金沙,金沙官网

欢迎来到重庆金沙计量检测校准实验室
服务热线:023-60314379

资讯资讯

News information

金沙官网

联系人:曾先生

手机:133-6829-2238

座机:023-60314379

QQ/微信:2851812315

邮箱:2851812315@qq.com

重庆实验室:重庆北碚区水土镇万宝大道184号

东莞实验室:东莞市道蓉镇厚德上梁川工业区

江苏实验室:昆山市经济技术开发区昆嘉路379号

基于CS5532的高精度拉压力试验机研究

编辑:金沙官网        发布日期:2018-06-28        点击量:780

在实际应用中,有各种抗拉压器件被应用于工的生产流程中,但在实际操作控制控制时,由于不够了解该器件具体能承受多大的拉力或压力,故使用时,会影响生产和产品质量。针对该问题,为了提高转换精度,设计了一套基于24位CS5532进行A/D转换并利用W78E516B单片机控制的高精度拉压力试验机。该系统可以检测各种实验物的抗拉压强度、撕裂、胶着力、抗拉压应力、剥离和剪力等功能,精度和稳定性大大提高,克服了系统测量过程中的不稳定性。

基于CS5532的高精度拉压力试验机研究

前言

随着工业的快速发展,各种设备与器件生产出来都需要有一个完善的检测设备来检测该器件的性能。本文设计的高精度拉压力试验机是利用力量传感器通过CS5532转换来传递力值,采用可旋转的编码器发出的脉冲个数计算被测器件变形距离,最终通过四线制触摸屏显示拉力或压力的精确力值和移动位移,并通过触摸屏方便地点击操作控制,控制该机器的动作,既可观又实用。


系统概述

系统的硬件结构如图1所示,主要由以下几个部分构成:A/D转换,W78E516B单片机,240128触摸屏显示,时钟与复位电路,温度补偿电路和存储器等。运行过程中,马达带动上横杆上升或下降,传感器受拉力或压力,将信号传出,经CS5532转换后输送给单片机,与此同时,捕捉到编码器旋转产生的脉冲也输送给单片机,经过主芯片的运算,将数据传送给触摸屏显示当前的力值与变形位移。在本机测试时,本机可在触摸屏中设定最大安全容量,将其值保存在存储器中,当力量到达设定容量时,能自动停机,并开始力值计时。为了避免操作控制控制者使用不当,造成仪器设备的损坏,故装了上极限和下极限2个微动装置限定其移动范围,确保当上横杆到达最高点与最低点时,微动开关自动关闭电源,马达停止,保护荷重元。

 

硬件电路设计

(1)系统实现先容

本系统采用的控制芯片为8位低功耗的W78E516B单片机,该单片机工作可靠,抗干扰能力强,性价比高,并且在线编程能力非常灵活。为了方便用户进行编程和验证,W78E516B内含的ROM允许电编程和电读写。一旦代码确定后,用户就可以对代码进行保护。

由于对测量的力值的精度和转换能力要求较高,故本系统的模数转换采用24位的CS5532高集成度的芯片,使其转换能力大大提高。该芯片运用了电荷平衡技术,产生的信号准确度高,线性偏差在±0.0015,具有片内保护驱动输出缓冲器,所以稳定性方面也有所保障。而且为了方便与微处理器之间的通讯,CS5532内部还有一个SPITM与MicroalireTM和兼容的三线串行接口,在串行时钟口(SCLK)有一个施密特触发器。其对应的电路如图2所示,当传感器信号进入AIN+与AIN-后经过A/D转换输送给单片机,最终将力值显示在触摸屏上,在操作控制时,操作控制人员提前通过触摸屏将设定的力值和保持该力值的时间输入芯片,并存储在EEPROM中,在上拉或下压的过程中,力值不断增大,当达到设定的力值时,通过App设计,马达停止运转,计时器开始计时,计时期间,由于物体可能产生形变使力值变小,为了保住力值在设定的拉力或压力附近,电机实行点动方式。在设定的时间内,如果被测器件在规定的时间没有损坏,说明该器件已经合格,具备承受一定抗拉压力的能力。外接的编码器是通过单片机的P3.3口接入,编码器每产生一个脉冲中断,计数器就计数一次,最后将累计的脉冲个数按公式d=n(s/p)转换成上横杆移动的距离,并显示在触摸屏上(其中d为上横杆移动的距离,n为累计的脉冲数,s为横杆螺纹间距,p为编码器旋转一周产生的脉冲数)。系统中的存储芯片采用24C02芯片,该芯片带有I2C总线接口,具有掉电记忆的功能,并且可以像普通RAM一样用程序改写。

(2)温度补偿先容

力值传感器半导体应变片电阻Rt的温度系数为α,灵敏度K的温度系数为β,加在传感器上的电压为Vin,则电阻值

RT=R0(1+αT)

灵敏度随温度改变值

KT=K0(1+βT)

则传感器输出为

Vout=(△R/R0)Vin=K0(1+βT)eVin

式中R0———基准温度时传感器的电阻值(初始值);

△R———压力引起的电阻变化;

K0———基准温度时灵敏度;

e———应变系数。仪器检测布、洛、维及橡胶等各类硬度计。

压力随温度的改变量和β随温度的变化相同,具有较大负温度系数,温度系数为-0.002~-0.003/℃。仪器检测用的砝码、质量测量仪器:标准砝码、专用砝码。考虑到温度的变化对压力传感器的影响,为此,设计了一种该传感器的整体温度补偿电路,它具有补偿精度高,稳定性能好和调节方便等优点,可达到较为满意的效果。其灵敏度温度补偿电路如图3所示,A1和A2构成差动放大器,将传感器的输出电信号转变为差动电压,然后由A4作为差动输入单端输出放大器,将电压差动信号变为对地输出的电信号。用晶体管基极-发射极间电压Vbe的负温度特性来抵消它。同时,在A4上的负反馈电阻上并联正温度系数的热敏电阻RT,以达到用增益的正温度特性更好地弥补电桥部分灵敏度负温度特性的目的。

(3)人机对话先容

控制系统与操作控制控制人员的交互界面通过240128触摸屏来实现,该触摸屏为四线制触摸屏,单片机与它以并行总线方式方法进行通信来交换信息。在测试阶段,其触摸屏显示画面如图4所示。最大力量显示的是记录当前力量数值变化中的最大值。经过试验测试表明,力值非常稳定,力值上下波动范围明显减小,能充分满足高精度要求,而且位移也能达到很高的精度。


App设计

在该系统中,各功能程序实现模块化、子程序化,这样便于程序的调试、移植和修改。计量器具配备率是指已有器具和所需要器具的比例。App程序主要由主程序、A/D转换子程序、触摸屏驱动子程序、I2C子程序等构成,App中要实现测力与维持一定时间的力值的主要功能,当被测物体在受较大的力时,可能拉坏或压坏,使力值瞬间减小,故需实现断点停机功能,此外还需实现感测上下极限微动装置,防止被测物体拉断或拉裂造成上横杆撞坏检测仪器设备的功能等。其App流程如图5所示。


结语

本文是针对检测各种器件的抗拉压力而设计的,其实用性非常高,在整个系统中,采用了单片机W78E516B作为主控制芯片,性价比高,功耗低。并且采用24位的A/D转换芯片,能达到很高的精度,并且它具有高动态范围、可编程输出字速率和灵活的电源配置选项等优点,经过多次试验,其力值波动和位移精度都在要求范围之内,符合国家标准,可以充分满足用户的需求。最后利用触摸屏作为人机交互界面,既美观大方又方便操作控制控制。


金沙官网
金沙官网
XML 地图 | Sitemap 地图