液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)的智能載荷采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)doc

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目：液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)的智能載荷采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：丁成志學(xué) 號(hào)：2011012658所在學(xué)院：機(jī)電學(xué)院專業(yè)班級(jí)：機(jī)械1103屆 別：2015 屆指導(dǎo)教師：馬玲皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）創(chuàng)作誠信承諾書1.本人鄭重承諾：所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），題目 液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)的智能載荷采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成的，沒有弄虛作假，沒有抄襲、剽竊別人的內(nèi)容； 2.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所使用的相關(guān)資料、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等均真實(shí)可靠，文中所有引用的他人觀點(diǎn)、材料、數(shù)據(jù)、圖表均已標(biāo)注說明來源； 3. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中無抄襲、剽竊或不正當(dāng)引用他人學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和學(xué)術(shù)成果，偽

2、造、篡改數(shù)據(jù)的情況； 4.本人已被告知并清楚：學(xué)校對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為將嚴(yán)肅處理，并可能導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績不合格，無法正常畢業(yè)、取消學(xué)士學(xué)位資格或注銷并追回已發(fā)放的畢業(yè)證書、學(xué)士學(xué)位證書等嚴(yán)重后果； 5.若在省教育廳、學(xué)校組織的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查、評(píng)比中，被發(fā)現(xiàn)有抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為，本人愿意接受學(xué)校按有關(guān)規(guī)定給予的處理，并承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。 學(xué)生（簽名）： 丁成志 日期:2015年 6月 1日目 錄1引言21.1材料試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用21.2我國材料試驗(yàn)機(jī)狀況21.3材料試驗(yàn)機(jī)的分類21.4智能化的重要性21.5采集數(shù)據(jù)31.6采集

3、系統(tǒng)的功能32系統(tǒng)特征32.1系統(tǒng)性能要求33系統(tǒng)方案的確定43.1確定原則43.2方案框圖53.3主電路設(shè)計(jì)6微處理器模塊圖7模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊7鍵盤接口模塊114載荷信號(hào)處理與極限強(qiáng)度檢測原理164.1弱信號(hào)的調(diào)理放大164.2極限強(qiáng)度檢測164.3信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換165總結(jié):18參考文獻(xiàn)19液壓萬能材料試驗(yàn)機(jī)的智能載荷采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生：丁成志（指導(dǎo)老師：馬玲）（皖西學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院）摘要：在種類繁多的質(zhì)量的檢驗(yàn)、制造過程中的控制、科研以及學(xué)習(xí)用的試驗(yàn)機(jī)中，試驗(yàn)機(jī)的使用對(duì)力學(xué)特性的測試必不可少。平常用來測量一些材料和產(chǎn)品的質(zhì)量和性能好壞的試驗(yàn)機(jī)就是材料試驗(yàn)機(jī)。這篇論文主要講的是試驗(yàn)機(jī)和它

4、的載荷采集系統(tǒng)，系統(tǒng)可以用來改進(jìn)試驗(yàn)機(jī)可以在多種試驗(yàn)機(jī)上應(yīng)用。本論文講的是試驗(yàn)機(jī)的智能載荷采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，運(yùn)用到了單片機(jī)，這樣比較便宜又不占空間。為了提高測量精確度，可以人機(jī)互相作用對(duì)試驗(yàn)機(jī)的系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，而且還能將被測件的各項(xiàng)參數(shù)記錄下來。極限強(qiáng)度可以有壓力推算出，將所得結(jié)果等一一發(fā)送到上位機(jī)，通過上位機(jī)來做最終處理。關(guān)鍵詞: 試驗(yàn)機(jī) 采集系統(tǒng) 單片機(jī) 上位機(jī)Intelligent load Acquisition System Testing Machine DesignStudent:Ding Chengzhi(Faculty Adviser:Ma Ling)(College of Ma

5、chanical and Electrical Engineering, West Anhui University)Abstract: There are many kings of Testing Machine to help us check the quality , control the process of production, explore the science and learn more knowledge. It is very important for us. Testing Machines are used to check the parts and n

6、onstandard samples. The article only describe the Testing Machine, Acquisition System described in the article is used to improve many types, and it is suitable for other types. The system have applied the SCM to save the process of the system and record the data . The limit of strength can get thro

