【正文】 vibration capability, process performance, quality defects and balancing internal and external rotation performance materials and ponent parts. Data acquisition system, the main microcontroller unit and AC servo controller and the corresponding software microputerbased monitoring and control systems constitute the main body of the testing machine. This paper mainly designs the testing part, data acquisition unit and control system. Mainly includes the overall structure of control system, the main controller based on MCU, data acquisition module, A/D converter and single chip interface circuit, stress, deformation and displacement test, the design of test software. Achieve the overall design of electronic universal testing machine monitoring and control systems. Finally, the test system to debug. Key words： Testing machine； Single chip microputer； Data acquisition system Test system 目 錄 第一章 電子萬能試驗機測試系統(tǒng)總體設(shè)計方案 .....................1 前言 .............................................................. 1 電子萬能試驗機概述 ................................................ 1 試驗機測試系統(tǒng)方案設(shè)計 ............................................ 5 第二章 試驗機測控系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................10 單片機概述 ....................................................... 10 第三章 試驗機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)硬件設(shè)計 .........................15 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計 ........................................... 15 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇及工作原理 ....................................... 23 A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機的接口 ......................................... 25 第四章 試驗機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)軟件設(shè)計 .........................26 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)軟件設(shè)計 ......................................... 26 第五章 試驗機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)測試 ............................29 引伸計校準測試數(shù)據(jù)分析 ........................................... 29 金屬拉伸試驗測試 ................................................. 30 參考文獻 .....................................................32 謝 詞 .......................................................33 天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 電子萬能試驗機測試系統(tǒng)總體設(shè)計方案 前言 電子萬能材料試驗機是用來測定材料各種力學(xué)性能、工藝性能、結(jié)構(gòu)強度等特性的儀器設(shè)備。實現(xiàn)電子萬能材料試驗機測控系統(tǒng)的整體設(shè)計。 本文主要設(shè)計了測控系統(tǒng)的測試部分、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單元。它可以用來檢測各種材料及其制品在各種環(huán)境和模擬狀態(tài)下的力學(xué)性能、工藝性能、結(jié)構(gòu)強度以及材料與構(gòu)件內(nèi)外表面缺陷。 摘 要 電子萬能材料試驗機是專門針對高等院校、科研院所而設(shè)計的新一代單空間微機控制萬能試驗機。電子萬能材料試驗機是材料生產(chǎn)行業(yè)和各級質(zhì)檢部門對材料性能檢測最常用而且最重要的機電設(shè)備之一。電子萬能材料試驗機測控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單元、交流伺服系統(tǒng)單元、基于單片機的主測控器（下位機）以及微型計算機和配套軟件（上位機）組成。主要包括測控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，基于單 片機的主控制器，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊， A/D 轉(zhuǎn)換器與單片機的接口，力、變形和位移測試的電路，測試軟件的部分等設(shè)計。最后對測試系統(tǒng)進行了調(diào)試。試驗機是屬于技術(shù)密集性的精密測試儀器，它涉及到機械、電氣、液壓、高溫、低溫、真空、光學(xué)、電子、材料、工藝、測量、測控等許多新技術(shù)與高技術(shù)領(lǐng)域，并且還綜合了近代閉環(huán)伺服、遙控、數(shù)顯、數(shù)控、激光、機電一體化以及電子計算機等技術(shù)，成為儀器儀表行業(yè)中具有多學(xué)科、多種技術(shù)特點的一類測試計量儀器。在各類材料的產(chǎn)品質(zhì)量檢測、生產(chǎn)過程質(zhì)量測控、材料科學(xué)研究和教學(xué)試驗中 都必須應(yīng)用試驗機來進行材料的力學(xué)性能測試。 電子萬能試驗機概述 試驗機測試系統(tǒng)簡述 材料試驗機測試系統(tǒng)其實就是一套自動檢測系統(tǒng)，能按照國家標準對試驗材料的各項規(guī)定，在對標準試樣進行加載直至完全破壞的整個過程中，依據(jù)制定的各項參數(shù)并能夠按照給定的各項數(shù)值進行測控的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)的測控之下，試驗機的動橫梁、強電、弱電等各個部分能夠協(xié)調(diào)有序、相互配合的工作，從而 形成了一個有機統(tǒng)一的整體，使得萬能試驗機的各項試驗功能都得以準確的實現(xiàn)，并對試驗過程中的負荷和試樣的形變量等重要的試驗實時數(shù)據(jù)進行記錄，依照數(shù)據(jù)對材料要求試驗的各項力學(xué)性能指標進行分析計算。 試驗機的測控系統(tǒng)是由硬件部分和軟件部分通過有機結(jié)合而組成的一個整體。從而硬件部分就構(gòu)成了萬能試驗機測控系統(tǒng)的實體部分 ,但如果想要完成對被控對象的測控作用還要為實體部分提供軟件系統(tǒng) ,萬能試驗機的軟件部分通常由系統(tǒng)軟件與應(yīng)用軟件兩天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 部分組成。應(yīng)用軟件則是為了滿足那些需要由測控系統(tǒng)的專門設(shè)計人員開發(fā)的特定程序，其核心部分是過程控制程序。通過材料力學(xué)的知識可得： FA?? （ 11） 00| L L |L? ?? （ 12） 0||L L L? ? ? （ 13） 214AB?? (14) 其中 F 為加載在試驗材料上的外力， A 則為試驗材料的橫截面積， L0 為式樣變形前的固定長度， L 為式樣變形后的長度示值， B 為拉伸實驗材料在寬度方向上的示值。通過前面對萬能試驗機的工作原理分析可知，為了測量出加載在試驗材料上的力，即要測量出荷載值 F 可以由高精度應(yīng)變式負荷傳感器實現(xiàn)，而在此荷載值的作用下所引起的形變量，可以由電子引伸計對變形前后試驗材料長度的絕對差值△ L 進行測量。 圖 11 應(yīng)力 應(yīng)變 曲線圖 天津工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 如前面所述，因為需要測量出試驗材料的應(yīng)力與應(yīng)變，將式 (14)代入式 (11)，可得 24FB? ?? （ 15） 而在實際中，當試驗材料被拉伸（壓縮）時，試樣的橫截面積會變?。ㄗ兇螅磿l(fā)生形變，但當應(yīng)力沒有超過比例極限時，試驗材料的橫向應(yīng)變示值與軸向應(yīng)變示值之比的絕對值會是一個常數(shù)，但是若桿件軸向伸長時橫向會縮小，而軸向縮短時橫向會增大，所以符號總是相反的，即 : 39。 若假設(shè)試驗材料在進行拉伸試驗前寬度方向的示值是 B0， B0可以在試驗前由測量工具直接測出。 00||BBB? ?? (17) 而只考慮拉伸時 : 39。 00 0 0 0 0 0 0()LLB B B B B B B L? ? ? ? ?? ? ? ? ??? (19) 整理后 ， 得 : 2000024()4 FLLBBLFB ??? ? ? ??? (110) 00LLL? ?? (111) 0||L L L? ? ? (112) 顯然，只需 F和Δ L這兩個變量的輸入，就可以測試出應(yīng)力б、應(yīng)變ε。電子萬能試驗機的實物圖如圖 12 所示。測控系統(tǒng)的工作過程為：力傳感器受外力負載后會輸出一個正比于負載的微小信號，該信號途中不經(jīng)任何中間環(huán)節(jié)，直接輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器進行信號放大、轉(zhuǎn)換，再輸入到單片機，單片機進行信號處理，數(shù)字濾波后以直讀的方式顯示。位移閉環(huán)控