【正文】 程序經(jīng) Silicon Laboratories IDE 編譯器編譯后，由 。 J25 DB9 與 CAN 總路線的連接口。 J23 電源監(jiān)視使能端。 J26, J27 外部模擬電壓輸入選擇口。 J20 模擬電壓 5 V 輸入口。 J12, J15 端口 0 – 1連接口。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 40 J10 連接至 UART0 CTS ()。 J9 連接至 UART0 接收引腳 ()。 J5 串口 UART0 與 DB9的連接端口。 J3 連接 LED（發(fā)光二極管）至 腳。 其中 P1 電源連接器 (允許從 7 至 15V 的電源適配器輸入 )。 VB 軟件的程序清單見附錄 A。 查看 VB程序是否向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，在 PC 機(jī)上用一根導(dǎo)線將 DB9 的 2腳和 3 腳短接，做成一自收發(fā)系統(tǒng)，硬件測試成功，用串口調(diào)試助手測試效果如圖 ，用串口監(jiān)測軟件觀察數(shù)據(jù)的流動如圖 。 圖 電機(jī)轉(zhuǎn)速值設(shè)的不當(dāng)時(shí)彈出的出錯(cuò)提示框 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 36 圖 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間值設(shè)的不當(dāng)時(shí)彈出的出錯(cuò)提示框 當(dāng)參數(shù)輸入完成后，“確定”按鈕生效，此時(shí)點(diǎn)擊確定，程序進(jìn)入圖 的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程界面，則 VB程序通過串口向單片機(jī)發(fā)送出剛才輸入的數(shù)據(jù)，單片機(jī)控制電機(jī)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)進(jìn)度條顯示實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，在實(shí)驗(yàn)時(shí)， JN338 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器不斷的采集信號送入到單片機(jī)，單片機(jī)不斷處理數(shù)據(jù)并在顯示電路顯示出來，當(dāng)實(shí)驗(yàn)完成后， VB 程序再向單片機(jī)發(fā)送結(jié)束命令，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。 圖 實(shí)驗(yàn)進(jìn)程界面 實(shí)驗(yàn)過程如下： 機(jī)械效率試驗(yàn)：點(diǎn)擊圖 的機(jī)械效率試驗(yàn)進(jìn)入機(jī)械效率試驗(yàn)，會出現(xiàn)圖 的參數(shù)輸入界面，在圖 的參數(shù)輸入界面里只有輸入了合適的值才會開如運(yùn)行電機(jī)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖 的參數(shù)輸入框中要是輸入了不適當(dāng)?shù)臄?shù)時(shí)，會彈出一出錯(cuò)提示框，如圖 。和 在一行的文本框是用來顯示在 form1(即圖 )中所選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目代號，在圖 中的四個(gè)實(shí)驗(yàn)中，各代號從上到下分別為 4，因此文本框只起到將 form1 中的狀態(tài)傳入到單片機(jī)，不起別的作用，所以此文本框的 Visible 屬性設(shè)為 False，故在程序運(yùn)行時(shí)也不顯示。 圖 實(shí)驗(yàn)進(jìn)入初始界面 參數(shù)輸入界面如圖 。 選擇實(shí)驗(yàn) 輸入?yún)?shù) 將參數(shù)傳入到單片機(jī)，控制單片機(jī)開始并計(jì)時(shí) 參數(shù)是否合理 輸出出錯(cuò)信息框 時(shí)間到？ 結(jié)束 Y N Y N 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 圖 VB 程序設(shè)計(jì)框圖 本實(shí)驗(yàn)需做 4 個(gè)試驗(yàn)：機(jī)械效率試驗(yàn)，潤滑試驗(yàn)，耐久性試驗(yàn)和齒輪磨損試驗(yàn)。最后完成了各硬件的搭建工作。 圖 JN338 插針引腳排列 其與單片機(jī)的連接如圖 。 500Ω＝，其也能正常發(fā)光。 圖 DB9 與 MAX232 的連接圖 圖 上拉阻值確定原理圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 VCC 為＋ 5V， B 為地端，為 0V，而發(fā)光二極管為電流型發(fā)光，只要其中通有 3～ 10mA的電流，其就會發(fā)光，且發(fā)光二極管兩端的壓降為 ，因此電阻兩端的壓降為 5－＝ ，現(xiàn)若二級管為最低亮度，即使其通電電流為 ，則電阻值為： 247。 圖 MAX232 的引腳及功能 鎖存器 74HC573 與發(fā)光二極管 LED 及單片機(jī) C8051F060 的連 接 根據(jù)鎖存器 74HC573 的引腳圖 和其真值圖 以及發(fā)光二極管的工作原理， 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 鎖存器 74HC573 與發(fā)光二極管 LED 及單片機(jī) C8051F060 的連接見圖紙。 圖中，電容的參數(shù)為 104＝ 10179。由于 C8051 所使用的電源為 5V，為使電源統(tǒng)一，選用光電隔離器的使用電源也為 5V，故選用 ADUM1100ARZ 型號光電隔離器。 發(fā)光二極管 LED 的選擇 LED 選共陰極的 8 段發(fā)光二極管，其工作原理較簡單，此處略。 RS232 INPUTS 這個(gè)端口是接收到電腦發(fā)出的正負(fù) 12 伏，由 232 輸出轉(zhuǎn)為 TTL或 CMOS 信號，這個(gè)信號也為正負(fù) 12V。 圖 74HC573 的針腳圖 圖 74HC573 的真值表 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 TTL/CMOS OUTPUTS 端：這個(gè)端口的作用是輸出 TLL 或 CMOS 信號，輸出電壓一般為 05V，低電平為零，高電平為 VCC。 