7、ugh the pressure. Then send it to the PC and disposed through the PC.Keywords: Testing Machine Acquisition System SCM PC1引言1.1材料試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用產(chǎn)品質(zhì)量，從結(jié)構(gòu)、工藝等方面以外，材料特性也是一個(gè)必不可少的因素；在對(duì)各種材料、工藝和部件進(jìn)行研究時(shí)，材料試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)用是十分重要的。彈性、塑性和斷裂變形過程及每個(gè)過程中相關(guān)技術(shù)參數(shù)的檢測一定要通過試驗(yàn)機(jī)來完成。材料試驗(yàn)機(jī)的檢測關(guān)鍵在于其的一些性能是否達(dá)到人們所想的要求。材料試驗(yàn)機(jī)不僅是當(dāng)前科研必不可少的途徑和根據(jù)，也是社會(huì)中生產(chǎn)質(zhì)

8、量檢測的重要依據(jù)之一。總而言之，材料試驗(yàn)機(jī)與社會(huì)生產(chǎn)密切相關(guān)，并對(duì)其有保障作用，隨著社會(huì)發(fā)展，其也得到一定的發(fā)展。1.2我國材料試驗(yàn)機(jī)狀況 建國以來，通過多年的奮斗，我國材料試驗(yàn)機(jī)有了新的開始，逐漸變多，其不斷發(fā)展，對(duì)工業(yè)水平的提高和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著不可磨滅的作用。但是，相對(duì)于國外發(fā)展實(shí)有遜色之處。1.3材料試驗(yàn)機(jī)的分類材料試驗(yàn)機(jī)可以分為好多種，只是分類方法不同而已。日常生活中比較普遍的分類有：按動(dòng)力源的種類則分為電機(jī)型、液壓型、電磁型等;以測量結(jié)果顯示種類則有數(shù)字顯示和指針顯示;按部件所受載荷和時(shí)間之間的關(guān)系可分為靜態(tài)型和疲勞型;按控制類型來分則有開環(huán)和閉環(huán);以用途分主要有通用型和專用型;以試

9、驗(yàn)方法來分類，則有拉式和壓式。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，材料試驗(yàn)機(jī)的種類越來越多，以滿足各種行業(yè)的需求。1.4智能化的重要性21世紀(jì)中充滿機(jī)遇和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的制造業(yè)受到巨大沖擊。工業(yè)機(jī)械設(shè)備的好壞對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有很大的影響。與此同時(shí)，我國的基礎(chǔ)性建設(shè)正熱火朝天地進(jìn)行，這對(duì)工業(yè)機(jī)械設(shè)備的需求量相當(dāng)大。然而，這是一個(gè)信息化時(shí)代，將信息技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械相結(jié)合，是一個(gè)大的趨勢。機(jī)械設(shè)備智能化儼然成為一個(gè)具有帶動(dòng)性的和全局性的重大話題。智能化將是今后發(fā)展中也很重要。1.5采集數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的發(fā)明無疑對(duì)人類經(jīng)濟(jì)建設(shè)和日常生活帶來意想不到的變化。隨著微處理器的出現(xiàn)，從而使微機(jī)技術(shù)的發(fā)展又一次達(dá)到了巔峰，并進(jìn)一步加快人類社會(huì)

10、進(jìn)入信息的時(shí)代。數(shù)據(jù)的采集與處理是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化等技術(shù)的重要之處。數(shù)據(jù)采集是將各種采集到的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再由計(jì)算機(jī)來處理。與之相應(yīng)的系統(tǒng)則為數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)，其精度和速度對(duì)系統(tǒng)的性能是一個(gè)評(píng)判水準(zhǔn)。1.6采集系統(tǒng)的功能系統(tǒng)可以采集試驗(yàn)過程中各項(xiàng)參數(shù)和數(shù)據(jù)，并能進(jìn)行模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的處理，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次計(jì)算和存儲(chǔ)等。2系統(tǒng)特征a,壓力傳感器；b,用來檢測部件形變傳感器；c,用來測量移動(dòng)了多少的傳感器。其主要用于改進(jìn)液壓材料試驗(yàn)機(jī)，使其加裝于油缸和油路系統(tǒng)中，油缸內(nèi)的壓強(qiáng)則可以通過壓力傳感器檢測到，從而經(jīng)過一定的換算，便可得到加在部件上的壓力。通過智能載荷采集系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)試驗(yàn)機(jī)的改進(jìn)，

