液壓式萬(wàn)能試驗機計算機接口設計
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(xué)量的變化，即信號的獲取。電學(xué)量得到后常常需經(jīng)過(guò)放大處理，然后進(jìn)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(guò)特定的接口電路翰人到計算機中，利用軟件程序控制采樣間隔、采樣總時(shí)間等，并繪制相應的動(dòng)畫(huà)曲線(xiàn)和實(shí)物模擬。
2 設計過(guò)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(xué)量到電學(xué)量的轉化。設計中除了要求一定的精度外，結構要盡量簡(jiǎn)單。通過(guò)分析發(fā)現，在液壓式萬(wàn)能試驗機中載荷的大小可以通過(guò)液壓油的油壓力表現出來(lái)。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(guò)惠斯登電橋將電阻的變化轉化為電壓或電流的變化，進(jìn)而進(jìn)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鉆孔以安裝油壓傳感器。另一種方案是根據萬(wàn)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。這樣需將某施力桿件斷開(kāi)，以安裝拉(壓)力傳感器。上述兩種方案都要改變原機器結構，改造工藝復雜，而且電橋輸出收摘日期:加眼1一此一價(jià)的電學(xué)信號需要進(jìn)行放大、濾波等處理，相應電路較為復雜，精度不易保證。為了尋求 一種更簡(jiǎn)單、可靠的測力方法，對該試驗機進(jìn)行了內部結構分析。研究發(fā)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(dòng)擺錘擺動(dòng)的桿件沿軸線(xiàn)平移。即該桿件總成移動(dòng)的位移與載荷成線(xiàn)性關(guān)系。利用該機器的結構特點(diǎn)，就把測量載荷的大小問(wèn)題轉化成測量該桿件總成的位移問(wèn)題?？紤]到此部位運動(dòng)頻率較低，故采用線(xiàn)繞式高精度線(xiàn)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(tài)，輸出值也足夠大，不需放大處理便可以直接進(jìn)行A/D轉換，使線(xiàn)路簡(jiǎn)單，誤差較小。
2.2 A/D轉換器的選用及外圍電路設計
本部分電路是將前面已經(jīng)得到的模擬電壓信號離散成數字信號，以便于計算機識別。
2.2.1 A/D轉換器的選擇及特性A/D轉換芯片種類(lèi)繁多、性能各異、價(jià)格差別很大。按其轉換原理分二進(jìn)制斜坡法、積分法、并行比較法、電壓一頻率轉換法和逐次比較法等。由于本實(shí)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(jiǎn)單、可靠性好、電源要求低及經(jīng)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(gè)8位的逐次逼近型的轉換器，而且還提供了一個(gè)8通道的模擬多路開(kāi)關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯。其主要特點(diǎn)為:①采用單5V電源，工作時(shí)鐘范圍為IOKH2一1MH2(典型值為640KHz); ②分辨率為8位二進(jìn)制碼，精度7位，零偏差和滿(mǎn)量程誤差均小于0.51 SB，不需校準;③具有8通道門(mén)鎖開(kāi)關(guān)控制，可直接接入8個(gè)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制成的。它是用一系列的基準電壓(如同天平稱(chēng)重時(shí)所用的祛碼)同輸人要轉換的電壓〔稱(chēng)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(jìn)行，這如同天平稱(chēng)重，一個(gè)個(gè)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(guò)ADDA,A DDS,A DDC3 個(gè)地址譯碼來(lái)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(lèi)推，由于本實(shí)驗只需轉換一個(gè)通道，故無(wú)須通道地址選通，只是將3個(gè)地址均接地，即僅從Up輸人有效。CL K: 時(shí) 鐘輸人信號端，由于本芯片無(wú)內部時(shí)鐘，故孺外加時(shí)鐘，根據其頻率要求，設計振蕩器如圖2,采用非門(mén)振蕩，產(chǎn)生與石英晶體同頻率的方波脈沖信號，頻率為32KHz,符合CLK時(shí)鐘要求。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。由于 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(guò)計算機主板擴充擂槽完成，也可以用并行接口和串行接口。主板擴展相雖信號較全面，設計板卡較容易，但通用性差，需打開(kāi)主機箱安裝板卡。申行接口雖可進(jìn)行遠距離通訊，但速度慢，而且需要另外設計通訊適配器。并行接口常用于連接抽出設備(如打印機)。但通過(guò)軟件控制計算機完全可以摘人數據。本實(shí)驗采用C語(yǔ)言編程，端口控制源程序如下:
2.4 電路千擾控制
電路中可能存在許多干擾，如電源、地線(xiàn)噪聲、電磁干擾等，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(jìn)行穩壓處理。精度可以滿(mǎn)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(jìn)行低頻建波，以減小脈動(dòng)成分。在每個(gè)芯片的電源與地線(xiàn)之間加接高頻濾波電容，這樣就大大減少了由于電流負載瞬態(tài)地導通和切斷引起的尖峰電流所形成的干擾。②對于地線(xiàn)干擾控制，主要采用多點(diǎn)接地的方法。③將電源線(xiàn)與信號線(xiàn)分開(kāi)，數據線(xiàn)屏蔽處理，盡量減小數據線(xiàn)的長(cháng)度，使電磁干擾控制在很小范圍內。
常用的計算機數據采集系統多用主板擴展槽或串行接口。通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，用計算機的并行口進(jìn)行數據采集是完全可行的，而且具有其它端口無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，即線(xiàn)路簡(jiǎn)單、設計容易、干擾小、傳輸速率高、植性好等。這對于研究計算機控制具有重要意義。http://www.bdhlg.com.cn/