PVC管材性能檢測系統(tǒng)的設計說明

1、 . . . 前言1選題背景和意義目前中國塑料管道生產(chǎn)能力達300萬噸，主要有PVC、PE和PPR管道三大類，其中PVC管道是市場份額最大的塑料管道，占塑料管道近70%的份額。PVC管材生產(chǎn)線1600余條。年生產(chǎn)能力250萬噸以上，2003年P(guān)VC管道（管件）年產(chǎn)量達120多萬噸。在塑料管道中，PVC的份額為70%， PE占25%， PPR占4%， 其它占1%。 雖然PVC管道的快速發(fā)展吸引眾多企業(yè)進入這個行業(yè)投資，但在國生產(chǎn)眾多廠家（2000多家）眾，年產(chǎn)能力在1萬噸的僅有70多家，年產(chǎn)3萬噸以上的企業(yè)為20多家并擁有行業(yè)60%的產(chǎn)量。 整體而言，國小口徑、低附加值的管道企業(yè)多，大口徑、高技

2、術(shù)含量的企業(yè)少。國部分生產(chǎn)廠家的產(chǎn)能分別是：華亞塑膠：10萬噸、寶碩：8萬噸、國風集團：8萬噸、中材管道：6.5萬噸、永高：4.5萬噸、亞通：4萬噸、凱樂：4萬噸、顧地：3萬噸、久利：3萬噸。19982003年P(guān)VC管道的產(chǎn)量。 PVC管材的迅速發(fā)展來自于諸多因素的推動。在全國新建、改建、擴建工程中，建筑排水管道70采用塑料管，建筑雨水排水管道50采用塑料管，城市排水管道20%采用塑料管，建筑給水、熱水供應和供暖管道60%采用塑料管；城市供水管道（DN400 以下）50%采用塑料管，村鎮(zhèn)供水管道60%采用塑料管； 城市燃起管道(中低壓管)50%采用塑料管，建筑電線穿線護套管80%采用塑料管。重

3、大工程的投資又將有力拉動對PVC管道的需求。如“南水北調(diào)”、西部打開發(fā)振興東北老工業(yè)基地。雖然PVC管道的快速發(fā)展吸引眾多企業(yè)進入這個行業(yè)投資，但在國生產(chǎn)眾多廠家（2000多家）眾，年產(chǎn)能力在1萬噸的僅有70多家。因此市場上的產(chǎn)品性能有著很大的差別。以前的手動施壓不夠直觀，誤差大，而且效率低。所以為了減小誤差，提高檢測效率，規(guī)市場提高產(chǎn)品質(zhì)量PVC管材性能的檢測尤為重要。2 方案論證機械部分采用單立柱結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單易于加工。執(zhí)行原件選用用直流伺服電機精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位。伺服電動機輸出力較小無法達到5000N的試驗力，為了增大力矩實現(xiàn)5000N試驗力，同時能夠控制一定的速度

4、選用直齒圓柱齒輪減速器對電動機輸出的力進行增大并降低輸出轉(zhuǎn)速。在減速器輸出端連接滾珠絲杠，滾珠絲杠的高精度、可逆性和高效率特點既保證了將電機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動又確保了測試儀器的精密性。在減速器和滾珠絲杠間用同步帶傳動，保證準確的傳動比的同時減少震動和沖擊載荷的影響。測試頭部分選用優(yōu)質(zhì)合金鋼熱處理，以減少探頭的變形對實驗數(shù)據(jù)的影響，同時也保證了測試頭的耐用性。在這些部件的共同作用下測試機以一定的速度對管材施加一定的力，測試PVC管材的抗壓性能。電氣部分初步計劃采用兩路傳感器器采集信號，一路檢測力值由貼片式壓力傳感器采集受力大小轉(zhuǎn)變成電信號，一路檢測位移由光電編碼器傳遞。傳感器采集到數(shù)字信號