11、從而使試驗(yàn)機(jī)的精確度和靈敏度有了極大的提高，并能將試驗(yàn)過程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)和參數(shù)自動(dòng)記錄下來。并將數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)，經(jīng)過上位機(jī)做更深層次的處理。2.1系統(tǒng)性能要求根據(jù)質(zhì)量有關(guān)部門等一系列的要求，系統(tǒng)性能要為：a,數(shù)字顯示，精確度位（+1%-1%）b,記錄曲線c,抗拉強(qiáng)度等參數(shù)自動(dòng)保存d,試驗(yàn)的編號(hào)可以自己生成e,能夠串行傳送至上位機(jī)f,長時(shí)間持續(xù)運(yùn)行3系統(tǒng)方案的確定3.1確定原則a,構(gòu)架 由于基于單片機(jī)的形式，可以節(jié)約成本，且體積小，容易嵌入系統(tǒng)，所以該系統(tǒng)采用以單片機(jī)為基礎(chǔ)的構(gòu)架。b,功能實(shí)現(xiàn)（1）采集壓力油路中的壓強(qiáng)由壓力傳感器將信號(hào)經(jīng)過放大調(diào)理后，必須轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，這樣才能由系統(tǒng)進(jìn)一步處理。可以

12、讓轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)處理各種信號(hào)的工作，整個(gè)過程為中需經(jīng)歷采樣、保持及量化和編碼幾個(gè)步驟。1）采樣定理：一般取圖1 波形圖保持采樣點(diǎn)tuSO2)采樣的保持：在轉(zhuǎn)換器的工作過程當(dāng)中，我們要使采樣過后的信號(hào)能夠穩(wěn)定下來一些時(shí)間。300A1A2ui30kLuLuoSD1D2R1R2Ch 圖2 保持電路3）編碼4）能夠按模擬電壓信號(hào)的不同，從而分為各異的量化的級(jí)別。圖3 劃分量化電平(2)傳送數(shù)據(jù) 因?yàn)楸疚乃v的智能載荷采集系統(tǒng)與PC之間的距離較遠(yuǎn)，所以運(yùn)用串行的通信方式。3.2方案框圖根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和多種方案的對(duì)比討論，發(fā)現(xiàn)各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定下來的系統(tǒng)方案如下圖所示：圖4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖3.3主

13、電路設(shè)計(jì)圖5 微處理器部分的電路原理圖3.3.1微處理器模塊圖此模塊中的97C52單片機(jī)是此電路中的重中之重，它具有8KB的存儲(chǔ)空間，能保證關(guān)鍵參數(shù)等能夠得到更好的存儲(chǔ)。它不怎么耗能，可是性能卻很好。而且它與眾多的80C51產(chǎn)品之間的兼容性也很好。如果它處在空閑的模式下的化話，它不會(huì)工作的，可是其他的元件還會(huì)工作。如果它處于斷電的保護(hù)模式下，內(nèi)存內(nèi)容要保存起來，此時(shí)振蕩器已不工作了，97C52停止了所有工作，直到另外一個(gè)中斷、復(fù)位。圖6 97C52的引腳布局由圖5系統(tǒng)中微處理模塊可得，程序如下：CMD_RD_LCD EQU 6001HCMD_WR_LCD EQU 6000HDATA_RD_LC

14、D EQU 6003HDATA_WR_LCD EQU 6002HNUM8 EQU 08HNUM9 EQU 09HLEFT EQU 0BHRIGHT EQU 0AHESC EQU 0CHENTER EQU 0DHNUM0 EQU 00HNUM1 EQU 01HNUM2 EQU 02HNUM3 EQU 03HNUM4 EQU 04HNUM5 EQU 05HNUM6 EQU 06HNUM7 EQU 07H XXCURSOR EQU 18H JCCURSOR EQU 19H JCCURSOR1 EQU 1AH JCCURSOR2 EQU 1BH LB EQU 5AHWT EQU 5BH DPTR_L

