的扭力軸 ,并且 在扭力軸上貼有應(yīng)變片。 方案論證 本設(shè)計的扭矩傳感器采用應(yīng)變型扭矩測量原理來實現(xiàn)扭矩信號的測量，從而克服了磁彈性型傳感器和相位差型傳感器可靠性低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝調(diào)試困難、準確度低等諸多缺點。 （ 5）單片機：單片機系統(tǒng)扭矩傳感器與單片機系統(tǒng)組合在一起就構(gòu)成了扭矩測量儀，這部分電路主要完成的功能是 ：將扭矩傳感器的輸出信號進行整形后用計數(shù)器對高頻脈沖計數(shù)，計算出相應(yīng)的被測扭矩值，將數(shù)據(jù)直接傳送給驅(qū)動顯示器顯示。 圖 23 電阻應(yīng)變片全橋電路 1 第 5 頁 3 總體方案的確定 檢測裝置整體系統(tǒng)框圖 檢測裝置整體系統(tǒng)框圖如圖 31 所示 圖 31 監(jiān)測裝置整體系統(tǒng)圖 各部分功能介紹 圖 32 系統(tǒng)總體框圖 （ 1）測量電橋 實現(xiàn)扭矩信號到與之呈線性關(guān)系的電信號 的轉(zhuǎn)換，電橋電路采用 LM 型硅擴散力敏全橋應(yīng)變片搭成，具有良好的一致性和對稱性，很小的非線性和較高測量電橋 測量放大電路 低通濾波電路 A/D轉(zhuǎn)換 51單片機 液晶顯示 變壓器 交流電源 信號采集 電路 測量放大電路 低通濾波電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路 51單片機 液晶顯示 1 第 6 頁 的靈敏度。由圓軸扭轉(zhuǎn)時應(yīng)力分析可知，此單元體處于純剪切應(yīng)力狀態(tài)。由于基底和粘貼劑的彈性模量與敏感柵材料的彈性模量之間有差別等原因．彈性元件表面的應(yīng)變不可能全部均勻地傳遞到敏感柵。 電阻應(yīng)變計簡稱應(yīng)變計，它主要由電阻敏感柵、基底和面膠 (或覆蓋層 )、粘結(jié)劑、引出線五部分組