5、，直接輸入至A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由單片機進行處理，換算成實際力值和位移值后在液晶顯示器上實時顯示出來。同時由D/A轉(zhuǎn)換器直接輸出電壓值，給相應的伺服控制器去控制直流伺服電機，通過同步帶帶動絲杠傳動，直接傳遞給中橫梁進行上下移動，對管材施加壓力。整個試驗過程結(jié)束后，按標準計算公式計算出強度值，判斷合格與否，以備查詢和打印結(jié)果。1 機械部分的設計1.1電機的選擇1.1.1、 選擇電機應綜合考慮的問題（1） 根據(jù)機械的負載性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對電動機的啟動、制動、正反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動機類型。（2） 負載轉(zhuǎn)矩、速度變化圍和啟動頻繁程度等要求，考慮電動機的溫升限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩，選擇電

6、機功率，并確定冷卻通風方式。所選電動機功率應留有余量，負荷率一般取0.80.9。過大的備用功率會使電機效率降低，對于感應電動機，其功率因數(shù)將變壞，并使按電動機最大轉(zhuǎn)矩校驗的強度和生產(chǎn)的機械造價提高。（3） 根據(jù)使用場所的環(huán)境條件，如溫度、濕度、灰塵、雨水、瓦斯以與腐蝕和易燃氣體等考慮必要的保護方式，選擇電動機的結(jié)構(gòu)型式。（4） 根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標準和對功率因數(shù)的要求，確定電動機的電壓等級和類型。（5） 根據(jù)生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速和對電力傳動調(diào)速系統(tǒng)的過渡過程性能的要求，以與機械減速機構(gòu)的復雜程度，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速。除此之外，選擇電動機還必須符合節(jié)能要求，考慮運行可靠性、設備的供貨情況、備品備件

7、的通用性、安裝檢修的難易，以與產(chǎn)品價格、建設費用、運行和維修費用、生產(chǎn)過程中前后期電動機功率變化關(guān)系等各種因素。 此試驗機根據(jù)設計要求選用伺服電機，以下是選擇過程。1.1.2確定傳動路線電機1.1.3各傳動部分效率1同步帶傳動的效率，取0.96；2減速器的傳動效率，取0.84；3絲杠傳動的效率，取0.6；4軸承（滾動軸承）的效率，取0.98；1.1.4選用電機最小功率計算P=（W）1.1.5電機選擇根據(jù)最小功率選擇110SZ54型三相混合式步進電機，其技術(shù)參數(shù)為：轉(zhuǎn)矩：908N·m；轉(zhuǎn)速：3000r/min；額定電壓：220V；電流：2A；額定功率：308W；1.1.6確定傳動比橫梁

8、最大移動速度200/min，絲杠導程L0=6mm，動力源采用步進電機。可計算出傳動比i傳動比比較大，故采用減速器降速：1.2絲杠的設計計算初步確定實驗儀器最大載荷為5KN最大傳動速度為200mm/ min，初選絲杠的最大直徑d=36mm，最小直徑d1=29mm，螺距P=6mm。由于最大傳動速度為200mm/min，是低速傳動，所以選定絲杠螺母副材料為中碳鋼，牙型為等腰梯形，牙型角=30°。外螺紋以錐面貼緊不易松動。與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性好，牙根強度高，對中性好。梯形螺紋是最常用的傳動螺紋。查表5-12滑動螺旋副材料的許用壓力p與摩擦系數(shù)f得，許用壓力為7.5-13MP

9、a取p=13MPa摩擦系數(shù)f為0.11-0.17取f=0.17.1.2.1絲杠耐磨性校核校核公式為：式中F絲杠的軸向力（單位為N）; A絲杠工作面積（單位為）；d2絲杠螺紋中徑（單位為mm）；h絲杠螺紋工作高度（單位為mm），h=6mm；P絲杠螺紋螺距（單位為mm），P=6mm；H絲杠螺母副高度（單位為mm），H=80mm；滿足耐磨性條件。1.2.2自鎖性校核滿足自鎖性。1.2.3絲杠螺紋的強度校核查表5-13得，滑動螺母副材料的許用應力=225Mpa.絲杠的強度計算公式為：式中：F絲杠所受的軸向壓力（或拉力），單位為N；A絲杠的危險截面面積；，單位為；WT絲杠的抗扭截面系數(shù)，單位為；d1絲杠