電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇 由于 RS232 使用的是負(fù)電平，而單片機(jī)使用的為 TTL 電平，故需將 RS232 電平轉(zhuǎn)換為 TTL 電平，現(xiàn)選用 MAX232 芯片轉(zhuǎn)換， MAX232 的引腳及功能見圖 。 RS232C 定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（ DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 其余硬件的選擇 上位機(jī)與下位機(jī)的通信設(shè)備 本設(shè)計(jì)中上下位機(jī)的通信采用串行異步通信，由上位機(jī)的 RS－ 232C 通信接口與下位機(jī)的串口相連。 當(dāng) OE 為高時(shí)，此芯片輸出為高阻態(tài)，不工作。 由于 LED 的數(shù)量多，則占用單片機(jī)的針腳多，為了充分利用單片機(jī)的有限管腳，采用鎖存器擴(kuò)展單片機(jī)的 I/O 口，本設(shè)計(jì)選用的鎖存器為 74HC573， 74HC573 的針腳見圖 。 轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率值的對應(yīng)曲線如圖 所示。 正向轉(zhuǎn)矩輸出值為： DpDP ff ffNM ??? )( () 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 反向轉(zhuǎn)矩輸出值為： rr ffffNM ???00 )( () 上兩式中： Mp──正向轉(zhuǎn)矩值； Mr──反向轉(zhuǎn)矩值； N──轉(zhuǎn)矩滿量程； fp── 正向滿量程輸出頻率值（ kHz）； fr── 反向滿量程輸出頻率值（ kHz）； f── 實(shí)測轉(zhuǎn)矩輸出頻率值。 50Hz； 4) 信號幅值： 08V；負(fù)載電流： 40mA； 在有效的量程范圍內(nèi)，傳感器的轉(zhuǎn)矩輸出頻率與對應(yīng)轉(zhuǎn)矩值基本上成線性關(guān)系，實(shí)際應(yīng)用中，如果測量準(zhǔn)確度要求不超過標(biāo)稱值，不需要通過逐段參數(shù)標(biāo)定來完成計(jì)算。 50Hz； 2) 正向旋轉(zhuǎn)滿量程： 15KHz177。 (4) 軸輸出功率 軸輸出功率可由轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速值經(jīng)運(yùn)算后得到，計(jì)算公式為： )(9550 kwNMP ?? () 式中： P──軸輸出功率（ KW）； M──轉(zhuǎn)矩值（ ）； N──轉(zhuǎn)速值（ r/min）。 (3) 轉(zhuǎn)速測量原理 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器在旋轉(zhuǎn)軸上安裝著有 60 條 齒縫的測速輪，在傳感器外殼上安裝一只由發(fā)光二極管及光敏三極管組成的槽型光電開關(guān)架。當(dāng)彈性軸受扭時(shí)，應(yīng)變橋檢測到的 mV 級的應(yīng)變信號通過儀表放大器 AD620 放大成 V177。該電源電壓作為運(yùn)算放大黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 器 AD822 的工作電源電壓，由基準(zhǔn)電源 AD589 與雙運(yùn)放 AD822 組成高精度穩(wěn)壓電源，可產(chǎn)生177。 15V 電源電壓，同時(shí)，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz 的方波信號，經(jīng)過 TDA20xx 功率放大即產(chǎn)生交流激磁功率電源電壓，其通過能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器從靜止的初級線圈 T1 傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈 T2，得到的交流電源電壓通過軸上的整流、濾波電路變?yōu)?77。在傳感器外殼上固定激磁電路，能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的初級線圈，信號環(huán)形變壓器的次級線圈及信號處理電路。在軸上固定著能源環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器的次級線圈，軸上印刷電路板和信號環(huán)旋轉(zhuǎn)變壓器的初級線圈。 表 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器主要技術(shù)參數(shù) 參數(shù) 指標(biāo) 轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確度 % 重復(fù)性 ≤ % 線性 ≤ % 滯后 ≤ % 過載能力 150% 絕緣電阻 ≥ 200MΩ 表 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器產(chǎn)品規(guī)格參數(shù) 規(guī)格 轉(zhuǎn)矩測量范圍（ ） 最高轉(zhuǎn)速 (r/min) 100 10－ 100 6000 200 20－ 300 5000 500 50－ 700 4000 1000 100－ 1500 3000 20xx 200－ 3000 2500 5000 500－ 5000 20xx JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器測量流程如圖 所示。傳感黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 器的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器所承擔(dān)的，因此實(shí)現(xiàn)了能源及信號的無接觸傳遞功能。 JN338 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)及測量原理 (1) JN338 的結(jié)構(gòu) 該轉(zhuǎn)矩傳感器的檢測敏感元件是電阻應(yīng)變橋 — 將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼 在被測彈性軸上即可組成應(yīng)變電橋，向應(yīng)變電橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號。 