锻压设备吨位测量仪的研制

锻压设备吨位测量仪的研制 !!收稿日期!"##$%&# !!作者简介!易先军!&’‘("#$男$硕士研究生$工程师$主要从事计算机控制设备的研发工作& 图 &!测量仪的原理结构框图锻压设备吨位测量仪的研制易先军&!"!叶春生& "&P华中科技大学塑性成形模拟与模具技术国家重点实验室!湖北武汉 $,##‘$& "P武汉工程大学电气信息学院!湖北武汉 $,##‘,# !!摘要!介绍一种用于锻压机械压力监测的测量仪的功能及工作原理!并对测量仪中弱小信号放大$峰值检测等硬件电路及软件设计进行了详细的阐述% 关键词!吨位监...

!!收稿日期!"##$%&# !!作者简介!易先军!&’‘("#$男$硕士研究生$工程师$主要从事计算机控制设备的研发工作& 图 &!测量仪的原理结构框图锻压设备吨位测量仪的研制易先军&!"!叶春生& "&P华中科技大学塑性成形模拟与模具技术国家重点实验室!湖北武汉 $,##‘$& "P武汉工程大学电气信息学院!湖北武汉 $,##‘,# !!摘要!介绍一种用于锻压机械压力监测的测量仪的功能及工作原理!并对测量仪中弱小信号放大$峰值检测等硬件电路及软件设计进行了详细的阐述% 关键词!吨位监测&小信号放大&峰值检测中图分类号!-WT&"!!!!!!!!文献标识码!/!!!!!!!!文章编号!&##0%",’$""##(##"%##$0%#, !"\",’D."&1’(3’&&)%"!"1":1$’&A+C."&1(’+L+"##C+"8):4$&" 4=_5896iB9$42>?B96J?;9@ !*F8F;l;K<8OPC7.I8JF5GVCDE59@*5EBI8F5C989LU5;H+CBIL$WM*-$[B?89$,##‘$$>?598# -9#1+):1’-?;7B9GF5C989LRD59G5RI;C7F?;L;F;GF59@=9JFDBE;9F7CDRD;JJBD;E8G?59;A;D;59FDCLBG;L$F?;?8DLA8D;L;J5@9C7J5@98I 8ERI575;D$R;8QL;F;GF5C9G5DGB5F89LJC7FA8D;L;J5@9A;D;L5JGBJJ;L8FL;F85IJP ;"0<’+6#’FC998@;E;8JBD;E;9F(ICAI;N;IJ5@98I8ERI575G8F5C9(R;8QL;F;GF5C9 =>测量仪的功能根据锻压设备的工艺要求$设计的功能如下’ !&#有两类测量模式’一是在挤压情况下对压力值进行实时跟踪测量(二是测量打击情况下每次打击中力的峰值&当在后者测量时$要区分两种情况’本班次的打击作业从一个新的工件开始(本班次的打击作业是对尚未完工的工件的继续工作& !"#在挤压情况下对压力值进行实时跟踪测量时$在显示屏上实时显示测得的压力数据(当外力消失时$显示值也消失& !,#在打击情况下测量时$对当班次作业的打击次数与打击峰值中的最大值%该工件累计的打击次数与打击峰值最大值以及该测量仪本身已记录的打击次数的累计值与历史打击峰值最大值进行记录$记下最后的"#锤的打击峰值$并可在测量结束后调出这些数据显示& !$# 通过键盘设置检测力的极限值$当测量超载时发出报警信号& ?>仪表的电路结构框图吨位测量仪的硬件结构框图如图&所示&行程开关主要检测锻压设备打击锤的起落信号$并将该信号经光电隔离后送入单片机&压力传感器所检测的压力经信号放大及峰值!打击力最大值#采集电路处理后进入带片内采样保持的模数转换器 -<>&($,$在单片机 :-T’>("的控制下对模拟信号进行转换和读取& 单片机的.&&引脚对峰值采集电路进行控制&当仪表设置成打击模式下对每锤打击力最大值测量时$.&& 输出低电平$峰值采集保持电路起峰值保持作用$单片机根据行程开关所测得的信号对每一次打击的力的最 "0$" 仪表技术 "##(年第"期万方数据图 "!传感器信号放大电路图大值进行采样(当仪表对压力值进行实时跟踪测量时$ .&&输出高电平$峰值保持器功能被旁路$峰值保持电路输出电压紧紧跟随其输入电压&_"(#$(为内带 (&"字节的串行22.Xb+及看门狗和电压监控功能的集成芯片$用来对打击次数%打击峰值及各次打击力等数据进行记录$并对仪器的工作起抗干扰作用&当压力超载时$单片机引脚 .&"发出信号控制电铃发出声音报警&<>U中文显示模块和编码键盘实现人机操作及测量显示&仪表带有打印机接口$可以驱动微型打印机 -.B.$#:将记录数据打印出来(并通过 X*"," 与上位机通讯& @>硬软件设计 ,P&!传感器微弱信号的放大压力传感器内部是由 $个应变片构成的桥式电路&当外加压力时应变片产生形变$相应的电阻值发生变化$从而使桥路失去平衡(在电桥有外电源供电的情况下$产生微弱的电压输出&为了保证电桥输出电压信号能与所承受压力保持线性关系$应变桥的电源由恒流源供电&如图 "所示$运放 B.>&(&>%稳压管 U&及精密电阻 X,组成约"E:的恒流源$压力传感器的上下两端在所承受的压力范围内有 #f&(Ec的电压输出&由于所采用的压力传感器无调零引脚$从 U& 上由 [&取稳定的微小直流电压信号对电桥输出进行调零& 由于要对微弱信号进行高倍数放大$而且传感器桥路输出信号的共模电压很高$这里采用了具有高共模抑制比的差分输入专用仪表放大器芯片 :U("$&按图"电路中的接法$电路的放大倍数 C.