10、小徑，單位為mm；T絲杠所受的最大扭矩，單位為N·mm。滿足強度要求。1.2.4絲杠螺母副紋牙的強度校核紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度，螺紋牙的危險截面在牙根部。螺紋牙的剪切強度校核公式為：螺紋牙的剪切強度校核公式為：式中：b絲杠螺母副螺紋牙根部的厚度，單位為mm，b=0.65P=3.9mm;l彎曲離臂，單位為mm，l=(D-D2)/2;滑動絲杠螺母副的許用剪切應力,單位為Mpa,查表5-13得，=0.6=135Mpa；滑動絲杠螺母副的許用彎曲應力，單位為Mpa，查表5-13得，b=225Mpa。1.2.4.1剪切強度校核滿足剪切強度要

11、求。1.2.4.2彎曲強度校核滿足彎曲強度要求。1.2.5鍵的選擇選擇圓頭平鍵，即：鍵 5 x 22 GB 1096.1.2.5.1平鍵聯(lián)接強度校核計算計算公式為：式中：T傳遞的扭矩(T=F x y=F x d/2),單位為N·mm；k鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，單位為mm；l鍵的工作長度，單位為mm，圓頭平鍵l=L-b=36-6=30mm，這里L為鍵的公稱長度，單位為mm,b為鍵的寬度，單位為mm；d軸的直徑，單位為mm；p鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用壓力，單位為Mpa.查表6-2得，p=120Mpa。滿足鍵聯(lián)接強度要求。1.2.6軸承選擇采用推力球

12、軸承 36250 GB/T 292-84。1.2.7絲杠螺母副的選擇整體螺母結(jié)構(gòu)簡單，但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補償，只適合在精度要求較低的螺旋中使用。對于經(jīng)常雙向傳動的傳導螺旋，為了消除軸向間隙和補償旋合螺紋的的磨損，避免反向傳導時的空行程，常采用組合螺母或剖分螺母，本試驗系統(tǒng)要求精度比較高，且需要雙向傳導，所以絲杠螺母副采用剖分螺母。以上所查表均查自機械設計課本。1.3減速器的選擇根據(jù)前面的計算知減速器的減速比為 i=30 根據(jù) 由減速比可知輸出轉(zhuǎn)速為r/min，有前面可知電機的最小功率為62.567kw，經(jīng)過同步帶后的功率為：即輸入減速器的功率為：所以減速器輸出轉(zhuǎn)矩為：N/M選擇減速器

13、是轉(zhuǎn)矩必須大于0.024綜合經(jīng)濟性，并考慮安全性，選擇RV-40減速器如下圖：RV-40減速器的參數(shù)1.4同步帶傳動設計計算為防止發(fā)生皮帶打滑現(xiàn)象，本試驗儀器的帶傳動采用同步帶傳動。從動帶輪轉(zhuǎn)速：n2=200/6 x 30=1000r/min,減速比i=1/3；主動帶輪轉(zhuǎn)速：= n2 /i=1000x3=3000r/min,電機轉(zhuǎn)矩為：Tn=T x 1/30 x 1/3=16784.815 x 1/30 x 1/3=1830.942N·mm傳遞功率：P=Tn/9550=1830.942 x 3000 / 9550=578.192W1.4.1設計功率Pc=KgP Kg工作情況系數(shù)，查機

14、械設計手冊第二版上冊表10-26可得KA=1.0 Pc=1.0×578.192=578.192(W)1.4.2模數(shù) m查機械設計手冊第二版上冊圖10-10，確定同步帶輪的模數(shù)為m=2。1.4.3同步帶輪齒數(shù) 由前面的傳動比計算已經(jīng)確定Z1=18,Z2=541.4.4帶輪節(jié)圓直徑 d1=m Z1 =2 x 18=36mm，d2 =mZ2 =2 x 54=108mm1.4.5帶速1.4.6初定中心距要滿足0.7(d1+d2)< <2(d1+d2)0.7(d1+d2)=0.7(36+108)=100.8mm2(d1+d2)=2(36+108)=288mm初定=190（mm）1.

