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液壓式萬能試驗機計算機接口設計

來源:拉力試驗機    2018-10-17    關鍵字:萬能試驗機 接口 設計    

    液壓萬能試驗機計算接口設計:
    1 設計思路
    要完成上述功能,首先應將待測量載荷的變化轉化為電學量的變化,即信號的獲取。電學量得到後常常需經過放大處理,然後進人模數(A/D)轉換電路中將模擬量離散成數字量。將這些數字量通過特定的接口電路翰人到計算機中,利用軟件程序控製采樣間隔、采樣總時間等,並繪製相應的動畫曲線和實物模擬。
    2 設計過程及工作原理
    2.1傳感器設計
    本部分元件主要功能是完成非電學量到電學量的轉化。設計中除了要求一定的精度外,結構要盡量簡單。通過分析發現,在液壓式萬能試驗機中載荷的大小可以通過液壓油的油壓力表現出來。因此,可以用測壓膜片將油壓轉化為應變片電阻的變化,通過惠斯登電橋將電阻的變化轉化為電壓或電流的變化,進而進行放大、濾波等處理即可輸出。此方案需從工作油缸中引出一支路或將油缸鑽孔以安裝油壓傳感器。另一種方案是根據萬能試驗機的結構,尋找適當位置安裝拉(壓)力傳感器直接敏感施加在試件上的載荷。這樣需將某施力杆件斷開,以安裝拉(壓)力傳感器。上述兩種方案都要改變原機器結構,改造工藝複雜,而且電橋輸出收摘日期:加眼1一此一價的電學信號需要進行放大、濾波等處理,相應電路較為複雜,精度不易保證。為了尋求 一種更簡單、可靠的測力方法,對該試驗機進行了內部結構分析。研究發現:施加在試件上的載荷大小與機器內部擺錘擺起的角度成正比,推動擺錘擺動的杆件沿軸線平移。即該杆件總成移動的位移與載荷成線性關係。利用該機器的結構特點,就把測量載荷的大小問題轉化成測量該杆件總成的位移問題。考慮到此部位運動頻率較低,故采用線繞式高精度線性電阻變換器測量位移。這樣不改變原機器設備的結構和工作狀態,輸出值也足夠大,不需放大處理便可以直接進行A/D轉換,使線路簡單,誤差較小。
    2.2 A/D轉換器的選用及外圍電路設計
    本部分電路是將前麵已經得到的模擬電壓信號離散成數字信號,以便於計算機識別。
    2.2.1 A/D轉換器的選擇及特性A/D轉換芯片種類繁多、性能各異、價格差別很大。按其轉換原理分二進製斜坡法、積分法、並行比較法、電壓一頻率轉換法和逐次比較法等。由於本實驗要測量數據通道數少,要求轉換速率不高,考慮外圍電路簡單、可靠性好、電源要求低及經濟性等因素,選擇ADC0809芯片.它是CMOs數據采集器件,為28腳雙列直插式封裝,它不僅包括一個8位的逐次逼近型的轉換器,而且還提供了一個8通道的模擬多路開關和聯合尋址邏輯。其主要特點為:①采用單5V電源,工作時鍾範圍為IOKH2一1MH2(典型值為640KHz); ②分辨率為8位二進製碼,精度7位,零偏差和滿量程誤差均小於0.51 SB,不需校準;③具有8通道門鎖開關控製,可直接接入8個單端模擬量。該芯片內結構如圖1所示,采用的是逐次比較法。該比較方法應用較多,許多A/D轉換芯片都是以此原理製成的。它是用一係列的基準電壓(如同天平稱重時所用的祛碼)同輸人要轉換的電壓〔稱重物體),以逐位確定轉換成的數的各位是1還是0,確定次序是從高位到低位進行,這如同天平稱重,一個個地加祛碼,從大到小,直到所加祛碼同重物重量相等為止,祛碼重量就是重物重量。
    2.2.2 外圍電路設計ADC0809引腳功能及處理分述如下:
    路模擬輸人,通過ADDA,A DDS,A DDC3 個地址譯碼來選通哪一路。AD DA , A DDB,A DDC:模擬通道選擇地址信號。ADDA為低位,ADDC為高位。如000則選通0通道,即U,o起作用。依次類推,由於本實驗隻需轉換一個通道,故無須通道地址選通,隻是將3個地址均接地,即僅從Up輸人有效。CL K: 時 鍾輸人信號端,由於本芯片無內部時鍾,故孺外加時鍾,根據其頻率要求,設計振蕩器如圖2,采用非門振蕩,產生與石英晶體同頻率的方波脈衝信號,頻率為32KHz,符合CLK時鍾要求。EO C: 轉 換結束信號,表示A/D轉換結束。將該信號送人計算機中,通知其可以讀數據。由於 輸 人 信號頻率較低,故未設采樣保持電路。
    2.3 接口及程序控翻
    計算機要接收數宇信號有多種通訊方式,可以通過計算機主板擴充擂槽完成,也可以用並行接口和串行接口。主板擴展相雖信號較全麵,設計板卡較容易,但通用性差,需打開主機箱安裝板卡。申行接口雖可進行遠距離通訊,但速度慢,而且需要另外設計通訊適配器。並行接口常用於連接抽出設備(如打印機)。但通過軟件控製計算機完全可以摘人數據。本實驗采用C語言編程,端口控製源程序如下:
    2.4 電路千擾控製
    電路中可能存在許多幹擾,如電源、地線噪聲、電磁幹擾等,若不做適當處理,必然影響正常工作。處理方法為:①電撅取自計算機,工作電壓為5V,考慮到計算機內電壓精度不高,因而用LM7805三端穩壓器將取出的12V電壓進行穩壓處理。精度可以滿足要求。為減小電源噪聲,在LM7805的前端加一大容量電解電容進行低頻建波,以減小脈動成分。在每個芯片的電源與地線之間加接高頻濾波電容,這樣就大大減少了由於電流負載瞬態地導通和切斷引起的尖峰電流所形成的幹擾。②對於地線幹擾控製,主要采用多點接地的方法。③將電源線與信號線分開,數據線屏蔽處理,盡量減小數據線的長度,使電磁幹擾控製在很小範圍內。
常用的計算機數據采集係統多用主板擴展槽或串行接口。通過實驗發現,用計算機的並行口進行數據采集是完全可行的,而且具有其它端口無法比擬的優點,即線路簡單、設計容易、幹擾小、傳輸速率高、植性好等。這對於研究計算機控製具有重要意義。
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