&B($#$### ,$ Z &&外接的增益调整电阻 X$对放大器的增益精度和温漂影响较大$必须选择温度系数小的高精度电阻& ["!接于 :U("$的$%(引脚间#为放大器的输入偏置调节电阻$:U("$的输入偏置产生的误差是与放大增益成正比的$在高倍数放大中此偏置调节电阻必不可少&仪表放大器芯片的 *23脚为输出参考端$这里作接地处理&实际应用中即使该 *23脚对地之间存在很小的电阻值$也将会对器件的共模抑制比产生很大的影响$因此在设计该部分的印制板时要加以注意& :U("$的正负电源引脚处接滤波电容 >&%>"$以消除电源带来的干扰& ,P"!打击力峰值的采集图,是打击模式下对打击力峰值进行采集并保持的电路$由比较器 <+,&&及采样保持芯片引脚为采样]保持控制引脚$当引脚电压大于&P$c时$芯片的输出电压大小跟踪输入(当引脚电压小于 &P$c时$芯片的输出保持为当引脚刚过&P$c时的输入电压值& 图 ,!最大值采样电路当仪表被设置为打击模式时$电路对当次打击的压力峰值进行采集&其采样过程为’当打击锤下落到被打击工件附近时$由行程开关检测到此信息并经光电隔离后送到单片机$由单片机在 .&&引脚上发出 6#0信号$使上会得到高电平$使电路的输出跟踪输入$即 $CBFY$59(而当 $59达到最大值即将趋于下降!或此刻 $59 小于原 U显示子程序%打印程序%串口通讯子程序等&主程序及键盘中断服务子程序的结构如图 $%图 (所示&主程序中的工作模式 "‘$""##(年第"期仪表技术万方数据标志%新工件标志%打印机使能%测量力超载门限值等数据均由键盘中断来设置&键盘设置 (个按键$键值经过T",编码后通过,根 =b口线输入到 >.M&键盘中断置为下跳沿触发方式$在硬件上设计有键盘去抖动电路&数据采集控制子程序中在进行数据采样时进行了滤波处理&程序设计采用 >语言$并在 l2=<> 集成环境下完成程序的调试工作& 图 $!主程序流程图图 (!中断服务子程序流程图 ,P$!显示器显示器采用 "$#o0#点阵大面积 <>U模块&在打击模式下$显示器可在同一屏上显示打击次数%打击峰值等历史记录数据和当前打击值&根据实际需要$ 采用了大字符!"#o$#点阵#显示当次的测量值$便于操作人员从较远处观察到实时数据& 参考文献! ,&-何希才$薛永毅P传感器及其应用实例,+-P北京’机械工业出版社$"##$P ,"-何立民P单片机应用系统设计,+-P北京’北京航空航天大学出版社$&’’&P !许雪军编发 ################################################### # !上接第,0页# 后$得到 &###点含有噪声干扰的过零调制信号数据$ 分别在"&%""$",%"$%"(尺度下用上述小波函数对信号进行五级分解$然后进行过零调制信号重构$得到图 ( 所示的小波变换结果&由图 (可以看出$原始信号被噪声干扰淹没$其调制特征不是很明显$不易被检测到$随着小波变换尺度的增加$噪声干扰逐渐被去除$ 调制特征逐渐显露出来$经过(次小波变换后$调制特征非常明显$很容易判别出来& M>结束语实验结果表明$采用小波变换方法可以有效的去除过零调制信号的噪声$解决突变调制信号的特征提取问题&假如做成嵌入式系统$我们可以将过零调制技术应用到低速电力线通信中$大大降低工程经费& 参考文献! ,&-陈永利$何福友$王长龙P过零调制技术研究,g-P测试技术学报$"##"$&0!,#P ,"-周世炜$张绍卿$洪文学P双向工频通信信号的特征提取与模糊分类方法,g-P电网技术$&’’’$!&##P ,,-刘贵忠$邸双亮P小波分析及其应用,+-P西安’西安电子科技大学出版社$&’’TP ,$-杨福生P小波变换的工程分析与应用,+-P北京’科学出版社$&’’’P ,(-胡昌华$等P基于 +:-<:/的系统分析与设计"小波分析 ,+-P西安’西安电子科技大学出版社$&’’TP !许雪军编发# "T$" 仪表技术 "##(年第"期万方数据锻压设备吨位测量仪的研制作者：易先军，叶春生， YI Xian-jun， YE Chun-sheng 作者单位：易先军,YI Xian-jun(华中科技大学,塑性成形模拟与模具技术国家重点实验室,湖北,武汉 ,430074;武汉工程大学,电气信息学院,湖北,武汉,430073)，叶春生,YE Chun-sheng(华中科技大学,塑性成形模拟与模具技术国家重点实验室,湖北,武汉,430074) 刊名：仪表技术英文刊名： INSTRUMENTATION TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2005，(2) 引用次数： 0次参考文献(2条) 1.何希才.薛永毅传感器及其应用实例 2004 2.何立民单片机应用系统设计 1991 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_ybjs200502017.aspx 下载时间：2009年10月13日

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