15、4.7初定帶的節(jié)線長度Lo與齒數(shù) Lo=613.016mm 由機械設計手冊第二版第上冊表1024選取Lp=628.3mm Z b=1001.4.8實際中心距 中心距可調(diào)整mm1.4.9小帶輪嚙合齒數(shù)1.4.10單位帶寬的離心拉力，查機械設計手冊第二版第上冊表1029得，q=2.4kg/mm,所以，1.4.11帶寬b 式中KZ小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，取KZ =1.00Ki傳動比系數(shù)，查機械設計手冊第二版第上冊表1028得，Ki=0.90；Fp單位寬度的許用拉力，查機械設計手冊第二版第上冊表1029得，F(xiàn)p=20 x 10³N/m。取b=40mm1.4.12作用在軸上的力QQ=Pc/v=57

16、8.192/1.885=306.733N二 電路部分設計2.1單片機最小系統(tǒng)2.1.1 AT89C52簡介AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含8k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應用。2.1.1.1主要功能特性（1）、兼容MCS51指令系統(tǒng) （2）、8k可反復擦寫(大于1000次）Flash ROM； （3）、32個雙向I/O口； （4

17、）、256x8bit部RAM； （5）、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷； （6）、時鐘頻率0-24MHz； （7）、2個串行中斷，可編程UART串行通道； （8）、2個外部中斷源，共8個中斷源； （9）、2個讀寫中斷口線，3級加密位； （10）、低功耗空閑和掉電模式，軟件設置睡眠和喚醒功能； （11）、有PDIP、PQFP、TQFP與PLCC等幾種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 2.1.1.2引腳功能與管腳電壓AT89C52為8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51核，在部功能與管腳排布上與通用的8xc52 一樣，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 部寄存器、數(shù)據(jù)RAM與

18、外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼與與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（1

19、8腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳與28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測與會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。AT89C52引腳圖2.1.1.2.1P0 口P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的 方式驅(qū)動8 個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活部上拉電阻。 在Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上

20、拉電阻。 2.1.1.2.2 P1 口P1 是一個帶部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯 門電路。對端口寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為部存在上拉 電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。 與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）， 表1引腳號功能特性P1.0T2，時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數(shù)器2）2.1.1.2.3 P2 口P2 是一個帶有部上拉電阻的8 位雙向I

21、/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏輯 門電路。對端口P2 寫“1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。 在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時，P2 口輸出P2 鎖存器的容。 Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。2.1.1.2.4 P3 口P3 口是一組帶有部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P

22、3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個TTL 邏 輯門電路。對P3 口寫入“1”時，它們被部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 2.1.1.2.5 RST復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。 2.1.1.2.6 ALE/PROG當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字 節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻

23、率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE 脈沖。 對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和MOVC指令才能將ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置ALE 禁止位無效。 2.1.1.2.7 PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù) 據(jù)）時，每個機器周期兩次PS

24、EN 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 2.1.1.2.8 EA/VPP外部訪問允許。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接 地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復位時部會鎖存EA端狀態(tài)。 如EA端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行部程序存儲器中的指令。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V 編程電壓Vpp。 2.1.1.2.9 XTAL1振蕩器反相放大器的與部時鐘發(fā)生器的輸入端。 2.1.1.2.10 XTAL2振蕩器反相

25、放大器的輸出端。 2.1.2最小系統(tǒng)電路使用AT89C52構(gòu)成的最小系統(tǒng)電路如圖3.1所示，它由電容C1，C2和晶振Y1構(gòu)成以部方式工作的時鐘振蕩電路。若直接從外部引入振蕩信號連接到部振蕩器，則時鐘電路工作于外部方式，由電阻R2和電容C3構(gòu)成上電位復位電路，即單片機一旦接通電源，便自動進入復位電路處理，隨著電容兩端電位的提高，RST端的電位變?yōu)榈碗娖?，進入正常工作模式。2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片ICL7109ICL7109是美國Intersil公司生產(chǎn)的一種高精度、低噪聲、低漂移、價格低廉的雙積分式12位A/D轉(zhuǎn)換器。由于目前逐次比較式的高速12位A/D轉(zhuǎn)換器一般價格都很高，在要求速度不太高的場合，

