液压万能材料试验机的智能载荷采集系统的设计doc

1、 毕业设计（论文） 题 目：液压万能材料试验机的智能载荷采集系统的设计学生姓名：丁成志学 号：2011012658所在学院：机电学院专业班级：机械1103届 别：2015 届指导教师：马玲皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书1.本人郑重承诺：所提交的毕业设计（论文），题目 液压万能材料试验机的智能载荷采集系统的设计是本人在指导教师指导下独立完成的，没有弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人的内容； 2.毕业设计（论文）所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠，文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源； 3. 毕业设计（论文）中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果，伪

2、造、篡改数据的情况； 4.本人已被告知并清楚：学校对毕业设计（论文）中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理，并可能导致毕业设计（论文）成绩不合格，无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果； 5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计（论文）检查、评比中，被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为，本人愿意接受学校按有关规定给予的处理，并承担相应责任。 学生（签名）： 丁成志 日期:2015年 6月 1日目 录1引言21.1材料试验机的应用21.2我国材料试验机状况21.3材料试验机的分类21.4智能化的重要性21.5采集数据31.6采集

3、系统的功能32系统特征32.1系统性能要求33系统方案的确定43.1确定原则43.2方案框图53.3主电路设计6微处理器模块图7模数转换模块7键盘接口模块114载荷信号处理与极限强度检测原理164.1弱信号的调理放大164.2极限强度检测164.3信号的A/D转换165总结:18参考文献19液压万能材料试验机的智能载荷采集系统的设计学生：丁成志（指导老师：马玲）（皖西学院机械与电子工程学院）摘要：在种类繁多的质量的检验、制造过程中的控制、科研以及学习用的试验机中，试验机的使用对力学特性的测试必不可少。平常用来测量一些材料和产品的质量和性能好坏的试验机就是材料试验机。这篇论文主要讲的是试验机和它

4、的载荷采集系统，系统可以用来改进试验机可以在多种试验机上应用。本论文讲的是试验机的智能载荷采集系统的设计，运用到了单片机，这样比较便宜又不占空间。为了提高测量精确度，可以人机互相作用对试验机的系统进行改进，而且还能将被测件的各项参数记录下来。极限强度可以有压力推算出，将所得结果等一一发送到上位机，通过上位机来做最终处理。关键词: 试验机 采集系统 单片机 上位机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材料试验机的应用产品质量，从结构、工艺等方面以外，材料特性也是一个必不可少的因素；在对各种材料、工艺和部件进行研究时，材料试验机的应用是十分重要的。弹性、塑性和断裂变形过程及每个过程中相关技术参数的检测一定要通过试验机来完成。材料试验机的检测关键在于其的一些性能是否达到人们所想的要求。材料试验机不仅是当前科研必不可少的途径和根据，也是社会中生产质

8、量检测的重要依据之一。总而言之，材料试验机与社会生产密切相关，并对其有保障作用，随着社会发展，其也得到一定的发展。1.2我国材料试验机状况 建国以来，通过多年的奋斗，我国材料试验机有了新的开始，逐渐变多，其不断发展，对工业水平的提高和经济的发展起着不可磨灭的作用。但是，相对于国外发展实有逊色之处。1.3材料试验机的分类材料试验机可以分为好多种，只是分类方法不同而已。日常生活中比较普遍的分类有：按动力源的种类则分为电机型、液压型、电磁型等;以测量结果显示种类则有数字显示和指针显示;按部件所受载荷和时间之间的关系可分为静态型和疲劳型;按控制类型来分则有开环和闭环;以用途分主要有通用型和专用型;以试

9、验方法来分类，则有拉式和压式。由于社会经济的发展，材料试验机的种类越来越多，以满足各种行业的需求。1.4智能化的重要性21世纪中充满机遇和挑战，传统的制造业受到巨大冲击。工业机械设备的好坏对经济的发展有很大的影响。与此同时，我国的基础性建设正热火朝天地进行，这对工业机械设备的需求量相当大。然而，这是一个信息化时代，将信息技术与传统机械相结合，是一个大的趋势。机械设备智能化俨然成为一个具有带动性的和全局性的重大话题。智能化将是今后发展中也很重要。1.5采集数据计算机的发明无疑对人类经济建设和日常生活带来意想不到的变化。随着微处理器的出现，从而使微机技术的发展又一次达到了巅峰，并进一步加快人类社会

10、进入信息的时代。数据的采集与处理是实现机电一体化等技术的重要之处。数据采集是将各种采集到的模拟量转化为数字量，再由计算机来处理。与之相应的系统则为数据的采集系统，其精度和速度对系统的性能是一个评判水准。1.6采集系统的功能系统可以采集试验过程中各项参数和数据，并能进行模拟信号和数字信号的处理，将采集到的数据进行二次计算和存储等。2系统特征a,压力传感器；b,用来检测部件形变传感器；c,用来测量移动了多少的传感器。其主要用于改进液压材料试验机，使其加装于油缸和油路系统中，油缸内的压强则可以通过压力传感器检测到，从而经过一定的换算，便可得到加在部件上的压力。通过智能载荷采集系统对传统试验机的改进，