15、EQU 58HDPTR_H EQU 59HDP_L EQU 3EHDP_H EQU 3FHDPTR1_L EQU 3CHDPTR1_H EQU 3DHSSZS EQU 3DH ZS EQU 5FHMZGS EQU 57HLS EQU 56HCD EQU 53HKD EQU 50HAD EQU 4AH AD_LAST EQU 46H AD_BJ EQU 40HAD_BJ_JS EQU 43HBCS EQU 40H CS EQU 24H E_HIGH EQU 39HE_MID EQU 3AHE_LOW EQU 3BHTXGS EQU 37HEOC_AD BIT 00HBZJCWB BIT 01HJ

16、CWB BIT 02HSSZ EQU 03HFS EQU 04HISEXIST EQU 05HON_COMM EQU 06HCOMM_OK EQU 07HDP EQU 08HSZFS EQU 09H；EXISTED BIT 0AH；XXBZ BIT 0BH；FSZFS BIT 0CHDISPMODE BIT 0DHDISP0 BIT OEHORG 0000HSJMP MAINORG 0004HMAIN: MOV A, #00HMOV R0， #AD_LAST MOV R1， #ADMOV R2， #03HJCMENU11_FSZ_0E:MOV R0， AMOV R1， AINC R0INC R

17、1DJNZ R2， JCMENU11_FSZ_0EJCMENU11_FSZ_02:LCALL READKEYCJNE A, #ESC,JCMENU11_FSZ_01RET 3.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采集來的信號(hào)是不能直接被送到系統(tǒng)中來進(jìn)行處理的，而且采集所得信號(hào)難免會(huì)受到外界的干擾。如果直接運(yùn)用到系統(tǒng)中，則會(huì)使系統(tǒng)處理處理所得結(jié)果誤差相當(dāng)大，根本說明不了真實(shí)的情況。其原理圖如：圖7 ICL7135模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖在此模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，ICL7135是雙積分的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，也是此模塊中的重要之處。它的主要參數(shù)有：電源電壓V+為+6V，V-為-9V；溫度范圍為070度；結(jié)溫最高可以達(dá)到150度等。圖8

18、 ICL7135的引腳排列它為雙積分模/數(shù)轉(zhuǎn)換的芯片而且是4位的，足夠轉(zhuǎn)換出-20000+20000的數(shù)字量，這樣一來與PC連起來就十分簡單了。它轉(zhuǎn)換的快慢是和時(shí)鐘的頻率高低有一定的關(guān)系，它的整個(gè)過程和步驟如下圖：圖9 ICL7135的時(shí)序圖3.3.3PS/2鍵盤接口模塊圖10 PS/2鍵盤接口電路圖鍵盤接口可以設(shè)計(jì)為比較普遍且通用性較好的PC機(jī)接口，這是因?yàn)橥ㄓ玫腜C機(jī)鍵盤比較便宜、穩(wěn)定可靠、通用性以及它的維護(hù)比較簡單等。這種鍵盤與計(jì)算機(jī)的連接常常通過5芯接口來實(shí)現(xiàn)的，其中包含復(fù)位和時(shí)鐘信號(hào)、電源輸入、串行數(shù)據(jù)發(fā)送和地這五個(gè)引腳。其圖如下：圖10 PS/2插座引腳排列其中1：DATA 2：N

19、C 3：GND 4：+5V 5：CLK該模塊中的74HC244對(duì)于系統(tǒng)來講是很重要的，如果想使輸進(jìn)去的數(shù)據(jù)可以在長時(shí)間里仍然有效，那么就得使輸入的接口就要拓展并加寬一些，這樣可以使這個(gè)模塊的工作能夠順利進(jìn)行。因此此刻就要使用到它，它可以組成為三它里面的緩沖器是3態(tài)4位的，并且有兩個(gè)。 圖11 74HC244引腳排列由圖10的PS/2的電路原理圖可得：在釋放按鍵的時(shí)候?qū)a(chǎn)生中斷，與此同時(shí)時(shí)鐘信號(hào)將被鎖定。因?yàn)殒I盤的類型不一樣，它的信號(hào)也會(huì)有一定的區(qū)別，但是PC機(jī)鍵盤的數(shù)據(jù)與時(shí)鐘間的關(guān)系相同，所以可以運(yùn)用到它。程序如下：KEY_S BIT P3.3 READKEY: CLR IE1PUSH ACC