26、如用于稱重，測壓力等各種高精度測量系統(tǒng)時，可以采用廉價的雙積分式高精度A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109。ICL7109最大的特點是其數(shù)據(jù)輸出為12位二進制數(shù)，并配有較強的接口功能，能方便的與各種微處理器相連。 2.2.1 ICL7109的部結(jié)構(gòu)與芯片引腳功能2.2.1.1 ICL7109的部電路結(jié)構(gòu)ICL7109的部電路有模擬電路和數(shù)字電路部分組成。模擬電路部分由模擬信號輸入振蕩電路、積分、比較電路以與基準電壓源電路組成。下圖為數(shù)字電路部分的結(jié)構(gòu)。他由時鐘振蕩器、異步通訊握手邏輯、轉(zhuǎn)換控制邏輯以與計數(shù)器、鎖存器、三態(tài)門組成。 高位字節(jié)輸出引腳 低位字節(jié)輸出引腳 17 3 4 5 6 7 8 9 10

27、 11 12 13 14 15 16 16位三態(tài)輸出 ICL7109 18 16 20 14位鎖存器 模擬電路部分 12位計數(shù)器 電壓比較 振蕩器與時鐘電路轉(zhuǎn)換控制邏輯 握手 邏輯 器輸出 2 26 22 23 24 25 21 27 圖1 ICL7109數(shù)字電路部分部結(jié)構(gòu)2.2.1.2 ICL7109的功能引腳ICL7109為40引腳雙列直插式封裝。各引腳功能如下：GND： 數(shù)字地，0VSTATUS：狀態(tài)輸出，ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時，該引腳發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。POL： 極性輸出，高電平表示ICL7109的輸出信號為正。OR： 過程量狀態(tài)輸出，高電平表示過程量B1B12：三態(tài)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出，B1

28、2為最高位，B1為最低位TEST： 此引腳僅適用于測試芯片，接高電平時為正常操作，接低電平時則強迫所有 位B1B12輸出為高電平。LBEN： 低電平使能端。當MODE和CE/LOAD均為低電平時，此信號將作為低位 字節(jié)（B1B8）輸出選通信號；當MODE位高電平時，此信號將作為低位 字節(jié)輸出。 HBEN： 高字節(jié)使能端。當MODE和CE/LOAD均為高電平時，此信號將作為高位 字節(jié)（B8B12）以與POL，OR輸出的輔助選通信號；當MODE位高電 平時，此信號將作為高位字節(jié)輸出而用于信號交換方式。 CE/LOAD：片選端。當MODE為低電平時，它是數(shù)據(jù)輸出的主選通信號，當本腳為 低電平時，數(shù)據(jù)

29、正常輸出；當本腳為高電平時，則所有數(shù)據(jù)輸出端（B1B12， POL，OR）均處于高阻狀態(tài)。MODE： 方式選擇。當輸出低電平信號時，轉(zhuǎn)換器為直接輸出方式。此時，可在片 選和數(shù)據(jù)使能的控制下直接讀取數(shù)據(jù)。當輸出高電平脈沖時，轉(zhuǎn)換器處于 UART方式，并在輸出兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)后，返回到直接輸出方式。當輸入 高電平時，轉(zhuǎn)換器將在信號交換方式的每一轉(zhuǎn)換周期的結(jié)尾輸出數(shù)據(jù)。OSC IN： 振蕩器輸入OSCOUT：振蕩器輸出OSCSEL： 振蕩器選擇。輸出高電平時，采用RC振蕩器；輸入低電平時采用晶體振 蕩器。BUFOSCOUT：緩沖振蕩器輸出。RUN/HOLD：運行/保持輸出。輸入高電平，每經(jīng)8192個時

30、鐘脈沖均完成一次轉(zhuǎn)換。 當輸入低電平時，轉(zhuǎn)換器將立即結(jié)束消除積分階段并跳至自動調(diào)零階段， 從而縮短了消除積分階段的時間，提高了轉(zhuǎn)換速度。SEND： 是輸入信號。用于數(shù)據(jù)信號傳送時的信號交換方式，以指示外部器件能 夠接受數(shù)據(jù)的能力。 V-： 負電源，接5V。 REFUOT： 基準電壓輸出，一般為+2，8V BUF： 緩沖器輸出 AZ： 自動調(diào)零電容Caz連接端。 INT： 積分電容Cint連接端。 COMMON： 公共模擬端 INLO： 差分輸入低端。 INHI： 差分輸入高端。 REFIN+： 正差分基準輸入端。 REFCAP+： 正差分電容連接端。 REFCAP-： 負差分電容連接端。 RE