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖 圖 JN338 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測量原理圖 JN388 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的主要特性 (1) 傳感器的主要特性 ① 以應(yīng)變電測技術(shù)為檢測手段； ② 測量精度高，信號檢出、處理均采用數(shù)字技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，無需調(diào)零即可工作，可靠性高 ,信噪比高，工作壽命長； ③ 既可以測量靜止扭矩，也可測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩； ④ 既可測量穩(wěn)態(tài)扭矩，也可測量過渡過程動態(tài)轉(zhuǎn)矩； ⑤ 無需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)矩； ⑥ 無集流環(huán)，電刷等磨損件，可以高速長時(shí)間運(yùn)行； ⑦ 轉(zhuǎn)矩信號的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān)，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān)； ⑧ 測量彈性體強(qiáng)度大，可承受 150%過載； ⑨ 體積小、重量輕、安裝方便，有套裝式，卡裝式，聯(lián)軸式等多種安裝方式； ⑩ 傳感器輸出信號以頻率量方式給出，便于和計(jì)算機(jī)接口。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器通常采用電阻應(yīng)變橋來檢測轉(zhuǎn)矩信號，并采用導(dǎo)電滑環(huán)來耦合橋壓輸入及應(yīng)變信號輸出，但由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免的存在著磨損并發(fā)熱，因而限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命，同時(shí)由于接觸不可靠還能引起測量信號波動誤差增加。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 安川 G7A20P41C 變頻器控制電路圖 傳感器的選擇 因本實(shí)驗(yàn)中所用傳感器的任務(wù)是采集電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號傳送給單片機(jī)，處理的是數(shù)字信號，而 JN338 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是一款全數(shù)字信號的傳感器，故本設(shè)計(jì)選擇JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器。 多功能測量信號輸出端 AM、 FM──模擬量輸出端； MP──數(shù)字量輸出端。 故障信號輸入端：由 MA、 MB、 MC 組成，為繼電器輸出，可接到 SC250V（ 1A 以下）或 DC30V（ 1A 以下）電路中。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 各端子功能的出廠設(shè)定如下： 圖 安川 G7A20P41C 變頻器主電路圖 S1──正轉(zhuǎn)控制端； S2──反轉(zhuǎn)控制端； S3──外部故障輸入端； S4──復(fù)位端； S S S S10──多檔控制端； S7──點(diǎn)動控制端； S8──封鎖外部信號控制端； S11──加、減速時(shí)間選擇控制端； S12──異常停機(jī)控制端。 控制電路（如圖 ） 外接頻率給定端：變頻器為外接頻率給定提供 10V 電源（正端為“＋ V”，負(fù)端為“ AC”），信號輸入端分別為 A A3（電壓信號）和 A2（電流信號）。 輸出端：輸出端的標(biāo)志為 U、 V、 W，接電動機(jī)。 變頻器的選擇 此變頻器功用為接收來自單片機(jī)的 PWM 波信號，輸出對電機(jī)速度控制的頻率可調(diào)頻率信號，因本實(shí)驗(yàn)所用電動機(jī)功率為 11KW，而 15KW 以下的 G7 系列變頻器內(nèi)部已經(jīng)配置了制動單元，為簡單起見，在此選擇安川 G7A20P41C 變頻器。 C～ +85176。 供電電壓： ～ 多種節(jié)電休眠和停機(jī)方式。 數(shù)字外設(shè) (1) 59 個(gè)通用 I/O 引腳，耐 5V； (2) Bosch 控制器局域網(wǎng)； (3) 可同時(shí)使用的硬件 SMBus(I2CTM 兼容 )、 SPITM 及兩個(gè) UART 串行端口； (4) 可編程的 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器陣列，有 6 個(gè)捕捉比較模塊； (5) 5 個(gè)通用 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器； (6) 專用的看門狗定時(shí)器；雙向復(fù)位引腳。 高速 8051 微控制器內(nèi)核 (1) 流水線指令結(jié)構(gòu)； 70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期； (2) 速度可達(dá) 25MIPS（使用 25MHz 時(shí)鐘時(shí)）； (3) 靈活的中斷源。 片內(nèi) JTAG 調(diào)試和邊界掃描 (1) 片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在片 /在系統(tǒng)調(diào)試； (2) 支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察點(diǎn)、堆棧監(jiān)視器；可以觀察 /修改存儲器和寄存器； (3) 比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更好的性能。 (4) 三個(gè)模擬比較器 可編程回差電壓 /響應(yīng)時(shí)間。 (2) 10 位 SAR ADC ① 可編程轉(zhuǎn)換速率，最大 200ksps； ② 8 個(gè)外部輸入，單端或差分方式； ③ 內(nèi)部溫度傳