20、PUSH DPLPUSH DPHPUSH 07HPUSH 03HPUSH 04HCLR EX1KS_0： JNB KEY_S,KS_1 SJMP KS_0 KS_1: LCALL DL0 MOV DPTR,#KEY_ADDMOVX A, DPTRANL A，#7FH CLR CLR164 NOPNOPNOPNOPSETB CLR164SETB KPCJNE A, #6CH,KS_2MOV KB, #0CH SJMP KS_0GKS_2： CJNE A, #02H,KS_3MOV KB,#01H SJMP KS_0GKS_3： CJNE A,#03H,KS_4MOV KB,#02H SJMP K

21、S_0GKS_4： CJNE A,#04H,KS_5MOV KB,#03H SJMP KS_0GKS_5： CJNE A,#05H,KS_6MOV KB,#04H SJMP KS_0GKS_6： CJNE A,#06H,KS_7MOV KB,#05H SJMP KS_0GKS_7： CJNE A,#07H,KS_8MOV KB,#06H SJMP KS_0GKS_8： CJNE A,#08H,KS_9MOV KB,#07H SJMP KS_0GKS_9： CJNE A,#09H,KS_0AMOV KB,#08H SJMP KS_0GKS_0A： CJNE A,#0AH,KS_0BMOV KB,

22、#09H SJMP KS_0GKS_0B： CJNE A,#0BH,KS_0CMOV KB,#00H SJMP KS_0GKS_0C： CJNE A,#0CH,KS_0DMOV KB,#0BH SJMP KS_0GKS_0D： CJNE A,#5DH,KS_0EMOV KB,#0AH SJMP KS_0GKS_0E： CJNE A,#38H,KS_0F0MOV KB,#0DH SJMP KS_0GKS_0F0： CJNE A,#44H,KS_0FMOV KB,#0FFH CLR KP SJMP KS_0GKS_0F: MOV KB,#0FFHCLR KPKS_0G: POP 04HPOP 03

23、HPOP 07HPOP DPHPOP DPLPOP ACCSETB EX1 DJNZ R7，$RETSCANKB: JBC KP, SC_0SJMP SCANKBSC_0： MOV A, KBRET4載荷信號(hào)處理與極限強(qiáng)度檢測原理4.1弱信號(hào)的調(diào)理放大因?yàn)槲覀儾杉降男盘?hào)容易受到外界的干擾，而且也會(huì)夾雜著一些別的信號(hào)在里面，這系統(tǒng)來說是不好的，會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我們知道采集到的信號(hào)非常微弱，所以要放大處理。本文所講的是載荷采集系統(tǒng)是靠壓力傳感器檢測油路中液壓油的壓力，所以就需要具有信號(hào)的調(diào)理電路。圖12 信號(hào)的放大電路4.2極限強(qiáng)度檢測當(dāng)能夠自動(dòng)檢測到最大的載荷時(shí)，就可以通過一系列的換算得出極

24、限強(qiáng)度。4.3信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換由圖7所表示的原理可知，此模塊主要將采集到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的一個(gè)過程。具體程序如下：ICL7135： CLR IE0 PUSH ACC PUSH 02HPUSH 01HPUSH 00HPUSH DPLPUSH DPHMOV DPTR, #I8155_PA MOVX A, DPTRMOV R2, A ANL A, #0F0HSJMP ICL7135_1ICL7135_0： LJMP PR1ICL7135_1： MOV R1， #AD MOV A, R2ANL A, #01H XCHD A, R1MOV A, R2ANL A, #00HSWAP AXCHD A, R

25、1MOV R1， AINC R1WD4： MOVX A, DPTR JNB ACC.7，WD4SWAP AMOV R1， A WD3： MOVX A, DPTR JNB ACC.6，WD3XCHD A, R1 INC R1WD2： MOVX A, DPTR JNB ACC.5，WD2SWAP AMOV R1, AWD1： MOVX A, DPTR JNB ACC.4，WD1XCHD A, R1 PRI: POP DPH POP DPLPOP 00HPOP 01HPOP 02HPOP ACCRETI5總結(jié):這幾個(gè)月的努力過后，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束。這表示著我的大學(xué)學(xué)習(xí)生活已告一段落。在這當(dāng)中中有過很多困難和疑慮，在指導(dǎo)老師老師的悉心教導(dǎo)下和自己的勤奮努力下，這些困難都不知不覺地消失了。這個(gè)過程是非常有價(jià)值的，使我