31、FIN-： 負差分基準輸入端。 V+： 正電源，接+5V。2.2.2 ICL7109的外部電路連接與元件參數(shù)選擇2.2.2.1 ICL7109的外部電路連接2.2.2.1.1 ICL7109外部電路的應用特征A.電源供給ICL7109位雙電源±5V，引入V+，V（40，28腳），1端GND為公共接地端。B.基準電壓供給ICL7109有一個良好的片基準電壓源，由REFOUT端輸出（29端），可以使用電阻分壓以獲得一個合適的基準電壓。一般來說，對模擬輸入如果要求滿度輸出4096個數(shù)，則Vin=2Vref，即+2.048V基準電壓對應于+4.096滿度輸出模擬電壓；+204.8mv則對應于

32、+409.6V滿度輸出電壓。但在許多應用中，A/D變換器直接與傳感器相連，測量的絕對電壓輸出并不等于標準量程，這時，只要將基準電壓等于傳感器輸出電壓的一般即可，而不必進行分壓。在要求零讀數(shù)而不是零輸入時，如溫度測量中的補償，稱重中的去皮重等。這時，補償電壓可直接引入，即將傳感器的輸出端接到模擬輸入高端和模擬公共端之間，只需注意極性即可?；鶞孰妷旱姆€(wěn)定與否，直接影響轉(zhuǎn)換精度，ICL7109分辨率位1/4096或244ppm。如果片基準源的溫度系數(shù)為80ppm/，則環(huán)境溫度變化了3就會增加1LSB絕對誤差。如果不控制環(huán)境溫度則建議使用外部基準電壓源。C.模擬信號輸入模擬信號可差分輸入，分別接入差分

33、輸入高端INHI（35腳）和差分輸入低端INLO（34腳）。模擬信號公共端為COMMON（33腳）。D.時鐘電路ICL7109片有振動器與時鐘電路。片提供的多功能時鐘振動器既可用作RC振蕩器，也可作為晶體振蕩器。OSCSEL（24端）為振蕩器選擇。OSCSEL（24端）為高電平或開路時片為RC振蕩器，此時OSCOUT（23端）和BUFOSCOUT（25端）外接電阻、電容到OSCIN（22端），如圖4所示；OSCSEL為低電平時，外接振蕩晶體，片為晶體振蕩器如圖5所示。接成RC振蕩器時，振蕩器頻率為045/RC（電容不能小于50PF）。接成晶體振蕩器時，部時鐘為58分頻后的振蕩器頻率。為了使電路

34、具有抗50串模干擾能力。A/D轉(zhuǎn)換時應選擇積分時間（2048個時鐘數(shù)）等于50HZ的整數(shù)倍。例如取積分時間為50HZ的1倍，即20MS，則晶體頻率F=（2048個時鐘周期）（58/20MS）=5939MHZ；對于RC振蕩器，則F=（2048個時鐘數(shù)）/20ms=1024KHZ。E接口方式ICL7109部有一個14位（12位數(shù)據(jù)和一個極性，一位溢出）的鎖存器和一個14位的三態(tài)輸出寄存器，可以很方便地與各種微處理器直接連接，而無須外部加額外的鎖存器。ICL7109有兩種接口方式，一種是直接接口方式，另一種是掛鉤接口方式。在直接接口方式中，ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時，由STATUS發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號到單

35、片機，單片機對轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)分高位字節(jié)和低位字節(jié)進行讀數(shù)。在掛鉤接口方式時，ICL7109提供工業(yè)標準的（通用異步接收發(fā)送器）數(shù)據(jù)交換模式，適用于遠距離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2.2.2.1.2 ICL7109外部電路的參數(shù)選擇 ICL7109外部電路的連接與元件參數(shù)值： A積分電阻RINT的選擇緩沖放大器和積分器能夠提供20UA的推動電流，積分電阻要選得足夠大，以于直接輸出方式。振蕩器選擇端(即OS 端，24 腳)接地，則 7109 的時鐘振蕩器以晶 體振蕩器工作，部時鐘等于 58 分頻后的振蕩器頻率，外接晶體為 6MHz，則時鐘頻率=6MHz/58=103kHz。積分時間=2048× 時間周