11、从而使试验机的精确度和灵敏度有了极大的提高，并能将试验过程中各项数据和参数自动记录下来。并将数据传到上位机，经过上位机做更深层次的处理。2.1系统性能要求根据质量有关部门等一系列的要求，系统性能要为：a,数字显示，精确度位（+1%-1%）b,记录曲线c,抗拉强度等参数自动保存d,试验的编号可以自己生成e,能够串行传送至上位机f,长时间持续运行3系统方案的确定3.1确定原则a,构架 由于基于单片机的形式，可以节约成本，且体积小，容易嵌入系统，所以该系统采用以单片机为基础的构架。b,功能实现（1）采集压力油路中的压强由压力传感器将信号经过放大调理后，必须转化成数字量，这样才能由系统进一步处理。可以

12、让转换器来实现处理各种信号的工作，整个过程为中需经历采样、保持及量化和编码几个步骤。1）采样定理：一般取图1 波形图保持采样点tuSO2)采样的保持：在转换器的工作过程当中，我们要使采样过后的信号能够稳定下来一些时间。300A1A2ui30kLuLuoSD1D2R1R2Ch 图2 保持电路3）编码4）能够按模拟电压信号的不同，从而分为各异的量化的级别。图3 划分量化电平(2)传送数据 因为本文所讲的智能载荷采集系统与PC之间的距离较远，所以运用串行的通信方式。3.2方案框图根据系统的设计原理和多种方案的对比讨论，发现各种方案的优缺点，最终确定下来的系统方案如下图所示：图4 系统结构简图3.3主

13、电路设计图5 微处理器部分的电路原理图3.3.1微处理器模块图此模块中的97C52单片机是此电路中的重中之重，它具有8KB的存储空间，能保证关键参数等能够得到更好的存储。它不怎么耗能，可是性能却很好。而且它与众多的80C51产品之间的兼容性也很好。如果它处在空闲的模式下的化话，它不会工作的，可是其他的元件还会工作。如果它处于断电的保护模式下，内存内容要保存起来，此时振荡器已不工作了，97C52停止了所有工作，直到另外一个中断、复位。图6 97C52的引脚布局由图5系统中微处理模块可得，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模数转换模块采集来的信号是不能直接被送到系统中来进行处理的，而且采集所得信号难免会受到外界的干扰。如果直接运用到系统中，则会使系统处理处理所得结果误差相当大，根本说明不了真实的情况。其原理图如：图7 ICL7135模/数转换电路图在此模/数转换模块中，ICL7135是双积分的模数转换电路，也是此模块中的重要之处。它的主要参数有：电源电压V+为+6V，V-为-9V；温度范围为070度；结温最高可以达到150度等。图8

18、 ICL7135的引脚排列它为双积分模/数转换的芯片而且是4位的，足够转换出-20000+20000的数字量，这样一来与PC连起来就十分简单了。它转换的快慢是和时钟的频率高低有一定的关系，它的整个过程和步骤如下图：图9 ICL7135的时序图3.3.3PS/2键盘接口模块图10 PS/2键盘接口电路图键盘接口可以设计为比较普遍且通用性较好的PC机接口，这是因为通用的PC机键盘比较便宜、稳定可靠、通用性以及它的维护比较简单等。这种键盘与计算机的连接常常通过5芯接口来实现的，其中包含复位和时钟信号、电源输入、串行数据发送和地这五个引脚。其图如下：图10 PS/2插座引脚排列其中1：DATA 2：N

19、C 3：GND 4：+5V 5：CLK该模块中的74HC244对于系统来讲是很重要的，如果想使输进去的数据可以在长时间里仍然有效，那么就得使输入的接口就要拓展并加宽一些，这样可以使这个模块的工作能够顺利进行。因此此刻就要使用到它，它可以组成为三它里面的缓冲器是3态4位的，并且有两个。 图11 74HC244引脚排列由图10的PS/2的电路原理图可得：在释放按键的时候将产生中断，与此同时时钟信号将被锁定。因为键盘的类型不一样，它的信号也会有一定的区别，但是PC机键盘的数据与时钟间的关系相同，所以可以运用到它。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载荷信号处理与极限强度检测原理4.1弱信号的调理放大因为我们采集到的信号容易受到外界的干扰，而且也会夹杂着一些别的信号在里面，这系统来说是不好的，会影响到实验结果。我们知道采集到的信号非常微弱，所以要放大处理。本文所讲的是载荷采集系统是靠压力传感器检测油路中液压油的压力，所以就需要具有信号的调理电路。图12 信号的放大电路4.2极限强度检测当能够自动检测到最大的载荷时，就可以通过一系列的换算得出极

24、限强度。4.3信号的A/D转换由图7所表示的原理可知，此模块主要将采集到的信号进行模数转换的一个过程。具体程序如下：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总结:这几个月的努力过后，我的毕业设计已经结束。这表示着我的大学学习生活已告一段落。在这当中中有过很多困难和疑虑，在指导老师老师的悉心教导下和自己的勤奋努力下，这些困难都不知不觉地消失了。这个过程是非常有价值的，使我