36、期=20ms，與 50Hz 電源周期一樣。積分時間為電源周期的整數(shù)倍，可抑制 50Hz 的串模干擾。在模擬輸入信號較小時，如 00.5 伏時，自動調(diào)零電容可選比積分電容 CINT 大一倍，以減小噪聲，CAZ 的值越大，噪聲越小，如果 CINT 選為 0.15F，則 CAZ=2CINT=0.33保證在輸入電壓圍的線性。 積分電阻RINT=滿度電壓/20UA當輸入滿度電壓=4096V時，RINT=200K，此時基準電壓REFIN-和REFIN+之間為+2V，由電阻R2和電位器R1分壓取得。如滿度電壓為方便用戶4096MV，則RINT=20K，基準電壓=0.2V。RINT接入緩沖放大器輸出端BUF（

37、30腳）。B積分電容CINT的選擇積分電容根據(jù)積分器給出的最大輸出擺幅電壓選擇。此電壓應使積分器不飽和（大約低于電源0.3V）。對ICL7109的±5V電源。模擬公共點接地，積分器輸出擺幅一般為±3.5V至±4V。對不同的時鐘頻率，電容值也要改變，以保證積分器輸出電壓的擺幅。 CINT=2048*時鐘周期*20UA/積分器輸出擺幅為了使積分器不飽和，積分器輸出的擺幅最大為±4V，所以積分器的最小電容為1UF。積分器電容越大，積分器輸出擺幅越小，所以，CINT也不應選的過大，如果電路設計時選用不同的時鐘頻率，則積分電容應根據(jù)上面的公式計算，以便選擇合適的C

38、INT的值。積分電容CINT接入積分電容連接端INT（32腳）。C自動調(diào)零電容CAZ的選擇積分電容CINT選定以后，自動調(diào)零電容CAZ的選擇是非常容易的。在模擬輸入信號較小時，如0409.6MV，這時抑制噪聲是主要的。而這時積分電阻又較小，所以，自動調(diào)零電容CAZ可選為比積分電容CAZ大一倍，以減少噪聲。CAZ的值越小，噪聲越小。對于大部分實際應用系統(tǒng),由傳感器來的微小信號都要經(jīng)過放大器放大成較大的信號,如0+4096mV。這時噪聲的影響不是主要的，可把積分電容Cint選大一些以減少復零誤差，使Cint=2Caz。D基準電容Cref的選擇一般情況下Cref取值1uf較好。但如果存在一個大的共模

39、電壓（即基準電壓低端不是模擬公共點），對于模擬輸入為0+4096MV的情況下，要求電容值較大，以防止?jié)L動誤差，在這種情況下，如選Cref=10uf可以使?jié)L動誤差在05以。2.2.3 ICL7109 與 89C52 的接口本系統(tǒng)采用直接接口方式，7109 的 MODE 端接地，使 7109 工作F。由傳感器傳來的微弱信號經(jīng)放大器放大后為 05V，這時噪聲的影響不是主要的，可把積分電容 CINT選大一些，使 CINT=2CAZ，選 CINT= 0.33F，CAZ=0.15F，通常 CINT 和 CAZ 可在 0.1F 至 1F 間選擇。積分電阻 RINT 等于滿度電壓時對應 的電阻值(當電流為 2

40、0A、輸入電壓=4.096V 時，RINT=200k)，此時基準電壓 V+RI 和 V-RI 之間為 2V，由電阻 R1、R3 和電位器 R2 分壓取得。本電路中，CE/LOAD 引腳接地，使芯片一直處于有效狀態(tài)。RUN/HOLD(運行/保持)引腳接+5V，使A/D 轉(zhuǎn)換連續(xù)進行。A/D 轉(zhuǎn)換正在進行時，STATUS 引腳輸出高電平，STATUS 引腳降為低電平時，由 P2.6 輸出低電平信號到 ICL7109 的 HBEN，讀高 4 位數(shù) 據(jù)、極性和溢出位；由 P2.7 輸出低電平信號到 LBEN，讀低 8 位數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中盡管 CE/LOAD 接地，RUN/HOLD 接+5V，A/D 轉(zhuǎn)換

41、連續(xù)進 行，然而如果 89C51 不查詢 P1.0引腳，那么就不會給出 HBEN、LBEN 信號，A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果不會出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線 D0D7 上。不需要采集數(shù)據(jù) 時，不會影響 89C51 的工作，因此這種方法可簡化設計，節(jié)省硬件和軟件。2.3傳感器在對PVC管材施加壓力的過程中。通過控制機械傳動部分，帶動壓盤對管材施加壓力。所以傳感器需要來測量壓盤對管材施加的壓力大小。根據(jù)設計要求（1）最大試驗力：5000N（2）量程：1,2,5.（5000,2500,1000）（3）位移：最大顯示：5000mm（4）試驗速度：5,10,50,100,200,500.綜合考慮傳感器的型號、精度等因素，選取

42、BHR-25負荷傳感器，它主要的技術(shù)指標如下：靈敏度：20mV/V01%非線性：0.03% RO滯后誤差：0.02% RO重復性誤差：002% RO激勵電壓：推薦10V12V（AC或DC） 最高20V（AC或DC）零點輸出：1% RO輸入電阻：420輸出電阻：導線：，4芯，3m長電纜絕緣電阻：橋路端子對本體以上溫度補償圍：-10+70工作溫度圍：-20+100溫度零點變化：002% RO/10溫度輸出變化：002% RL/10允許過載能力：50% RL允許最大側(cè)向負荷：50% RL外形與安裝尺寸2.4光電編碼器在壓盤對管材施加壓力的過程中需要控制壓盤隨滑塊的位移量，所以需要選擇光電編碼器來實現(xiàn)

43、計數(shù)。2.4.1.光電編碼器原理 光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90旱牧鉸仿齔逍藕擰2.4.2 BL3806光電編碼器2.4.2.1 特性與用途(1)外徑38，軸徑6，

44、厚度35(2)小型化，低價格，高性能設計，抗干擾強(3)多種輸出電路可選，出線方式為電纜側(cè)出與后出(4)適用于工業(yè)機械、自動化控制等行業(yè)2.4.2.2可選脈沖數(shù)： 50 、60 、100、 120、 125 、200 、300 、360 、400、 500、600 、720 、900 、1000 、1024、1200、1800、2000、2500 或根據(jù)用戶要求定做 2.4.2.3接線定義：信號AB+VCC0VN.C導線顏色紅綠白黑網(wǎng)線2.5外圍電路設計2.5.1信號采集電路機械傳動部分帶動壓盤對管材施加壓力，傳感器來測量壓盤對管材施加的壓力大小并送至單片機。BHR-25負

45、荷傳感器組成的傳感器電路連接到ICL7109A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到AT89C52單片機以實現(xiàn)信號的采集；在壓盤對管材施加壓力的過程中需要控制壓盤隨滑塊的位移量，光電編碼器來實現(xiàn)計數(shù)。光電編碼器直接連接到AT89C52單片機以實現(xiàn)對位移量得信號采集。如下圖：傳感器電路單片機與其I/O口外接電路光電編碼器電路2.5.2控制電路采用單片機控制伺服電機以實現(xiàn)機械傳動，單片機連接D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成虛擬信號通過直流控制器連接到電機通過控制電機調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。線路見圖如下：電機控制電路2.5.3鍵盤電路由若干個按鍵組成的鍵盤，其電路可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤兩種。獨立式按鍵是

46、直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大，不宜采用1。矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到5V上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。對于獨立式按鍵鍵盤，因按鍵數(shù)量少，可根據(jù)實際需要靈活編碼。對于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號和列號惟一確定，因此可分別對行號和列號進行二進制編碼，然后將兩值合成一個字節(jié)，高4位是行號，低4位是列號。2.5.4顯示電路單片機應用系統(tǒng)最常用的顯示器是LED(發(fā)光二極管顯示器)，LCD(液晶顯示器)。這兩種顯示器可以顯示系統(tǒng)指令，數(shù)字和字符。它們的驅(qū)動電路簡單，易于實現(xiàn)且價格低廉，性價比較高，因此得到了廣泛的使用。本次設計采用了金鵬OCM160128液晶顯示器。OCM160128 是一種圖形點陣